Отопительные радиаторы: конвекция или излучение?

Сейчас многие пользователи отопления обогревают свою квартиру или какое-либо жилище при помощи радиаторов, принцип работы у такой системы достаточно простой: в котельной установке происходит нагревание воды до определённой температуры, после этого вода поступает в помещение по трубам. Затем эта нагретая вода проходит по трубам в отопительный прибор, в данном случае это радиаторы, и таким образом происходит нагревание воздуха в помещение.

При этом стоит заметить, что передача тепла может осуществляться конвекцией, то такой прибор отопления будет иметь название конвектор, а если – при помощи излучения, то прибор будет иметь название радиатор. Теперь же стоит акцентировать внимание на конвекции и излучении. В данном случае, конвекция означает то, что воздух, который протекает через развитую поверхность, нагревается очень быстро, а излучение означает нагрев воздуха на поверхности, который имеет повышенную температуру. Конечно, на данный момент уже существует и комплексные приборы отопления – конвекторы-радиаторы.

Как стало уже понятно из выше изложенных предложений, воздух в помещении быстрее прогревается, если использовать способ конвекции. Однако у такого способа присутствует и свой отличительный недостаток: из-за того, что конвекция достаточно активно происходит, за собой она увлекает большое количество пыли, а это не самым лучшим образом сказывает на людях. Поэтому конвекторы лучше всего применять в зонах, где присутствуют существенные проблемы с отоплением, например помещение, где большое количество остекления и необходимо создать воздушную завесу, а обычные приборы отопления не помещаются из-за своих габаритов. При этом от радиаторов исходит только 60 % тепловой энергии, а остальная распространяется по помещению конвективным путём. Вследствие этого конвекция горячего воздуха достаточно минимальна, а вот объекты, которые находятся в помещении хорошо нагреваются. Вот и получается, что отопление радиаторами, чем-то напоминает отопление тёплым полом.

Для примера можно взять алюминиевые секционные радиаторы отопления. Естественно, такие радиаторы имеют свои положительные стороны. Первая сторона заключается в материале из которого и изготовлены батареи. Ведь у алюминия достаточно высокая теплопроводность. Следствие этого является то, что батареи очень быстро забирают тепло у носителя тепла и так же быстро его отдают окружающей среде. Есть и свой недостаток: такие батареи не выдержать высокого давления.

Виды радиаторов: конвекция, излучение, вода, электричество,

Для обеспечения максимально комфортного микроклимата в наших зданиях и квартирах сейчас употребляются самые различные виды радиаторов. На рынке возможно отыскать устройства нескольких типов, и все они отличаются не только по внешнему виду, но и по изюминкам конструкции, и по эксплуатационным параметрам.

В нашей статье мы поведаем, какими бывают отопительные устройства, отметив сильные и не сильный стороны основных функциональных групп.

Базы работы

Конвекция либо излучение?

Главным отличием устройств, применяемых для обогрева помещений, есть принцип их передачи тепла.

По этому принципу выделяют конвекторы, фактически радиаторы, и устройства смешанного типа.

• Конвекционный радиатор представляет собой систему, которая функционирует за счет движения воздуха. В нижнюю часть устройства поступает холодный воздушное пространство, после этого он проходит через теплообменную решетку, где нагревается при взаимодействии с ТЭНом либо трубами с тёплой водой, по окончании чего выходит через отверстия в верхней части конструкции.
• Время от времени естественной конвекции не достаточно для действенного теплообмена, и в нижней части конвектора устанавливается вентилятор, снабжающий принудительную циркуляцию.

• Радиаторный принцип реализуется в противном случае. В устройства двигается теплоноситель, который передает тепловую энергию стенкам батареи. Нагреваясь, стены излучают тепло в окружающее пространство, за счет чего увеличивается температура окружающей среды.
• Устройства смешанного типа сочетают в себе показатели конвекторов и «чистых» радиаторов. Примером таковой системы может являться панельный стальной обогреватель, к корпусу которого дополнительно привариваются теплообменные пластины, играющие роль конвекционных ребер.

• В отдельную группу стоит выделить кроме этого агрегаты, функционирующие за счёт ИК-излучения. Инфракрасный радиатор, работающей от электросети, нагревает не воздушное пространство, а окружающие предметы, потому эксперты считают подобные изделия более экономными.

Обратите внимание! При установке ИК-обогревателей крайне важно верно их расположить, потому, что в «мертвой» территории фактически постоянно будет достаточно прохладно, поскольку воздушное пространство там нагревается лишь за счет вторичного излучения и остаточного тепла.

Вода либо электричество

Потом необходимо разобраться с типом теплоносителя.

Тут имеется два варианта — вода либо электричество.

• Водяные батареи известны каждому из нас. Они являются устройства из нескольких труб либо резервуаров, по которым циркулирует нагретая до определенной температуры среда (не обязательно вода – это возможно и пар, и антифриз, и водно-спиртовая смесь). Теплоноситель отдает энергию стенкам труб и теплообменным пластинам, а те, со своей стороны, нагревают помещение.

• Правила действия электрорадиаторов более разнообразны. В них может употребляться или жидкий теплоноситель на базе минерального масла, или яркий нагрев воздуха при прохождении через раскаленные спирали либо пластины (как у многих электроконвекторов). В любом случае система потребляет достаточно большое количество электричества, но наряду с этим снабжает стремительный прогрев воздуха.
• Отдельного упоминания заслуживают инверторные радиаторы. Они разрешают контролировать процесс нагрева в автоматическом режиме: при достижении установленной пользователем температуры нагревательный элемент не отключается, а переходит в режим пониженной мощности, экономя ресурсы. Это делается вероятным за счет наличия в конструкции преобразователя переменного тока в постоянный (инвертора).

Обратите внимание! Частенько инверторные системы употребляются для комплексного климат-контроля, т.е. не только для обогрева, но и для кондиционирования.

Материал корпуса

От того, из какого именно материала изготовлена конструкция, зависит эффективность ее работы. Для водяных батарей это прежде всего обусловлено отличием в теплопроводности металлов, и другими эксплуатационными чертями.

Сейчас на рынке представлены такие варианты:

• Изделия из чугуна – классический вариант, который неспешно выходит из потребления. Отличаются низкой теплоотдачей, высокой инерционностью (медлительно нагреваются, медлительно остывают), большим запасом прочности.
• Стальные конструкции — панельные и пластинчатые радиаторы. Теплопроводность стальных изделий выше, чем у чугунных, но они более подвержены коррозии.
• Алюминиевые – наиболее выгодные с позиций теплоотдачи. Одновременно с этим алюминий не отличается гидравлической стойкостью, помимо этого, он не хорошо переносит долгий контакт со щелочной водой.

• Биметаллические устройства (время от времени видится ошибочное наименование «биометрический радиатор») являются комплекс из стальных либо бронзовых труб с алюминиевыми теплообменниками. Сочетают в себе преимущества стальных и алюминиевых моделей, наряду с этим фактически лишены функциональных недостатков. Главными минусом являлся большая цена, но хорошая теплоотдача и большой срок эксплуатации разрешают мириться с большой ценой изделий данного типа.

В случае если же сказать об электрообогревателях, то их значительно чаще делают из стали, а для производства защитных корпусов может использоваться и силумин, и термостойкие полимеры.

Отдельную группу составляют изделия с керамическими элементами. Керамический радиатор снабжает равномерное распределение тепла, потому, что передняя пластина, изготовленная из обожжённой глины со стабилизирующими и упрочняющими добавками, играет роль необычного фильтра, сглаживающего и направляющего поток инфракрасных волн.

Особенности конструкции

Секционные и панельные изделия

По форме и изюминкам устройства кроме этого возможно выделить различные виды отопительных радиаторов.

Тут на первый замысел выходит тип конструкции:

• В случае если корпус изделия планирует из однотипных элементов, в которых циркулирует теплоноситель, то такую батарею именуют секционной. Секционную конструкцию имеют чугунные, алюминиевые и биметаллические модели. Она разрешает подбирать необходимое количество нагревательных ребер, корректируя мощность прибора в громадную либо меньшую сторону.

• Стальные обогреватели значительно чаще производятся методом штамповки одного стального страницы. Потому, что они имеют монолитное строение, то и именуют их панельными. Поменять размер таковой батареи не окажется, так что необходимо изначально подбирать изделие с подходящей производительностью и габаритами.

Обратите внимание! В случае если вам нужен гигиенический радиатор , т.е. модель, устойчивая к регулярной обработке в ходе мокрой уборки, то вам подойдет как раз стальное панельное устройство с максимально гладкой лицевой поверхностью.

• Особняком стоят трубчатые конструкции (бронзовые и стальные). Они являются контуры из узких трубок, каковые соединяются между собой сварным методом. Снаружи эти трубки выглядят как отдельные секции, но наряду с этим конструкция прилучается неразборной.

Метод установки

Если вы планируете делать монтаж отопительных устройств своими руками, то для вас одним из наиболее значимых пунктов классификации будет тип установки. По этому параметру различают такие типы конструкций:

Разновидность	Ключевые изюминки
Настенные	Сюда мы отнесем большинство устройств, предназначенных для стационарного монтажа. Радиаторы закрепляются на несущей поверхности посредством особых кронштейнов, по окончании чего подключаются или к отопительным трубам, или к электросети дома. Инструкция рекомендует располагать батареи так, дабы между сетной и задней поверхностью обогревателя оставлялся зазор для циркуляции воздуха.
Напольные	Сюда можно отнести две группы устройств: Тяжелые батареи, каковые нельзя закрепить на стене ввиду их большой массы. Относительно маленькие обогреватели, каковые устанавливаются на напольных кронштейнах при обустройстве системы отопления в зданиях со не сильный стенками.
Встраиваемые	Встраиваемые радиаторы отопления в большинстве случаев монтируются в нишах полов вдоль окон либо порогов: В верхней части таковой радиатор комплектуется решеткой для вывода тёплого воздуха. За движение воздушных масс отвечает вентилятор. Само устройство устанавливается на теплоизоляционной подставке, снижающей энергопотери.
Переносные	Кроме этого существуют и маленькие электрообогреватели, каковые возможно переносить с места на место и устанавливать около ближайшей розетки. Мощность их относительно мала, потому используются такие устройства по большей части в качестве дополнительных источников тепла.

Заключение

Как видно из вышеприведенного описания, все виды радиаторов имеют свои особенности. Выбор доступных моделей очень широк, потому, дабы не запутаться, стоит пристально изучить приведённые выше сведения, и просмотреть видео в данной статье, которое содержит громадной количество дополнительной информации по данному вопросу.

Конвекция и радиация при достижении теплового комфорта

Опубликовано: 30 июля 2019 г.

Виталий Сасин, к.т.н., член президиума НП «АВОК», председатель экспертного совета ассоциации «АПРО»

Из трех известных механизмов передачи теплоты от тела более теплого более холодному (теплопроводность, конвекция и излучение (радиация)) в процессе теплоотдачи отопительных приборов конвекция и радиация играют наиболее заметную роль при формировании теплового комфорта в отапливаемом помещении.

О сновной способ передачи теплоты – конвективный. Когда молекулы воздуха, контактируя с молекулами нагретого тела, поглощают часть энергии, начинают двигаться быстрее, воздух нагревается и становится менее плотным, его потоки поднимаются, вытесняясь более холодными, и уносят с собой тепло. Остывая – отдавая часть своего тепла окружающим предметам – воздух опять уплотняется и снова опускается вниз, вытесняя менее плотные теплые массы воздуха – формируются конвективные потоки, которые «разносят» тепло по обогреваемому помещению.

При радиации (этот механизм также называют передачей тепла с помощью лучистой энергии или лучистым обогревом) энергия переносится с объекта на объект посредством электромагнитного излучения с длиной волны (λ) от 0,7 до 400 мкм – инфракрасная часть спектра. При поглощении электромагнитных волн с длиной волны из инфракрасной части спектра каким-либо телом (облучаемым объектом) происходит возбуждение молекул вещества, ускорение движения этих молекул и генерация тепловой энергии. Так, в частности, передается на Землю тепло Солнца, таким же образом мы греемся у костра или камина и, более того, таким способом мы воспринимаем часть тепла от любых предметов и сами отдаем его.

Любой традиционный отопительный прибор отдает тепло в обогреваемое помещение обоими упомянутыми способами. Однако соотношение долей указанных природных механизмов в передаче тепловой энергии окружающей среде и предметам для разных отопительных приборов будет различно. Это соотношение и послужило когда-то основой для их деления на радиаторы и конвекторы. В соответствии с преобладающим способом теплоотдачи отопительные приборы делились на следующие виды:

— радиационные, передающие излучением не менее 50% всего вырабатываемого теплового потока (обычно потолочные отопительные панели и излучатели),

— конвективно-радиационные, передающие конвекцией 50%-75% общего теплового потока (радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные отопительные панели),

— конвективные, передающие конвекцией не менее 75% общего теплового потока (конвекторы и ребристые трубы).

Радиаторы и (или) конвекторы

В быту – как в многоквартирных, так и в частных домах, коттеджах – наибольшее распространение в системах водяного отопления получили отопительные приборы, устанавливающиеся, как правило, под окнами. По упомянутой выше классификации они относятся к «конвекционно-радиационным», но принято называть их просто радиаторами и только некоторые – конвекторами. Однако, если основывать деление отопительных приборов на радиаторы и конвекторы в зависимости от того, какая составляющая, лучистая или конвекционная, преобладает в общей теплоотдаче с прибора, то все типовые отопительные приборы, которые устанавливаются под подоконником (рис. 1) надо считать конвекторами.

Рис. 1 Секционный радиатор, установленный под окном

Даже для однорядного стального панельного радиатора без оребрения (тип 10) доля лучистого тепла составляет в общей теплоотдаче около 45 % (рис. 2, 3).

Рис. 2 Типы стальных панельных радиаторов

Рис. 3 Стальной панельный радиатор – тип 10

Во всех остальных радиаторах оребрение играет главную роль в теплоотдаче, как за счет увеличения площади, так и за счет формирования конвекционных каналов. При этом оребрение само себя экранирует, препятствуя распространению тепла лучистым способом (рис. 4). Поэтому и доля конвективной отдачи с любого отопительного прибора оказывается больше.

Рис. 4 Оребрение стального панельного радиатора

Конвекторами в классификации старых ГОСТО-в, как приводится выше, было принято считать приборы, доля лучистой составляющей в теплоотдаче которых не превышает 25 %. В то же время такие модели приборов, за которыми укоренилось название стальных панельных радиаторов, например, тип 22 или тип 33 не дают и 20 % лучистой энергии в общей теплоотдаче (рис. 5, 6).

Рис. 5 Стальной панельный радиатор тип 22

Рис. 6 Стальной панельный радиатор тип 33

Во избежание несуразицы, в современной редакции ГОСТов под радиатором следует понимать: «Отопительный прибор, отдающий теплоту путем конвекции и радиации», а под конвектором (рис. 7): «Отопительный прибор, отдающий теплоту преимущественно за счет свободной конвекции. Конвектор, как правило, состоит из нагревательного элемента и кожуха, образующего необогреваемый канал для естественной конвекции» (ГОСТ 31311-2005. Приборы отопительные. Общие технические условия, статьи 3.2 и 3.3 соответственно).

Рис. 7 Напольный конвектор

Понятия радиатор и конвектор используются также в действующем пока ГОСТе 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний». Прежде всего, это оправдано тем, что в данном нормативном документе учитывается влияние атмосферного давления на конвективную составляющую теплоотдачи и приводится соответствующий график (рис. 8) для поправки (fB) к расчету фактического значения теплового потока прибора (Q), Вт, которое при испытаниях определяют по формуле (ГОСТ 53583-2009, статья 7.3):

Qизм – тепловой поток испытуемого отопительного прибора,

S – доля теплоотдачи излучением, определяемая согласно ГОСТ-у по приводящейся там таблице.

Атмосферное давление влияет на конвективную составляющую теплоотдачи отопительного прибора, так как при этом способе отдачи теплоты основную роль играет формирование теплых воздушных потоков, а если прибор имеет существенную долю лучистой энергии в теплоотдаче, то атмосферное давление на его общей теплоотдаче сказывается меньше. В целом же изменения атмосферного давления в природных условиях оказывает влияние на значение теплоотдачи прибора обычно в пределах 2-3%.

Рис. 8 График для поправки на атмосферное давление к расчету теплового потока

Конвекция и радиация в температурном комфорте

Наиболее комплексно состояние теплового комфорта человека определяется в микроклимате помещения с помощью эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ) и результирующей температуры (РТ). ЭЭТ – условно-числовая величина субъективного ощущения человека при разных соотношениях температуры, влажности, скорости движения воздуха, а РТ – и радиационной температуры. Этот параметр используется при наличии источников теплового излучения и рассчитывается, в общем случае, с помощью таблиц или номограмм по показателям сухого и радиационного термометров.

Согласно ГОСТу 30494-96 «Здания жилые и общественные параметры микроклимата в помещениях» результирующая температура при скорости движения воздуха до 0,2 м/с равна полусумме температур воздуха в помещении и средней радиационной. При скорости же 0,2–0,6 м/с она рассчитывается по формуле:

PT = 0,6 tp + 0,4 tr,

где tp и tr – соответственно температуры воздуха в помещении и средняя радиационная. Для получения последней используются показатели шарового термометра или температуры внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов:

где Ai – площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, ti – их температуры, ˚С.

На степень комфортности внутреннего климата значительно влияют также тепловая радиационная асимметрия, температура поверхности пола, температурный градиент по вертикали.

По своей природе инфракрасное излучение более эффективный способ передачи тепла от его источника к окружающим предметам и именно потому, что при этом не нагревается воздух, выступающий при конвекции как промежуточный теплоноситель, доставляющий тепло к месту его потребления. При транспортировке происходят основные потери тепла. Под воздействием же инфракрасного излучения непосредственно нагревается поверхность пола, облучаемые площади стен, поверхность человеческого тела, окружающие предметы. Практически вся излученная энергия переходит в тепло обогреваемого предмета без теплопотерь, и уже впоследствии от нагретых поверхностей предметов нагревается воздух в помещении.

Кроме того, для передачи тепла лучистой энергией свойственен эффект дополнительного обогрева — находящийся под воздействием инфракрасного излучения человек ощущает температуру примерно на 3-4 градуса выше, чем реальная температура воздуха в помещении.

Однако при формировании теплового комфорта в помещении, которое обогревается прибором водяного отопления, размещенном под подоконником, наблюдается такой парадокс, что именно конвекторы оказываются более эффективны и, в том числе, за счет вклада радиационной составляющей в общий баланс для достижения температуры комфорта.

Прежде всего, условный конвектор, установленный под подоконником, создает более мощный конвекционный поток теплого воздуха, чем установленный там же условный радиатор. В результате, этот поток лучше защищает от холода, поступающего внутрь помещения от окна. Поток теплого воздуха от конвектора на 1-2 ºС лучше прогревает поверхность оконного стекла, чем поток от радиатора. А эти 2 градуса очень хорошо чувствуются, если люди сидят около окна и разница между температурами 16 ºС и 18 ºС очень заметна.

Более того, конвекторы создают большую подвижность воздуха в помещении, теплый воздух скапливается в верхней части помещения и перегревают потолок тоже на 2-3 ºС. Казалось бы, это мелочи, и такая небольшая разница перегрева не будет заметна при формировании теплового комфорта в отапливаемом помещении, но потолок обладает большой площадью и поэтому «лишние» 2-3 градуса тепла со всей его поверхности оказываются совсем не лишними и очень заметными. Причем отдается это тепло с поверхности потолка в основном уже лучистым способом. То есть улучшается радиационная составляющая.

Эффективны в повышении вклада радиационной составляющей в общий баланс температурного комфорта оказываются и плинтусные (парапетные) конвекторы, которые размещаются при отоплении больших помещений по периметру стен, особенно при сочетании с вентиляторными конвекторами, устанавливаемыми под окнами. При их работе не только перегревается потолок, но и формирующиеся у поверхности стен конвекционные потоки прогревают и сами стены. Опять на те же 2-3 °С, но в этом случае и стены начинают вносить больший вклад в радиационную составляющую общего теплового комфорта. Таким образом получается, что как бы теплопотери с промежуточного теплоносителя (воздуха) работают на более эффективное достижение комфортной температуры.