Для увеличения теплоотдачи прибора автор статьи [1] считает, что отопительный прибор должен иметь малую высоту и большую длину. Очевидно, что уменьшение высоты отопительного прибора и одновременно увеличение длины прибора (для сохранения поверхности теплоотдачи) повлияет на конструктивное выполнение узла отопительного прибора.
Рассмотрим возможные схемы присоединения трубопроводов к отопительным приборам.
Отопление жилых и гражданских зданий осуществляется системами водяного отопления [2], а в качестве отопительных приборов чаще используются секционные радиаторы, реже конвекторы. Например, для отопления жилых зданий применяют радиаторы типа РБС-500/90, монтажная высота которых равна 500 мм, а номинальный тепловой поток одной секции составляет 175 Вт. Отопительные приборы устанавливаются под окнами. Действующие нормативные требования к теплозащите ограждающих конструкций обеспечивают значительное сокращение потерь теплоты помещениями, что приводит к уменьшению установочной мощности отопительных приборов и, как следствие, к сокращению поверхности теплоотдачи отопительных приборов и их длины. В итоге расчётная длина отопительного прибора в каждом помещении оказывается значительно меньше длины окна. Это делает невозможным подогрев ниспадающего холодного потока воздуха, идущего от окна, по всей длине оконного проёма, что значительно ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Возникшую проблему можно решить, например, путём применения для отопления низких и длинных отопительных приборов [1]. Такое техническое решение не приведёт к большому увеличению капитальных затрат, что очень важно.
Очевидно, что, уменьшая высоту отопительного прибора, следует увеличить длину прибора — тогда масса прибора и поверхность теплоотдачи практически не изменятся. Если рассматривать отопительный прибор, состоящий из секций, то количество секций в приборе малой высоты увеличится примерно на 40–50%. Следовательно, количество ниппельных (резьбовых) соединений также увеличится, а резьбовое соединение — это потенциальная протечка и увеличение объёма работ при изготовлении и монтаже систем отопления. Длинные секционные радиаторы монтируют как минимум на три кронштейна (опоры), которые устанавливают под шейки радиаторов. Кронштейны должны быть установлены строго на одной высоте от пола, чтобы радиатор равномерно опирался на все опоры. Очевидно, если средний кронштейн установить несколько ниже крайних, то с большой долей вероятности через некоторое время работы системы отопления (из-за изменения температуры теплоносителя и длины температурного удлинения секций) в ниппельных соединениях появятся протечки.
Конечно, количество секций в радиаторе малой высоты можно уменьшить, если увеличить длину секции, например, в два или три раза. Каким образом такое решение можно реализовать — сказать сложно, не видя секции для вновь разрабатываемого радиатора и не зная технологического оборудования. Длину секции можно принять по аналогии с радиаторами РБС-500/90, у которого она составляет 90 мм. Длину секции низкого радиатора можно принять 160–200 мм или другую. Для более точного подбора требуемой поверхности теплоотдачи около 10% секций целесообразно изготавливать длиной 90 мм. Если радиаторы будут выполняться под конкретный заказ, то комплектацию отопительных приборов целесообразно произвести на предприятии-изготовителе.
Присоединение трубопроводов к радиатору может выполняться как с одной стороны — одностороннее, так и с разных сторон прибора — разностороннее.
Рассмотрим возможные схемы присоединения трубопроводов к отопительным приборам (радиаторам). В системах водяного отопления радиаторы присоединяют к трубопроводам по одной из трёх схем. Схема «сверху-вниз» подразумевает подачу воды в верхнюю часть радиатора, а отвод воды выполняется снизу. Схема «снизу-вниз» предусматривает подачу и отвод воды в нижней части радиатора. При схеме «снизу-вверх» горячая вода подаётся в нижнюю часть радиатора, а охлаждённая вода отводится из верхней его части. Отметим, что коэффициент теплоотдачи радиатора при схеме «сверху-вниз» выше, чем при двух других вариантах; указанное справедливо для радиаторов, монтажная высота которых равна 500 мм и более. Для низких радиаторов значения коэффициентов теплопередачи следует уточнить экспериментально.
Далее мы рассмотрим, как может влиять уменьшение высоты и увеличение длины радиатора на присоединение трубопроводов к отопительным приборам малой высоты.
Рис. 1. Присоединение трубопроводов к радиаторам малой высоты при устройстве двухтрубной системы отопления (1 — радиатор; 2 — трубопровод; 3 — крайняя секция радиатора; КРД — регулирующий кран двойной регулировки; а — одностороннее движение воды в приборе, б — разностороннее движение воды в приборе «сверху-вниз», в — разностороннее движение воды в приборе «снизу-вниз», г — разностороннее движение воды в приборе «сверху-вниз»)
На рис. 1а показано одностороннее присоединение трубопроводов к радиатору. Такое присоединение проще при изготовлении радиаторного узла и обеспечивает меньший расход трубы, поэтому оно широко применяется, если отопительный прибор имеет малое количество секций при монтажной высоте радиатора 500 мм. На рис. 1б, 1в и 1 г. показаны возможные варианты разностороннего присоединения трубопроводов к длинным и низким радиаторам.
На рис. 1б и 1 г. представлена схема движения воды в приборе «сверху-вниз», а на рис. 1в — схема движения воды «снизу-вниз»; в схеме 1 г. отвод воды из прибора 1 осуществляется по трубе 2 из крайней секции 3. Трубопровод 2 проложен в нижнем коллекторе радиатора 1. Такой вариант присоединения целесообразно применять в случае использования воды высокого качества (без твёрдых частиц). Конечно, выбор варианта присоединения трубопроводов зависит от конструктивных особенностей радиатора и размера коллектора.
Из рис. 1 видно, что в двухтрубных системах водяного отопления можно обеспечить движение воды по схеме «сверху-вниз», а это гарантирует максимально возможный коэффициент теплопередачи радиатора. Расход трубы увеличивается, однако за счёт теплоотдачи трубопроводов в помещении сокращается площадь теплоотдачи радиатора.
Рис. 2. Присоединение трубопроводов к радиаторам малой высоты и большой длины при устройстве вертикальной однотрубной системы отопления [а — однотрубная система отопления с верхней разводкой подающей магистрали, б — однотрубная система отопления с нижней разводкой магистралей; 1 — подающая магистраль; 2 — стояк; 3 — радиатор; 4 — обратная магистраль; 5 — трубопровод для отвода воды из радиатора 3 (обратная подводка); 6 — подъёмная часть стояка; 7 — горизонтальная часть стояка; 8 — опускная часть стояка]
На рис. 2 показано присоединение трубопроводов к радиаторам малой высоты и большой длины в однотрубных системах водяного отопления с верхней разводкой (рис. 2а) и однотрубной системе отопления с нижней разводкой магистралей (рис. 2б). В системе с верхней разводкой обеспечивается движение воды в приборе по схеме «сверху-вниз»; расход труб увеличивается примерно на длину радиатора. Система отопления может быть с проходным регулирующим краном КРП (см. второй этаж на рис. 2а) или с трёхходовым регулирующим краном КРТ (см. первый этаж на рис. 2а) [2, 3]. Трубопровод 5 может быть проложен под радиатором 3 или за радиатором (при достаточном расстоянии от стенки радиатора до поверхности стены или вплотную к нижней стенке радиатора). Для выполнения расчёта такой системы отопления необходимо знать коэффициент затекания воды (для схемы, содержащей кран КРП). В подъёмной части стояка (рис. 2б) движение воды в приборе осуществляется по схеме «снизу-вверх», а в опускной части стояка — «сверху-вниз». Система отопления может быть с кранами КРП и кранами КРТ; расход трубы увеличивается примерно на длину отопительного прибора.
Рис. 3. Разностороннее присоединение радиатора (а — горизонтальная однотрубная система отопления с осевым замыкающим участком, б — двухтрубная горизонтальная система отопления, в — двухтрубная вертикальная при цепочечной схеме присоединения радиаторов; 1 — горизонтальная ветка; 2 — радиатор малой высоты; 3 — подающая магистраль; 4 — обратная магистраль; 5 — воздушный кран; 6 — подающая магистраль при верхней разводке подающей магистрали)
На рис. 3а показано разностороннее присоединение трубопроводов к радиаторам в горизонтальной однотрубной системе отопления с замыкающим участком, на рис. 3б — то же для двухтрубной горизонтальной системы, а на рис. 3в — то же для двухтрубной цепочечной схемы с верхней разводкой магистралей. Во всех трёх схемах рис. 3 при движении воды в приборе «сверху-вверх» отсутствует увеличение расхода трубопроводов.
При размещении низкого и длинного отопительного прибора под окном увеличивается температура внутренней поверхности наружной стены (точнее, нижней её части) и окна, что повышает тепловой комфорт в помещении за счёт уменьшения объёма нисходящего холодного воздуха [1]. Отметим, что длина отопительного прибора должна быть не меньше длины оконного проёма [2]. Длина окна зависит от многих факторов, например, от назначения помещения и прочего, но в данном случае следует ориентироваться на жилые дома, которые строятся в средней полосе или в северных районах РФ. Поэтому при конструировании низкого и длинного отопительного прибора следует так подобрать теплоотдачу на единицу длины отопительного прибора, чтобы длина прибора была бы приблизительно равна длине оконного проёма или несколько длиннее. Для северных районов целесообразно изготавливать низкие и длинные отопительные приборы, имеющие большую теплоотдачу на единицу длины прибора.
Низкие и длинные отопительные приборы следует устанавливать на кронштейны, выполненные в виде специальных металлических подставок, опирающихся на пол. При этом будет точно соблюдено требуемое расстояние от пола до низа отопительного прибора, отопительный прибор будет равномерно опираться на все кронштейны (не будет перекоса), тем самым повысится качество монтажа системы отопления. Данные подставки (кронштейны) под радиаторы следует изготавливать на тех же предприятиях, которые производят сами отопительные приборы.
Сказанное выше позволяет сделать вывод, что для отопления жилых и общественных зданий могут использоваться современные системы отопления, а в качестве отопительных приборов могут применяться низкие и длинные отопительные приборы с большой долей конвективной теплоотдачи. Желательно присоединение трубопроводов к радиаторам по разносторонней схеме, но могут также использоваться и другие схемы присоединения.
Для практического использования рассмотренных схем присоединения трубопроводов к отопительным приборам (для однотрубных систем отопления) необходимо экспериментальным путём определить значения коэффициентов затекания воды в отопительные приборы для всех рассмотренных вариантов присоединения трубопроводов к отопительным приборам малой высоты.
