В нашем ликбезе для вас мы постарались максимально подробно осветить один из фундаментальных вопросов в проектировании систем водяного отопления. Какие бывают радиаторы, в чём их принципиальные различия и какой тип подойдёт именно вам, на что обратить внимание при покупке.
Основы тепловой физики
Чтобы понимать, как тот или иной тип радиаторов поведёт себя в конкретно взятой отопительной системе, нужно понимать ряд аспектов работы жидкостного отопления. В частности, важна цепочка преобразования тепла от источника нагрева до непосредственно воздуха в помещении.
Передача тепла осуществляется тем быстрее, чем выше площадь контакта двух тел с разной температурой и чем больше разница этих температур. Поэтому оптимальным считается вариант, когда в теплообменник котла поступает вода предельно низкой температуры, так большая часть теплоты из продуктов сгорания будет буквально «впитана» в теплоноситель.
В реальности такой подход используется только в тех системах, где мощность нагревательного агрегата не регулируется, как это обстоит с твёрдотопливными котлами. Большинство современной отопительной техники имеет достаточно гибкую систему автоматики, которая позволяет быстро выйти на сбалансированный режим работы. Котёл в таком случае отдаёт ровно столько энергии, сколько способны рассеять радиаторы системы.
В этом заключается основное заблуждение начинающих проектировщиков: наиболее очевидно, что радиатор должен нагревать воздух, хотя на самом деле его основная задача — охлаждать теплоноситель. Скорость теплообмена достаточно просто отрегулировать принудительной конвекцией и её локальной регулировкой. Поэтому при выборе и расчёте числа радиаторов отопления главная задача — восполнить теплопотери в помещениях, а не биться над балансировкой теплообменного контура.
Конвекционная составляющая конструкции
Высокая эффективность современных радиаторов обусловлена первым фактором, влияющим на скорость теплообмена — площадью поверхности. Многочисленные рёбра из теплопроводного материала обеспечивают очень быстрое охлаждение теплоносителя, эффект усиливается высокой скоростью воздушного потока, проходящего через радиатор.
Бесспорным лидером в этом отношении выступают биметаллические и алюминиевые радиаторы. Помимо многочисленных каналов для протока воздуха они имеют изгиб в верхней части ребёр, что позволяет эффективно перенаправить воздушный поток к центру комнаты и закольцевать его. Поэтому такой тип радиаторов устанавливают преимущественно под окнами с широкими подоконниками или внутри технологических ниш.
Чуть менее эффективной конвекционной способностью обладают панельные стальные радиаторы. От одной до трёх ребристых панелей обеспечивают качественную передачу тепла, но нагретый воздух направляется преимущественно вертикально. Наименьшей теплопередачей обладают чугунные радиаторы. Среди батарей старого образца лучшими показателями в этом плане характеризуются секции с косыми внутренними вставками, современные чугунные радиаторы немногим их превосходят. Но, как вы увидите позже, чугун имеет другие преимущества.
Материалы и их тепловая ёмкость
Рассмотрим подробнее вариант работы системы при средних значениях температуры теплоносителя, когда он не успевает охладиться до уровня воздуха в помещении. В этом случае и верхняя и нижняя часть радиатора будут иметь небольшую разницу температур, а котёл будет лишь немного подогревать теплоноситель.
Массивность чугунных радиаторов допускает работу в таком режиме. Разогретые до 50–60 ºС, они успевают отдать достаточно тепла комнатному воздуху и при этом обеспечивают стабильный нагрев без ощутимых перепадов. В этом заключается основное отличие от режима работы алюминиевых радиаторов: они работают в циклическом режиме, то прогревая помещения на максимальной мощности, то быстро остывая.
Чугунные и стальные радиаторы имеют ещё одну интересную особенность: они передают тепло не только конвекционным путём, но и за счёт прямого излучения. Однако чтобы нагреть такую массу металла, требуется время, порой довольно продолжительное. По скорости выхода на режим и количеству отдаваемого тепла в единицу времени чугунные радиаторы уступают прочим типам. Их выгодно устанавливать в частном доме с хорошим утеплением, а вот при подключении к централизованной системе отопления от чугуна не будет ощутимой пользы. Учитывая тот факт, что в квартирах число секций и пространство для их установки сильно ограничены, лучше отдать предпочтение стали или металлу.
Расчётное давление, внутреннее покрытие
Дополнительным ограничением при выборе радиаторов отопления всегда выступает качество теплоносителя и технические параметры системы. Для замены старых радиаторов в квартире алюминиевые не годятся, они попросту не рассчитаны на давление свыше 6–8 атм. В качестве замены подойдут как минимум биметаллические, но лучше отдать предпочтение стальным. Их можно с уверенностью назвать самыми неприхотливыми среди прочих разновидностей.
Качество воды или другого теплоносителя также сильно ограничивает применение алюминиевых радиаторов. Необходимо быть уверенным, что вода не содержит растворённых ионов в высокой концентрации. Также важно исключить любое проявление электрической эмиссии, что возможно при заземлении/занулении на металлические элементы отопительного водопровода. В таких условиях алюминий корродирует крайне быстро, что сопровождается ярко выраженным газообразованием и завоздушиванием системы.
Чугунные батареи вовсе не чувствительны к агрессивным веществам, а достаточно широкие каналы протока допускают значительное содержание механических примесей. Стальные радиаторы могут быть в некоторой мере подвержены осаждению нерастворенных частиц на внутренних стенках, поэтому воду для них нужно фильтровать и смягчать.
Водоизмещение, условная тепловая мощность
От того, какой объём проходит через радиатор за единицу времени, зависит теплоотдача и потенциальная способность регулировать проток локально. Для чугунных радиаторов требуется несколько большая пропускная способность трубопровода, нежели для стальных и алюминиевых. А это означает сознательное завышение мощности котла и размера расширительного бака.
Большое водоизмещение и запас мощности до определённой поры остаются разумными вложениями средств. В таком режиме отопительная система расходует эксплуатационный ресурс гораздо медленнее, наблюдается небольшая прибавка к КПД нагревательного агрегата, а высокая собственная теплоёмкость сглаживает перепады температур. Однако беспредельно наращивать внутренний объём системы не стоит, как минимум из-за нежелательной инерционности системы, к тому же конечной задачей остаётся нагреть воздух в помещении, а не воду в трубах.
Современная методика расчёта отопительной системы подразумевает обратный порядок вычислений. Сперва определяется, сколько нужно установить радиаторов для восполнения теплопотерь, а затем под определённую суммарную мощность выбирается отопительный котёл. При этом расчёт в каждом помещении следует проводить с применением коэффициента избыточности от 1,1 до 1,5 в зависимости от климатических условий, особенностей утепления и плотности размещения радиаторов.
Отметим, что значения рассеиваемой мощности — это полностью относительное значение. Так производитель указывает, сколько радиатор способен рассеять тепла в принципе, как если бы он был подключён к идеальной отопительной системе. На деле режимы работы всегда отличаются от идеальных и потому следует брать специальные поправки, отмечая реальный уровень температур от проектного. В указываемых значениях отапливаемой площади также учитывается конвекционная способность радиаторов.
Габаритные размеры
При выборе радиаторов также обязательно нужно учитывать условия монтажа: получится ли в имеющееся пространство вписать теплообменник с требуемой мощностью рассеяния. Для удобства здесь можно ввести понятие энергетической плотности: она будет наиболее высокой у алюминиевых радиаторов, далее идёт биметалл, затем сталь и наименее выгодными оказываются чугунные батареи. Оценить возможность размещения определённого типа радиаторов достаточно просто, благо они хорошо стандартизированы.
Наиболее просто задача обстоит с биметаллическими и алюминиевыми радиаторами. Они собираются из секций, каждая из которых имеет установленный показатель рассеиваемой мощности, водоизмещения и отапливаемой площади. Стандартная ширина секции — 80 мм, высота может меняться от 13,5 до 117,5 см с шагом около 10 см. По глубине секции бывают шести типов в зависимости от числа проточных каналов (колонн). Между размерами секции, её тепловой и конвекционной эффективностью имеется прямо пропорциональная связь.
Стальные радиаторы помимо размеров имеют дополнительную маркировку из двух цифр. Первая — число рассеивающих панелей, вторая — количество теплообменных змеевиков. В зависимости от этого меняется глубина радиатора: от 47 до 155 мм. Стальные радиаторы не собираются из секций, и потому их длина определяется индивидуально для каждого изделия в диапазоне от 40 см до 3-х метров. По высоте стальные радиаторы могут быть либо 300мм, либо 500 мм за редкими исключениями.
Чугунные радиаторы в вопросах габаритов имеют наименее чёткую стандартизацию. Некоторые производители придерживаются размеров, общепринятых для алюминиевых и биметаллических радиаторов, некоторая продукция соответствует размерам секций старых чугунных батарей: 90х580 мм при глубине 90 или 140 мм.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
