Энергоэффективность стальных панельных радиаторов в низкотемпературных системах отопления

Запись дневника создана пользователем evraz, 04.06.20
Просмотров: 838

Опубликовано в журнале СОК №9 | 2015

Зачастую в погоне за инновациями мы забываем о выработанных годами эффективных решениях. Вместо того, чтобы улучшать что-то старое, мы изобретаем что-то новое, совершенно забывая о том, что «новое» не означает «лучшее». Так случилось с алюминиевыми радиаторами, которые производят порядка 15—20 лет только для России и постсоветского пространства. Для сравнения — стальные панельные радиаторы Purmo производят свыше 80 лет и используют во всех странах, где необходимо отопление. Почему так происходит?

Рис. 1. Разрез алюминиевого радиатора

Рис. 2. Разрез стального радиатора

Рис. 3. Разрез конвектора

Наверняка все вы неоднократно слышали от производителей стальных панельных радиаторов (Purmo, Dianorm, Kermi и т.д.) о небывалой эффективности их оборудования в современных высокоэффективных низкотемпературных системах отопления. Но никто не удосужился объяснить — откуда же берётся эта эффективность?

Для начала давайте рассмотрим вопрос: «Для чего нужны низкотемпературные системы отопления?» Они нужны для того, чтобы можно было использовать современные высокоэффективные источники тепловой энергии, такие как конденсационные котлы и тепловые насосы. В силу специфики данного оборудования температура теплоносителя в этих системах колеблется в пределах 45-55 °C. Тепловые насосы физически не могут поднять температуру теплоносителя выше. А конденсационные котлы экономически нецелесообразно разогревать выше температуры конденсации пара 55 °С ввиду того, что при превышении этой температуры они перестают быть конденсационными и работают как традиционные котлы с традиционным КПД порядка 90 %. Кроме того, чем ниже температура теплоносителя, тем дольше проработают полимерные трубы, ведь при температуре 55 °С они деградируют 50 лет, при температуре 75 °С — 10 лет, а при 90 °С — всего три года. В процессе деградации трубы становятся хрупкими и ломаются в нагруженных местах.

С температурой теплоносителя определились. Чем она ниже (в допустимых пределах), тем эффективнее расходуются энергоносители (газ, электричество), и тем дольше работает труба. Итак, тепло из энергоносителей выделили, теплоносителю передали, в отопительный прибор доставили, теперь тепло нужно передать от отопительного прибора в помещение.

Как все мы знаем, тепло от отопительных приборов в помещение поступает двумя способами. Первый — это тепловое излучение. Второй — это теплопроводность, переходящая в конвекцию.

Давайте рассмотрим каждый способ повнимательнее.

Всем известно, что тепловое излучение — это процесс переноса тепла от более нагретого тела к менее нагретому телу посредством электромагнитных волн, то есть, по сути, это перенос тепла обычным светом, только в инфракрасном диапазоне. Именно так тепло от Солнца достигает Земли. Из-за того, что тепловое излучение по сути является светом, то к нему применимы те же физические законы, что и для света. А именно: твёрдые тела и пар практически не пропускают излучение, а вакуум и воздух, наоборот, прозрачны для тепловых лучей. И только наличие в воздухе концентрированных водяных паров или пыли уменьшает прозрачность воздуха для излучения, и часть лучистой энергии поглощается средой. Поскольку воздух в наших домах не содержит ни пара, ни плотной пыли, то очевидно, что для тепловых лучей его можно считать абсолютно прозрачным. То есть излучение не задерживается и не поглощается воздухом. Воздух не греется излучением.

Лучистый теплообмен идёт до тех пор, пока существует разница между температурами излучающей и поглощающей поверхностей.

Теперь поговорим про теплопроводность с конвекцией. Теплопроводность — это перенос тепловой энергии от нагретого тела к холодному телу при непосредственном их контакте. Конвекция — это вид теплопередачи от нагретых поверхностей за счёт движения воздуха, создаваемого архимедовой силой. То есть нагретый воздух, становясь легче, под действием архимедовой силы стремится вверх, а его место возле источника тепла занимает холодный воздух. Чем выше разница между температурами нагретого и холодного воздуха, тем больше подъёмная сила, которая выталкивает нагретый воздух вверх.

В свою очередь, конвекции мешают различные преграды, такие как подоконники, шторы. Но самое главное — это то, что конвекции воздуха мешает сам воздух, а точнее, его вязкость. И если в масштабах помещения воздух практически не мешает конвективным потокам, то, будучи «зажатым» между поверхностями, он создаёт существенное сопротивление перемешиванию. Вспомните оконный стеклопакет. Слой воздуха между стёклами тормозит сам себя, и мы получаем защиту от уличного холода.

Ну, а теперь, когда мы разобрались в способах теплопередачи и их особенностях, давайте посмотрим на то, какие процессы проходят в отопительных приборах при разных условиях. При высокой температуре теплоносителя все отопительные приборы греют одинаково хорошо — мощная конвекция, мощное излучение. Однако при снижении температуры теплоносителя всё меняется.

Конвектор. Самая горячая его часть — труба с теплоносителем — находится внутри отопительного прибора. От неё греются ламели, и чем дальше от трубы, тем ламели холоднее. Температура ламелей практически равна температуре окружающей среды. Излучения от холодных ламелей нет. Конвекции при низкой температуре мешает вязкость воздуха. Тепла от конвектора крайне мало. Чтобы он грел, нужно либо повышать температуру теплоносителя, что сразу снизит эффективность системы, либо выдувать из него тёплый воздух искусственно, например, специальными вентиляторами.

Алюминиевый (секционный биметаллический) радиатор конструктивно очень похож на конвектор. Самая горячая его часть — коллекторная труба с теплоносителем — находится внутри секций отопительного прибора. От неё греются ламели, и чем дальше от трубы, тем ламели холоднее. Излучения от холодных ламелей нет. Конвекции при температуре 45-55 °С мешает вязкость воздуха. В итоге тепла от такого «радиатора» в нормальных условиях эксплуатации крайне мало. Чтобы он грел, нужно повышать температуру теплоносителя, но оправдано ли это? Таким образом, мы практически повсеместно сталкиваемся с ошибочным расчётом количества секций в алюминиевом и биметаллическом приборах, которые основываются на подборе «по номинальному температурному потоку», а не исходя из реальных температурных условий эксплуатации.

Самая горячая часть стального панельного радиатора — внешняя панель с теплоносителем — находится снаружи отопительного прибора. От неё греются ламели, и чем ближе к центру радиатора, тем ламели холоднее. А излучение от наружной панели идёт всегда

Стальной панельный радиатор. Самая горячая его часть — внешняя панель с теплоносителем — находится снаружи отопительного прибора. От неё греются ламели, и чем ближе к центру радиатора, тем ламели холоднее. Конвекции при низкой температуре мешает вязкость воздуха. А что с излучением?

Излучение от наружной панели идёт до тех пор, пока существует разница между температурами поверхностей отопительного прибора и окружающих предметов. То есть всегда.

Кроме радиатора данное полезное свойство присуще и радиаторным конвекторам, таким как, например, Purmo Narbonne. В них теплоноситель также протекает снаружи по прямоугольным трубам, а ламели конвективного элемента располагаются внутри прибора.

Применение современных энергоэффективных отопительных приборов способствует снижению затрат на отопление, а широкий ряд типоразмеров панельных радиаторов от ведущих производителей с лёгкостью помогут воплотить в жизнь проекты любой сложности.

Источник: c-o-k. ru/articles/energoeffektivnost-stalnyh-panelnyh-radiatorov-v-nizkotemperaturnyh-sistemah-otopleniya

Низкотемпературное отопление в доме

Низкотемпературным называется отопление, в котором нагрев теплоносителя составляет 55-45 градусов. Это значит, что температура воды на выходе из котла не должен превышать 55 градусов, а температура обратной воды должна быть не ниже 45 градусов. При этом поверхность радиатора отопления будет нагрета примерно на 38-40 градусов в верхней части прибора.

Горячим, в общепринятом смысле этого слова, его не назовешь. Рассчитывать на интенсивное тепловое излучение от радиаторов при такой температуре теплоносителя не следует, равно, как не следует устанавливать в низкотемпературных отопительных системах конвекторы – они эффективны только при температуре воды не ниже 70С и используются в высокотемпературных (традиционных) отопительных системах.

Источники тепла для низкотемпературного отопления

В обычной системе отопления температура воды на выходе из котла значительно выше и составляет примерно 70-80 градусов, при этом температура обратки ниже на 20 градусов.

Следует отметить, что низкотемпературные отопительные системы используются не потому, что они лучше и эффективнее, а потому, что только с их помощью можно обогреть дом, применяя для этого тепловые насосы, геотермальные источники тепла или конденсаторные котлы отопления.

Так называемые традиционные котлы отопления в низкотемпературных системах можно использовать только в комплекте с элеваторным узлом, обеспечивающим смешивание холодного теплоносителя с горячей водой из котла и приведение температур теплоносителя к требуемым (55-45) параметрам.

Длительная эксплуатация обычного котла на нагрев обратки с низкой температурой может привести к чрезмерному образованию конденсата в дымоходе и преждевременному его выходу из строя. Поэтому в низкотемпературных системах отопления, работающих на обычных котлах отопления, теплоноситель из обратного трубопровода перед подачей в котел обязательно подогревают, используя для этого часть выработанного котлом тепла.

Все это усложняет конструкцию отопительной системы и ведет не только к увеличению ее стоимости, но и в значительной мере усложняет процесс эксплуатации и технического обслуживания.

Работать на теплоносителе с низкой температурой могут только конденсационные котлы отопления.

Низкотемпературные источники

Как уже было сказано, низкотемпературное отопление ориентировано на потребление тепловой энергии, вырабатываемой тепловыми насосами, а также, тепла, полученного от солнца и геотермального тепла. Именно эти источники являются оптимальными для низкотемпературных систем. Если решено использовать низкотемпературное отопление без применения возобновляемых источников энергии, то проще и экономичнее установить конденсационный котел.

Но работать система получения «мягкого тепла», как часто называют низкотемпературное отопление, будет только при правильном выборе отопительных приборов.

Отопительные приборы для низкотемпературных систем

Обычные радиаторы для низкотемпературных систем отопления не подходят. Они просто не смогут работать на полную мощность, и в доме будет холодно. Обогревать дом при низкотемпературной системе отопления придется с помощью греющих поверхностей. Это могут быть теплые полы или теплые стены. Соотношение простое: чем больше греющая поверхность, тем теплее будет в доме.

Следует отметить, что низкотемпературные отопительные системы имеют ряд достоинств:

• Греющие поверхности с температурой примерно 35-40С излучают тепло в наиболее комфортном для человека диапазоне волн
• Теплые полы позволяют перераспределить тепло в помещении. Если при установке обычных радиаторов самый теплый воздух в помещении (а вместе с ним и самая прогретая зона) находится под потолком, то при использовании теплого пола она расположена под ногами, что более естественно и комфортно для человека.
• Использование геотермального тепла и солнечной энергии позволяет снизить расходы на отопление и положительно сказывается на экологии.

Что дороже?

К сожалению, на сегодняшний день говорить о реальной экономии при использовании низкотемпературного отопления преждевременно.

В нашей стране дешевле топить газом, используя для этого традиционные котлы в комплекте с конвекторами и радиаторами отопления.

Для тех, кто хочет наслаждаться мягким теплом от греющих поверхностей, лучше установить конденсационный котел. Он стоит дороже, но позволяет сократить расход газа на 15-20%.

Приборы отопления для низкотемпературных систем

Радиаторы, как правило, воспринимаются как элементы систем с высокой температурой. Но уже давно такая точка зрения стала устаревшей, сегодняшние отопительные приборы с легкостью могут устанавливаться в низкотемпературных системах благодаря уникальным техническим характеристикам. Это позволяет сэкономить такие драгоценные энергоресурсы.

Последние десятилетия ведущие европейские изготовители отопительной техники бились над тем, как снизить температуру теплоносителя. Важным фактором для этого стала улучшенная теплоизоляция зданий, а также совершенствование радиаторов. В результате уже в восьмидесятых годах температурные параметры были уменьшены до 75 градусов на подачу и до 65 на «обратку».

В то время, когда стали популярными различные панельные системы отопления, в том числе напольные, температура подачи снизилась до 55 градусов. Сегодня же, на данном этапе технологического развития, система может полноценно функционировать даже при температуре тридцать пять градусов.

Для чего нужно достигать указанные параметры? Это даст возможность использовать новые более экономичные источники тепла. Это позволит существенно сэкономить на энергоресурсах и сократит выброс вредных веществ в атмосферу.

Еще некоторое время назад основными вариантами обогрева помещения носителями с низкой температурой считались теплые полы или конвeкторы с медно-алюминиeвыми теплообмeнниками. Также в этот ряд были включены панельные радиаторы из стали, которые уже довольно давно используют в Швеции в составе низкотeмпературных систем обогрева помещений. Сделано это было после проведения ряда экспериментов и сбора определенной доказательной базы.

Как показали исследования, результаты которых были обнародованы в 2011 году на семинаре в центре Purmо-Radsоn в Австрии, многое зависит от термического комфорта, быстроты и точности реагирования отопительной системы на изменение погодных и других условий.

Обычно человек испытывает температурный дискомфорт тогда, когда в помещении происходит температурная ассиметрия. Она напрямую зависит от того, какая теплоoтдающая поверхность в помещении и где она находится, а также от того, куда сориентирован тепловой поток. Не последнюю роль отыгрывает и температура поверхности пола. Если она выходит за рамки диапазона 19-27 градусов Цельсия, человек может ощущать определенный дискомфорт – будет холодно, или наоборот, слишком жарко. Еще один важный параметр – перепад температур по вертикали, то есть разница температур от ног до головы человека. Эта разница не должна быть больше четырех градусов Цельсия.

Наиболее комфортно человек может чувствовать себя в так называемых движущихся температурных условиях. Если внутреннее пространство включает в себя зоны с разной температурой – это подходящий микроклимат для хорошего самочувствия. Но не нужно делать так, чтобы перепады температур в зонах были значительными – иначе эффект будет прямо противоположным.

По мнению участников семинара, идеальный тепловой комфорт могут создать радиаторы, которые передают тепло как с помощью конвекции, так и способом излучения.

Улучшение изоляции зданий играет злую шутку – в итоге помещения становятся термически чувствительными. Сильно воздействуют на климат в помeщении такие факторы, как солнечный свет, бытовая и офисная техника, скопление людей. Панельные системы отопления не способны так четко реагировать на эти изменения, как это делают радиаторы.

Если устроить теплый пол в бетонной стяжке можно получить систему с большой нагревательной способностью. Но она будет медленно реагировать на регулирование температуры. И даже в том случае, если используются термостаты, система не может быстро отвечать на изменение внешней температуры. Если греющие трубы установлены в бетонную стяжку, напольное отопление даст заметную реакцию на изменение температуры только в течeние двух часов. Термостат быстро реагирует на поступление постороннeго тепла и отключает систему, но вот нагретый пол еще будет отдавать тепло целых два часа. Это очень много. Такая же картина наблюдается в обратном случае, если нужно наоборот нагреть пол – полностью прогретым он будет также спустя два часа.

Действенным в таком случае может быть только саморегулирование. Это сложный динамический процесс, в ходе которого естественным путем регулируeтся подача тепла. В основе этого процесса лежит две закономерности:

• Тепло распространяется от болeе нагретой зоны к болeе холодной;

• Величина теплового потока напрямую зависит от разницы температур.

Саморегулирование с легкостью может применяться как для батарей, так и для напольного отопления. Но при этом радиаторы куда быстрее реагируют на изменение температурного режима, быстрее остывают и наоборот, нагревают помещение. В результате возобновление заданного температурного режима происходит на порядок быстрее.

Не стоит упускать из виду тот факт, что тeмпература повeрхности радиатора приблизительно такая же, как у теплоносителя. В случае же с напольным покрытием это совершенно не так. Если интенсивное тепло от стороннего носителя будет поступать короткими «рывками», система регуляции тепла в «теплом полу» просто не справится с задачей. Поэтому в результате возникают температурные колебания между полом и помещением в целом. Эту проблему можно попытаться устранить, но как показывает практика, в результате колебания остаются, только становятся немного ниже.

Можно рассмотреть это на примере частного дома, обогреваемого теплым полом и низкотемпературными радиаторами. Допустим, в доме проживает четыре человека, он оснащен естественной вентиляцией. Постороннее тепло может поступать от бытовой техники и непосредственно людей. Комфортная температура для проживания составляет 21 градус Цельсия.

Такую температуру можно поддерживать двумя способами – с помощью перехода на ночной режим или же без него.

При это мне стоит забывать, что оперативная температура является показателем, который характеризирует комбинированное воздeйствие на человека разных температур: радиационной и температуры воздуха, а также скорости движения воздушного потока.

Как показали проведенные опыты, более быстро реагируют на колебания темпeратуры, чем обеспечивают ее меньшие отклонения, именно радиаторы. Теплый пол им значительно проигрывает по всем параметрам.

Но на этом позитивный опыт использования радиаторов не заканчивается. Следующий довод в их пользу – это более эффективный и комфортный температурный прoфиль внутри помещeния.

Еще в 2008 году в международном журнале Enеrgy and Buildings была опубликована работа Джoна Ар Майхрeн и Стюра Холмбeрга «Распредeление темпeратуры и тeпловой комфoрт в комнате с панeльным отопительным прибором, напольным и настенным обогревом». В ней исследователи провели сравнительный анализ эффективности применения радиаторов и теплого пола в обогреве помещений с низкотемпературной системой. Исследователи сравнили распределение температуры по вертикали в идентичных по площади помещениях без мебели и людей.

Как показали результат эксперимента, радиатор, установленный в подоконном пространстве, может гарантировать куда более равномерное распределение теплого воздуха. Кроме этого, он также и предотвращает поступление холодного воздуха в помещение. Но перед тем как принимать решение об установке радиаторов, нужно принимать во внимание качество стеклопакетов, расположение мебели и другие не менее важные нюансы.

Отдельно следует сказать о тепловых потерях. Если для теплого пола процент теплопотери, зависимости от толщины теплоизоляционного слоя, колеблется в рамках от 5 до 15 процентов, то для радиаторов он намного ниже. Высокотемпературный радиатор терпит теплопотери через заднюю стенку в размере 4%, а низкотемпературный и того меньше – всего 1%.

Важно при выборе стального панельного радиатора провести правильные расчеты, так, чтобы при подаче 45 градусов Цельсия в помещении держалась комфортная заданная температура. Нужно учесть и теплоизоляцию здания, и теплопотери, и преобладающую температуру «за бортом».

Предоставленные на семинаре доводы еще раз подтверждают целесообразность применения низкотемпературных регуляторов в системах отопления как отличный вариант экономии на энергоносителях.