История появления радиаторов отопления

Если еще сто лет назад символом уюта и тепла в доме служил домашний очаг, сегодня эти ассоциации вызывают мощные котлы отопления и современные радиаторы. Для того чтобы в полной мере понять, как дальне будут развиваться отопительные приборы, неплохо бы узнать немного из их истории.

Установлено, что первые прародители сегодняшних радиаторов появились в богатых домах Древнего Рима. Эти устройства назывались «гипокаусты», они обогревали помещения при помощи разветвленной сети специальных каналов, которые размещались в стенах и под полом. По этим каналам пропускались горячие дымовые газы из печи. Следовательно, теплоносителем в системе являлся воздух.

Труды Сенеки, Плиния и Геродота свидетельствуют, что римские бани обогревали при помощи горячей воды, которая протекала по медным трубам, расположенным под полом. Именно эта система стала прототипом водяной системы отопления, которая получила развитие в эпоху промышленной революции.

В Средние века большие здания обогревались при помощи воздушной схемы. Так отапливались соборы, церкви, дворцы. Историки утверждают, что именно воздушная система отопления была использована для обогрева Грановитой палаты и Кремля.

В те времена источником тепла служили камины и печи, которые первоначально производились из глины, а позже из металла. Большой вклад в развитие печного отопления внес Бенджамин Франклин. Он сконструировал автономную печь, которая изготовлялась из чугуна. Этот металл характеризуется большой теплоемкостью. Печь Франклина послужила одновременно прототипом, как для котла отопления (камера, где сжигается топливо), так и для радиатора (стенки печки излучали тепло и нагревали воздух в помещении).

Позднее в 17 веке инженер Эвелин разделил эти две функции благодаря развитию технологий обработки металлов. Именно этот английский инженер впервые сконструировал водяную систему отопления для обогрева оранжереи. Вода нагревалась в больших металлических котлах и циркулировала по стальным трубам, постепенно отдавая тепло.

С появлением в Англии водяной системы отопления, этой разработкой заинтересовались русские инженеры. В 1714 году эта системы была использована для отопления Летнего Дворца Петра I. В 18 веке паровые и водяные системы отопления применялись для обогрева зимних садов и оранжерей, и лишь начиная с 30х годов 19 века, водяное отопление стало востребованным в жилых помещениях.

Первые водяные системы отопления были сконструированы с применением так называемой гравитационной схемы, где в замкнутом контуре труб циркулировал теплоноситель. Для того чтобы система не давала сбоев, приходилось использовать увеличенный диаметр труб, да и в целом она была инерционной. Первоначально теплоотдача в водяных отопительных системах осуществлялась через оребренные или обычные трубы. Из-за небольшой площади, контактирующей с воздухом, такие приборы отличались низкой эффективностью. Именно в России, в Северной Столице был изобретен принципиально новый вид отопительных приборов – чугунный радиатор отопления, который представлял собой несколько толстых труб с вертикальными дисками.

Чугунные батареи очень быстро стали пользоваться популярностью по всему миру. Эти приборы применялись не только для водяных систем отопления, но и для паровых. По сравнению с современными чугунными радиаторами, приборы тех времен были более громоздкими и украшались причудливыми орнаментами и литьем. Интересно узнать, что самому старому радиатору отопления 108 лет. Этот раритет хранится в Царском Селе.

К концу 19 века водяные системы с гравитационной системой стали чрезвычайно популярны по всему миру. Однако уже на тех порах были очевидны их недостатки: высокая стоимость, инертность и неравномерное распределение тепла. Именно тогда инженеры стали искать новые решения и создали систему с искусственным побуждением, для которой стал использоваться насос. Именно водяное отопление с насосным побуждением стало наиболее популярным. В России этот тип был опробован в здании Михайловского театра, а позднее в Эрмитаже, Институте путей сообщения, Мариинском театре.

Лишь начиная с 1920 года, началось строительство централизованного отопления. Тогда были построены новые ТЭЦ, где использовалось электричество и метод когенерации тепла. К началу Второй Мировой Войны чугунные радиаторы появились не только в государственных учреждениях, но и во многих жилых домах.

В 1930 году швейцарцем Робертом Цендером был создан стальной трубчатый радиатор. Этот прибор был намного легче чугунного, имел высокую теплоотдачу, не требовал больших затрат на производство. Кроме того, дизайн стальных радиаторов был намного привлекательнее чугунных. С того момента эти приборы стали пользоваться популярностью по всему миру.

В 1961 году были предприняты первый попытки создания алюминиевых радиаторов. Очень быстро эти приборы нашли свою нишу на рынке отопительных приборов. По сей день, они пользуются популярностью в централизованных системах отопления. Одним из самых популярных среди производителей алюминиевых радиаторов является компания Faral. На сегодняшний день радиаторы из алюминия выпускаются в двух вариантах: это литые приборы, с цельнолитой секцией и радиаторы, где каждая секция состоит из трех элементов, соединенных друг с другом.

В каком русле будут развиваться радиаторы отопления сказать трудно, однако история показывает, что человеческая фантазия безгранична. Радиаторы отопления сегодня служат не только источников обогрева, но и выполняют функцию полноценного элемента декора.

Радиатор отопления

Радиатор отопления (неофициальное разговорное название — батарея) («излучатель» от лат. radius «луч») — конвективно-радиационный отопительный прибор, состоящий из отдельных, обычно колончатых, элементов — секций — с внутренними каналами, внутри которых циркулирует теплоноситель (обычно — вода) [1] . Тепло от радиатора отводится излучением, конвекцией и теплопроводностью; доля тепла, отводимая излучением, увеличивается при окраске радиатора в тёмный цвет.

Содержание

Чугунные радиаторы

Чугунные секционные отопительные радиаторы предназначены для систем центрального отопления жилых, общественных и производственных зданий с большим числом этажей. Они отличаются значительной тепловой мощностью на единицу длины прибора и, соответственно, компактностью. Чугунные радиаторы также маловосприимчивы к плохому качеству теплоносителя и стойки к коррозии.

Чугунные радиаторы прочны и достаточно долговечны. Их большая масса, с одной стороны, обеспечивает им высокую теплоёмкость и, соответственно, тепловую инерционность, позволяя сглаживать резкие изменения температуры в помещении; однако она же является и недостатком, создавая трудности при монтаже или обслуживании. Также к недостаткам относится тенденция межсекционных прокладок к деградации; при длительной эксплуатации (свыше 40 лет) возможно разрушение радиаторных ниппелей. Чугунным радиаторам требуется периодическая покраска; кроме того, стенки внутренних каналов шершавые и пористые, что со временем приводит к образованию налёта и падению теплоотдачи. Рабочее давление чугунной секции не более 6-10 атм.

Алюминиевые радиаторы

Алюминиевые радиаторы на сегодняшний день считаются наиболее эффективными по причине высокой теплопроводности алюминия и повышенной за счет выступов и ребер площади поверхности радиатора. Практически все современные радиаторы, рассчитанные для работы в системах центрального отопления, имеют рабочее давление более 12 атм, опрессовочное — более 18 атм.

К достоинствам алюминиевых радиаторов относится лёгкость, небольшие размеры, высокое рабочее давление, максимальный уровень теплоотдачи [ источник не указан 2376 дней ] , большая площадь сечения межколлекторных трубок.

Существенным недостатком алюминиевых радиаторов является коррозия алюминия в водной среде, особенно ускоряющаяся при контакте двух разнородных металлов или наличии в отопительной сети блуждающих токов [ источник не указан 2376 дней ] .

Алюминий является активным металлом, и если покрывающая его поверхность оксидная плёнка оказывается нарушенной, то при контакте с водой последняя разлагается с выделением водорода. Если отопительный прибор герметично закрыт, возрастающее давление газа может привести к разрыву радиатора. С этим явлением борются при помощи нанесения на контактирующие с водой поверхности полимерного покрытия, которое также улучшает антикоррозионные свойства, позволяя использовать теплоносители с уровнем pH от 5 до 10; уменьшает гидродинамическое сопротивление, предотвращает засоры и налипания. В случае, если радиатор не имеет внутреннего полимерного покрытия, перекрывать краны на подводящих трубах запрещается [ источник не указан 2376 дней ] .

Алюминиевые радиаторы чаще всего делят на три основных типа: литые с цельными секциями, экструдированные с механически соединенным набором секций и комбинированные, сочетающие в себе качества обоих этих типов. Для работы в условиях высокого [ какой? ] рабочего давления используются биметаллические радиаторы, изготавливаемые из алюминия и стали.

Цельные алюминиевые радиаторы

Эти радиаторы конструктивно состоят из профилей, изготовленных экструзией и соединённых между собой сваркой. Используемый в них алюминий не требует каких-либо добавок, и поэтому сохраняет свою пластичность; соответственно, внешние ударные воздействия и внутренние гидроудары не вызывают сколов рёбер и растрескиваний таких радиаторов. Отсутствие межсекционных прокладок в таких радиаторах придаёт им прочность и надёжность, а при наличии внутреннего полимерного покрытия их долговечность может превосходить долговечность чугунных радиаторов [ источник не указан 2376 дней ] . Однако, поскольку их конструкция является неразборной, они не могут быть наращены в процессе эксплуатации.

Секционные алюминиевые радиаторы

Такие радиаторы конструктивно состоят из секций, изготовленных литьём под давлением, которые соединяются между собой с помощью резьбовых соединительных элементов (ниппелей); межсекционное соединение герметизируется с помощью прокладок из паронита, высокотемпературного силикона или иных материалов. Секционность предоставляет возможность нарастить радиатор в ходе эксплуатации или заменить повреждённую секцию, однако наличие межсекционных соединений отрицательно сказывается на надёжности; помимо этого, внутренняя поверхность секций отличается большей шероховатостью.

Стальные радиаторы

Стальные панельные радиаторы

Такой радиатор представляет собой прямоугольную панель, состоящую из двух сваренных вместе стальных листов с отштампованными углублениями, при сварке образующих каналы для циркуляции теплоносителя. Иногда для увеличения теплоотдачи к тыльной стороне панели привариваются П-образные стальные рёбра. Несколько таких панелей могут объединяться в пакет и закрываться сверху и с боков декоративными планками.

Выпускаются панели различной высоты и ширины, что позволяет создать прибор любой тепловой мощности. Панельные радиаторы имеют небольшую глубину и мало весят; соответственно, их тепловая инерционность незначительна. Площадь нагреваемой поверхности панелей весьма велика и стимулирует интенсивное движение нагретого воздуха — доля теплового потока, передаваемая конвекцией, достигает 75 % [ источник не указан 2376 дней ] , что позволяет отнести эти приборы к типу конвекторов.

Для изготовления панелей используется низкоуглеродистая сталь с повышенной коррозионной стойкостью. Поверхность стали обезжиривают, фосфатируют, покрывают порошковой эмалью и термообрабатывают.

В случаях, когда система отопления имеет прямое сообщение с атмосферой (например, через открытый расширительный бак), эти радиаторы склонны к коррозии, и их срок службы может составлять всего несколько лет.

К недостаткам панельных стальных радиаторов следует отнести небольшое рабочее давление, на которое они рассчитаны, чувствительность к гидравлическим ударам, незащищённость внутренней поверхности от коррозионного воздействия воды. Эти свойства ограничивают сферу их применения автономными системами отопления с хорошей водоподготовкой. Кроме того, тыльные поверхности приборов труднодоступны для удаления пыли.

В большинстве случаев панельные радиаторы рассчитываются на рабочее давление от 6 до 8,7 атм, опрессовочное — до 13 атм и максимальную температуру теплоносителя 110 °C [ источник не указан 2376 дней ] . Их рекомендуется использовать в индивидуальном и малоэтажном строительстве, а при наличии индивидуального теплового пункта — в зданиях любой этажности.

Стальные секционные радиаторы

Внешне эти радиаторы напоминают чугунные, однако их секции соединяются друг с другом не резьбовыми ниппелями, а при помощи точечной сварки. Они являются более прочными и долговечными и рассчитаны на рабочее давление от 10 до 16 атм [ источник не указан 2376 дней ] . Однако из-за особенностей технологии производства стоимость этих радиаторов достаточно высока, что и обуславливает их относительно невысокую популярность.

Стальные трубчатые радиаторы

Трубчатые стальные радиаторы представляют собой сварную трубчатую конструкцию и являются наиболее дорогостоящими. Они выпускаются в расчете на рабочее давление 10-15 атм [ источник не указан 2376 дней ] . Сварные стыки минимизируют вероятность протечек, но недостатком этих радиаторов является малая толщина стали (1 мм и менее).

Биметаллические радиаторы

Биметаллические радиаторы отличаются от алюминиевых наличием стальных внутренних элементов. Конструкция этих радиаторов такова, что запас прочности превышает все возможные давления в системе многократно (разрушающее давление составляет 100 атм), контакт теплоносителя с алюминием сведен практически к нулю. Единственным недостатком можно считать только самую высокую стоимость среди радиаторов.

Масляные радиаторы

Масляный радиатор состоит из герметичного корпуса, заполненного минеральным маслом, в котором расположен электронагреватель. Тепло от последнего передаётся маслу, затем корпусу, температура которого при этом не превышает 60-70 °C, а от него — окружающему воздуху.

Теплоконтурные радиаторы

В основе энергоэффективной работы теплоконтурного радиатора лежит принцип парового отопления. Высокая эффективность отопления паром является общеизвестным фактом, именно паровое отопление используется уже более 100 лет. При изготовлении энергоэффективного теплоконтурного радиатора удалось сохранить все преимущества парового отопления, при этом избавившись от его недостатков. Теплоконтурный радиатор представляет собой металлическую герметичную конструкцию, принцип работы которого основан на использовании энергии фазового перехода пар — жидкость, пар с большой скоростью распространяется по всему объёму радиатора, конденсируется на внутренней поверхности, передавая свою энергию, тем самым быстро и равномерно нагревая весь радиатор.

Происхождение названия «батарея»

По первой и наиболее вероятной версии [ источник не указан 214 дней ] , название «батарея» произошло от того, что радиатор парового отопления имеет от нескольких штук до нескольких десятков радиаторных секций и получил название по аналогии с артиллерийской батареей. Есть и другая версия, по которой название «батарея» появилось по аналогии с аккумуляторной батареей.

Применение разных названий

В литературе XX и XXI веков практически невозможно найти официальное название «радиатор» [ источник не указан 214 дней ] , но слово «батарея» встречается часто, то же касается всех электронных и печатных СМИ.