На фото 1 показан один из возможных вариантов устройства системы отопления. Отопительные приборы установлены под окном, а подоконник отсутствует. Затем в такой квартире начинаются отделочные работы. Большинство жителей имеют слабое представление об устройстве и принципе работы системы отопления. Многие хозяева квартир не знают и даже не хотят знать, каким способом отопительный прибор отдаёт теплоту воздуху помещения, то есть отапливает квартиру.
Фото 1. Установка радиатора под окном
Известно, что при температуре наружного воздуха ниже, чем в помещении, происходят потери теплоты через наружные ограждающие конструкции. При этом температура воздуха tв в помещении и температура внутренних поверхностей наружных tвп.н ограждений снижается, то есть условия теплового комфорта ухудшаются, что недопустимо по санитарно-гигиеническим нормам.
Для создания требуемого теплового режима в жилых зданиях предусматривается их отопление с целью возмещения потерь теплоты. Следует отметить, что отопление зданий различается по виду теплообмена между воздухом помещения и внутренними поверхностями ограждающих конструкций. Жилые здания могут отапливаться конвективным или лучистым отоплением. При конвективном отоплении температура воздуха tв выше, чем температура внутренних поверхностей наружных ограждений tвп.н, то есть tв > tвп.н. Если tв < tвп.н, то отопление называется лучистым.
При устройстве конвективной системы отопления воздух нагревается отопительными приборами, установленными внутри помещения, а внутренние поверхности ограждений нагреваются воздухом помещения, при этом температура внутренних поверхностей наружных ограждений будет ниже температуры воздуха. Внутренние поверхности ограждений дополнительно нагреваются и путём лучистого теплообмена с отопительными приборами и между собой. При лучистом отоплении температура внутренних поверхностей выше температуры воздуха, то есть имеет место tв < tвп.н.
Ограждающие конструкции получают теплоту от внутреннего источника (греющей панели), который может быть расположен в полу, потолке или в стене. То есть греющие панели нагревают внутренние поверхности ограждающих конструкций, которые не имеют своего внутреннего источника теплоты, и воздух помещения.
При устройстве конвективного и лучистого отопления требования к микроклимату жилых зданий согласно [1] сводятся к обязательному и строгому поддержанию в холодный период года во всех помещениях двух параметров: температуры внутреннего воздуха tв и температуры на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций tвп.н.
При централизованном теплоснабжении от ТЭЦ или от районной котельной система отопления состоит из трёх основных элементов: индивидуальный тепловой пункт, отопительные приборы и трубопроводы. По трубопроводам осуществляется подача теплоносителя (воды) в каждый отопительный прибор.
Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) служит для приготовления теплоносителя (воды) с требуемыми параметрами — в первую очередь поддерживается температура воды, необходимая для конкретной системы отопления. Индивидуальный тепловой пункт соединяет систему отопления с тепловой сетью.
Отопительные приборы (биметаллические, чугунные и стальные панельные радиаторы, конвекторы и др.) являются теплообменными устройствами и обеспечивают передачу теплоты от теплоносителя воздуху отапливаемого помещения.
Передача теплоты от теплоносителя (воды) к воздуху помещения осуществляется через стенку отопительных приборов.
Процесс теплопередачи от теплоносителя к внутренней стенке прибора осуществляется конвекцией и теплопроводностью: через стенку прибора — теплопроводностью, а от внешней стенки в помещение — конвекцией, излучением и теплопроводностью.
Отметим, что доля теплоты, передаваемая теплопроводностью, небольшая, поэтому в расчётах её принято не учитывать. Лучистый теплообмен — это передача энергии в виде электромагнитных волн различной длины. Электромагнитное излучение распространяется от внешней поверхности отопительного прибора прямолинейно по всем направлениям и практически не задерживается воздухом помещения (то есть не нагревает воздух). Попадая на внутренние поверхности помещения (стены, пол, потолок, мебель и др.), лучистая энергия частично поглощается поверхностью и превращается в тепловую энергию.
При этом указанные поверхности нагреваются и, в свою очередь, начинают излучать тепловую энергию, которая попадает на более холодные поверхности и нагревает их. У нагретых поверхностей, как правило, образуется конвективная теплота. В результате нескольких поглощений и отражений тепловая энергия распределяется между всеми ограждениями и предметами, находящимися в помещении. Количество лучистой энергии, которая поглощается, например, стеной или полом, зависит от многих факторов; остальная часть излучения отражается или проходит сквозь поверхность.
Конвективный теплообмен — это процесс переноса теплоты между поверхностью твёрдого тела и газовой (жидкой) средой, причём перенос теплоты при конвективном теплообмене осуществляется действием теплопроводности и конвекции.
Конвективная отдача теплоты отопительным прибором осуществляется следующим образом. Воздух помещения, соприкасаясь с поверхностью отопительного прибора, нагревается, плотность воздуха уменьшается, и он поднимается вверх, а на его место притекает более холодный воздух, который также прогревается и начинает двигаться вверх и т. д. Так осуществляется движение воздуха (подвижность) в отапливаемом помещении.
Практические выводы
Для осуществления эффективного конвективного и лучистого теплообмена между отопительным прибором, который установлен в помещении, и воздухом помещения необходимо обеспечить естественное движение воздуха со всех сторон отопительного прибора и прохождение электромагнитных волн от излучающих поверхностей к внутренним поверхностям ограждающих конструкций каждого помещения. Для этого необходимо осуществить открытую установку прибора — без ограждений, за исключением тех случаев, когда ограждение необходимо в целях предохранения от ожогов (например, при наличии пара высокого давления или по другим требованиям).
Недопустимо осуществлять установку у отопительных приборов заградительных щитов, широких подоконников, шкафных укрытий, уменьшать (больше рекомендованных строительными нормами [1]) расстояния от поверхности отопительных приборов до ограждающих конструкций. Нельзя устанавливать отопительные приборы в нишах глубиной более 130 мм. Несоблюдение указанных и других рекомендаций может уменьшить общую теплоотдачу отопительного прибора на 10–20%, а иногда и больше.
Это приведёт к снижению температуры воздуха в помещении на 2–7°C. Отопительные приборы следует размещать под окнами. В этом случае повышается температура внутренней поверхности наружной стены и окна, и уменьшаются холодные токи воздуха от окон и наружных стен в сторону пола помещения.
Отопительные приборы не следует размещать в шкафах, загораживать мебелью, так как это уменьшает их теплоотдачу излучением и конвекцией. Согласно [1], радиаторы должны устанавливаться на расстоянии не менее 60 мм от пола, 50 мм от нижней поверхности подоконной доски и 25 мм от поверхности стены до отопительного прибора — это необходимо для того, чтобы воздух свободно проходил со всех сторон радиатора, нагревался до определённой температуры и после этого участвовал в конвективном теплообмене между ограждениями и мебелью, то есть обогревал помещение.
Ниже даны примеры неправильной установки отопительных приборов.
Фото 2. Установка чугунного радиатора в «шкафном» укрытии (а — радиатор закрыт декоративной решёткой, б — решётка снята)
На фото 2 показана обычная для нашей страны установка чугунного радиатора под окном в шкафу. Сверху радиатор закрыт широким подоконником, а с передней (лицевой) стороны установлена пластиковая жалюзийная решётка с горизонтальными жалюзи (фото 2а).
В шкафном укрытии отсутствует отверстие (щель) для входа воздуха (у пола) и нет отверстия (щели) для выхода нагретого воздуха (под подоконником) из шкафного укрытия. Следовательно, условия для конвективного теплообмена не созданы. Отдача теплоты конвекцией будет очень низкая. Теплоотдача излучением при такой установке практически невозможна. При такой «отделке» элемента системы отопления теплового комфорта ожидать не приходится. На фото 2б жалюзийная решётка снята для наглядности. Установленный рядом с радиатором письменный стол загораживает радиатор, при этом конвективная теплоотдача заметно снижается, а лучистый теплообмен практически невозможен.
Фото 3. Установка отопительного прибора в шкафном укрытии
На фото 3 показано, что под окном установлен широкий подоконник, а отопительный прибор плотно закрыт тремя жалюзийными решётками с горизонтальными жалюзи. Теплоотдача отопительного прибора конвекцией и излучением с такой «отделкой» — приблизительно не более 20%. Температура воздуха в помещении будет заметно ниже нормируемой (по нашим оценкам, около +10°C). Придёт зима, и такую «красоту» хозяин квартиры вынужден будет демонтировать, чтобы увеличить теплоотдачу отопительного прибора и тем самым повысить температуру воздуха в помещении.
Фото 4. Установка отопительного прибора под широким столом
На фото 4 отопительный прибор расположен под подоконником, а хозяин дополнительно устроил стол на всю ширину комнаты; стол снабжён двумя тумбочками; теплоотдача прибора конвекцией крайне затруднена, а лучистый теплообмен ограничен. Температура воздуха под столом (по нашим замерам) достигает 50°C, а в помещении не выше +8°C (при температуре наружного воздуха −25°C).
Фото 5. Установка конвектора под окном в помещении кухни
На фото 5 показана установка конвектора под окном; подоконник отсутствует. Теплоотдача конвектора составит 100%, если владелец жилья не загородит его встроенной мебелью. При монтаже системы отопления конвектор следовало бы установить правее, чтобы правый край конвектора и край окна располагались на одной вертикали.
Рис. 1. Рекомендуемая установка радиатора у наружной стены под окном (1 — подоконник; 2 — радиатор)
На рис. 1 показана правильная установка радиатора у стены без ниши. Расстояние от пола до прибора — 60 мм, до низа подоконной доски — 50 мм и от поверхности стены до отопительного прибора — 25 мм. Всё это минимально допустимые расстояния — если указанные расстояния будут несколько больше, то теплоотдача прибора не уменьшится. Стрелками показано направление движения воздуха около радиатора. Правая (если смотреть на рис. 1) сторона радиатора излучает инфракрасные волны на пол, потолок, стены и домашние предметы, указанные поверхности нагреваются и затем отдают теплоту воздуху помещения. Левая сторона радиатора излучает инфракрасные волны на поверхность стены, расположенной за радиатором, на пол и на нижнюю плоскость подоконника. Указанные поверхности нагреваются и отдают теплоту воздуху, который проходит между наружной стеной и радиатором, то есть отдаёт теплоту конвекцией.
Такое размещение отопительного прибора обеспечивает хорошую отдачу теплоты воздуху помещения, и данная схема установки радиатора рекомендуется для использования. При установке отопительного прибора под окном ширина подоконника должна быть такой, чтобы как минимум половина глубины отопительного прибора (то есть 0,5b) не была закрыта подоконной доской (рис. 1).
Если необходимо установить под окном широкий подоконник, то для навешивания радиатора необходимо использовать длинные кронштейны. Длина их должна быть такой, чтобы только половина глубины радиатора (0,5b) была бы расположена под подоконником (рис. 2).
Рис. 2. Радиатор под окном при наличии широкого подоконника (1 — подоконник; 2 — отопительный прибор; 3 — кронштейн)
Если под окном была предусмотрена ниша, то в этом случае целесообразно заделать её малотеплопроводным материалом, чтобы уменьшить потери теплоты через наружную стену; расстояние L (рис. 2) от оси радиатора до внутренней поверхности стены будет больше, чем рекомендуется [1], однако теплоотдача радиатора не уменьшится.
На рис. 2 показано положение радиатора (вид сбоку), а на рис. 3 — вид сверху. Для соединения радиатора со стояком на подводках следует предусмотреть утки с угольниками (если трубы из полимерного материала), а для стальных труб утка может быть выполнена с помощью гнутой трубы (рис. 3). На рис. 3 длинные кронштейны для навески радиатора условно не показаны.
Рис. 3. Установка радиатора под окном при наличии широкого подоконника (1 — подоконник; 2 — радиатор)
Если отопительный прибор установлен в нише, то ширина последней должна быть равна ширине радиатора плюс 500 мм (по 250 мм с обеих сторон). Поскольку в местах расположения ниш толщина стены уменьшается, то во избежание повышенных теплопотерь ниши следует изолировать малотеплопроводными материалами.
По данным [2], поток восходящего теплового воздуха, идущий от отопительного прибора, установленного под окном, исключает образование ниспадающего холодного воздуха от окна при отсутствии подоконника, расположенного над отопительным прибором. С точки зрения устранения холодных токов воздуха, движущихся у пола помещения, установка подоконника, как естественного препятствия, нежелательна.
«Идеальная» установка радиатора
Однако подоконник, выполненный из пластика или доски и других материалов, является элементом архитектуры квартиры, важной частью визуального облика помещения, а также часто несёт функциональную нагрузку. В нашей стране повсеместно принято устанавливать подоконники и пользоваться ими как по назначению, так и в других целях — например, для устроения декоративного сада или даже для складирования различных предметов бытового назначения.
