Теплота передается конвекцией и излучением (радиацией). По преобладающей форме передачи теплоты отопительные приборы подразделяют на радиационные, конвективные и конвективно-радиационные. В водяных и паровых системах отопления в основном применяются конвективно-радиационные и конвективные приборы.

Наиболее распространены следующие типы отопительных приборов: радиаторы (секционные и панельные), конвекторы (с кожухом и без кожуха), ребристые трубы, гладкотрубные регистры, отопительные панели и приборы динамического отопления – вентиляторные конвекторы и децентрализованные нагреватели (доводчики) (рис. 6.3).

В зависимости от материалов отопительные приборы бывают металлические – из чугуна, стали, алюминия и сплавов, латуни, меди или комбинации этих металлов; неметаллические – из керамики, фарфора, стекла, бетона и полимерных материалов; комбинированные – например, в виде бетонных панелей с замоноличенными в них трубчатыми регистрами из стали, стекла или полимерных материалов.

6.3. Схема отопительных приборов различных видов (поперечныеразрезы):а – радиатор чугунный секционный; б – радиатор стальной панельный (РСВ); в – гладкотрубный прибор из трех горизонтальных стальных труб; г – конвектор с кожухом; д – прибор из двух ребристых труб; 1 – канал для теплоносителя; 2 – стальная пластина; 3 – чугунный фланец

По высоте отопительные приборы делят на высокие (высотой более 650 мм), средние (более 400–650 мм), низкие (более 200–400 мм) и плинтусные (высотой 200 мм и менее); по глубине в установке (с учетом расстояния от прибора до стены) – малой глубины (до 120 мм включительно), средней глубины (более 120 мм – до 200 мм) и большой глубины (более 200 мм).

По тепловой инерции отопительные приборы подразделяют на малоинерционные, имеющие небольшую массу и вмещающие малое количество воды (например, конвекторы), и инерционные – массивные, вмещающие значительное количество воды (например, чугунные радиаторы, бетонные панели).

Отопительные приборы характеризуются по номинальному тепловому потоку в киловаттах (кВт). За нормированные принимают такие условия работы отопительного прибора, при которых разность средних температур теплоносителя в приборе и воздуха в помещении составляет 70 °C, расход горячей воды через прибор – 0,1 кг/с (360 кг/ч), барометрическое давление воздуха в помещении – 1013,3 гПа (760 мм рт. ст.), а движение теплоносителя в приборе осуществляется по схеме сверху вниз.

Секционный радиатор представляет собой конвективно-радиационный прибор, состоящий из отдельных колончатых элементов – секций с каналами, обычно эллипсообразной формы. Такой прибор передает около 30 % всего количества теплоты, остальное – конвекцией.

Секции радиатора отливают из чугуна, алюминия или его сплавов либо изготовляют из стали, штампуя половинки секций и сваривая их затем между собой. Секции соединяют на ниппелях – чугунных из ковкого чугуна либо стальных с прокладками из термостойкой резины (при температуре теплоносителя до 130 °C) или паронита (при температуре свыше 130 °C). Секции стальных радиаторов соединяют также на сварке.

Ниппеля, имеющие с одной стороны правую резьбу, с другой – левую, одновременно ввинчивают в две смежные секции вверху и внизу и тем самым стягивают секции между собой: в заводских условиях – с помощью механизма ВМС-111М, на стройке – специальным ключом. В ниппельные отверстия крайних секций вверху и внизу ввинчивают пробки глухие или с отверстиями диаметром 10, 15 или 20 мм (с левой и правой резьбой) – для присоединения радиатора к теплопроводам.

Наиболее распространены чугунные секционные радиаторы МС-140 с двумя колонками по глубине. Монтажная высота – расстояние между центрами ниппельных отверстий радиаторов – составляет 500 мм, глубина – 140 мм, длина секции – 108 мм. Промышленность выпускает также подобный радиатор МС-90 малой глубины – 90 мм. По специальным заказам и в качестве товаров народного потребления изготовляют радиаторы с уменьшенной (до 300 мм) монтажной высотой (М-140А-300, Ст-90-300). С завода-изготовителя эти радиаторы поставляют обычно сгруппированными по 7–8 секций, но не более 12 в приборе.

Радиаторы МС-140 и МС-90 используются при рабочем избыточном давлении теплоносителя в системе отопления до 0,9 МПа, что расширяет возможности их применения, все остальные чугунные секционные радиаторы – при давлении до 0,6 МПа. У радиаторов МС-140 и МС-90 расстояние между колонками соседних секций увеличено, кроме того, отсутствуют межколонные наклонные ребра, что наряду с другими конструктивными особенностями определяет их улучшенные гигиенические и эстетические качества.

Производство чугунных радиаторов требует большого расхода металла, трудоемко в изготовлении и монтаже, поэтому сокращается за счет увеличения выпуска отопительных приборов из стали, алюминия и его сплавов.

Панельный радиатор – конвективно-радиационный прибор, изготовляемый из двух штампованных профилированных и затем сваренных между собой стальных листов толщиной 1,4–1,5 мм. Радиаторы используют для систем водяного отопления жилых, общественных и производственных зданий, подсоединенных по независимой схеме (через бойлеры) к теплопроводам систем теплоснабжения, а также для индивидуальных систем отопления при отсутствии водоразбора. Они рассчитаны на рабочее избыточное давление до 0,6 МПа (пробное избыточное давление 0,9 МПа) и максимальную температуру теплоносителя 150 °C.

Стальные панельные радиаторы выпускают двух типов: РСВ – колончатые с вертикальными каналами между верхним и нижним горизонтальными регистрами, без оребрения, а также с тыльным приварным стальным П-образным оребрением и РСГ – с горизонтальными каналами (10 каналов по высоте прибора). Радиаторы РСГ выпускают четырехходовые – вход и выход теплоносителя по одному верхнему и нижнему горизонтальным каналам и между ними дополнительно два хода из четырех каналов каждый. Перемычки между ходами выполняют переменного сечения, что способствует выравниванию расхода теплоносителя по каждому из четырех каналов внутренних ходов.

Монтажная высота стальных панельных радиаторов – 500 мм, глубина по панели – 21 мм, по присоединительному патрубку – 30 мм. Удельная металлоемкость в среднем в 2 раза меньше металлоемкости чугунных радиаторов.

Гидравлическое сопротивление секционных и панельных колончатых радиаторов практически совпадает, незначительно отличается оно и у радиаторов РСГ, поэтому все эти радиаторы можно заменять один на другой, как правило, без пересчета системы отопления.

Секционные и панельные радиаторы поставляют на стройку огрунтованными (обычно грунтовкой ГФ-021). После окончания отделочных работ их окрашивают красками на масляной основе. Не допускается окрашивать радиаторы алюминиевой и бронзовой красками, так как их номинальный тепловой поток снижается.

Панели лучистого отопления, размещаемые в промышленных зданиях под потолком, представляют собой змеевики или регистры с приваренными к ним плоскими панелями – экранами (рефлекторами). При горизонтальном расположении панели (экраны) с тыльной, обращенной к потолку стороны имеют слой теплоизоляции. В некоторых случаях применяют вертикальную подвеску таких панелей, обычно у наружных стен.

Конвектор – конвективный прибор, главной частью которого служит трубчато-ребристый нагревательный элемент. Конвекторы выпускают с кожухом – настенные и напольные, а также без кожуха. Все конвекторы рассчитаны на работу в системах водяного отопления с теплоносителем температурой до 150 °C и рабочим избыточным давлением до 1 МПа (пробное давление – 1,5 МПа). Конвекторы с кожухом – наиболее эффективные и экономичные отопительные приборы, особенно при использовании в однотрубных водяных системах отопления многоэтажных зданий (рис. 6.4). У настенных конвекторов кожух образуется боковыми стенками, фронтальной панелью и, как правило, стеной, на которой прибор крепится. Напольные конвекторы оснащены кожухом коробчатого типа и опорами (ножками).

Рис. 6.4. Конвектор в кожухе

Настенные конвекторы с кожухом «Комфорт-20», «Универсал», «Универсал С», изготовляемые из стали, предназначены для систем водяного отопления жилых зданий. Допускается их установка в общественных зданиях (в кабинетах, административных и других недоступных для массового посетителя помещениях), а также во вспомогательных помещениях производственных зданий.

Конвекторы «Комфорт-20» выпускают в двух исполнениях: концевом и проходном. У концевого конвектора с одной стороны два патрубка (гладкие – под сварку или с короткой резьбой – для соединения на резьбе), с другой – гнутая труба (калач) или коллектор; у проходного – по два патрубка с каждой стороны (гладкие или с короткой резьбой с одной стороны и длинной – с другой).

Воздушным клапаном-заслонкой можно без установки запорно-регулирующей арматуры изменять тепловой поток. Поэтому эти конвекторы можно применять в гидравлически устойчивых и наиболее экономичных проточных однотрубных системах отопления.

Выпускают настенные конвекторы с кожухом «Универсал» малой глубины с нагревательными элементами на базе электросварных труб условным диаметром 20 и 15 мм и конвекторы «Универсал С» средней глубины на базе труб условным диаметром 20 мм.

Напольные (островные) стальные конвекторы с кожухом бывают низкие (КО «Ритм», «Ритм-1500», «Универсал С») и высокие (КВ). Низкие применяют для отопления зданий различного назначения, а конвекторы КВ – для отопления лестничных клеток, холлов и других помещений большого объема.

Стальные настенные конвекторы без кожуха «Аккорд» и его модификации предназначены для систем отопления зданий различного назначения. Конвектор состоит из двух расположенных одна над другой стальных электросварных труб условным диаметром 20 мм с насаженными на них с шагом 40 мм П-образными пластинами толщиной 0,8 мм, контакт которых с трубами обеспечивается дорнованием (увеличением диаметра труб после сборки).

В конвекторах «Север» без кожуха, конструкция которых аналогична конструкции конвекторов «Аккорд», П-образные пластины штампуются из дюралюминиевой ленты или листа толщиной 1 мм. Конвектор «Север» – самый легкий прибор, поэтому его применяют для отопления инвентарных (передвижных) зданий, а также зданий различного назначения преимущественно в северных и других отдаленных районах страны, чтобы сократить транспортные расходы на его перевозку.

В настоящее время изготовляют конвекторы «Коралл», ЛАК (литой алюминиевый) без кожуха, у которых для прохода теплоносителя используются водогазопроводные трубы условным диаметром 20 мм, а основная теплоотдающая поверхность образована отлитыми под давлением ребрами из вторичного алюминия. Качественный контакт между трубами и оребрением обеспечивается в процессе отливки ребер.

Конвектор «Коралл» (оребренный алюминиевый литой) состоит из однотрубных ребристых модулей (секций) теплоплотностью 0,8 кВт/м. Промышленность выпускает двухъярусную по высоте и двухрядную по глубине компоновки этих модулей как в концевом, так и в проходном исполнениях (средняя теплоплотность – 1,4 кВт/м) для установки на стене и на полу. Глубина в установке однорядных настенных модификаций – 80 мм, двухрядных настенных – 160 мм. Высота одноярусных конвекторов – 210 мм, двухъярусных – 510 мм (монтажная высота присоединительных патрубков – 300 мм). Длина различных типоразмеров – от 500 до 1500 мм.

Конвектор ЛАК состоит из двухтрубных модулей проходного и концевого исполнения высотой 500 и 350 мм (монтажная высота соответственно 220 и 180 мм). Глубина прибора – 80 мм; глубина в установке на стене – 100 мм; расстояние от стены до центральных осей труб – 60 мм; длина в зависимости от типоразмера – от 322 до 1466 мм; средняя теплоплотность при высоте конвектора 500 мм – 1,3 кВт/м, при высоте 350 мм – около 0,9 кВт/м. Применение алюминия и его сплавов позволило уменьшить металлоемкость конвекторов по сравнению со стальными конвекторами.

Все конвекторы изготовляют в полной строительной готовности и поставляют в комплекте со средствами крепления.

Ребристые трубы используют в системах отопления промышленных зданий, коммунально-бытовых предприятий, а также в сушильных камерах с теплоносителем температурой до 150 °C и давлением до 0,6 МПа. Ребристые трубы отливают из серого чугуна длиной 500, 750, 1000, 1500 и 2000 мм, с круглыми ребрами наружным диаметром 175 мм и шагом 20 мм. Теплоплотность таких труб – 0,776 кВт/м.

Чугунные трубы повышенной теплоплотности (0,844 кВт/м) выпускают тех же длин и того же наружного диаметра ребер, что и описанные выше трубы, но с уменьшенным до 18 мм шагом ребер и увеличенным их количеством за счет отливки двух дополнительных ребер со стороны одного из фланцев. Удельная масса ребристых труб несколько выше, чем у чугунных радиаторов. Все ребристые трубы поставляют огрунтованными.

Биметаллические ребристые трубы представляют собой стальные трубы условным диаметром 32 мм со спирально-накатными алюминиевыми ребрами наружным диаметром около 100 мм и шагом ребер 7 мм. Такие трубы поставляют как окрашенными, так и неокрашенными. В последнем случае их теплоплотность в среднем на 8 % ниже, чем у окрашенных.

Змеевики и регистры из стальных гладких труб с наружным диаметром от 20 до 150 мм применяют для отопления общественных и промышленных зданий и особенно пыльных производственных помещений, где нельзя устанавливать ребристые трубы или конвекторы, а также в системах отопления теплиц.

Отопительные панели, представляющие собой бетонную панель толщиной около 50 мм с заделанным в ней змеевиком или регистром из стальных, стеклянных или полимерных труб, используют для отопления зданий с повышенными гигиеническими требованиями (например, для детских садов и яслей). Из-за сложности поддержания стабильных тепловых показателей таких панелей, зависящих от плотности бетона, надежности контакта его с трубами змеевика или регистра, применение бетонных отопительных панелей в последнее время ограничено.

Приборы динамического отопления – децентрализованные нагреватели (доводчики) и вентиляторные конвекторы обеспечивают наряду с отоплением и вентиляцию помещений. Кроме того, с помощью этих приборов можно регулировать тепловой поток в широких пределах в зависимости от меняющихся метеорологических условий (например, в северных районах).

Доводчики устанавливают в системах воздушного отопления с центральной приточной камерой, обеспечивающей подачу чистого увлажненного воздуха температурой 8 – 10 °C. Необходимую температуру воздуха можно обеспечить, пропуская его часть через теплообменник или обводной канал доводчика.

Вентиляторный конвектор оборудован вентиляторным агрегатом, теплообменником, фильтром, воздухозаборным устройством и в некоторых случаях увлажнителем. Такой конвектор может работать как в рециркуляционном режиме, так и с непосредственным (через канал в наружной стене здания) забором наружного воздуха для вентиляции. Меняя частоту вращения ротора встроенного вентилятора или отключая его и переходя на работу в режиме свободной конвекции, можно широко варьировать условия отопления и вентиляции.

Теплоноситель с температурой до 150 °C и избыточным давлением до 1 МПа к приборам динамического отопления подводится обычно по двухтрубной или бифилярной системе отопления.

Воздухонагреватели (калориферы) предназначены для нагрева воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и в сушильных установках с теплоносителем температурой до 180 °C и рабочим давлением до 1,5 МПа.

По виду теплоносителя воздухонагреватели бывают водяные (ВНВ) и паровые (ВНП); по числу поперечных потоку воздуха рядов трубок – однорядные, двухрядные и т. д. Выпускают их 12 номеров с четырьмя типоразмерами трубных решеток и шести типоразмеров по длине трубок.

Водяные воздухонагреватели имеют многоходовое исполнение проточной части и горизонтальное расположение теплопередающих трубок в рабочем положении, паровые – одноходовое исполнение и вертикальное расположение трубок. Входные и выходные патрубки в воздухонагревателях размещаются так, чтобы обеспечивался слив воды или конденсата самотеком из всех теплопередающих трубок при отключении подачи теплоносителя.

Коллекторы многоходовых воздухонагревателей снабжены калачами или перегородками, разделяющими их на отдельные отсеки, что приводит к увеличению скорости воды за счет ее последовательного прохождения по ходам и заметному повышению коэффициента теплопередачи, а также надежности при нагреве наружного воздуха с отрицательными температурами.

Не допускается использовать одноходовые воздухонагреватели, если теплоносителем служит вода. Хорошо зарекомендовали себя при работе на паре и двухходовые воздухонагреватели при горизонтальном расположении трубок (при условии обеспечения удаления конденсата из нижних трубок через выходной патрубок).

По способу оребрения трубок, которое применяют для повышения эффективности их теплопередачи, воздухонагреватели подразделяют на пластинчатые, спирально-навивные и спирально-накатные.

Теплота от теплоносителя передается через стенки трубок к их наружной поверхности и насаженным на них тем или иным способом ребрам, а затем от наружной поверхности оребрения – омывающему ее воздуху. Для интенсификации наружного теплообмена применяют шахматную или смещенную компоновку трубок, а пластины нагревательных элементов выполняют гофрированными (чаще зубчатого профиля). Контакт между трубками и ребрами в стальных воздухонагревателях с трубчатопластинчатыми и спирально-навивными нагревательными элементами обеспечивается их горячим цинкованием в воздухонагревателях со спирально-накатными биметаллическими трубами – при профилировании алюминиевых ребер в период их накатки.

Электрокалориферы СФО или СФОЦ-60 мощностью 16, 25, 40, 60 и 100 кВт применяют в тех случаях, когда сложно обеспечить подвод теплоносителя (например, на сельскохозяйственных объектах). Электрокалориферы оборудуют тиристорным или трехпозиционным регулятором мощности. Чтобы пыль, содержащаяся в воздухе, при его нагреве не пригорала, температуру наружной теплоотдающей поверхности понижают, оребряя ТЭНы нагревательных элементов спирально-накатными или литыми под давлением ребрами из алюминиевых сплавов, а также используя вместо ТЭНов ленту высокого омического сопротивления.

Отопительные агрегаты, используемые для воздушного отопления больших помещений промышленных зданий (цехов, складов), состоят из корпуса, воздухонагревателей, вентилятора и электродвигателя. Их изготовляют напольными – агрегат СТД-300М или подвесными – СТД-100, А02, АОД2 и АОУ2.

Воздушно-отопительные агрегаты АОД2 содержат обводной канал у воздухонагревателя, что позволяет направлять в обслуживаемое помещение воздушный поток двумя струями: нижней, нагретой в воздухонагревателе, и верхней – холодной. Поскольку верхняя холодная струя воздуха имеет большую плотность и скорость, нижняя теплая струя более легкого воздуха не может подняться вверх, что увеличивает дальнобойность струи в целом. Закрыв обводной канал регулирующей заслонкой, двухструйный агрегат превращают в одноструйный.

Агрегаты АОУ2 наряду с нагревом воздуха обеспечивают и его увлажнение. Для этого они оборудованы ванной с водой, в которой часть обрабатываемого воздуха увлажняется с последующим смешением со всем потоком воздуха, подаваемого в помещение одной струей. Вода в ванне нагревается от змеевика, по которому проходит горячая вода, идущая на питание воздухонагревателя или выходящая после него.