Радіатори традиційно вважаються атрибутами систем опалення з високими температурними параметрами (в літературі терміни «високотемпературний» і «радіаторний» нерідко навіть використовуються як синоніми, зокрема, коли мова йде про контурах опалювальних систем). Але постулати, на яких базувалася така точка зору, застаріли. Економія металу та будівельної теплоізоляції не ставиться сьогодні вище економії енергоресурсів. А технічні характеристики сучасних радіаторів дозволяють говорити не тільки про можливості їх застосування в низькотемпературних системах, але і про переваги такого рішення. Це доводять наукові дослідження, протягом двох років здійснювалися за ініціативою компанії Rettig ICC, власника брендів Purmo, Radson, Vogel & Noot, Finimetal, Myson.
Зниження температури теплоносія - основна тенденція розвитку опалювальної техніки останніх десятиліть в європейських країнах. Це ставало можливим у міру поліпшення теплоізоляції будівель, вдосконаленні опалювальних приладів. У 1980-х стандартні параметри були знижені до 75/65 º C (подача / «обратки»). Основною вигодою від цього стало зменшення втрат при виробленні, транспортуванні та розподілі тепла, а також більша безпека для користувачів.
Зі зростанням популярності підлогового і інших видів панельного опалення в системах, де вони застосовуються, температура подачі зменшена до рівня 55 º C, що враховано конструкторами теплогенераторів, регулюючої арматури і т.д.
Сьогодні температура подачі у високотехнологічних системах опалення може становити 45 і навіть 35 º C. Стимул до досягнення вказаних параметрів - можливість найбільш ефективно використовувати такі джерела тепла, як теплові насоси та конденсаційні котли. При температурі теплоносія вторинного контуру 55/45 º C коефіцієнт ефективності COP для теплового насоса типу «грунт-вода» становить 3,6, а при 35/28 º C вже - 4,6 (при роботі тільки на обігрів). А експлуатація котлів в конденсаційному режимі, що вимагає охолодження димових газів водою зворотної лінії нижче «точки роси» (при спалюванні рідкого палива - 47 º C), дає виграш у ККД близько 15% і більше. Таким чином, зниження температури теплоносія забезпечує істотну економію енергоресурсів, і, відповідно, скорочення викидів вуглекислого газу в атмосферу.
До цих пір основним рішенням, що забезпечує обігрів приміщень при низькій температурі теплоносія, вважалися «тепла підлога» і конвектори з мідно-алюмінієвими теплообмінниками. Ініційовані Rettig ICC дослідження дозволили додати в цей ряд сталеві панельні радіатори. (Втім, практика в даному випадку йде попереду теорії, і такі опалювальні прилади досить давно використовуються в складі нізкотемператруних систем в Швеції, рис. 1).
Рис. 1.
За участю декількох наукових організацій, включаючи університети Гельсінкі і Дрездена, радіатори були протестовані в різних контрольованих умовах. До «доказовій базі» долучені і результати інших робіт по вивченню функціонування сучасних систем опалення.
В кінці січня 2011 р. матеріали досліджень представлені журналістам провідних спеціалізованих видань Європи на семінарі, що відбувся у навчальному центрі Purmo-Radson в Ерпфендорфе (Австрія). З доповідями виступили професор Брюссельського університету (Vrije Universitet Brussels, VUB) Лін Пітерс і глава Департаменту енергетичних систем Інституту будівельної фізики ім. Фраунгофера (Fraunhofer-Institute for Building Physics, IBP) Дітріх Шмідт.
У доповіді Лін Пітерс розглядалися питання термічного комфорту, точності та швидкості реагування системи опалення на зміну умов, теплових втрат.
Зокрема зазначалося, що причинами місцевого температурного дискомфорту є: радіаційна температурна асиметрія (залежить від теплоотдающей поверхні і орієнтації теплового потоку); температура поверхні підлоги (коли вона виходить з діапазону від 19 до 27 º C); температурний перепад по вертикалі (різниця температур повітря - від щиколотки до голови стоїть людини - не повинна перевищувати 4 º C).
При цьому найбільш комфортні для людини не статичні, а «рухомі» температурні умови (висновок Університету Каліфорнії, 2003 р.). Внутрішній простір із зонами, що мають незначний перепад температур, підвищує відчуття комфорту. Але великі температурні зміни - причина дискомфорту. На думку Л. Пітерс, для забезпечення теплового комфорту найбільш підходять саме радіатори, що передають тепло як конвекцією, так і випромінюванням.
Сучасні будівлі все більше стають термічно чутливими - завдяки поліпшенню їх теплоізоляції. Зовнішнє і внутрішнє теплові обурення (від сонячного світла, побутової техніки, присутності людей) здатні сильно впливати на клімат у приміщенні. І радіатори реагують на ці теплові зміни точніше, ніж панельні системи опалення.
Як відомо, «тепла підлога», особливо влаштований в бетонній стяжці, - система з великою теплоємністю, повільно реагує на регулюючі впливи.
Навіть якщо «тепла підлога» управляється термостатами, швидка реакція на підведення стороннього тепла неможлива. При укладанні гріючих труб в бетонну стяжку час реагування підлогового опалення на зміну кількості надходить тепла становить близько двох годин.
Швидко зреагувати на надходження стороннього тепла кімнатний термостат відключає підлогове опалення, яке продовжує віддавати тепло ще приблизно протягом двох годин. При припиненні надходження стороннього тепла і відкритті термостатичного клапана повне прогрівання підлоги досягається тільки через такий же час. У цих умовах дієвим виявляється тільки ефект саморегулювання.
Саморегулювання - складний динамічний процес. На практиці він означає, що подача тепла від нагрівача регулюється природним шляхом завдяки двом наступним закономірностям: 1) тепло завжди поширюється від більш нагрітої зони до більш холодної; 2) величина теплового потоку визначається різницею температур. Зрозуміти суть цього дозволяє відоме (воно широко використовується при виборі опалювальних приладів) рівняння:
Q = Qном. ∙ (ΔT / ΔTном.) N,
де Q - тепловіддача нагрівача; ΔT - різниця температури нагрівача і повітря в приміщенні; Qном. - Тепловіддача при номінальних умовах; ΔTном. - Різниця температури нагрівача і повітря в приміщенні при номінальних умовах; n - експонента нагрівача.
Саморегулювання характерно як для підлогового опалення, так і для радіаторів. При цьому для «теплої підлоги» значення n складає 1,1, а для радіатора - порядку 1,3 (точні значення наводяться в каталогах). Тобто реагування на зміну ΔT у другому випадку буде більш «вираженим», і відновлення заданого температурного режиму відбудеться швидше.
Важливий з погляду регулювання і той факт, що температура поверхні радіатора приблизно дорівнює температурі теплоносія, а у випадку з підлоговим опаленням це зовсім не так.
При короткочасних інтенсивних надходженнях стороннього тепла система регулювання «теплої підлоги» не справляється з роботою, внаслідок чого мають місце коливання температури приміщення і підлоги. Деякі технічні рішення дозволяють їх знизити, але не усунути.
На рис. 2 показані графіки зміни оперативної температури в змодельованих умовах індивідуального будинку при його обігріві регульованими високо-, низькотемпературними радіаторами і «теплою підлогою» (дослідницька робота Л. Пітерс і Й. Ван дер Векена). Будинок розрахований на проживання чотирьох чоловік і оснащений природною вентиляцією. Джерелами сторонніх надходжень тепла є люди та побутова техніка. В якості комфортної задана оперативна температура 21 º C. На графіках розглядається два варіанти її підтримки: без переходу на енергозберігаючий (нічний) режим і з ним.
Рис. 2.
Відзначимо: оперативна температура - показник, що характеризує комбінований вплив на людину температури повітря, радіаційної температури і швидкості руху навколишнього повітря.
Досліди підтвердили, що радіатори явно швидше, ніж «тепла підлога», реагують на коливання температури, забезпечуючи менші її відхилення.
Наступний аргумент на користь радіаторів, наведений на семінарі, - більш комфортний і ефективний з точки зору використання енергії температурний профіль усередині приміщення.
У 2008 р. Джон Ар Майхрен і Стюре Холмберг опублікували в міжнародному журналі Energy and Buildings роботу «Розподіл температури і тепловий комфорт у кімнаті з панельним радіатором, підлоговим і настінним опаленням» (F low patterns and thermal comfort in a room with panel, floor and wall heating). У ній, зокрема, порівнюється вертикальний розподіл температури в однакових за площею і плануванням приміщеннях (без меблів і людей), що обігріваються радіатором і «теплою підлогою» (рис. 3). Температура зовнішнього повітря складала -5 º C. Кратність повітрообміну - 0,8.
Рис. 3.
Коментуючи результати цього та ряду інших досліджень, Л. Пітерс зазначила, що встановлений під вікном низькотемпературний радіатор забезпечує найбільш рівномірний розподіл температури, перекриваючи надходження в кімнату холодного повітря. Але при виборі конкретного рішення слід брати до уваги якість скління, розташування меблів, інші особливості об'єкта.
Відносно теплових втрат на семінарі були наведені наступні цифри. Для «теплої підлоги», в залежності від товщини теплоізоляції (100-300 мм), вони становлять 5-15% (в нижньому напрямку, при температурі повітря - 21, бетонної основи - 10 º С). Для високотемпературного радіатора втрати через задню стіну складають приблизно 4%, для низькотемпературного - тільки 1% (за умови, що тепловий захист будівлі відповідає діючим європейським нормативам).
Яким же повинен бути сталевий панельний радіатор, здатний покрити тепловтрати індивідуального будинку при температурі теплоносія на подачі 45 º С? Відповісти на це питання дозволяють розрахунки, проведені для моделі трикімнатного котеджу в умовах трьох міст Центральної та Північної Європи - Брюсселю (розрахункова температура для нього -8 º С), Амстердама (-10 º С) і Гельсінкі (-25 º С).
Поверхня підлоги і стелі будівлі - 42, скління - 10, дверей - 2, зовнішніх стін - 50,4 м2. Теплопровідність підлоги - 0,4, стелі - 0,24, вікон - 1,3, стін - 0,24 Вт/м2 ∙ К. Кратність повітрообміну - 0,6. Планування будівлі показана на рис. 3. Результати розрахунків зведені в табл. 1, 2.
Таблиця 1. Теплові втрати приміщень розрахункового об'єкта, Вт
обраних для розрахункового об'єкта при температурі теплоносія 45/35 С
Немає коментарів:
Дописати коментар