Здравствуйте читатели! Я инженер-проектировщик систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК) с десятилетним стажем работы и в данной серии постов я хочу пройти вместе с Вами полный цикл проектирования рабочей и проектной документации по разделу ОВиК. Прошлый мой пост был посвящен классификации системы отопления, в котором я обобщенно рассказал что из себя представляет система отопления в целом. С сегодняшнего поста мы уходим в частности. Ранее мы уже с Вами разобрали как считается теплопотери от ограждающих конструкций и настала очередь рассказать Вам как именно данные теплопотери компенсируются. Компенсацию теплопотерь от ограждающих конструкций осуществляют специальные устройства, а именно отопительные приборы, которые передают тепловую энергию в обслуживаемое помещение. И сегодняшний пост мой посвящен именно им.
Радиационные (лучевые) отопительные приборы
Отопительные приборы делят на несколько типов, в зависимости от их способа передачи тепловой энергии. Существуют радиационные, конвективные и радиационно-конвективные отопительные приборы. Давайте разберем каждый тип по отдельности и начнём с радиационных.
Радиационные (лучевые) отопительные приборы передают тепловую энергию через инфракрасное излучение. Про данные отопительные приборы я особо углубляться не буду, так как в своей практике мне не приходилось их никогда использовать, но главным представителем являются инфракрасные панельные излучатели (пишите в комментариях кто их использовал)
Принцип работы основан на электромагнитной природе передачи энергии на расстояние. Теплоноситель (вода или нагреватель) разогревает лицевую поверхность панели и атомы внутри панели начинают очень быстро колебаться от нагрева. Это движение атомов заставляет поверхность панели испускать во внешнюю среду электромагнитные волны, при этом сам воздух не нагревается. При контакте с твердым телом, энергия электромагнитных волн, заставляет его атомы двигаться, что вызывает нагрев тела и передачу его тепла в обслуживаемое помещение.
Главное преимущество этих приборов заключается в их высокой экономичности. Поскольку они греют не сам воздух, а поверхности и предметы, энергия при этом не расходуется впустую, как в случае с традиционными отопительными приборами, которые создают ненужную тепловую прослойку в верхней зоне помещения.Это позволяет снизить затраты на отопление до 30-40 %, что особенно заметно в помещениях с высокими пролетами.
Так же важным преимуществом таких панелей является их компактность - они легко монтируются на стены или потолок, не занимают полезную площадь пола и легко вписываются в интерьер.
Однако у инфракрасных панелей есть и существенные недостатки. Самый главный минус - это строгая зональность обогрева. Тепло распространяется только по прямой линии в пределах видимости прибора, поэтому в «мертвых зонах» (например, под рабочим столом, за диваном или в углах) будет ощутимо прохладнее. Инфракрасные панели практически не аккумулируют тепло, поэтому комната начинает остывать сразу же после их выключения из сети.
Еще одним важным ограничением является необходимость тщательно планировать расстановку мебели: если заблокировать панель шкафом или плотными шторами, лучи просто нагреют эту преграду, а сама комната останется холодной. И наконец - их цена слегка кусается, так как они в среднем обходятся дороже, чем «обычные» отопительные приборы, о которых я расскажу ниже.
Конвективные приборы отопления
Передачи тепла конвективных приборов отопления основан на принципе конвекции (ну кто бы мог подумать, а?), где перенос тепловой энергии осуществляется через воздушную среду. Данный процесс происходит по фундаментальному закону физики, согласно которому теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх, а холодный опускается вниз.
Принцип работы конвектора предельно прост и эффективен. Внутри металлического корпуса прибора, в самой нижней его части, расположен нагревательный элемент (это может быть электрический ТЭН или трубка с циркулирующей горячей водой). В нижней и верхней частях корпуса предусмотрены специальные отверстия или решетки. Холодный воздух из комнаты естественным образом затягивается через нижние отверстия внутрь прибора, проходит сквозь нагревательный элемент, моментально увеличивается в объеме, теряет плотность и устремляется вверх через верхние жалюзи. Этот непрерывный круговорот воздушных масс продолжается до тех пор, пока работает нагреватель, обеспечивая быстрое и равномерное перемешивание воздуха во всем объеме помещения.
Выделяют конвективные приборы с естественной конвекцией и принудительной (циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором). Приборы с естественной конвекцией обычно напольного или внутрипольного исполнения и ставятся в наиболее низкой зоне под окнами. Это позволяет отсекать холодный воздух от окон, предотвращает сквозняки и защищает окна от запотевания (от появления конденсата). Такие конвекторы довольно часто встречаются в бассейнах и оранжереях, где установлены высокие панорамные окна.
Но конвективные приборы могут быть с принудительной циркуляцией ( осуществляемая вентиляторами) и наиболее распространённые среди них это тепловые вентиляторы. Их обычно монтируют в верхних зонах помещения, а вентилятор обеспечивает подачу нагретого воздух в обслуживаемое помещения, а жалюзи регулируют направление движения воздуха. Они подходят для отопления помещений большого объема, обычно производственных, так как для них санитарные нормативы как правило ниже ( к примеру шумовые характеристики и скорость движения воздуха в рабочей зоне).
Преимущества конвективных приборов делают их одними из самых популярных на рынке. Прежде всего, они обеспечивают очень быстрый прогрев комнаты, так как тепло начинает разноситься потоками воздуха сразу после включения. Благодаря тому, что нагревательный элемент спрятан глубоко внутри, внешняя поверхность защитного кожуха никогда не раскаляется до опасных температур, что полностью исключает риск получения случайных ожогов. Конвекторы работают абсолютно бесшумно, легко поддаются точной регулировке с помощью термостатов и выпускаются в самых разных модификациях. Их можно вешать на стену, ставить на пол, монтировать в виде плинтуса или полностью утапливать в ниши пола
Недостатки конвекторов также напрямую связаны с особенностями их конструкции. Самый главный минус - это неизбежное завихрение и циркуляция мелкой пыли по всему помещению вместе с потоками воздуха, что может доставлять дискомфорт людям, страдающим аллергией или астмой. Кроме того, при естественной конвекции воздух в комнате прогревается неравномерно по высоте: самая высокая температура всегда будет под потолком, в то время как у самого пола воздух может оставаться прохладным. Приборы этого типа чувствительны к сквознякам, которые могут сбивать правильное направление тепловых потоков, а электрические модели при длительной работе на высокой мощности могут создавать ощущение «пересушенного» воздуха из-за активного движения пыли вокруг нагревательного элемента.
Радиационно-конвективные приборы отопления
И наконец мы подошли к самым распространенным отопительным приборам, которые совмещают и принцип передачи тепла конвекцией и радиационный способ.
Чугунные секционные радиаторы
Чугунные секционные радиаторы представляют собой один из старейших и наиболее надежных видов отопительного оборудования, который традиционно изготавливается методом литья из серого чугуна. Конструктивно этот прибор собирается из отдельных полых секций, соединенных между собой при помощи стальных ниппелей и термостойких прокладок, что позволяет гибко подбирать необходимую тепловую мощность под габариты конкретного помещения. Внутри секций циркулирует горячий теплоноситель, который нагревает массивные чугунные стенки, аккумулирующие колоссальное количество тепловой энергии.
Принцип распределения тепла у чугунных радиаторов имеет ярко выраженный радиационный характер. Эти приборы относятся к радиационно-конвективному типу, однако из-за отсутствия внутренних дополнительных ребер и большой площади гладких внешних стенок они отдают около 70% процентов энергии в виде прямого инфракрасного излучения. Такое лучистое тепло мягко прогревает непосредственно окружающие предметы, стены и пол. Оставшиеся 30% тепловой энергии передаются за счет естественной конвекции, когда соприкасающийся с радиатором воздух нагревается и медленно поднимается вверх, обеспечивая плавную циркуляцию без сильных сквозняков.
Главным преимуществом чугунных радиаторов является их феноменальная долговечность и устойчивость к неблагоприятным условиям эксплуатации. Чугун практически не подвержен коррозии, равнодушен к повышенной кислотности теплоносителя и обилию шлама, что делает его идеальным выбором для суровых условий отечественных систем центрального отопления. Толстые стенки прибора способны выдерживать серьёзные перепады давления и гидроудары, а высокая теплоемкость материала позволяет батареям оставаться горячими в течение нескольких часов после отключения системы отопления. Кроме того, широкие внутренние каналы редко засоряются, обеспечивая стабильную работу системы на протяжении пятидесяти и более лет.
Основным недостатком чугунных приборов является их огромный вес и высокая тепловая инерционность. Массивность конструкций существенно усложняет транспортировку и монтаж, требуя использования прочных стен и усиленных крепежных кронштейнов. Из-за того, что чугун долго нагревается и содержит в себе большой объем воды, такие радиаторы практически невозможно использовать в современных автоматизированных системах с терморегуляторами, так как они очень медленно реагируют на изменение настроек. К минусам также можно отнести утилитарный внешний вид классических советских моделей, требующий регулярного окрашивания, а также шероховатую поверхность, на которой со временем скапливается пыль.
Алюминиевые секционные радиаторы
Алюминиевые секционные радиаторы конструктивно походят на чугунные, так же собирается из отдельных секций, соединенных между собой ниппелями, что дает возможность точно рассчитать нужную длину и мощность батареи для конкретной комнаты. Внутри каждой секции проложены вертикальные каналы для прохода теплоносителя, но в отличии от чугунных радиаторов, их внешняя оболочка снабжена развитым оребрением в виде тонких металлических пластин, которые существенно увеличивают общую площадь соприкосновения прибора с окружающим воздухом.
Принцип распределения тепла у алюминиевых радиаторов заметно смещен в сторону конвекции. Благодаря сложной геометрии секций и наличию внутренних воздушных каналов они отдают около 60% процентов тепловой энергии в виде направленных потоков нагретого воздуха. Холодный воздух затягивается снизу, моментально прогревается в межреберном пространстве и на высокой скорости выходит через верхние окошки-жалюзи, обеспечивая быстрый оборот воздушных масс во всем объеме помещения. Остальные 40% энергии передаются в виде инфракрасного излучения от гладкой лицевой панели прибора, которая согревает предметы и людей перед собой.
Важной особенностью данных отопительных приборов является их непревзойденная теплоотдача при минимальном весе и малом внутреннем объеме. Высокая теплопроводность алюминия позволяет прибору моментально нагреваться после включения и сразу же отдавать тепло в комнату, что делает его идеальным выбором для современных систем отопления с автоматическим терморегулированием. Радиаторы тонко реагируют на термостаты, позволяя экономить энергию и поддерживать идеальную температуру с точностью до градуса. Кроме того, их малый вес значительно упрощает транспортировку и монтаж, позволяя крепить батареи даже на легкие межкомнатные перегородки, а эстетичный внешний вид с качественной заводской покраской гармонично дополняет любой современный интерьер.
К недостаткам можно отнести их высокую чувствительность к качеству и химическому составу теплоносителя. Алюминий является химически активным металлом, поэтому при повышенной кислотности или щелочности воды внутри радиатора начинается бурный процесс коррозии, сопровождающийся выделением газов, что требует регулярного обслуживания и обязательной установки воздухоотводчиков. Из-за относительно тонких стенок и специфики материала такие радиаторы плохо переносят резкие скачки давления и мощные гидроудары, характерные для старых городских систем центрального отопления.
Биметаллические секционные радиаторы
Биметаллические секционные радиаторы внешне выглядят практически так же как и алюминиевые, но представляют из себя гибрид, разработанный специально для компенсации недостатков чистых алюминиевых приборов в жестких условиях эксплуатации. Конструктивно они состоят из двух разных металлов: прочного внутреннего сердечника, сваренного из толстостенных труб из углеродистой стали, и внешнего кожуха из легкого алюминиевого сплава с развитым оребрением. Горячий теплоноситель циркулирует исключительно по стальным каналам, вообще не соприкасаясь с алюминием, что позволяет объединить лучшие защитные свойства стали и превосходные теплопередающие характеристики внешнего алюминиевого корпуса. Принцип распределения тепла у биметаллических радиаторов полностью идентичен алюминиевым аналогам.
Преимущество биметаллических радиаторов кроется в феноменальной прочности и уникальной химической стойкости. Благодаря стальному внутреннему каркасу, способному выдерживать колоссальное рабочее давление до сорока-пятидесяти атмосфер и мощнейшие гидроудары, эти приборы практически невозможно разорвать скачками давления в сети. Внутренние каналы из стали устойчивы к щелочной или кислой среде, а также к абразивному воздействию мелкого шлама и песка, что делает их самым надежным выбором для отечественных систем центрального отопления. При этом приборы сохраняют эстетичный современный внешний вид, не требуют сложного ухода и легко монтируются.
Основным недостатком биметаллических конструкций является их высокая стоимость, которая в среднем на 15-30 % процентов превышает цену обычных алюминиевых батарей из-за технологически сложного процесса производства. Из-за наличия стального сердечника эти радиаторы обладают чуть большей тепловой инерционностью, чем полностью алюминиевые модели, и вмещают немного меньше теплоносителя из-за более узкого сечения внутренних трубок.
Стальные панельные радиаторы
Стальные панельные радиаторы представляют собой один из наиболее экономичных, сбалансированных и популярных видов отопительного оборудования. Конструктивно этот прибор представляет собой монолитную прямоугольную панель, сваренную из двух профилированных листов высококачественной низкоуглеродистой стали. На этих листах путем штамповки сформированы вертикальные и горизонтальные каналы, по которым циркулирует горячий теплоноситель. Для многократного увеличения теплоотдачи к тыльной стороне панелей точечной сваркой привариваются П-образные стальные гофрированные ребра, выполняющие роль теплообменников, а сверху и по бокам вся конструкция закрывается декоративными решетками и глухими кожухами.
Принцип распределения тепла у стальных панельных радиаторов заметно смещен в сторону конвективного обогрева, что сближает их с классическими конвекторами. Они отдают до 75 % своей энергии за счет создания мощной естественной тяги воздуха. Прохладные воздушные массы затягиваются снизу прибора, на высокой скорости проходят через лабиринт разогретых внутренних П-образных ребер и выходят через верхнюю воздуховыпускную решетку, стремительно прогревая весь объем помещения. Оставшиеся 25% процентов энергии излучаются в виде инфракрасного излучения плоской лицевой панелью радиатора, обеспечивая комфортный поверхностный прогрев предметов в комнате.
Ключевым преимуществом стальных панельных радиаторов является их великолепное соотношение доступной стоимости, высокой эффективности и точнейшей управляемости. Малая толщина стенок и небольшой внутренний объем воды делают эти приборы практически безынерционными, позволяя им мгновенно нагреваться и остывать по команде автоматики. В сочетании с современными термостатическими клапанами они обеспечивают идеальный климат-контроль и минимизируют расход теплоносителя в отопительной системе. Кроме того, стальные панели выпускаются в колоссальном разнообразии типоразмеров - их длина может достигать трех метров, а высота варьироваться от 30 сантиметров до почти 1 метра, что позволяет безупречно подобрать прибор под любое окно. Они поставляются в полностью готовом виде, не требуют сборки из секций и обладают лаконичным дизайном, который легко вписывается в любой интерьер.
Основным и самым критичным недостатком стальных панельных приборов является их высокая уязвимость перед коррозией и жесткими условиями эксплуатации. Сталь сильно реагирует на растворенный в воде кислород, поэтому если из системы отопления регулярно сливать теплоноситель, радиатор начинает стремительно ржаветь изнутри и может прохудиться всего за несколько сезонов. По этой причине их не рекомендуется использовать в открытых системах отопления с централизованным теплоснабжением, где качество воды не контролируется. Кроме того, из-за сварной плоской конструкции эти приборы обладают относительно невысоким рабочим давлением и могут деформироваться или лопнуть при мощном гидроударе или опрессовке теплосети. Их внутренняя гофрированная структура также склонна к постепенному накоплению пыли, которую довольно трудно удалить без специального узкого ершика.
Стальные трубчатые радиаторы
Стальные трубчатые радиаторы представляют собой элегантные отопительные приборы, которые изготавливаются методом контактной сварки из вертикальных и горизонтальных стальных коллекторов и тонких трубок. Конструктивно такое изделие представляет собой неразборный монолитный блок, состоящий из нескольких рядов вертикальных колонн, соединенных в единую батарею с помощью высокоточной лазерной сварки, что полностью исключает риск протечек в местах стыков. Внутри труб циркулирует горячий теплоноситель, равномерно прогревая всю внешнюю поверхность прибора, которая за счет гладкой и округлой формы не имеет острых углов.
Принцип распределения тепла у стальных трубчатых радиаторов отличается идеальным балансом между лучистым излучением и конвекцией. Они отдают ровно половину своей тепловой энергии в виде инфракрасного излучения, которое исходит от прогретых вертикальных колонн и напрямую согревает находящиеся поблизости предметы и людей. Вторая половина тепла передается за счет естественной конвекции, создавая комфортный и равномерный микроклимат в помещении.
Главным преимуществом стальных трубчатых радиаторов является их безупречный внешний вид, долговечность и высочайший уровень гигиеничности. Благодаря полному отсутствию скрытых зазоров и труднодоступных внутренних полостей на таких батареях практически не задерживается пыль, а сами трубки легко очищаются обычной влажной салфеткой, что делает их лучшим выбором для детских комнат, спален и медицинских учреждений. Приборы обладают достаточной прочностью, выдерживают стандартное рабочее давление, устойчивы к деформации и выпускаются в богатейшем разнообразии дизайнерских исполнений, оттенков и размеров, позволяя гармонично интегрировать их в любой интерьер.
Основным недостатком стальных трубчатых приборов считается их высокая стоимость, которая заметно превосходит цену стандартных панельных или алюминиевых батарей из-за трудоемкости и точности производственного процесса. Как и любое другое оборудование из обычной стали, они чувствительны к качеству воды и наличию растворенного кислорода, поэтому их не следует использовать в системах с регулярным сливом теплоносителя во избежание внутренней коррозии. Кроме того, они обладают меньшим запасом прочности по максимальному давлению по сравнению с биметаллическими моделями, из-за чего перед установкой в многоэтажные дома с централизованной сетью необходимо тщательно проверять параметры гидравлического давления в здании.
Регистры
Регистры - представляют из себя наиболее простые, надежные и утилитарные отопительные приборы, которые изготавливаются из гладкостенных стальных труб большого диаметра, соединенных между собой перемычками. В отличие от ранее рассмотренных отопительных приборов, регистры часто производятся непосредственно на месте монтажа или на заготовительных участках из стандартного металлопроката, а их торцы наглухо завариваются плоскими или эллиптическими стальными заглушками.
Принцип распределения тепла у отопительных регистров имеет выраженный лучистый характер Эти приборы отдают около 60% ввиде инфракрасного излучения, которое активно прогревает нижнюю рабочую зону помещения, стены и оборудование, находящиеся поблизости. Оставшиеся 40% энергии передаются за счет естественной конвекции, однако из-за полного отсутствия дополнительных пластин, ребер или жалюзи круговорот воздушных масс происходит медленно и плавно, без создания стремительных потоков воздуха.
Регистры отличаются колоссальной прочностью, долговечность и неприхотливость к условиям эксплуатации. Изготовленные из толстостенных стальных труб, они способны выдерживать гигантское рабочее давление и мощнейшие гидроудары, что делает их практически неуязвимыми в суровых промышленных сетях отопления. Огромный внутренний диаметр каналов исключает риск засорения прибора шламом, окалиной, песком или ржавчиной, позволяя использовать в качестве теплоносителя воду практически любого качества. Кроме того, гладкая наружная поверхность невероятно проста в уходе - на ней не скапливается скрытая пыль, прибор легко мыть, красить и очищать даже от специфических производственных загрязнений или масел.
Но за такое колоссальное преимущество приходится платить. Основными недостатками отопительных регистров считается их громоздкость, колоссальный вес и крайне низкая тепловая эффективность на единицу объема теплоносителя. Чтобы выдать такое же количество тепла, как компактный алюминиевый радиатор, регистру требуется в несколько раз больше горячей воды, что делает систему отопления очень инертной, тяжелой и дорогой в плане расхода теплоносителя. Огромный вес заполненного водой прибора требует возведения мощных опорных конструкций. И наконец, грубый сварной внешний вид делает регистры абсолютно неприемлемыми для жилых интерьеров, жестко ограничивая сферу их применения исключительно промышленными цехами, гаражами и складами.
И на этом я заканчиваю сегодняшний рассказ. Если честно, то я хотел также расписать про нюансы подбора отопительного оборудования, но текст и так вышел слишком длинным и вообще сомневаюсь, что хоть кто-то дочитает до конца. И поэтому лишь в следующей части моего повествования я Вам расскажу чем именно руководствуются при выборе того или иного отопительного прибора. Вас там ждут формулы, таблицы и ссылки на СП - в общем всё как Вы любите( наверное)) И пишите в комментариях про какие еще типы отопительных приборов я позабыл рассказать, а также про Ваш опыт их использования.
P.S Подписывайтесь, чтобы всегда быть в курсе интересных обзоров и событий. Ваша поддержка очень важна! С большим количеством обзоров и историй вы можете ознакомиться в телеграм-канале. Спасибо!
А какой Ваш любимый тип отопительных приборов?
