Типы отопительных приборов
Все отопительные приборы классифицируют по следующим параметрам:
Рис. 31. Поперечный разрез отопительных приборов различных типов: а – секционный радиатор; б – панельный радиатор; в – гладкотрубный из трех труб; г – конвектор с кожухом; д – прибор из двух ребристых труб; 1 – канал теплоносителя; 2 – пластина; 3 – ребро трубы
– способ теплоотдачи;
– тип нагревательной поверхности;
– величина тепловой инерции;
– материал, из которого изготовлен отопительный прибор;
– высота отопительного прибора.
Теперь немного подробнее о каждом параметре. По способу теплоотдачи отопительные приборы подразделяются на несколько типов (рис. 31):
– конвективные (конвекторы и ребристые трубы);
– радиационные (потолочные излучатели);
– конвективно-радиационные (секционные и панельные радиаторы, гладкотрубные приборы).
Самый высокий уровень теплоотдачи имеют конвекторы с кожухом и секционные радиаторы, а самый низкий – гладкотрубные приборы и конвекторы без кожуха.
По типу нагревательной поверхности отопительные приборы бывают:
– с гладкой нагревательной поверхностью;
– с ребристой нагревательной поверхностью.
По величине тепловой инерции отопительные приборы можно разделить на:
– аппараты с малой тепловой инерцией;
– аппараты с большой тепловой инерцией.
Ко вторым следует отнести секционные радиаторы с большим объемом воды и медленно изменяющие теплоотдачу. К первым относятся конвекторы, имеющие небольшую массу и емкость. Они быстро изменяют теплоотдачу при регулировке входящего теплоносителя.
По материалу изготовления отопительные приборы бывают:
– металлические (чугунные, стальные, медные, алюминиевые и др.);
– керамические;
– пластмассовые;
– комбинированные.
По высоте отопительные приборы могут быть:
– высокими – более 65 см;
– средними – 40–65 см;
– низкими – 20–40 см;
– плинтусными – менее 20 см.
Конвекторы
На рис. 32 изображены конвекторы, представляющие собой ребристые нагревательные приборы. Они бывают с кожухами, которые изготовлены из листового чугуна, стали, алюминия, асбестоцемента и пр. Кроме этого, конвекторы выпускаются и без кожухов.
Рис. 32. Конвекторы: а – с кожухом; б – без кожуха; нагревательный элемент; 2 – кожух; 3 – воздушный клапан; 4 – оребренные трубы; 5 – решетка; 6 – стена
Теплоотдача конвектора напрямую зависит от высоты кожуха. Без кожуха конвектор обладает теплоотдачей в 100%. При высоте кожуха 25 см этот показатель возрастет до 120%; при высоте 40 см – до 130%; при высоте 60 см – до 140%. Из этого следует, что чем выше кожух, тем больше тепловая отдача.
При сравнении конвекторов с другими видами отопительных приборов выясняется, что теплоотдача конвекторов значительно ниже. Это видно из табл. 32.
Таблица 32
Сравнительная теплоотдача различных отопительных приборов
Важно и то, что конвекторы совершенно не выдерживают гидравлических ударов системы отопления и требуют наличия теплоносителя высокого качества. Кроме этого, они создают тепловые потоки, которые поднимают в воздух пыль и другие вредные вещества, перемещая их по жилым помещениям.
При использовании конвекторов для обогрева помещений температура в них не всегда бывает комфортной. Это связано с тем, что потоки нагретого воздуха поднимаются вверх и скапливаются под потолком, а холодный воздух оттесняется к полу.
Несмотря на все отрицательные стороны использования конвекторов, они являются самыми популярными отопительными приборами во всем мире. Это объясняется тем, что они обладают небольшим весом, малой металлоемкостью, прекрасным внешним видом, простотой монтажа и эксплуатации.
В настоящее время российские фирмы стали выпускать конвекторы, ни в чем не уступающие зарубежным аналогам. По некоторым параметрам они даже лучше, потому что адаптированы к российским условиям. Это означает, что отечественным конвекторам не нужен теплоноситель слишком хорошего качества, они не нуждаются в установке дополнительных очистительных фильтров и в предварительной подготовке воды. В табл. 33 даны технические характеристики конвекторов российских фирм-производителей.
Таблица 33
Технические характеристики конвекторов отечественного производства
Ребристые трубы
Такого рода трубы бывают чугунными, имеют длину 1–2 м. Внутри ребристой трубы обычно устанавливается фланцевая труба для теплоносителя (рис. 33).
Из-за множества тонких ребер площадь нагревательной поверхности отопительного прибора увеличивается в несколько раз. Обычно ребристые трубы устанавливают в несколько рядов. Между собой они соединяются по схеме змеевика фланцами и двойными фланцевыми отводами.
Рис. 33. Труба ребристая чугунная с круглыми ребрами: 1 – канал теплоносителя; 2 – ребра; 3 – фланец (все размеры даны в мм)
Эти отопительные приборы имеют несколько положительных свойств:
• невысокую стоимость;
• небольшую температуру наружной нагревательной поверхности при высокой температуре теплоносителя;
• компактность;
• простоту установки.
Как и все отопительные приборы, ребристые трубы имеют и ряд недостатков, к которым можно отнести:
• довольно значительный вес;
• неустойчивость к механическим повреждениям;
• несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям, т. е. из-за наличия большого количества ребер отопительный прибор трудно содержать в чистоте;
• непривлекательный дизайн.
Поэтому ребристые трубы, как правило, устанавливают в хозяйственных постройках.
Потолочные излучатели
Такого рода отопительные приборы относятся к классу радиационных аппаратов, т. е., нагреваясь сами, они излучают тепло (рис. 34). Радиационный способ обогрева помещений представляет собой взаимный лучистый обмен между предметами, конструкциями дома и отопительными приборами.
Рис. 34. Потолочные излучатели: а – с плоским экраном; б – с волнообразным экраном; 1 – нагревательные элементы; 2 – волнообразный экран; 3 – теплоизоляция; 4 – плоский экран; 5 козырек
При обогреве помещения потолочными излучателями люди чувствуют себя более комфортно, чем при отоплении конвективным способом. Это объясняется тем, что при понижении температуры окружающего воздуха примерно на 2° С увеличивается конвективная теплоотдача человека, а это очень сильно влияет на улучшение его самочувствия. Оптимальная температура в помещении, обогреваемом конвекторами, составляет 19,3° С, а при отоплении потолочными излучателями – 17,4° С.
Потолочные излучатели имеют множество достоинств. Они создают микроклимат, благоприятный для человека, обеспечивают сильный нагрев внутренних поверхностей жилища и, как следствие, уменьшение теплоотдачи человека, а также значительно уменьшают тепловую энергию, требующуюся на обогрев помещения.
Наряду с достоинствами, конечно же, имеются и недостатки. К ним можно отнести:
• большую тепловую инерцию;
• теплопотери через наружные ограждения;
• монтаж дополнительной арматуры для регулировки теплоотдачи бетонных панелей.
Радиаторы
Радиаторы – это отопительные приборы с двумя способами отдачи тепла: конвективным и радиационным. На конвекцию приходится 75% от общего теплового потока, а на радиацию – 25%.
Конструктивно радиаторы водяного отопления делятся на секционные и панельные. Первые изготавливаются из чугуна, стали и алюминия. Вторые могут быть стальными и биметаллическими (сталь и алюминий).
На российском рынке в наше время можно найти не только радиаторы отечественного производства, но и импортные. Но вторые покупать нужно только в том случае, когда вся отопительная система импортная. В противном случае зарубежные радиаторы быстро выйдут из строя, потому что они не рассчитаны на жесткую воду с механическими примесями.
Секционные чугунные радиаторы являются самым распространенным видом отопительных приборов в России. Их производят с начала ХХ в. Популярность данного вида приборов обусловлена тем, что стальные и алюминиевые радиаторы имеют недостаточную прочность для российских теплосетей.
Чугунный радиатор состоит из одно– или многоколончатых секций с каналами круглого или эллипсовидного сечения. Самыми распространенными являются радиаторы с двухколончатыми секциями высотой 50 см (рис. 35). Между собой секции соединяются ниппелями с картонными, резиновыми или паронитовыми прокладками.
Обычно чугунные радиаторы рассчитаны на рабочее давление 6–9 атм, опрессовочное (испытательное) – 15–18 атм и максимальную температуру теплоносителя – 130° С. Они имеют следующие положительные свойства:
• большую тепловую мощность;
• высокую механическую прочность;
• хорошую коррозионную стойкость;
• невосприимчивость к плохому качеству теплоносителя.
К недостаткам этих отопительных приборов можно отнести:
• большую металлоемкость;
• высокую тепловую инерцию;
• нестойкость к гидравлическим ударам в системе;
• несоответствие санитарно-гигиеническим нормам;
• большие трудозатраты при транспортировке и установке из-за большого веса радиатора;
• неэстетичный внешний вид.
Рис. 35. Секция радиатора двухколончатая: а – вид в разрезе; б – вид сбоку; 1 – колонки; 2 – внутренняя резьба
Секционные алюминиевые радиаторы по популярности в нашей стране идут вторыми после чугунных. Они представляют собой прессованные секции и коллекторы, которые изготавливаются из алюминиевого сплава с добавлением кремния (он придает металлу необходимую прочность на разрыв). Алюминиевые радиаторы выпускаются в двух вариантах:
а) литые отопительные приборы (каждая секция отливается как отдельная деталь);
б) экструзионные радиаторы (каждая секция состоит из трех элементов, соединенных между собой специальными болтами). Герметичность соединений достигается за счет уплотнительных элементов или с помощью клеевого соединения.
У алюминиевых радиаторов также имеются свои плюсы и минусы. К положительным качествам можно отнести:
• повышенную теплоотдачу за счет оребрения секций;
• высокую скорость нагрева (нагреваются в несколько раз быстрее, чем чугунные);
• экономичность потребления энергии;
• возможность регулировки температуры воздуха в помещении;
• небольшую массу;
• простоту установки и транспортировки;
• современный дизайн.
Большинство алюминиевых радиаторов рассчитано на рабочее давление 6–25 атм, опрессовочное давление – 9–37 атм, максимальную температуру теплоносителя – 130° С.
К недостаткам алюминиевых радиаторов относятся:
• невысокая конвективная способность;
• повышенное газообразование, которое приводит к воздушным пробкам в системе отопления;
• высокая вероятность возникновения протечек между секциями;
• концентрация тепла на оребрении.
В продаже имеются также анодированные радиаторы, которые изготавливают из алюминия высшей степени очистки с последующим полным анодным оксидированием всей поверхности. Анодное оксидирование изменяет структуру алюминия, тем самым защищая радиатор от всех видов коррозии, а также других вредных воздействий. Для соединения элементов радиатора между собой применяются не ниппели, а сухие наружные муфты. Благодаря этому внутренняя поверхность отопительных приборов остается гладкой. Такой способ соединения исключает образование застоев теплоносителя и засоров системы. Теплоотдача анодированных радиаторов значительно выше, чем простых алюминиевых.
Рис. 36. Стальные панельные радиаторы: а – колончатой формы; б – змеевиковой двухходовой; в – змеевиковой четырехходовой; 1 – колонки
Анодированные радиаторы рассчитаны на рабочее давление 50–70 атм, а разрушаться они начинают только при давлении 215 атм!
Стальные панельные радиаторы (рис. 36) представляют собой два штампованных стальных листа толщиной 1,4–1,5 мм, соединенных между собой двумя способами:
а) горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками (колончатая форма);
б) горизонтальными параллельно и последовательно соединенными каналами, приваренными к одной панели (форма змеевика).
Стальные панели бывают одно– и двухрядными с декоративным покрытием из термостойкой эмали и без него, с ребристой или гладкой поверхностью. Такого рода отопительные приборы рассчитаны на рабочее давление 6–10 атм и максимальную температуру теплоносителя 110–150° С.
Достоинствами стальных панельных радиаторов являются:
• высокая теплоотдача;
• малая тепловая инерция;
• соответствие санитарно-гигиеническим нормам;
• небольшой вес;
• эстетичный внешний вид.
Поскольку резьбовых соединений в таком радиаторе всего два, то протечки возникают гораздо реже, чем у секционных радиаторов.
Самыми главными недостатками таких отопительных приборов являются:
• небольшая площадь нагревательной поверхности;
• невысокая коррозионная стойкость.
В табл. 34 даны технические характеристики стальных панельных радиаторов отечественного производства.
Таблица 34
Технические характеристики стальных панельных радиаторов отечественного производства
Биметаллические радиаторы обычно изготавливаются из стали и алюминия. У них практически нет недостатков, которыми обладают чисто алюминиевые или стальные радиаторы. Но они сохранили главное достоинство – высокую теплоотдачу.
Одна секция биметаллического радиатора – это две вертикальные трубы, которые под давлением обливают алюминиевым сплавом (рис. 37). Между собой секции соединяются стальными ниппелями, герметичность обеспечивают прокладки из термостойкой каучуковой резины (она выдерживает температуру до 200° С).
Корпус в таких радиаторах имеет высокую теплоотдачу, он быстро нагревается и дает возможность регулировать расход тепла. У биметаллических радиаторов теплоноситель никогда не бывает в контакте с теплоносителем. Такого рода отопительные приборы рассчитаны на рабочее давление 25 атм и опрессовочное давление 37 атм. В связи с этим биметаллические радиаторы применяют в отопительных системах с повышенным давлением. Главным недостатком таких приборов является малый диаметр внутренних каналов.
Панельные бетонные радиаторы – это бетонные панели с бетонными, стеклянными или пластмассовыми каналами различной формы и с нагревательными элементами змеевиковой или регистровой конфигурации.
Рис. 37. Биметаллические радиаторы: 1 – трубы-теплоносители; 2 – элемент из алюминиевого сплава; 3 – установка прокладок
В качестве нагревательных элементов в бетонных панелях используются бетонированные стальные трубы диаметром 15–20 мм (рис. 38).
Рис. 38. Панельный радиатор из бетона
Такие радиаторы в загородных домах практически не применяются, потому что имеют множество недостатков:
• высокая тепловая инерция;
• невозможность регулировать подачу тепла в помещение;
• теплопотери через дополнительно обогреваемые наружные ограждения дома;
• значительный вес, увеличивающий трудозатраты на монтаж и ремонт прибора;
• большие габаритные размеры. Выпускаются также гладкотрубные отопительные
приборы, представляющие собой стальные трубы, которые соединяются между собой в змеевиковую или регистровую конфигурацию. Их располагают друг от друга на расстоянии меньшем, чем диаметр самих труб (рис. 39). В случае, когда данное расстояние еще меньше, трубы взаимно облучаются. Это явление значительно сокращает теплоотдачу отопительных приборов.
Если гладкотрубный прибор имеет змеевиковую форму, то скорость движения теплоносителя в нем намного больше, чем в приборе с регистровой формой.
Рис. 39. Схемы соединения стальных труб в гладкотрубные отопительные приборы: а – змеевиковая форма; б – регистровая форма; 1 – нитка; 2 – колонка; 3 – заглушка; 4 – калач
Скорость зависит от повышенного гидравлического сопротивления, особенно если трубы соединены по направлению движения воды.
У гладкотрубных отопительных приборов самый высокий уровень теплоотдачи. Но минусом является большой вес, значительные габаритные размеры и неэстетичный внешний вид. Из-за этого данный вид отопительных приборов используют для обогрева хозяйственных построек.