webprorab.com - ремонт, строительство, домашний комфорт

Правильный выбор батарей водяного отопления

В климатических условиях Украины отопительный сезон составляет половину года. Поэтому без преувеличений можно утверждать, что украинский человек треть жизни проводит в отапливаемом помещении. Это обстоятельство заставляет серьезно отнестись к выбору системы отопления и тепловых приборов. Кроме того, резкое увеличение цен на энергоносители придает особое значение способам экономии топлива без ущерба для комфорта жилища.

Из школьной физики известно, что теплота передается тремя способами: теплопроводность, конвекцией и излучением (радиацией).

Теплопроводность — перенос теплоты в твердых телах от нагретых участков к холодным вследствие теплового движения молекул, атомов и свободных электронов. Коэффициент теплопроводность (Вт/м. град) характеризует интенсивность передачи тепла через стенку из конкретного материала.

Материал отопительных батарей (радиаторов): чугун — 50, сталь — 58, цинк — 110, алюминий — 220, медь — 410. Лучше всего работал бы полностью медный радиатор, но это слишком дорого.

Строительные (изоляционные) материалы: мрамор — 2.91, железобетон — 2.04, бетон — 1.86, известняк — кирпич силикатный — 0.88, кирпич глиняный — 0.80, стекло оконное — 0.78, керамзитобетон — 0.75, дерево — 0.35, плиты древесные — 0.25, плиты изоляционно-утеплительные — 0.10—0.06. Отсюда видно, что наиболее холодные дома из железобетона, а самый «теплый» строительный материал — пенобетон.

Конвекция — перенос теплоты в жидкости или газе за счет перемешивания их объемов при нагревании. Коэффициент теплопередачи конвекцией сильно зависит от скорости перемешивания нагреваемого объема. В старых системах отопления нагретая в котелке вода поступает к батареям гравитационным путем — теплая вода поднимается вверх, холодная по «обратке» возвращается в котелок. Самая естественная конвекция очень неэффективна, поэтому в современных системах отопления обязательно применяется циркуляционная водяная помпа, которая в несколько раз увеличивает скорость подачи нагретой воды к батареям отопления. Воздух у самой поверхности радиатора нагревается и поднимается вверх, уступая свое место новым холодным слоям. Так конвекционно нагревается воздух в помещении.

Излучение — передача тепла излучением электромагнитных волн (лучистой энергии), которое передается через прозрачную среду (воздух). Таким образом происходит обогрев солнечными лучами, обогрев от костра, от камина, от электронагревателей (спираль в рефлекторе). Любой тип теплового прибора отапливает помещение и человека сложным теплообменом — излучением, конвекцией через воздух, даже теплопроводностью, если прислониться к теплой батарее. Передача теплоизлучением сильно зависит от температуры отопительного прибора.

Целью любой системы отопления является создание комфортной температуры среды обитания человека, т. е. нагрев воздуха в помещении до температуры 18—20°C и поддерживание этого уровня температуры. Воздух передаст комфортную температуру окружающим человека вещами: мебели, посуде, одежде, стенам и т. п. Стены, конечно, часть тепла передадут наружному воздуху, поэтому тепло в помещении нужно непрерывно добавлять, т. е. поддерживать тепловой баланс — сколько тепла ушло наружу, столько же надо добавить. Человек по мере необходимости создаст локальный нагрев нужных вещей (сковородки на плите) или их охлаждение (пиво в холодильнике).

Система обогрева помещения состоит из теплогенераторов (печей, котлов) и приборов обогрева (батарей, радиаторов). Печь (камин), которая непосредственно обогревает воздух помещения, относится к локальному отоплению. Система, в которой теплогенератор (котелок) находится в отдельном помещении, а обогрев комнат производится батареями, называется центральным отоплением. Печь относится к простейшим отопительным устройствам и не имеет возможности оперативно регулировать температуру в помещении. Печь надо топить непрерывно или периодически. Она накапливает тепло в своей массе, затем постепенно отдает его излучением через свои внешние поверхности. Часть тепла отдается воздуху конвекцией. Коэффициент полезного действия даже лучших печей не превышает 50%, то есть половина энергии сжигаемого топлива улетает в трубу.

Система центрального отопления состоит из трех частей, которые мы рассмотрим отдельно:

  1. Батарей или радиаторов различных конструкций;
  2. Трубопроводов, переносящих с помощью теплоносителя (воды, пара);
  3. Котлов для различных видов топлива.

Котел должен быстро нагревать воду в системе, при достижении необходимой температуры выключается, чтобы экономить топливо. Трубопровод должен очень быстро доставлять нагретую воду к радиаторам и по пути терять поменьше тепла. Радиатор должен быстро нагреть воздух в помещении до заданной температуры и с помощью термоклапана перестать брать из системы горячую воду.

Радиаторы водяного отопления 

Отопительные радиаторы или многосекционные батареи водяного отопления по конструктивным особенностям разделяются на три группы: секционные емкостные батареи, которые состоят из соединенных последовательно нагревательных секций; панельные обогреватели, которые устанавливаются в один, два, или три ряда; конвекционные обогреватели, которые имеют развитое «оребрение» и быстро нагревают воздух в помещении.

Чугунные секционные батареи — тепловые приборы, которые всем известны с детства. Относятся к устаревшим системам отопления и за рубежом не применяются. Имеют малую поверхность отдачи тепла и низкую теплопроводность металла, производят нагрев в основном излучением и около 20% тепла передают воздуху конвекцией.

Распространенная отечественная секция чугунного радиатора МС-140 имеет вес 7,5 кг, вмещает 4 литра воды, имеет всего 0,23 м?. Площади нагрева. В каждой комнате квартиры надо иметь батарею по 8—10 чугунных секций или даже больше. В большой квартире или особняке вес всех чугунных батарей и воды в них составляет тонны, приходится применять трубы большого диаметра, которые невозможно спрятать в стены. Движение теплоносителя в системе происходит гравитационным путем, что сильно замедляет передачу тепла.

В справочниках подается мощность теплового излучения для чугунной секции МС-140 в размере 160—180 ватт при температуре теплоносителя 90°C. Однако, эта мощность излучения верна при идеальных (лабораторных) условиях, которые в реальной жизни недостижимы. Поскольку мощность излучения сильно зависит от температуры, то реальная теплоотдача чугунной секции при 60°C; будет не более 50 ватт. Поступление нагретой воды от котла в чугунную батарею происходит медленно, поэтому чтобы средняя температура всей батареи было 60°C надо обеспечить подачу воды хотя бы температурой 75°C, в обратку пойдет вода с температурой около 45°C. Подсчитайте, какой мощности должен быть котел, чтобы нагревать тонну воды до температуры 75°C. Необходимо учитывать, что десяток градусов потеряется в толстых металлических подводящих трубах, поэтому котел должен выдавать 85 — 90°C и работать на пределе. Обеспечить температуру чугунной батареи 90°C обычными котлами (не паровыми) невозможно, да и небезопасно — обжечься можно и при 70°C.

Для того, чтобы хоть немного увеличить конвекционную отдачу тепла чугунными радиаторами, их рекомендуют размещать только под окнами, чтобы холодный воздух, опускающийся с поверхности стекол, принудительно проходил через радиатор. Эстетика чугунных радиаторов, мягко говоря, несовершенна и портит интерьер, поэтому их прячут за декоративными экранами. Экраны полностью изолируют тепловое излучение во внутрь помещения, оставляя только слабый поток конвекционно обогреваемого воздуха. Чугунному радиатору ничего не остается, как интенсивно нагревать излучением стену, на которой он установлен. Стена, естественно, этот нагрев успешно передает наружному воздуху. Продаются даже отражающие экраны, которые надо приклеивать на стену.

Еще до войны немцы делали секционные чугунные радиаторы с развитыми ребрами, их можно еще обнаружить в немецких особняках Калининграда. Сейчас за рубежом выпускают секционные радиаторы с развитыми ребрами из стали толщиной до 3 мм, каждая секция которых вмещает 1 литр воды и имеет площадь нагрева 0,40 м?. Такие радиаторы по принципу действия приближаются к конвекторами, но имеют слишком большую водную емкость.

Алюминиевые секционные батареи — более совершенная конструкция, в которой применен материал с очень большим коэффициентом теплопередачи в виде алюминиевого сплава. Секция алюминиевого радиатора имеют глубину всего 110 мм (чугунная 140 мм), водная емкость составляет около 0,5 литра, площадь нагрева 0,4 м? и толщина стенки 2—3 мм. Алюминиевые секционные радиаторы около половины тепла отдают излучением, остальное конвекцией.

Некоторые типы алюминиевых радиаторов имеют сильно развитую поверхность в виде дополнительных тонких ребер, размещенных внутри секции, при этом площадь нагрева одной секции возрастет до 0,5 м?, и передача тепла конвекцией возрастет до 60%. Тепловая мощность одной секции декларируется изготовителями до 160 ватт, реальная — не менее 110 ватт при температуре теплоносителя 90°C, вес секций менее 2 кг.

Внешне алюминиевые секционные радиаторы выглядят достаточно эстетично, имеют небольшой вес, удобны для монтажа на поверхности стен. Благодаря уменьшенному объему воды в секциях алюминиевые радиаторы хорошо поддаются регулированию с помощью термозапорных клапанов и термочувствительных головок. Терморегулирующие элементы, которыми необходимо снабжать все алюминиевые радиаторы, позволяют ограничивать проток горячей воды через радиатор при достижении заданной температуры в комнате. Тепловая инерция алюминиевого радиатора невелика, поэтому термоклапан отреагирует на изменение температуры в комнате буквально за 7—10 минут — откроет или прикроет доступ горячей воды в радиатор, чем достигается экономия топлива до 30%. В чугунных радиаторах тепловая инерция очень большая и составляет более одного часа, поэтому о регулировании теплоотдачи и экономии топлива говорить не приходится.

К сожалению, секционные алюминиевые радиаторы имеют недостатки, ограничивающие их применение:

  1. Основной и самый крупный недостаток — подверженность электрохимической коррозии при ошибках и монтаже. Дело в том, что некоторые материалы составляют так называемые электролитные пары — при их соединении в среде электролита возникает электрохимическая реакция, при которой подвергается электрохимической коррозии один из пары металлов и быстро разрушается. Вообще-то алюминиевые сплавы слабо подвержены коррозии, но в паре с медью в жидкой не дистиллированной среде (слабом электролите) разрушаются интенсивно — алюминий превращается в белый порошок. Такое явление можно наблюдать на старых батарейках для карманных фонариков. Если алюминиевый радиатор соединен с медными трубопроводами или с котлом, который имеет медный теплообменник (а все современные настенные газовые и электрические котлы имеют медные теплообменники), то это может привести к быстрой электрокоррозии радиатора. Только монтаж пластиковыми трубами, которые являются изоляторами, может спасти положение.
  2. Стенки алюминиевых радиаторов стараются делать как можно тоньше для лучшей теплопередачи, поэтому они недостаточно прочны и при неловком ударе о радиатор (например, углом мебели) секция может лопнуть, часто повреждения происходят и при монтаже — превышение необходимого усилия при вкручивании ниппеля или клапана приводит к разрушению. При изготовлении радиаторов применяется литье под давлением, поэтому возможен скрытый брак в виде внутренних раковин, который выявляется только в процессе эксплуатации.
  3. Несколько мелких недостатков: недостаточно мала водяная емкость радиаторов, что снижает эффективность регулирования температуры; около половины тепла передается излучением что вызывает сильный нагрев стены, на которой установлен радиатор, а это — значительные потери; при работе котла с полной мощностью температура на поверхности алюминиевого радиатора достигает 80°C, что небезопасно; при высокой температуре поверхности радиатора (более 70°C) происходит нездоровая положительная ионизация воздуха в помещении (ощущение, — «как перед грозой»); высокая температура поверхности алюминиевого радиатора сильно сушит воздух в помещении (влажность ниже 35% вызывает неприятные ощущения).

Панельные  стальные батареи — попытка совместить свойства секционных радиаторов с конвекционными. Такой радиатор представляет собой две стальные пластины, между которыми циркулирует теплоноситель. Пластины имеют толщину 1,2 мм, соединены между собой точечной электросваркой, содержат выштампованные каналы, по которым протекает вода. Панель размерами с обычный чугунный радиатор имеет толщину 30 мм, но вдвое меньшую теплоотдачу. Для повышения тепловой мощности ставят параллельно две, даже три панели. При двух или трех панелях радиатор передает тепло излучением только внешними плоскостями, поэтому ко всем внутренним плоскостям радиатор приваривают ряды П-образных пластин, которые значительно увеличивают поверхность теплоотдачи, значит внутренние плоскости работают как конвектор.

Все эти модернизации не прошли бесследно для конструкции — вес трехпанельного стального радиатора с напором пластин не намного меньше чугунной батареи того же размера, воды содержится тоже немало, что значительно снижает эффективность регулирования температуры, общая толщина радиатора даже больше, чем у чугунного и составляет около 160 мм.

Тепловые характеристики не намного лучше, чем у чугунных радиаторов. Тепловая мощность радиаторов в технических материалах приведена для температуры поступающей воды 90°C, но при таких объемах воды в системе и весе радиаторов обычный котел такую температуру выдать не сможет. В технических материалах обязательно приводятся коэффициенты уменьшения тепловой мощности радиаторов при более низких температурах, например, при обычной температуре воды в системе 60°C мощность падает в три!!! раза.

Основной недостаток такой же, как и у алюминиевых радиаторов — ускоренная коррозия. Отличие только в том, что этот неприятный эффект еще более ярко выражен. Сталь коррозирует в воде со скоростью 0.1 мм в год даже при благоприятных условиях. Горячую воду центрального отопления к благоприятным условиям отнести трудно, поэтому стальные трубопроводы с толщиной стенки 3—4 мм не выдерживают более 30—40 лет. Пластины панельных радиаторов толщиной 1.2 мм даже теоретически больше 12 лет не выдержат. Дело усугубляется тем, что пластины сварены между собой точечной электросваркой, поэтому сталь в местах сварки «отпускается», теряет все антикоррозийные свойства и разрушается гораздо быстрее.

К сожалению, в нашей стране ранее не были известны другие типы радиаторов, поэтому панельные на фоне убогих чугунных батарей выглядели современно и получили широкое распространение, этому также способствовала агрессивная реклама фирм-экспортеров. Даже сейчас в рекламе продолжают утверждать о хорошей антикоррозионной защите этих радиаторов, действительно — они хорошо покрашены снаружи, а гниют изнутри.

Самым именитым производителем стальных панельных радиаторов является международный концерн RER-TIG, который выпускает их в разных странах под торговыми названиями «PURMO», «RADSON» и другими. В Германии такие радиаторы выпускает фирма «SCHAFER», в Чехии — фирма «KORADO», в Польше — фирма «STARMEX», в Бельгии — фирма «VEHA» и так далее.

Конвекционные радиаторы — тепловые приборы, нацеленные преимущественно на нагрев воздуха. Как ни странно, конвекционные радиаторы в нашей стране применялись с давних пор.

Почти каждый когда-нибудь видел на предприятии отопительное приспособление в виде трубы, на которую рядами наварены ребра. Такие ребристые трубы устанавливали в цехах, на складах, в гаражах для нагрева воздуха в производственных помещениях.

Ускорить теплоотдачу конвекцией можно двумя способами — увеличить скорость протока воздуха или увеличить температуру радиатора. Проще было увеличить температуру (об экономии тогда никто не думал), поэтому по трубам прогоняли перегретый пар (паровое отопление).

Работаете в сфере строительства, ремонта, домашнего комфорта?

Cоздайте на WebProrab.com промо-сайт или интернет-магазин, чтобы стать ближе к своим клиентам.

Подробнее
Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями и коллегами

Статьи по теме "Отопление"

Монтаж напольного котла своими руками

Монтаж напольного котла своими руками


Про устройство газовой автономной отопительной системы думают не только хозяева загородных домов, но и квартир, которые находятся в высотных...

Особенности отопления загородного дома

Особенности отопления загородного дома


В доме должна присутствовать теплая и комфортная атмосфера. На нее оказывает влияние отопление. Перед многими стоит вопрос о выборе типа...

Дизайн-радиаторы – нестандартный подход к выбору приборов отопления

Дизайн-радиаторы – нестандартный подход к выбору приборов отопления


Современные тенденции благоустройства требуют, чтобы все в интерьере было идеально и с функциональной, и с эстетической точки зрения. То же самое...