Воздушное тепло

Конвекторы водяного отопления — обширный класс отопительного оборудования, который уже на протяжении многих десятилетий используется во всём мире наравне с радиаторами. Они суще­ственно отличаются от своих «лучистых» собра­тьев — и принципом работы, и особенностями экс­плуатации. Радиатор в процессе работы выполняет две задачи — нагревает воздух и излучает тепло в виде инфракрасных волн. У конвектора задача более простая — он предназначен только для на­грева воздуха.

Текст: Маргарита ТЕРЕХОВА.

Принцип работы конвектора основывается на простых законах физики: холодный воздух, проходя через теплообменник, нагрева­ется и поднимается вверх. Таким образом создаётся циркуляция воздуха в помещении. При этом, в отличие от отопления с ис­пользованием радиаторов, конвективное предполагает больший перепад температур воздуха возле пола и под потолком, так как нагретый воздух поднимается вверх. Впрочем, совсем без лучисто­го тепла при использовании конвекторов отопление не обходится. При работе прибора возникает так называемый эффект вторич­ного лучистого отопления: горячий воздух, скапливаясь вверху, нагревает потолок, а уже поверхность потолка начинает излучать тепло и передавать его предметам в помещении.

Поскольку конструкция конвекторов не предусматривает из­лучающих ИК-волны поверхностей, их нет необходимости остав­лять на виду и обеспечивать беспрепятственное распространение тепловых волн в помещение. Конвектор можно установить за де­коративным экраном, скрыть за элементами интерьера — но при обязательном условии, что окружающие его предметы не будут ухудшать циркуляцию воздуха.

Конвекторы широко представлены как отечественными марка­ми, так и зарубежными (Boki, Isan, Jaga, Kampmann, Kermi, Klima, Minib и многими другими).

С ВЕНТИЛЯТОРОМ И БЕЗ

Несмотря на общий принцип работы конвекторов, реализован он в моделях по-разному. Представленные на рынке приборы по типу конвекции принято разделять на два вида — с принуди­тельной и естественной конвекцией.

Принудительная подразумевает использование вентиляторов (аксиональных или тангенциальных) — они затягивают воздух внутрь и увеличивают воздухообмен модели. Тангенциальный вен­тилятор оборудован крыльчаткой по все своей длине и проложен вдоль теплообменника, аксиональный же, напротив, находится в торце и направляет воздух вдоль теплообменника, при этом мо­жет и не «доставать» до дальнего от него конца конвектора. У мо­делей с принудительной конвекцией множество «плюсов», напри­мер возможность сделать прибор повышенной мощности за счёт более частого расположения ламелей — воздух под нагнетаемым вентилятором давлением всё равно пройдёт через них с большой скоростью. Однако есть и недостатки. Во-первых, двигатели вен­тиляторов нуждаются в электропитании, поэтому конвектор не­обходимо будет подключить к электросети, что не всегда возмож­но. А иногда и небезопасно — например, для бассейнов и других влажных помещений разрабатывают специальные модели, вен­тиляторы которых питаются от постоянного тока низкого на­пряжения — от них нельзя получить поражения электрическим током. Также существуют модели с выносным вентилятором, он подаёт воздух в конвектор по воздуховоду из другого помещения. Во-вторых, вентилятор — механическое устройство, в ходе рабо­ты он издаёт шум.

Конвекторы с естественной конвекцией, напротив, бесшум­ны — ведь вентиляторов в их конструкции нет. В этих моделях воздух попадает в прибор естественным путём — опускается вниз и затекает внутрь конвектора, а затем нагревается и попадает об­ратно в помещение. К электросети их тоже подключать не нуж­но, что упрощает монтаж. Но естественная конвекция требует соблюдения некоторых условий. Например, ограничения частоты посадки ламелей в теплообменнике. С одной стороны, чем больше в нем ламелей, тем больше тепла он может отдавать, но, с другой, слишком часто посаженные ламели могут ухудшать пропускную способность конвектора и мешать свободной циркуляции воздуха через прибор. Поэтому расстояние между ламелями строго вы­считывают, чтобы они и движению воздуха не препятствовали, и при этом обогревали максимально эффективно. Некоторые конвекторы с естественной конвекцией допускают установку в них аксиальных вентиляторов, которые будут при необходи­мости повышать мощность приборов, увеличивая расход воздуха через них. Правда, в этом случае уже понадобится провести к ним электросеть, да и бесшумными при работе вентиляторов они уже не будут.

НА СТЕНЕ, НА ПОЛУ, ВНУТРИ ПОЛА

По типу монтажа конвекторы разделяют на внутрипольные (впольные), напольные и настенные.

Внутрипольный конвектор — прибор особого рода. Его кор­пус «-погружён» в пол помещения, теплообменник находится в нише внутри. Сверху такой конвектор обычно закрыт декора­тивной решёткой, которая находится на уровне пола. Решётки обычно достаточно прочны, чтобы по ним можно было даже хо­дить. У внутрипольных моделей есть важное преимущество пе­ред другими приборами отопления (радиаторами, настенными и напольными конвекторами) — они практически не заметны, при этом могут обеспечивать очень высокую мощность обогрева (в зависимости от типа конвекции, конструкции теплообменни­ка и других факторов). Поэтому они широко применяются в тех случаях, когда нужно отапливать помещение, но нежелательны лишние объекты, привлекающие внимание. Один из примеров такого применения — панорамное остекление. Огромные стёк­ла выглядят эффектно и дают хороший обзор, но обычные радиа­торы или конвекторы могут загораживать вид — всё-таки у них есть определённая высота. Внутрипольные же модели за счёт того, что они почти целиком находятся ниже уровня пола, об­зору не мешают. Однако при этом они эффективно обогревают стёкла холодный воздух спускается вдоль стёкол и внизу попада­ет в решётку конвектора, внутри он проходит через теплообмен­ник и выдувается наружу уже тёплым. Также конвекторы этого типа используются для отопления по периметру помещения и в ряде других случаев.

Внутрипольные модели различаются глубиной корпуса, коли­чеством теплообменников и типом конвекции. Глубина — один из факторов, ограничивающих возможности монтажа вполь-ного конвектора, так как не каждый пол вместит его. Глубокие приборы могут в высоту достигать нескольких десятком сан­тиметров, как правило, это образцы повышенной мощности. Они не предназначены для монтажа на верхних этажах зданий, устанавливают их обычно на первом этаже. Приборы с малой глубиной (буквально от нескольких сантиметров), напротив, по­зволяют устанавливать их в стяжку пола любого этажа, не толь­ко первого. Но и мощность этих моделей будет ниже, чем у глу­боких.

Поскольку в готовом внутрипольном конвекторе на виду оста­ётся только решётка, производители уделяют особое внимание их оформлению. Они могут быть выполнены из разных материа­лов — металлов (стали, алюминия), дерева и т. д. Металлические ре­шётки прочнее, их можно делать более тонкими, а составляющие их прутки располагать как поперёк решётки, так и вдоль. Однако металл способен нагреться от воздуха и сам начать излучать тепло, что ухудшит аэродинамику конвектора, снизит его пропускную способность и, как следствие, мощность. Правда, стоит отметить, что это явление лишь незначительно влияет на конечную мощ­ность прибора. Деревянные решётки менее подвержены такому явлению, но тоже имеют недостатки. Деревянные прутки более хрупкие, чем металлические, а потому для повышения прочности их делают более толстыми, что, кстати, уменьшает пропускную способность конвектора, и укладывают поперёк. Производители выпускают решётки в разных цветовых вариациях, в дополнение к ним предлагаются также и рамки различных видов и расцветок, так что будет несложно подобрать подходящую по стилю к любо­му интерьеру.

Современная архитектура зданий не ограничивается только прямыми линиями, поэтому, помимо прямых внутрипольных конвекторов, возможно изготовление и более сложных по форме моделей — угловых и даже радиусных. Обычно такие приборы из­готавливаются предприятиями на заказ и с дополнительной на­ценкой за нестандартное исполнение.

Планировать установку внутрипольных конвекторов лучше ещё на стадии строительства здания, чтобы предусмотреть ниши для них. В то же время низкие модели допускают монтаж при за­мене стяжки (если новый слой стяжки будет достаточно толстым, чтобы вместить корпус модели). Устанавливать внутрипольные конвекторы в специально для них созданные подиумы нежела­тельно — находясь не вровень с полом, приборы будут работать хуже.

Напольные и настенные конвекторы различаются по большей части размерами. Настенные обычно достаточно высокие и мон­тируются на стене. Напольные — низкие и компактные, в некото­рых случаях успешно заменяют внутрипольные — например, при отоплении помещений с большими стёклами. Благодаря малой высоте, напольные модели малозаметны, их легко скрыть даже за мебелью. Существуют и так называемые плинтусные модели — конвекторы крайне малой высоты (до 200 мм), которые настоль­ко компактны, что практически незаметны и могут применяться для отопления по периметру.

Настенные и напольные конвекторы подразделяют на модели с кожухом или без. Казалось бы, всё просто: прибор с «голым» теплообменником — это конвектор без кожуха, а внутри закры­того корпуса — с кожухом. Однако на практике дело обстоит иначе. Отличительная черта конвектора с кожухом заключа­ется в том, что кожух в этом случае играет не декоративную, а практическую роль, а именно создаёт дополнительную тягу для улучшенной циркуляции воздуха. Причём модельный ряд кон­векторов может включать приборы с одинаковыми размерами теплообменника, но с кожухами разной высоты — высокие бо­лее эффективны, но и занимают больше места. Теплообменник в таких конвекторах обычно расположен внизу, ближе к полу. У конвектора же без кожуха корпуса, скрывающего теплооб­менник, либо нет вовсе, либо он служит только в декоративных целях — замаскировать теплообменник и защитить его от по­вреждений.

К слову, что функциональный кожух, что декоративный кор­пус конвектора не нагреваются так сильно, как, например, по­верхность радиатора. Поэтому конвекторы безопасны для людей, в том числе детей, — обжечься о корпус прибора нельзя.

Корпуса конвекторов чаще всего выполняют из стали (незави­симо от типа теплообменника — стального, комбинированного или медного). Сталь легко окрашивается, поэтому у покупателей есть возможность заказать модель любого цвета из предложенной производителей палитры. Однако для изготовления корпуса при­меняются и другие материалы, подчас весьма неожиданные, на­пример дерево. Ничего удивительного в подобных экспериментах нет, так как в задачи корпуса не входит лучистый обогрев поме­щения, а потому для нормальной работы конвектора достаточно сделать в корпусе отверстия для выдува воздуха.

Сверху конвектор обычно накрывают решёткой, которая не пре­пятствует циркуляции воздуха, но при этом не даёт посторонним предметам попадать внутрь прибора, а также распределяет поток нагретого воздуха. Решётка может направлять воздух вверх или в сторону — в зависимости от конструкции отверстий в ней.

Настенные и напольные конвекторы также могут быть как прямыми, так и угловыми, в зависимости от возможностей про­изводства.

Настенные модели крепят при помощи кронштейнов, наполь­ные — на специальные ножки. При установке прибора учитыва­ют его положение в пространстве — важно соблюсти определён­ные правила. Конвектор не должен находиться слишком высоко или слишком низко над полом, иначе эффективность его работы нарушится. Если конвектор устанавливают в помещении с черно­вым полом до заливки стяжки, учитывают запланированный слой стяжки, чтобы после окончания работ пол не оказался совсем близко к прибору.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫИ ЭЛЕМЕНТ

Основной рабочий элемент конвектора — теплообменник. Именно в нём происходит передача тепла от теплоносителя воз­духу. Теплообменники могут иметь разное строение и быть из­готовлены из разных материалов, что определяет их характери­стики и стоимость. Например, распространены теплообменники, выполненные целиком из стали, из меди, комбинированные — из меди и алюминия.

Самый распространённый тип теплообменника конвекто­ра — пластинчатый. Как правило, он представляет собой трубу со множеством закреплённых на ней пластинок — ламелей. Те­плоноситель циркулирует внутри трубы, тепло от него передаёт­ся пластинкам. Воздух, в свою очередь, проходит между рядами ламелей и нагревается. При этом важную роль играет способ соединения ламелей и труб, ведь зазоры между ними снижают эффективность. У теплообменников из стали трубы и ламели могут быть соединены сваркой, что обеспечивает хорошую те­плопередачу. Элементы теплообменников из меди соединяют пайкой. Комбинированные теплообменники с медными труба­ми и алюминиевыми ламелями требуют другого подхода, так как эти материалы нельзя соединить сваркой или пайкой. Часто те­плообменники формируют методом дорнования: сначала ламели надевают на трубу, а затем сквозь трубу пропускают дорн с диа­метром выше изначального её диаметра. В результате труба рас­ширяется, а ламели врезаются в неё. Также распространён метод соединения без использования дорна, когда конструкция ламелей предполагает наличие манжет, которые при протягивании трубы через ламели плотно обхватывают её.

Форма ламелей в пластинчатых конвекторах тоже различает­ся. В конвекторах применяют как простые гладкие ламели, так и рифлёные. Рельеф позволяет увеличить площадь пластины и, соответственно, теплоотдачу. Ламели могут быть одиночными, П-образными или даже в форме меандра. Ламели из алюминия обычно тонкие и требуют бережного обращения во избежание повреждений — замятые пластинки нарушают аэродинамику в месте повреждения теплообменника. Стальные ламели более прочные.

Альтернативой пластинчатой конструкции выступают прово­лочные теплообменники (такие есть в линейке конвекторов Isan). В них вместо ламелей используется медная проволока, соединён­ная с медной трубой и оплетающая её особым образом. Такой теплообменник получается прочным и эффективным, но и стои­мость его выше, чем у пластинчатых.

Трубы, составляющие основу теплообменника, тоже могут раз­личаться. Обычно в конвекторах применяются трубы с круглым сечением, поскольку такая форма обеспечивает им высокую прочность за счёт равномерного распределения давления по всем участкам трубы. Некоторые модели оснащены теплообменни­ками с трубами других форм — овальными и т. д. Материал труб имеет большое значение. В стальных конвекторах используются достаточно толстые трубы, которые выдерживают высокое давле­ние и часто допускают установку в системах отопления открытого типа (за счёт большой толщины стенок в таких моделях корро­зия действует на приборы не так разрушительно, как, например, на тонкостенные стальные радиаторы, которые в открытых си­стемах использовать нельзя). Медные трубы внутри имеют более гладкую поверхность, чем стальные, поэтому у них выше пропуск­ная способность, а кроме того, они не подвержены коррозии. Од­нако теплообменники с медными трубками нужно беречь от воз­действия хлорированной воды, разрушающей их.

ТЕМПЕРАТУРА ПО ЖЕЛАНИЮ

Конвекторы характеризуются малой, по сравнению с радиатора­ми, ёмкостью (вода заполняет только трубы теплообменника), при этом скорость циркуляции теплоносителя должна быть высокой, чтобы обеспечивать эффективную теплопередачу и, соответствен­но, тепловую мощность прибора. Большой расход теплоносителя через прибор защищает конвектор от замерзания при открытых окнах даже в сильные морозы — вода просто не успевает остыть до такой степени, чтобы превратиться в лёд. Большой диаметр тру­бы и отсутствие ответвлений, подобных колонкам в радиаторах, практически исключает возможность завоздушивания.

При этом конвекторы легко поддаются регулировке мощности. Если перекрыть подачу воды в прибор, он очень быстро остынет и перестанет греть. Поэтому конвекторы хорошо сочетаются с терморегулирующей арматурой, позволяющей задать желаемую температуру в помещении и поддерживать её на заданном уровне без контроля со стороны человека. Для комплектации конвекто­ров применяют термостатические клапаны с высокой пропуск­ной способностью, чтобы арматура не создавала значительного гидравлического сопротивления на входе в прибор и не снижала эффективность обогрева. С конвекторами, как и с радиаторами, могут работать термостатические клапаны с термоголовками раз­ных типов (обычными, выносными, с электронным управлением и т. д.). Производители конвекторов могут уже на заводе осна­стить их термостатическими клапанами или оставить этот вопрос на усмотрение покупателей, оборудовав модели патрубками без клапанов.

В некоторых конвекторах предусмотрена возможность регули­ровки мощности за счёт конструкции — внутри корпуса такой модели располагают заслонку, которую при желании можно по­вернуть и перекрыть с её помощью путь нагретому воздуху. Но, в отличие от терморегулирующей арматуры, заслонка требует ручного управления.

И ЗИМОЙ И ЛЕТОМ...

Конвекторы можно использовать не только для отопления по­мещений, но и для охлаждения. Для этого их вместо теплоносите­ля заполняют хладагентом (водой или специальной жидкостью) из чиллера. Один и тот же конвектор может в разные сезоны выполнять разные задачи: зимой — работать на отопление, ле­том — на охлаждение. Правда, не каждый конвектор адаптирован для такой разносторонней работы, и производители, как прави­ло, указывают, возможно ли ту или иную модель применять для охлаждения.

Чтобы перевести прибор из одного режима в другой, конвектор опорожняют и заполняют заново нужной жидкостью. Впрочем, есть также модели, которые оснащены сразу двумя интегриро­ванными, не связанными друг с другом контурами — для нагрева и для охлаждения. В них при смене режима достаточно отклю­чить циркуляцию в одном контуре и включить в другом. Но нуж­но помнить, что мощность конвекторов по охлаждению значи­тельно ниже, чем по отоплению, поэтому при разработке проекта с использованием конвективного охлаждения важно производить расчёты, опираясь на потребности в холоде, поскольку уменьшить мощность отопления не составляет труда. Кроме того, в есте­ственном режиме конвектор на охлаждение работать не сможет, а потому все модели с поддержкой охлаждения снабжены венти­ляторами.

При работе на охлаждение на теплообменниках конвекторов может образовываться конденсат. Во внутрипольных моделях влага скапливается на дне корпуса и нуждается в отведении. Поэ­тому в таких конвекторах часто предусматривают систему слива конденсата.

ЧТОБЫ БЫЛО ЧИСТО

Через конвектор ежедневно проходит большой объём воздуха, а с ним — пыль и прочие загрязнения. Попадая внутрь прибо­ра, они оседают на ламелях и других внутренних поверхностях, а со временем могут попадать обратно в поток воздуха. Чтобы конвектор не превратился в источник грязи, его следует перио­дически очищать (например, пылесосом, который втянет пыль из зазоров между ламелями). В некоторых моделях корпус и ре­шётка неразъёмные, в других, напротив, съёмные и допускаю­щие уборку внутри прибора. Стоит отметить, что пластинчатые теплообменники (особенно с рифлёными ламелями) более под­вержены загрязнению, чем проволочные, у которых пыль почти не задерживается на проволоке и остаётся только на дне, откуда её легко собрать пылесосом.