"Як правильно вибрати і змонтувати батареї водяного опалення"

Конвекція - перенесення теплоти в рідині або газі за рахунок перемішування їх обсягів при нагріванні. Коефіцієнт теплопередачі конвекцією сильно залежить від швидкості перемішування нагрівається обсягу. У старих системах опалення нагріта в казанку вода надходить до батарей гравітаційним шляхом - тепла вода піднімається вгору, холодна по «обратке» повертається в казанок. Сама природна конвекція дуже неефективна, тому в сучасних системах опалення обов'язково застосовується циркуляційна водяна помпа, яка в кілька разів збільшує швидкість подачі нагрітої води до батарей опалення. Повітря у самої поверхні радіатора нагрівається і піднімається вгору, поступаючись місцем новим холодним верствам. Так конвекційно нагрівається повітря в приміщенні. 

Випромінювання - передача тепла випромінюванням електромагнітних хвиль (променистої енергії), яке передається через прозоре середовище (повітря). Таким чином, відбувається обігрів сонячними променями, обігрів від багаття, від каміна, від електронагрівачів (спіраль в рефлекторі). Будь-який тип теплового приладу опалює приміщення складним теплообміном - випромінюванням, конвекцією через повітря, навіть теплопровідністю, якщо притулитися до теплої батареї. Передача тепла випромінюванням сильно залежить від температури опалювального приладу. 

Метою будь-якої системи опалення є створення комфортної температури середовища проживання людини, тобто нагрівання повітря в приміщенні до температури 18-20 градусів і підтримування цього рівня температури. Повітря передасть комфортну температуру оточуючим людини речам: меблів, посуді, одязі, стінах і т.п. Стіни, звичайно, частина тепла передадуть зовнішньому повітрю, тому тепло в приміщенні потрібно безперервно додавати, тобто підтримувати теплової баланс - скільки тепла пішло назовні, стільки треба додати. Людина в міру необхідності створить локальний нагрів потрібних речей (на плиті) або їх охолодження (в холодильнику). 

 

Система обігріву приміщення складається з теплогенераторів (печей, котлів) і приладів обігріву (батарей, радіаторів). Піч (камін), яка безпосередньо обігріває повітря приміщення, відноситься до локального опаленню. Система, в якій тепло-генератор (казанок) знаходиться в окремому приміщенні, а обігрів кімнат проводиться батареями, називається центральним опаленням. Піч відноситься до найпростіших опалювальних пристроїв і не має можливості оперативно регулювати температуру в приміщенні. Її треба топити безперервно або періодично. Вона накопичує тепло у своїй масі, потім поступово віддає його випромінюванням через свої зовнішні поверхні. Частина тепла віддається повітрю конвекцією. Коефіцієнт корисної дії навіть кращих печей не перевищує 50%, тобто половина енергії спалюваного палива відлітає в трубу. 

 

Система центрального опалення складається з трьох частин, які ми розглянемо окремо: 

1) батарей або радіаторів різних конструкцій; 

2) трубопроводів, що переносять тепло за допомогою теплоносія (води, пари); 

3) котлів для різних видів палива. 

Котел повинен швидко нагрівати воду в системі, при досягненні необхідної температури вимикатися, щоб економити паливо. Трубопровід повинен дуже швидко доставляти нагріту воду до радіаторів і по шляху втрачати поменше тепла. Радіатор повинен швидко нагріти повітря в приміщенні до заданої температури і за допомогою термоклапана припинити забір із системи гарячої води. 

 

Радіатор водяного опалення 

Опалювальні радіатори або багатосекційні батареї водяного опалення за конструктивними особливостями поділяються на три групи: секційні ємнісні батареї, які складаються із сполучених послідовно нагрівальних секцій; панельні обігрівачі, які встановлюються в один, два або три ряди; конвекційні обігрівачі, які мають розвинуте «оребрение» і швидко нагрівають повітря в приміщенні. 

 

Чавунний секційний БАТАРЕИ 

- Теплові прилади, які всім відомі з дитинства. Відносяться до застарілих систем опалення та за кордоном не застосовуються. Мають малу поверхню віддачі тепла і низьку теплопровідність металу, роблять нагрівання в основному випромінюванням і близько 20% тепла передають повітрю конвекцією. Поширена вітчизняна секція чавунного радіатора МС-140 має вагу 7,5 кг, вміщає 4 літри води, має всього 0,23 кв. м площі нагріву. У кожній кімнаті квартири треба мати батарею по 8-10 чавунних секцій або навіть більше. У великій квартирі або особняку вага всіх чавунних батарей і води в них становить тонни, доводиться застосовувати труби великого діаметра, які неможливо заховати в стіни. Рух теплоносія в системі відбувається гравітаційним шляхом, що сильно уповільнює передачу тепла. 

У довідниках подається потужність теплового випромінювання для чавунної секції МС-140 в розмірі 160-180 ватів при температурі теплоносія 90 градусів. Однак ця потужність випромінювання вірна за ідеальних (лабораторних) умовах, які в реальному житті недосяжні. Оскільки потужність випромінювання сильно залежить від температури, то реальна тепловіддача чавунної секції при 60 градусах буде не більше 50 ват. Надходження нагрітої води від котла в чавунну батарею відбувається повільно, тому щоб середня температура всієї батареї була 60 градусів, треба забезпечити подачу води хоча б з температурою 75 градусів, в «обратку» піде вода з температурою близько 45 градусів. Підрахуйте, якої потужності повинен бути котел, щоб нагрівати тонну води до температури 75 градусів. Необхідно враховувати, що десяток градусів загубиться в товстих металевих підвідних трубах, тому котел повинен видавати 85-90 градусів і працювати на межі. Забезпечити температуру чавунної батареї 90 градусів звичайними котлами (НЕ паровими) неможливо, та й небезпечно - обпектися можна і при 70 градусах Цельсія. Для того, щоб хоч трохи збільшити конвекційну віддачу тепла чавунними радіаторами, їх рекомендують розміщувати тільки під вікнами, щоб холодне повітря, що опускається з поверхні стекол, примусово проходив через радіатор. Естетика чавунних радіаторів, м'яко кажучи, недосконала і псує інтер'єр, тому їх ховають за декоративними екранами. Екрани повністю ізолюють теплове випромінювання в усередину приміщення, залишаючи тільки слабкий потік конвекційно обігрівається повітря. Чавунні радіатори нічого не залишається, як інтенсивно нагрівати випромінюванням стіну, на якій він встановлений. Стіна, природно, це нагрівання успішно передає зовнішньому повітрю. Продаються навіть відображають екрани, які треба приклеювати на стіну. 

Ще до війни німці робили секційні чавунні радіатори з розвиненими ребрами, їх можна ще виявити в німецьких особняках Калінінграда. Зараз за кордоном випускають секційні радіатори з розвиненими ребрами зі сталі товщиною до 3 мм, кожна секція яких вміщає 1 літр води і має площу нагріву 0,40 кв. м. Такі радіатори за принципом дії наближаються до конвекторам, але мають дуже велику водну ємність. 

 

АЛЮМІНІЄВІ СЕКЦІЙНІ БАТАРЕЇ 

- Більш досконала конструкція, в якій застосований матеріал з дуже великим коефіцієнтом теплопередачі у вигляді алюмінієвого сплаву. Секція алюмінієвого радіатора мають глибину всього 110 мм (чавунна 140 мм), водна ємність становить близько 0,5 літра, площа нагріву 0,4 кв. м і товщина 

стінки 2-3 мм. Алюмінієві секційні радіатори близько 50% тепла віддають випромінюванням, решта - конвекцією. Деякі типи алюмінієвих радіаторів мають сильно розвинену поверхню у вигляді додаткових тонких ребер, розміщених усередині секції, при цьому площа нагріву однієї секції зросте до 0,5 кв. м. І передача тепла конвекцією зросте до 60%. Теплова потужність однієї секції декларується виготовлювачами до 160 ватів, реальна - не менше 110 ват при температурі теплоносія 90 градусів, вага секцій менше 2 кг. Зовні алюмінієві секційні радіатори виглядають досить естетично, мають невелику вагу, зручні для монтажу на поверхні стін. Завдяки зменшеному обсягу води в секціях алюмінієві радіатори добре піддаються регулюванню за допомогою термозапорних клапанів і термочутливих головок. Терморегулирующие елементи, якими необхідно постачати всі алюмінієві радіатори, дозволяють обмежувати протік гарячої води через радіатор при досягненні заданої температури в кімнаті. Теплова інерція алюмінієвого радіатора невелика, тому термоклапан відреагує на зміну температури в кімнаті буквально за 7-10 хвилин - відкриє або прикриє доступ гарячої води в радіатор, в результаті чого досягається економія палива до 30%. В чавунних радіаторах теплова інерція дуже велика і становить більше однієї години, тому про регулювання тепловіддачі і економії палива говорити не доводиться. 

 

На жаль, секційні алюмінієві радіатори мають недоліки, що обмежують їх застосування: 

1) основний і найбільший недолік - схильність електрохімічної корозії при помилках і монтажі. Справа в тому, що деякі матеріали становлять так звані електролітні пари - при їхньому з'єднанні в середовищі електроліту виникає електрохімічна реакція, при якій піддається електрохімічної корозії один з пари металів і швидко руйнується. Взагалі-то алюмінієві сплави слабо схильні до корозії, але в парі з міддю в рідкої недистильованих середовищі (слабкому електроліті) руйнуються інтенсивно - алюміній перетворюється в білий порошок. Таке явище можна спостерігати на старих батарейках для кишенькових ліхтариків. Якщо алюмінієвий радіатор з'єднаний з мідними трубопроводами або з котлом, який має мідний теплообмінник (а всі сучасні настінні газові та електричні котли мають мідні теплообмінники), то це може привести до швидкої електрокорозії радіатора. Тільки монтаж пластиковими трубами, які є ізоляторами, може врятувати становище; 

2) стінки алюмінієвих радіаторів намагаються робити якомога тонше для кращої теплопередачі, тому вони недостатньо міцні і при незручному ударі об радіатор (наприклад, кутом меблів) секція може лопнути, часто ушкодження відбуваються і при монтажі - перевищення необхідного зусилля при укрученні ниппеля або клапана приводить до руйнування. При виготовленні радіаторів застосовується лиття під тиском, тому можливий прихований брак у вигляді 

внутрішніх раковин, який виявляється тільки в процесі експлуатації; 

3) кілька дрібних недоліків: недостатньо мала водяна ємність радіаторів, що знижує ефективність регулювання температури; близько половини тепла передається випромінюванням, що викликає сильне нагрівання стіни, на якій встановлено радіатор - а це значні втрати; при роботі котла з повною потужністю температура на поверхні алюмінієвого радіатора досягає 80 градусів, що небезпечно; при високій температурі поверхні радіатора (більше 70 градусів) відбувається нездорова позитивна іонізація повітря в приміщенні (відчуття «як перед грозою»); висока температура поверхні алюмінієвого радіатора сильно сушить повітря в приміщенні (вологість нижче 35% викликає неприємні відчуття). 

 

Панельні сталеві БАТАРЕИ 

- Спроба поєднати властивості секційних радіаторів з конвекційними. Такий радіатор являє собою дві сталеві пластини, між якими циркулює теплоносій. Пластини мають товщину 1,2 мм, з'єднані між собою точковим електрозварюванням, містять виштампувані канали, по яких протікає нагріта вода. Панель розмірами з звичайний чавунний радіатор має товщину 30 мм, але вдвічі меншу тепловіддачу. Для підвищення теплової потужності ставлять паралельно дві, навіть три панелі. При двох або трьох панелях радіатор передає тепло випромінюванням тільки зовнішніми площинами, тому до всіх внутрішніх площин радіатора приварюють ряди П-образних пластин, які значно збільшують поверхню тепловіддачі, значить внутрішні площини працюють як конвектор. Всі ці модернізації не пройшли безслідно для конструкції - вага трьохпанельного сталевого радіатора з напором пластин не набагато менше чавунної батареї того ж розміру, води міститься теж немало, що значно знижує ефективність регулювання температури, загальна товщина радіатора навіть більше, ніж у чавунного і становить близько 160 мм. Теплові характеристики не набагато краще, ніж у чавунних радіаторів. Теплова потужність радіаторів в технічних матеріалах наведена для температури води, що поступає 90 градусів, але при таких обсягах води в системі і вазі радіаторів звичайний котел таку температуру видати не зможе. У технічних матеріалах обов'язково приводяться коефіцієнти зменшення теплової потужності радіаторів при більш низьких температурах (наприклад, при звичайній температурі води в системі 60 градусів потужність знижується в три (!) Раза). Основний недолік такої ж, як і у алюмінієвих радіаторів - прискорена корозія. Відмінність тільки в тому, що цей неприємний ефект ще більш яскраво виражений. Сталь коррозирует у воді зі швидкістю, 0,1 мм в рік навіть при сприятливих умовах. Гарячу воду центрального опалення до сприятливих умов віднести важко, тому сталеві трубопроводи з товщиною стінки 3-4 мм не витримують більше 30-40 років. Пластини панельних радіаторів товщиною 1,2 мм навіть теоретично більше 12 років не витримають. Справа ускладнюється тим, що пластини зварені між собою точковим електрозварюванням, тому сталь у місцях зварювання «відпускається», втрачає все антикорозійні властивості і руйнується набагато швидше. 

На жаль, в нашій країні раніше не були відомі інші типи радіаторів, тому панельні на тлі убогих чавунних батарей виглядали сучасно і набули широкого поширення, цьому також сприяла агресивна реклама фірм-експортерів. Навіть зараз у рекламі продовжують стверджувати про хорошу антикорозійного захисту цих радіаторів. Насправді ж - вони добре пофарбовані зовні, а гниють зсередини. 

Найіменитішим виробником сталевих панельних радіаторів є міжнародний концерн REТTIG, який випускає їх в різних країнах під торговими назвами PURMO, RADSON та іншими. У Німеччині такі радіатори випускає фірма SCHAFER, в Чехії фірма KORADO, в Польщі фірма STARMEX, в Бельгії фірма VEHA і так далі. 

 

конвекційного РАДІАТОРИ 

- Теплові прилади, націлені переважно на нагрівання повітря. Як не дивно, конвекційні радіатори в нашій країні застосовувалися з давніх пір. 

Майже кожен коли-небудь бачив на підприємстві опалювальне пристосування у вигляді труби, на яку рядами наварені ребра. Такі ребристі труби встановлювали в цехах, на складах, в гаражах для нагріву повітря у виробничих приміщеннях. Прискорити тепловіддачу конвекцією можна двома способами - збільшити швидкість протоку повітря або збільшити температуру радіатора. Простіше було збільшити температуру (про економію тоді ніхто не думав), тому по трубах проганяли перегріту пару (парове опалення). Випускалися також конвекційні радіатори «комфорт», які складалися з металевих труб з привареними вертикальними пластинами, радіатори встановлювалися в один або два поверхи, іноді закривалися навісними бляшаними кожухами. Польська фірма REGULUS-система випускає сучасні конвекційні водяні нагрівачі, в конструкцію яких закладено кілька вдалих технічних рішень, захищених патентами в багатьох країнах. 

Як матеріал радіатора вибрана мідь (коефіцієнт теплопередачі - 410) і алюміній (220), це самі теплопровідні з доступних матеріалів. Причому теплоносій стикається тільки з міддю, а алюміній служить 

для виготовлення теплопровідних пластин і корпуса радіатора. При використанні мідних трубопроводів вся опалювальна система складатиметься з одного самого нейтрального до корозії матеріалу (теплообмінник котла, трубопроводи, радіатор), що значно збільшує довговічність. 

Вертикальні алюмінієві пластини з'єднані з горизонтальними мідними трубками радіатора шляхом тиску з взаємним проникненням верхніх шарів металів на молекулярному рівні (так звана «діффузорного» або холодне зварювання). При цьому площа теплового контакту стає більше площі перерізу самої пластини, чим досягається повна передача тепла між металами з різною теплопровідністю. 

Вертикальные алюминиевые пластины установлены с определенным шагом, который позволяет создать как бы ряды воздуховодов, создающих максимальную вертикальную тягу. Холодный воздух буквально втягивается снизу радиатора и выходит нагретым наверх. Расстояние между пластинами подобрано так, чтобы движение воздуха было не ламинарным (параллельными слоями), а турбулентным (с завихрениями), тогда он лучше прогревается даже при низкой температуре радиатора. 

Вертикальные алюминиевые пластины имеют толщину 0,5 мм, которая подобрана совместно с шириной пластин и расстоянием между горизонтальными медными трубками таким образом, чтобы все равноудаленные точки плоскостей соприкосновения с воздухом имели одинаковую температуру, что позволяет интенсивно нагревать воздух по всей высоте его прохождения внутри радиатора. 

Применение материалов различной тепло проводимости, а также распределение температур по плоскостям нагрева воздуха позволяет избежать локального перегрева воздуха и образования положительной ионизации, которая неблагоприятно сказывается на самочувствии человека. Даже при максимальной температуре теплоносителя 90 °С воздух в радиаторе соприкасается только с небольшими участками горячих медных трубок общей площадью всего 3,5-4 % от всей площади нагрева. 

Теплоноситель в радиаторе поступает в медный вертикальный коллектор, затем распределяется по рядам горизонтальных медных трубок, этим достигается резкое снижение гидравлического сопротивления радиатора, что очень важно для скорости принудительного оборота теплоносителя в закрытых отопительных системах. Соединен коллектор с горизонтальными трубками с помощью тугоплавкого серебросодержащего припоя с температурой плавления 360 °С. Это позволяет использовать конвекторные радиаторы с любым теплоносителем (перегретым паром, трансформаторным маслом и др.) Вертикальные алюминиевые ламелипластины заканчиваются на боковых поверхностях радиаторов специальной формы загибами, которые создают «чешуйчатые» боковые поверхности. Эта «чешуя» не только придает радиатору неплохой внешний вид, но, самое главное, создает очень прочную многослойную боковую поверхность. Алюминиевый радиатор из пластин толщиной всего 0,5 мм имеет вес менее 5 кг, но выдерживает давление до 180 кг. При сильном боковом ударе алюминиевые пластины принимают усилие на себя, деформируются и перераспределяют нагрузку по всей плоскости, не допуская разрыва внутри медных трубок. Поэтому даже сильные внешние повреждения радиатора не выводят его немедленно из строя и позволяют эксплуатировать его до замены. 

В радиаторах данной конструкции содержится очень мало воды. Например, в радиаторе длиной 100 см и мощностью 2 кВт содержится теплоносителя всего 0,8 литра. Это позволяет ему при его теплопроводности разогреваться в течении 2-3 минут и реагировать на термозапорный клапан с запаздыванием всего 30 секунд. Такой малой тепловой инерции нет нигде! При использовании этих радиаторов количество воды в системе уменьшается в десятки раз. Например, в очень большой квартире с общей тепловой мощностью радиаторов 20 кВт даже с учетом емкости трубопроводов и котла во всей системе будет 13-15 литров воды — всего полтора ведра! Ее и нагревать и гонять по системе намного легче, чем, например, тонну воды (чугунные радиаторы). 

Очень легкосъемные крепления радиатора позволяют его самостоятельно отключить от системы и снять со стены для ее покраски или ремонта. Если радиаторы подсоединяются к трубопроводам через миниатюрные пробковые краны, то снимать их можно без спуска воды из системы и отключения отопления. Малый вес радиаторов и конструкция навесных креплений позволяет их монтировать даже на тонких гипсокартонных перегородках. 

Радиаторы имеют корпус без острых углов, температура на поверхности в 3 раза ниже, чем внутри, что позволяет даже по строгим немецким нормам применять их в детских и лечебных учреждениях. При такой минимальной толщине и длине 

никакой другой тип радиаторов не имеет такой мощной теплоотдачи. При работе радиатор создает эффект воздушного теплового вентилятора и очень хорошо перемешивает слои воздуха в помещении. Конвекционный радиатор боковыми плоскостями излучает не более 10 % своей мощности, остальное отдает конвекцией, поэтому он не будет бесполезно греть стену. Такой радиатор совсем не обязательно устанавливать под окном, он прекрасно работает в любом удобном или подходящем по дизайну месте.