Учебник для вузов

Отопление

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Виды отопительных приборов определяются их конструкцией, обусловливающей способ передачи тепла (преобладать может конвективный или радиационный теплообмен) от внешней поверхности приборов в помещение. Существует шесть основных видов отопительных приборов, радиаторы, панели, конвекторы, ребристые трубы, гладкотрубные приборы и калориферы

По характеру внешней поверхности отопительные приборы могут быть с гладкой (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы) и ребристой поверхностью (конвекторы, ребристые трубы, калориферы).

По материалу, из которого изготовляются отопительные приборы, различают металлические, комбинированные и неметаллические приборы.

Металлические приборы выполняют чугунными (из серого литейного чугуна) и стальными (из листовой стали и стальных труб).

В комбинированных приборах используют бетонный или керамический массив, в котором заделаны стальные или чугунные греющие элементы (отопительные панели), или оребренные стальные трубы, помещенные в неметаллический (например, асбестоцементный) кожух (конвекторы).

Неметаллические приборы представляют собой бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми трубами или с пустотами вообще без труб, а также фарфоровые и керамические радиаторы

По высоте все отопительные приборы можно подразделить на высокие (высотой более 600 мм), средние (400—600 мм) и низкие (<400 мм). Низкие приборы высотой менее 200 мм называются плинтусными

Схемы отопительных приборов пяти видов приведены на рис III 1 Калорифер, применяемый прежде всего для нагревания воздуха в системах вентиляции, описывается в курсе «Вентиляция»

Радиатором принято называть прибор конвективно-радиационного типа, состоящий из отдельных колончатых элементов — секций с каналами круглой или эллипсообразной формы.

Радиатор отдает в помещение радиацией около 25% всего количества тепла, передаваемого от теплоносителя, и именуется радиатором лишь по традиции.

Панель — прибор конвективно-радиационного типа относительно малой глубины, не имеющий просветов по фронту. Панель передает радиацией несколько большую, чем радиатор, часть теплового потока, однако только потолочная панель может быть отнесена к приборам радиационного типа  (отдающим радиацией более 50%  всего количества тепла).

Отопительная панель может иметь гладкую, слегка оребренную или волнистою поверхность, колончатые или змеевиковые каналы для теплоносителя.

Конвектор — прибор конвективного типа, состоящий из двух элементов — ребристого нагревателя и кожуха. Конвектор передает в помещение конвекцией не менее 75% всего количества тепла. Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению скорости естественной конвекции воздуха у внешней поверхности нагревателя К конвекторам относятся также плинтусные отопительные приборы без кожуха.

Ребристой трубой называется открыто устанавливаемый отопительный прибор конвективного типа, у которого площадь внешней теплоот-дающей поверхности не менее чем в 9 раз превышает площадь внутренней тепловоспринимающей.

Гладкотрубным называется прибор, состоящий из нескольких соединенных вместе стальных труб, образующих каналы колончатой (регистр) или змеевиковой (змеевик) формы для теплоносителя.

Рассмотрим, как выполняются требования, предъявляемые к отопительным приборам.

1.         Радиаторы керамические и фарфоровые изготовляются обычно в

виде блоков, отличаются приятным внешним видом, имеют гладкую, лег

ко очищаемую от пыли поверхность. Обладают достаточно высокими теп

лотехническими показателями

Керамические и фарфоровые радиаторы не получили широкого распространения из-за недостаточной прочности, ненадежности соединения с трубами, затруднений при изготовлении и монтаже, возможности проникания водяного пара через керамические стенки. Применяются они в малоэтажном строительстве, используются в качестве безнапорных отопительных приборов.

2.         Радиаторы чугунные — широко применяемые отопительные при

боры — отливаются из серого чугуна в виде отдельных секций и могут

компоноваться в приборы различной площади путем соединения секций

на ниппелях с прокладками из термостойкой резины. Известны разно

образные конструкции одно-, двух- и многоколончатых радиаторов раз

личной высоты, но наиболее распространены двухколончатые ( III.2)

средние и низкие радиаторы.

Радиаторы рассчитаны на максимальное эксплуатационное (обычно употребляется термин — рабочее) давление теплоносителя 0,6 МПа (6 кгс/см2) и обладают сравнительно высокими теплотехническими показателями

Однако значительная металлоемкость радиаторов и другие недостатки вызывают замену их более легкими и менее металлоемкими приборами. Следует отметить их непривлекательный вид при открытой установке в современных зданиях. В санитарно-гигиеническом отношении радиаторы, кроме одноколончатых, не могут считаться удовлетворяющими требованиям, так как очистка от пыли межсекционного пространства достаточно затруднительна.

Производство радиаторов трудоемко, монтаж затруднителен из-за громоздкости и значительной массы собранных приборов.

Стойкость против коррозии, долговечность, компоновочные преимущества при неплохих теплотехнических показателях, налаженность производства способствуют высокому уровню выпуска радиаторов в нашей стране. В настоящее время выпускается двухколончатый чугунный радиатор типа М-140-АО с глубиной секции 140 мм и межколончатым наклонным оребрением, а также типа С-90 с глубиной секции 90 мм.

3. Панели стальные отличаются от чугунных радиаторов меньшей массой и стоимостью. Стальные панели рассчитаны на рабочее давление до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и имеют высокие теплотехнические показатели

Панели изготовляют двух конструкций: с горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками (колончатой формы), и с горизонтальными последовательно соединенными каналами (змееви-ковой формы). Змеевик иногда выполняется из стальной трубы и приваривается к панели; прибор в этом случае называется листотрубным.

Панели удовлетворяют архитектурно-строительным требованиям, особенно в зданиях из крупных строительных элементов, легко очищаются от пыли, позволяют механизировать их производство с применением автоматики. На одних и тех же производственных площадях возможен выпуск в год вместо 1,5 млн. м2 энп чугунных радиаторов до 5 млн. м2энп стальных. Наконец, при использовании стальных панелей сокращаются затраты труда при монтаже из-за уменьшения массы металла до 10 кг/м2 энп. Уменьшение массы повышает тепловое напряжение металла до 0,55—0,8 Вт/(кг-К) [0,47—0,7 ккал/(ч-кг-°С)]. Распространение стальных панелей ограничивается необходимостью применения холоднокатаной листовой стали высокого качества толщиной 1,2—1,5 мм, стойкой по отношению к коррозии. При изготовлении из обычной листовой стали срок службы панелей сокращается из-за интенсивной внутренней коррозии. Стальные панели, кроме листотрубных, используют в системах отопления с обескислороженной водой.

Стальные штампованные панели и радиаторы различных конструкций широко применяются за рубежом (в Финляндии, США, ФРГ и др.). В нашей стране выпускаются средние и низкие стальные панели с каналами колончатой и змеевиковой формы для одиночной и спаренной (по глубине) установки

4. Панели бетонные отопительные изготовляют:

а)         с обетонированными нагревательными элементами змеевиковой

или колончатой формы из стальных труб диаметром 15 и 20 мм;

б)         с бетонными, стеклянными или пластмассовыми каналами различ

ной конфигурации (безметалльные панели).

Эти приборы располагают в ограждающих конструкциях помещений (совмещенные панели) или приставляют к ним (приставные панели).

При применении стальных нагревательных элементов бетонные отопительные панели можно использовать при рабочем давлении теплоносителя до 1 МПа (10 кгс/см2).

Бетонные панели обладаю! теплотехническими показателями, близкими к показателям других гладких приборов, а также высоким тепловым напряжением металла. Панели, особенно совмещенные, отвечают строгим архитектурно-строительным, санитарно-гигиеническим и другим требованиям.

Однако бетонные панели, несмотря на их соответствие большинству требований, предъявляемых к отопительным приборам, не получают достаточно широкого распространения из-за эксплуатационных недостатков (совмещенные панели) и трудности монтажа (приставные панели).

5. Конвекторы обладают сравнительно низкими теплотехническими показателями, для отдельных типов конвекторов до 0,6. Тем не менее их производство во многих странах растет (при сокращении производства чугунных отопительных приборов) из-за простоты изготовления, возможности механизации и автоматизации производства, удобства монтажа (масса всего 5—8 кг/м2 энп). Малая металлоемкость способствует повышению теплового напряжения металла прибора. М=0,8—1,3 Вт/(кг-К) [0,7—1,1 ккал/(ч-кг-°С)]. Приборы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 1 МПа (10 кгс/см2).

Конвекторы могут иметь стальные или чугунные нагревательные элементы. В настоящее время в СССР выпускаются конвекторы со стальными нагревателями:

плинтусные конвекторы без кожуха (типа 15 КП и 20 КП);

низкие конвекторы без кожуха  (типа «Прогресс», «Аккорд»);

низкие конвекторы с кожухом (типа «Комфорт»).

Плинтусный конвектор типа 20 КП (15 КП) состоит из стальной трубы диаметром dy = 20 мм (15 мм) и замкнутого оребрения высотой 90 (80) мм с шагом 20 мм, изготовляемого из листовой стали толщиной 0,5 мм, плотно посаженного на трубу. Конвекторы 20 КП и 15 КП выпускаются различной длины (через 0,25 м) и на заводе компонуются в узлы, состоящие из нескольких конвекторов (по длине и высоте), связывающих их труб и регулирующих кранов.

Следует отметить такое преимущество применения плинтусных конвекторов, как улучшение теплового режима помещений при размещении их в нижней зоне по длине окон и наружных стен; кроме того, они занимают мало места по глубине помещений (строительная глубина всего 70 и 60 мм). Их недостатками являются: затрата листовой стали, недостаточно эффективно используемой для теплопередачи, и затруднительность очистки оребрения от пыли. Хотя пылесобирающая поверхность у них невелика (меньше, чем у радиаторов), все же их не рекомендуется применять для отопления помещений с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями (в лечебных зданиях и детских учреждениях).

Низкий конвектор типа «Прогресс» является модификацией конвектора 20 КП, основанной на двух трубах, связанных общим оребрением той же конфигурации, но большей высоты.

Низкий конвектор типа «Аккорд» также состоит из двух параллельных стальных труб dY = 20 мм, по которым последовательно протекает теплоноситель, и вертикальных элементов оребрения (высота 300 мм) из листовой стали толщиной 1 мм, насаженных на трубы с зазорами 20 мм. Элементы оребрения,   формирующие так называемую лицевую поверхность прибора, имеют в плане П-образную форму (ребро 60 мм) и открыты к стене.

Конвектор типа «Аккорд» изготовляется различной длины и устанавливается в один и два ряда по высоте.

В конвекторе с кожухом увеличивается подвижность воздуха, способствующая увеличению теплопередачи прибора. Теплопередача конвекторов увеличивается в зависимости от высоты кожуха

Конвекторы с кожухом применяют в основном для отопления помещений общественных зданий  (например, в Москве они установлены в зданиях Дворца съездов, гостиниц «Россия» и «Интурист», кинотеатра «Октябрь»).

Низкий конвектор с кожухом типа «Комфорт» состоит из стального нагревательного элемента, разборного кожуха из стальных панелей, воздуховыпускной решетки и клапана для воздушного регулирования ( Ш.З). В нагревательном элементе прямоугольные ребра насажены на две трубы dy= 15 или 20 мм с шагом от 5 до 10 мм. Общая масса металла нагревателя 5,5—7 кг/м2 энп.

Конвектор имеет глубину 60—160 мм, устанавливается на полу или на стене и может быть по движению теплоносителя проходным (для соединения по горизонтали с другим конвектором) и концевым (с калачом).

Наличие клапана для воздушного регулирования позволяет соединять конвекторы последовательно по теплоносителю без установки арматуры для регулирования его количества. Конвекторы могут быть также с искусственной конвекцией при установке в кожухе вентилятора специальной конструкции.

6. Ребристые трубы изготовляют из серого чугуна и применяют при рабочем давлении до 0,6 МПа (6 кгс/см2). Наибольшее распространение имеют фланцевые чугунные трубы, на наружной поверхности которых размещаются тонкие прилитые круглые ребра.

Внешняя поверхность ребристой трубы из-за высокого коэффициента оребрения во много раз больше, чем поверхность гладкой трубы такого же диаметра (внутренний диаметр ребристой трубы 70 мм) и длины. Компактность прибора, пониженная температура поверхности ребер при использовании высокотемпературного теплоносителя, сравнительная простота изготовления и невысокая стоимость обусловливают применение этого малоэффективного в теплотехническом отношении прибора. К его недостаткам также нужно отнести неудовлетворительный внешний вид, малую механическую прочность ребер и трудность очистки от пыли. Ребристые трубы имеют также весьма низкий показатель теплового напряжения металла: М = 0,25 Вт/(кг-К) [0,21 ккал/(ч-кг-°С)].

Применяют их в производственных помещениях, в которых нет значительного выделения пыли, и во вспомогательных помещениях с временным пребыванием людей.

В настоящее время выпускаются круглые ребристые трубы по ограниченному сортаменту длиной от 0,75 до 2 м для горизонтальной установки. Разрабатываются сталечугунные ребристые трубы, к которым относится ребристая труба типа РК с прямоугольными ребрами 70Х XI30 мм. Эта труба отличается простотой изготовления и относительно небольшой массой. Основанием служит стальная труба й?у = 20 мм, залитая в чугунное оребрение толщиной 3—4 мм. Поверх ребер приливают две продольные пластины для защиты основного оребрения от механического повреждения. Прибор рассчитан на рабочее давление до 1 МПа (10кгс/см2).

7. Гладкотрубные приборы выполняют из стальных труб в форме змеевиков (трубы соединены по движению теплоносителя последовательно, что увеличивает его скорость и гидравлическое сопротивление прибора) и колонок или регистров (параллельное соединение труб с пониженным гидравлическим сопротивлением прибора).

Приборы сваривают из труб cfy=32—100 мм, расположенных на расстоянии одна от другой не менее выбираемого диаметра труб для уменьшения взаимного облучения и соответственно увеличения теплопередачи

Гладкотрубные приборы отвечают санитарно-гигиеническим требованиям — их пылесобирающая поверхность невелика и легко очищается.

К недостаткам гладкотрубных приборов относятся их громоздкость, обусловленная ограниченностью площади внешней поверхности, неудобство размещения под окнами, увеличение расхода стали в системе отопления. Учитывая указанные недостатки и неблагоприятный внешний вид, эти приборы применяют в производственных помещениях, в которых происходит значительное выделение пыли, а также в тех случаях, когда не могут быть использованы приборы других видов. В производственных помещениях их часто используют для обогревания световых фонарей.

8. Калориферы — компактные нагревательные приборы значительной площади (от 10 до 70 м2) внешней поверхности, образованной несколькими рядами оребренных труб; применяют их для воздушного отопления помещений в местных и центральных системах. Непосредственно в помещениях калориферы используют в составе воздушно-отопительных агрегатов различных типов или для рециркуляционных воздухонагревателей (см. § 72—73). Калориферы рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 0,8 МПа (8 кгс/см2); их коэффициент теплопередачи зависит от скорости движения воды и воздуха, поэтому может изменяться в широких пределах от 9 до 35 и более Вт/(м2-К) [от 8 до 30 и более ккал/(ч-м2-°С)].

В табл. II 1.3 приведены показатели отопительных приборов различных видов; условно отмечено выполнение или невыполнение требований, предъявляемых к приборам.