Нагревательные приборы: назначение, виды, требования, устройство, основные марки, конструктивные особенности

Нагревательным прибором называют устройство для передачи теплоты от первичного теплоносителя непосредственно обогреваемой среде, которой может быть воздух, вода, технологический или бытовой продукт и др. В системах отоп­ления такие приборы называют отопительными, а в системах централизованного горячего водоснабжения — полотенцесу­шителями (регистрами) или дизайн-радиаторами, водонагрева­телями.

Через стенки отопительного прибора происходит тепло­обмен между теплоносителем (нагретая вода, водяной пар) и воздухом помещения. Все нагревательные приборы должны удовлетворять определенным теплотехническим, санитар­но-гигиеническим требованиям.

Нагревательные приборы изготовляют из стали, чугуна, цветных и нержавеющих металлов (меди, алюминия), поли­мерных и других материалов. В первых системах отопления применяли чугунные ребристые нагревательные приборы и трубы, соединяемые на фланцах.

При выборе нагревательного прибора обычно учитывают:

• архитектурно-планировочные и строительные решения, пред­определяющие высоту, глубину и длину прибора;
• расчетную тепловую мощность одного прибора;
• категорию производства в помещениях по пожарной опасно­сти;
• требования заказчика к внешнему виду прибора;
• цену прибора, отнесенную к 1 кВт теплового потока;
• качество теплоносителя и принятую схему теплоснабжения здания (от теплосети источника централизованного тепло­снабжения или автономного источника);
• рабочее давление в теплосети, системе отопления.

В настоящее время наиболее распространенным типом отопительных приборов являются стальные и чугунные радиа­торы, конвекторы и калориферы.

Конструктивно они выполняются в виде отдельных секций и в зависимости от числа вертикальных каналов в каждой сек­ции могут быть одно-, двух-, трех- и многоколонными, много­рядными с разнообразным сечением каналов.

Чугунные двухколонные секционные радиаторы являются ос­новным типом нагревательных приборов. Заводы-изготовите­ли выпускают их собранными в блоки по 4; 5; 7; 12 секций, с огрунтованной под покраску поверхностью. По высоте (между дентрами ниппельных отверстий) радиаторы подразделяют на: высокие — 1000 мм, средние — 500 мм и низкие — 300 мм. Заво­ды комплектуют каждый из них двумя глухими пробками и двумя пробками с резьбовыми отверстиями с резьбой 1 /₂»или 3 /₄» по спецификации заказчика. Секции собирают в радиатор с помощью резьбовых ниппелей (с правой и левой резьбой) и уплотнительных прокладок (рисунок ниже).

Прокладки у пробок и ниппелей выполняют из таких мате­риалов, которые при хорошей обтяжке обеспечивают надеж­ную герметичность при рабочих температурах горячей воды, поступающей в радиаторы. При температуре теплоносителя менее 100 °С для уплотнений используют прокладки из карто­на, пропитанного в кипящей натуральной олифе. При темпе­ратуре теплоносителя до 140 °С в системах с органическими теплоносителями используется термостойкая и бензостойкая резина, а при температуре теплоносителя свыше 140 °С — про­кладки из паронита, клингерита (резиноасбестовый уплотни­тель).

Сборка радиаторных секций

Площадь поверхности нагрева одной секции М-140-АО-500 составляет 0,3 м 2 .

Перед установкой и дополнительной покраской отечествен­ные радиаторы требуют обязательной протяжки межсекционных резьбовых соединений. Хотя чугунные радиаторы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя 0,6 МПа, они плохо держат гид­равлические удары, возникающие во внешних подводящих се­тях. Вместе с тем они обладают высокой коррозионной стой­костью, необходимой в российских условиях эксплуатации.

В последние годы на отечественном рынке отопитель­но-вентиляционной техники появились разнообразные конст­рукции стальных и алюминиевых радиаторов.

Панельные стальные радиаторы выпускаются в нескольких конструктивных решениях:

• в виде штампованных из листовой стали (толщиной 1,5 мм) па­нелей с числом каналов от 8 до 20 и площадью поверхности на­грева от 0,65 до 4 м 2 (типа МН6, ЗС1, ЗС2, PC-10, PC-33, РСВ1, РСВЗ, РСВ9 и др.);
• в виде листотрубных змеевикового типа (преимущественно для паровых систем отопления);
• в виде конвекторов.

Штампованные радиаторы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 0,6 МПа и без специальных защитных внут­ренних покрытий из-за коррозии быстро выходят из строя.

В стальных трубчатыхрадиаторах сочетаются конвектив­ный и лучистый виды теплоотдачи (в 2 раза эффективнее обычного радиатора), а форма и дизайн делают его конкурен­тоспособным на мировом рынке отопительной техники. Теп­лоотдача в зависимости от числа секций составляет от 900 до 2520 Вт.

Конвектором называют отопительный прибор из стальных труб с нанизанными на них ребрами из листовой стали. Свое название прибор получил из-за преимущественного конвек­тивного процесса (до 90 %) теплоотдачи. В настоящее время это самый распространенный отопительный прибор. Его при­меняют в системах отопления жилых, общественных, админи­стративных и коммунальных зданий с температурой теплоносителя до 150 °С и давлением до 0,6 МПа. Прибор отличают не­высокая цена, безотказность в работе.

Конвекторы выпускают следующих типов: стальные плин­тусные КП; встроенные напольные «Бриз»; стальные низкие и высокие с кожухом «Аккорд» и «Универсал», конвекторы ОАО «Сантехпром» (малой глубины с номинальным тепловым по­током 0,4-2,0 кВт) и «Сантехпром Авто-С» (средней глубины с номинальным тепловым потоком 1,2-3,0 кВт).

Плинтусные и встроенные напольные конвекторы, приме­няемые для обогрева наружных стен с большим остеклением, когда не остается места для традиционных отопительных при­боров (они занимают незначительные пространства — не более 10 см по глубине и 20-25 см по высоте), создают надежную теп­ловую завесу от ниспадающих со стен потоков холодного воздуха. Их использование характерно для отопительных систем Западной Европы, Северной Америки и других стран с умерен­ным климатом.

Алюминиевые и биметаллические радиаторы, впервые по­павшие к нам примерно 15 лет назад по импорту из Италии и привлекли внимание высокой теплоотдачей (преимущест­венно лучистым теплообменом), чистым красивым литьем, секционностью конструкций. Они выпускаются в двух вари­антах:

• литые алюминиевые радиаторы, где каждая секция изготов­ляется как цельная деталь;
• разборные (экструзионные) радиаторы, состоящие из не­скольких секций, механически собираемых в одну с помощью уплотнителей и клея.

Недостатки алюминиевых радиаторов обусловлены амфотерными свойствами алюминия, вследствие чего они весьма чувствительны к кислотно-щелочной реакции воды pH, что в ряде случаев вызывает выделение газообразного водорода и уг­лекислоты в воду и «завоздушивание» систем отопления. Этого явления нет в биметаллических радиаторах — алюминиевый слой вынесен наверх конструкции и заменен изнутри сталь­ным.

Трубчатые нагревательные приборы из чугунных и гладких стальных труб устанавливают преимущественно в зданиях про­мышленных и сельскохозяйственных предприятий в виде ре­гистров и сварных панелей для обогрева наружных стен, фона­рей верхнего света, грунта теплиц и оранжерей, приготовления горячей воды в емкостных подогревателях и др.

В последние годы для устройства напольного отопления помещений и обогрева наружных площадей стали применять и металлополимерные трубы в качестве греющих элементов кон­струкции, а также электрические кабели (по системе кабельно­го DEVI-обогрева датской фирмы DEVI).

Полотенцесушители систем горячего водоснабжения. В сис­темах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий для создания комфортных условий в ванных комнатах и сушки белья устанавливают полотенцесушители, регистры, дизайн-радиаторы. В большинстве случаев их выполняют из стальных трубчатых элементов с номинальным тепловым по­током 0,3-0,6 кВт и присоединяют проточно-последовательно к системе горячего водоснабжения, а в ряде случаев и к систе­мам отопления зданий.

Калориферы широко применяют для нагревания проходя­щего через них воздуха в системах вентиляции, воздушного отопления, кондиционирования воздуха, сушильных установ­ках и др. Отечественная промышленность выпускает калори­феры:

• стальные пластинчатые одноходовые средней (КФС) и боль­шой (КФБ) моделей с площадью поверхности нагрева от 10 до 70 м 2 ;
• стальные оребренные (спирально-навивные) одноходовые средней (КФСО) и большой (КФБО) моделей с площадью по­верхности нагрева от 10 до 70 м 2 ;
• стальные пластинчатые многоходовые для воды модели (КМС, КМБ);
• стальные пластинчатые одноходовые для пара модели (СТД-3009В) и для воды (СТД-ЗОЮВ) с площадью поверхно­сти нагрева от 7 до 75 м 2 .

Наибольшее применение получили калориферы новейших разработок типа КСкЗ и КСк4 с биметаллическими оребренными трубками, с площадью поверхности нагрева от 10 до 136 м 2 .

Инфракрасные (ИК) излучатели используются в системах лучистого обогрева рабочих зон цехов, мастерских, ангаров, складов и других производственных помещений большой площади. На Западе они получили широкое распростране­ние и для обогрева общественных зданий и сооружений — спортивных, торговых, культовых, аэропортов, вокзалов и др. В приборах используют электромагнитные волны в диа­пазоне от 0,77 до 340 мкм (при этом диапазон 0,77-15 мкм считается коротковолновым, от 15 до 100 мкм — средневол­новым, а от 100 до 340 мкм- длинноволновым). ИК-излучатели с температурой на поверхности от 700 до 2500 °С, имею­щие длину волн 1,55-2,55 мкм (близкие к видимому свету), называют «светлые», излучатели с более низкой температу­рой поверхности имеют большую длину волны, и их называ­ют «темные». Тепловая мощность их может составлять от 3-4 кВт (уличные газовые фонари и лампы для кафе, закусочных, киосков) до 200-300 кВт (И К-излучатели «темного» типа для производственных зданий), КПД 92 %.

Импортные промышленные ИК-установки включают в се­бя: теплогенератор мощностью от 50 до 300 кВт с газовой го­релкой и блоком управления; ленточный трубный излучатель Длиной до 140 м, дымосос с электродвигателем; кожух излуча­теля из стали с теплоизоляционным покрытием и лучеотражающей пленкой.

Отечественная промышленность представлена конструк­циями газовых инфракрасных излучателей ГИИ-5 — ГИИ-31 сибирского предприятия «Сибшванк» (мощностью от 5 до 31 кВт в одном приборе, с трубными раздатчиками) и моделя­ми московского Стройпроектсервиса (мощностью от 11 до 140 кВт).

Панельно-лучистые системы отопления по конструктивно­му исполнению подразделяют на панельные, по трубкам кото­рых проходит перегретая вода (пар); трубчатые змеевики, за­кладываемые при изготовлении строительных конструкций; газовоздушные; радиационные подвесные или настенные.

Металлические панели предназначены для отопления ши­роких производственных помещений, не нуждающихся в уси­ленной вентиляции (механические, инструментальные, мо­дельные цехи, ангары, склады).

Излучающие панели, подвешиваемые в верхней зоне таких помещений, состоят из металлического отражательного экра­на с козырьками, к нижней поверхности которого прикрепле­ны греющие трубы, а верхняя поверхность покрыта слоем теп­ловой изоляции.

Подвесные панели конструктивно должны быть такими, что­бы теплоотдача излучением вниз составляла не менее 80 % об­щей теплоотдачи. Только тогда достигается равномерность температуры воздуха по высоте помещений и экономится теп­ловая энергия по сравнению с конвективным отоплением обычного вида, особенно воздушным.

Бетонные панели с замоноличенными стальными греющими трубами применяются в стеновых системах панельно-лучистого отопления в полносборных зданиях массового строительст­ва, в основном для отопления общественных и производствен­ных зданий преимущественно с ограждающими конструкция­ми из стеновых панелей.

В последнее время для целей утилизации теплоты удаляе­мого из помещений отепленного воздуха и извлечения теплоты технологических газов и паров разработаны специальные теплоутилизаторы, которые представляют собой теплообмен­ники, устанавливаемые в системах вентиляции и кондициони­рования и позволяющие использовать тепло удаляемого из помещения воздуха. Отопительные приборы новой конструк­ции — доводчики эжекционные — это воздухораспределительные устройства для подготовки смеси воздуха и подачи его в помещение. Доводчики применяются для круглосуточного конди­ционирования промышленных и гражданских зданий, имею­щих централизованное снабжение первичным воздухом, теп­лоносителем и холодоносителем.

Разновидности отопительных приборов

В зависимости от различных особенностей конструкции отопительные приборы, представленные на рынке, обладают разными характеристиками. Главным при их установке является правильный подбор нужной модели, оптимально подходящей для конкретного случая.

Разновидности

Чаще всего классификация отопительных приборов проводится по следующим признакам:

• используемому теплоносителю, которым может быть нагретая вода, газ или даже воздух;
• материалу изготовления;
• эксплуатационным характеристикам: размерам, мощности, способу монтажа и возможностью регулирования скорости нагрева.

Оптимальный вариант лучше подбирать, учитывая особенности системы отопления здания, условия эксплуатации, соблюдая все требования, предъявляемые к отопительным приборам.

Кроме производительности устройств стоит учитывать возможность их установки. Так, например, при отсутствии газоснабжения и невозможности организации водяного отопления единственным вариантом будут электрические приборы.

Водяная система

Чаще всего используются и оттого имеют самый широкий ассортимент отопительные приборы водяных систем отопления. Это объясняется их неплохим КПД и оптимальным уровнем затрат на приобретение, монтаж и обслуживание.

Конструктивно устройства не слишком отличаются друг от друга. Внутри каждого имеются каналы для протекания горячей воды, тепло от которой передается поверхности прибора, а затем, при помощи конвекции, воздуху комнаты. По этой причине они называются конвекционными.

В водяных системах отопления могут пользоваться следующими типами радиаторов:

• чугунными;
• стальными;
• алюминиевыми;
• биметаллическими.

Все эти отопительные приборы имеют свои особенности, благодаря которым выбираются для каждого конкретного случая в зависимости от площади комнаты, нюансов монтажа, качества и вида теплоносителя (которым иногда бывает антифриз).

Мощность каждого прибора регулируется количеством секций, которое может быть выбрано практически любым. Хотя при расчетной длине одной батареи больше 1,5–2 м рекомендуется установка рядом двух меньших по размеру устройств.

Чугунные батареи

Чугун был одним из самых популярных материалов в отечественных системах отопления. Его выбор, как правило, был обусловлен сравнительно невысокой стоимостью. Позже такие приборы стали использоваться реже, так как обладают небольшим коэффициентом теплоотдачи (всего 40%), за счет чего мощность одной секции равна примерно 130 Вт. Хотя их до сих пор можно встретить в системах старого образца. В современном интерьере иногда используют дизайнерские модели чугунных радиаторов.

Преимуществами таких приборов является большая площадь поверхности, отдающей тепло помещению, и длительный эксплуатационный период (до 50 лет). Хотя недостатков все же больше – к ним относятся и сравнительно большой объем используемого теплоносителя (до 1,4 литра), и трудность ремонта, и инертность нагрева, за счет которой повышение температуры прибора осуществляется сравнительно медленно, и даже необходимость периодической (минимум раз в 3 года) прочистки. Кроме того, тяжелые секции очень трудно устанавливать.

Радиаторы из алюминия

Использование алюминиевых радиаторов позволяет обеспечить максимальный уровень теплоотдачи – мощность секции может достигать 200 Вт (чего достаточно для отопления 1,5–2 кв. м).

Их стоимость вполне доступна, а небольшой вес позволяет провести установку самостоятельно. Правда, эксплуатация прибора возможна на протяжении всего лишь 20–25 лет.

Биметаллические батареи

К их преимуществам можно отнести наличие в конструкции конвекционных панелей, улучшающих циркуляцию воздуха по поверхности, простоту установки приборов для регулирования интенсивности расхода теплоносителя, а также простоту монтажа. Секция радиатора, имеющая мощность до 180 Вт, способна отапливать около 1,5 кв. м площади.

Несмотря на достоинства, которые имеют такие отопительные приборы, существуют и проблемы их использования. Так, например, для биметаллических радиаторов не рекомендуется разбавление воды антифризами, которые, хотя и не позволяют системе замерзать, отрицательно влияют на внутренние поверхности нагревательных устройств.

Кроме того, данные варианты являются самыми дорогими из всех, которые применяются в системе водяного отопления.

Приборы электрического обогрева

Все электрические приборы, применяемые в случае невозможности установки водяной системы отопления, имеют разные особенности и характеристики – от мощности до принципов генерирования тепла. При этом главными недостатками любого такого оборудования являются высокая стоимость эксплуатации и необходимость устройства электросети, способной выдержать большие нагрузки (при суммарной мощности электронагревателей больше 9–12 кВт необходимо устройство сети с напряжением 380 В). Преимущества же у каждой разновидности свои.

Конвекционные приборы

Конструкция, которую имеют электрические нагревательные устройства данного типа, позволяет достаточно быстро нагреть помещение при помощи перемещающихся сквозь них воздушных потоков.

Попадание воздуха внутрь приборов происходит через отверстия в нижней части, его нагрев осуществляется при помощи ТЭНа, а выход обеспечивается наличием верхних щелей. На сегодняшний день существуют электрические конвекторы мощностью от 0,25 до 2,5 кВт.

Масляные устройства

Масляные электрические нагреватели тоже используют конвекционный метод нагрева. Внутри корпуса содержится специальное масло, которое и нагревается ТЭНом. При этом нагрев может регулироваться при помощи термостата, выключающего прибор при достижении воздухом заданной температуры.

Особенностями работы нагревателей является их высокая инерционность. За счет этого отопительные приборы очень медленно нагреваются, однако, даже после отключения подачи энергии их поверхность продолжает испускать тепло на протяжении длительного периода времени.

Кроме того, поверхность масляного оборудования нагревается до 110–150 градусов, что намного выше параметров других устройств и требует особого обращения – например, установки в отдалении от предметов, способных воспламениться.

Использование таких радиаторов дает возможность удобного регулирования интенсивности нагрева – почти все они имеют 2–4 режима работы. Кроме того, с учетом производительности одной секции в 150–250 кВт, подбирать прибор для конкретного помещения довольно легко. А ассортимент большинства производителей включает модели мощностью до 4,5 кВт.

Инфракрасное отопление

Выбирая отопительные приборы, принцип действия которых основан на излучении тепловых волн в инфракрасном диапазоне, владелец частного дома или помещения другого назначения получает следующие преимущества:

• заметное снижение потребления электроэнергии по сравнению с традиционным электрическим оборудованием (в пределах 30%);
• отсутствие снижения содержания в воздухе кислорода, что избавляет находящихся в помещении людей от головной боли;
• очень высокую скорость нагрева (даже холодная комната прогревается в течение нескольких минут).

Обычно используют электрические инфракрасные обогреватели. Гораздо реже встречаются газовые приборы, предназначенные, в основном, для отопления улиц, производственных цехов и площадок или дач.

Классификация приборов для инфракрасного отопления производится по способу испускания волн. Бывают пленочные устройства, которые передают на окружающие предметы излучение от резисторных проводников, расположенных на поверхности специальной пленки. Мощность – в пределах 800 Вт на 1 кв. м.

Второй вид — карбоновые. В них излучение идет от спирали внутри герметичной стеклянной колбы. Бытовые приборы данного типа имеют мощность от 0,7 до 4,0 кВт.

Преимуществом первых является возможность использовать их как электрические теплые полы. В то время как карбоновые обогреватели намного мощнее, хотя и требуют при этом соблюдения повышенных мер пожарной безопасности.

Газовый нагрев

Для того чтобы снизить расходы на отопление, нередко применяются отопительные приборы, работающие на газе. Одним из самых простых видов такого оборудования является газовый конвектор, присоединяемый либо к системе газоснабжения, либо к баллону с сжиженным пропаном. При этом горелка не входит в контакт с окружающей атмосферой, а кислород попадает к ней через специальную трубу (которую можно вывести на улицу для поддержания в помещении нормального качества воздуха).

Такие виды отопительных приборов имеют высокую мощность (до 8 кВт и более), относительно дешевы в эксплуатации за счет невысокой стоимости энергоносителя.

К недостаткам же относятся: необходимость постановки на учет в контролирующих организациях, обустройство качественной вентиляции и необходимость в периодической очистке форсунок. Кроме того, в случае неисправности оборудования в помещении может возрасти количество опасного для здоровья углекислого газа. Поэтому в квартирах и других помещениях с постоянным пребыванием людей такие приборы используют редко – тогда как, например, для дачи или гаража они могут оказаться просто незаменимыми.