Новая жизнь радиаторов

Giacomino Redondi

При подборе радиаторов необходимо учитывать ряд важных факторов, влияющих на ощущение комфортности в помещениях.

Как известно, отопительные приборы отдают тепло двумя способами: конвекцией и излучением.

Преобладание одного способа над другим обуславливается, главным образом, конструкцией изделия, типом установки и рабочей температурой поверхности отопительного прибора.

Несмотря на свое название, радиаторы распределяют тепло, в основном, посредством конвекции. Однако, доля излучающей энергии с учетом того, что такая энергия ощущается человеком практически немедленно и влияет на ощущение комфортности наравне с температурой воздуха, представляет собой немаловажный качественный показатель. В этой связи в самых последних моделях явно присутствует тенденция "открыть" помещению по возможности наибольшую площадь отопительного прибора.

На сегодняшний день радиаторы хорошего качества отдают излучением 20-26% от суммарной величины теплового потока (рис. 1).

Гигиеничность

Что касается гигиеничности, то против радиаторов часто выдвигают обвинения в том, что при теплоносителе с высокой температурой они способствуют высушиванию воздуха и пригоранию мельчайшей пыли, которая не только вызывает потемнение стен и потолков, но и вредна для человека.

Кроме того, создаваемые радиатором конвективные потоки, необходимые для распределения тепла, перегоняют скопившуюся пыль по помещению, что имеет известные пагубные последствия для здоровья (аллергический ринит и проч.).

В этой связи следует иметь в виду, что транспортировка пыли обусловлена скоростью движения воздуха в наиболее близких к полу слоях. Эта скорость тем больше, чем больше скорость конвективных потоков над радиатором, т. е. чем больше конвективная мощность на единицу площади поверхности радиатора.

Восходящие потоки, создаваемые отопительным прибором, можно существенно ограничить, уменьшив их среднюю температуру и направив их против наиболее плотных нисходящих потоков, образующихся у застекленных поверхностей (рис. 2).

Из всего вышесказанного следует, что целесообразно будет рассчитать индекс гигиеничности, который - помимо конвективной мощности отопительного прибора - учитывал бы основные факторы, оказывающие влияние на описываемое явление (расстояние нагревающего тела от пола, температуру теплоносителя, высоту радиатора, принцип монтажа и проч.).

Тепловая инерция

Одним из важнейших показателей качества отопительного прибора является тепловая инерция. Ее величина влияет на время, за которое система реагирует на изменение теплового режима, и, следовательно, на потребление энергоресурсов.

Слишком низкая тепловая инерция служит причиной постоянных колебаний рабочей температуры, вызываемых каждым включением бытового терморегулятора, тогда как чрезмерная инерция делает отопительный прибор мало чувствительным к регулировкам.

Данное свойство является функцией металлической массы отопительного прибора и содержащейся в нем воды, которые оказывают воздействие пропорционально своей тепловой мощности.

Важным показателем, с помощью которого можно вполне представить тепловую инерцию в фазе охлаждения отопительного прибора, когда прекращается циркуляция жидкости-носителя, является, к примеру, временная константа СТ, то есть время, необходимое для того, чтобы температура понизилась на величину, равную 63% первоначального значения.

Аналитически временную константу можно выразить следующим соотношением:

СТ = М_ср Δt₀ kn/Q₀,

где

М_ср - тепловая мощность отопительного прибора (равна сумме произведений массы материалов, составляющих отопительный прибор, включая содержащуюся в нем воду, на теплоемкость этих материалов);

Δt₀ - разница между средней температурой отопительного прибора и температурой окружающей среды;

Q₀ - номинальный тепловой поток радиатора при соответствующем Δt₀;

k_n - коэффициент, равный

K_n = e^n-1 - 1 / n - 1,

где n - постоянная величина, зависящая от типа прибора.

На рис. 3 представлена кривая изменения температуры поверхности отопительного прибора во времени, характеризующая его тепловую инерцию.

График разделен на три характерные зоны:

• зона А - зона максимальной инерции, соответствующая начальной фазе отопления, начиная с температуры среды;
• зона В - прямолинейный участок зоны быстрого реагирования, где кривая отражает способность отопительного прибора более или менее быстро повышать температуру;
• зона С - зона насыщения, для которой характерна способность нагревающего тела выдать максимальную мощность.

Рабочая температура

Как было отмечено выше, правильный выбор средней температуры отопительного прибора является основополагающим фактором в деле управления конвективными потоками воздуха (рис. 4).

Европейскими нормативами ранее была установлена нормативная разность Δt_ср между средней температурой воды в приборе t_ср и температурой окружающего воздуха t_в, равная 60^oС. С учетом сложившейся тенденции в сторону снижения температуры теплоносителя, в частности для того, чтобы можно было использовать также альтернативные источники энергии, в упомянутых нормативах t_ср снижена до 50°С.

Европейскими нормативами установлены также значения производительности, определяющие качество отопительных систем.

Производительность отопления, зависящая от типа теплообмена между отопительным прибором и средой (рис. 5), тем выше, чем ниже температура подачи, учитывая, что при замедлении конвективных потоков:

• снижается теплообмен между воздухом среды и наружными стенами, следовательно, меньше тепла рассеивается наружу;
• снижается теплообмен между воздухом среды и находящимися в помещении людьми, следовательно, уменьшается значение тепла, рассеянного телом человека.

При оценке производительности учитываются потери тепла трубопроводами. Поэтому пониженная рабочая температура может улучшить данный показатель.

Заключение

С расширением гаммы типоразмеров и развитием новых форм, обеспечивающих все большую интеграцию отопительного прибора с обогреваемой средой, открылась вторая, весьма яркая жизнь радиаторов.

Следует подчеркнуть, что если с одной стороны тенденция к росту высоты отопительного прибора является полезной в плане современного дизайна и эффективного использования пространства, то с другой - теплотехнической точки зрения - это тенденция означает снижение эффективности отопительной системы и комфортности жилища.

В любом случае необходимо учитывать, что выбор отопительного прибора, каким бы банальным не представлялся, требует специфических знаний.

В заключение хотелось бы высказать пожелание, чтобы некоторые существенные параметры важных технических характеристик (гигиеничность, инерция и проч.) были изучены более углубленно и зафиксированы соответствующими нормативами.

Перепечатано из журнала RCI №11, 1998 г.

Перевод с итальянского С. Н. Булекова

Научное редактирование статьи Ф. А. Шилькрот, гл. специалист МОСПРОЕКТ-3