Нагревательные приборы систем водяного отопления

Отопительные приборы являются основным элементом системы отопления и должны отвечать определенным теплотехническим, санитарно-гигиеническим, технико-эко­номическим, архитектурно-строительным и монтажным требованиям.

Теплотехнические требования заключаются в основ­ном в том, что отопительные приборы должны хорошо передавать теплоту от теплоносителя (воды или пара) отапливаемым помещениям, т.е. чтобы коэффициент теплопередачи их был как можно выше, не менее 9…10 Вт/(м²·К), учитывая, что для современных конструк­ций отопительных приборов он находится в пределах 4,5…17 Вт/(м²·К).

Санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к отопительным приборам, заключаются в том, чтобы конструкция и форма (вид) их поверхности не приводи­ли к скоплению пыли и позволяли ее легко удалять.

Технико-экономические требования следующие: ми­нимальная заводская стоимость; минимальный расход металла; соответствие конструкции прибора требовани­ям технологии их массового производства; секционность, позволяющая компоновать прибор с требуемой площадью поверхности нагрева.

Критерием для теплотехнической и технико-экономи­ческой оценки металлических отопительных приборов служит тепловое напряжение металла прибора М, Вт/(кг·К), что представляет отношение величины тепло­вого потока прибора при разности средних температур поверхности прибора и окружающего воздуха помещения в 1°С, отнесенной к массе металла прибора.

Чем больше тепловое напряжение металла отопитель­ного прибора, тем он выгоднее. Современные приборы ра­ботают с тепловым напряжением металла 0,9…1,6 Вт/(кг·К).

Архитектурно-строительные требования включают со­кращение площади, занимаемой отопительными прибо­рами, и обеспечение их приятного внешнего вида. Для выполнения этих требований отопительные приборы дол­жны быть компактны, с легкодоступной для осмотра и очистки от пыли поверхностью, должны соответствовать интерьеру помещения.

Монтажные требования отражают прежде всего не­обходимость повышения производительности труда при изготовлении и монтаже отопительных приборов. Конст­рукция их должна благоприятствовать автоматизации производства и быть удобной в монтаже. Приборы дол­жны быть прочными, удобными для транспортировки и монтажа, а их стенки паро- и водонепроницаемыми, температуроустойчивыми.

Большое многообразие видов и типов отопительных приборов объясняется тем, что всем рассмотренным тре­бованиям одновременно удовлетворить очень сложно.

Все отопительные приборы подразделяют по следующим признакам: по преобладающему способу теплоотдачи; по виду поверхности; по используемому материалу; по высоте и строительной глубине.

По преобладающему способу теплоотдачи приборы делятся на 3 группы:

1. Радиационные приборы,передающие излучением не менее 50 % общего теплового потока. К первой группе относятся потолочные отопи­тельные панели и излучатели.

2. Конвективно-радиационные приборы, передающие конвекцией от 50 до 75 % общего теплового потока. Вторая группа включает радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные отопительные панели.

3. Конвективные приборы, передающие конвекцией не менее 75% общего теплового потока. К третьей группе принадлежат конвекторы и ребристые трубы.

По используемому материалу различают металлические, комби­нированные и неметаллические отопительные приборы. Металлические приборы выполняют в основном из серого чугуна и стали (листовой стали и стальных труб). Применяют также медные трубы, листовой и литой алю­миний и другие металлы.

В комбинированных приборах используют теплопроводный мате­риал (бетон, керамику), в который заделывают стальные или чугунные гре­ющие элементы (панельные радиаторы). Оребренные металлические трубы помещают в неметаллический кожух (конвекторы).

К неметаллические приборам относят бетонные панельные радиа­торы, потолочные и напольные панели с заделанными пластмассовыми гре­ющими трубами или с пустотами без труб, а также керамические, пластмассовые и тому подобные радиаторы.

По высоте вертикальные отопительные приборы подразделяют на высокие (высотой более 650 мм), средние (более 400 до 650 мм) и низкие (более 200 до 400 мм). Приборы высотой 200 мм и менее называют плинтусными.

По глубине (толщине) применяются приборы малой (до 120мм), средней (более 120 до 200мм) и большой глубины (более 200мм).

Рассмотрим основные виды отопительных приборов, широко используемых в жилых, общественных и произ­водственных зданиях.

Радиаторы — отопительные приборы, радиационная теплоотда­ча которых составляет значительную величину (25...50%). Ради­аторы изготавливают из чугуна, стали.

Радиаторы чугунные, наиболее распространенные отопительные приборы, состоят из отдельных элементов (секций), изготовленных методом литья из серого чугуна в специальные формы.

Чугунные радиаторы обладают относительно высокими теплотехническими показателями. Коэффициент теплопереда­чи современных чугунных радиаторов составляет 9,1...10,6 Вт/(м²°С). Положительным свойством является их высокая коррозионная стойкость.

Однако относительно малое тепловое напряжение металла 0,29...0,36 Вт/(кг°С), большая металлоемкость, непривлекательный внешнийвид, трудоем­кость изготовления и монтажа, а также невысокая механическая прочность (выдерживают гидравлическое давление 0,6 МПа), приводят к сокращению их производства в нашей стране за счет увеличения производства радиаторов из стали, алюминия и сплавов.

Ребристые чугунные трубы отливают из серого чугуна с круглыми ребрами со стороны контакта с воздухом. Оребрение резко увеличивает поверхность нагрева воздуха. Теплоотдача этих нагревательных приборов конвекцией составляет 50%.

Теплотехнические показатели ребристых чугунных труб весьма высоки. Относительная простота изготовления и монтажа ребристых труб и их дешевизна способствуют широкому распространен этих отопительных приборов в промышленном и сельскохозяйст­венном строительстве. Однако низкие гигиенические и эстетические качества ребристых чугунных труб делают их непригодными в гра­жданском и жилищном строительстве.

Бетонные отопительные панели со встроенными в них стальными трубами применяются в системах панельно-лучистого отопления для размещенияпод окнами, в перегородках и площадках лестничных клеток. Основная часть тепловой энергиитаких панелей передаетсяв помещение лучеиспусканием. Они не занимают полезной площади, гигиеничны, обладают хорошей монтажностью.

К их существенным недостаткам относятся сложность ремонта и значительная инертность при регулировании тепловой производи­тельности в процессе эксплуатации.

Алюминиевые отопительные приборы обладают большей теплоотдачей по сравнению со стальными и чугунными, имеют меньшую массу, тепловую инерцию, поддаются декоративной обработке, но обладают меньшей механической прочностью и химически менее стойки.

Биметаллические отопительные приборы представляют собой преимущественно стальные каналы для теплоносителя покрытые алюминиевыми литыми теплоотдающими элементами. Они сочетают в себе механическую прочность и химическую стойкость стальных приборов с теплотехническими характеристиками алюминиевых приборов.

Конвектор представляют собой трубчато-ребристый нагревательный элемент заключенный в кожух, обеспечивающий интенсивное обтекание ребер конвектора воздухом. В качестве нагревательного элемента часто применяют стальные трубы с напрессованными на них ребрами из листовой стали. Функции кожуха могут выполнять элементы оребрения за счет особой формы, в этом случае прибор называют конвектором без кожуха.

Основные конструктивные исполнения отопительных приборов представлены на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Конструкция отопительных приборов различных типов
(поперечные разрезы):

а – радиатор секционный, б – радиатор стальной панельный, в – гладкотрубный прибор (регистр), г – конвектор с кожухом, д – оребренная труба (регистр); 1 – канал для теплоносителя, 2 – оребрение из стальных пластин, 3 – присоединительный фланец.

Размещение отопительных приборов в помещениях производится в нижней зоне помещения преимущественно у наружных стен. В зданиях жилого и общественного назначения отопительные приборы размещают преимущественно в подоконных нишах как с подоконниками так и без. Такое размещение отопительных приборов обусловлено необходимостью прогрева нижней зоны помещения, защиты помещения от радиационного охлаждения со стороны наружных стен и нагрева инфильтрационного воздуха. Низкопрофильные приборы обеспечивают более равномерный прогрев помещения за счет больше длины прибора при равной теплоотдаче (рис. 7.3, б). Высокие и более короткие приборы вызывают интенсивный подъем потока нагретого воздуха вблизи прибора, что приводит к перегреву верхней зоны помещения и проникновению охлажденного воздуха по обеим сторонам прибора в обслуживаемую зону (рис. 7.3, б).

Рис. 7.3. Размещение под окном помещения отопительного прибора:

а – низкого и длинного, б – высокого и короткого

Несмотря на указанные достоинства низкопрофильных приборов их применение ограничено сравнительно большей стоимостью (в связи с большим количеством секций при той же теплоотдаче) и трудоемкостью монтажа.

Для компенсации теплопотерь помещения необходимо подобрать такой типоразмер отопительного прибора, который обеспечит при проектных температурах теплоносителя теплоотдачу отопительного прибора, равную теплопотерям помещения.

В настоящее время применяется методика теплового расчета отопительных приборов на основании номинального теплового потока при стандартных испытательных условиях с последующей корректировкой под проектные условия эксплуатации.

Тепловой поток радиатора Q, Вт, при условиях, отличных от нормальных (нормированных), определяется по формуле:

, (7.1)

где - номинальные тепловой поток радиатора, Вт;

- фактический температурный напор, °С, определяемый по формулам:

(7.2)

где и - начальная и конечная температуры теплоносителя в отопительном приборе, °С;

- расчетная температура воздуха в помещении;

- перепад температур теплоносителя в приборе;

- поправочный коэффициент на схему движения теплоносителя;

- эмпирические показатели степени, принимаются по данным справочной литературы;

- фактический расход теплоносителя через прибор;

- поправочный коэффициент на расчетное атмосферное давление;

- поправочный коэффициент на количество секций в радиаторе;

р - безразмерный поправочный коэффициент, с помощью которого учитывается специфика зависимости теплового потока и коэффициента теплопередачи радиатора от числа секций в нём при движении теплоносителя по схеме «снизу-вверх»; при движении теплоносителя по схемам «сверху-вниз» и «снизу-вниз» р=1.