В России отопительный сезон составляет более семи месяцев. Поэтому можно утверждать, что россияне треть жизни проводят в отапливаемом помещении. Это обстоятельство обязывает серьезно отнестись к выбору батареи отопления. Более того, в связи со взлетом цен на энергоносители особое значение имеют способы экономии топлива без ущерба для комфорта жилища.
Известно три способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность — перенос теплоты в твердых телах от нагретых участков к холодным вследствие теплового движения молекул, атомов и свободных электронов. Коэффициент теплопроводности (Вт/м. град) характеризует интенсивность передачи тепла через стенку из конкретного материала. Материал отопительных батарей (иначе называемых радиаторов отопления): Чугун — 50, Сталь — 58, Цинк — 110, Алюминий — 220, Медь — 410. Лучше всего работал бы полностью медный радиатор, но затраты на материал неоправданно дороги. Строительные (изоляционные) материалы: Мрамор — 2,91, Железобетон — 2,04, Бетон — 1,86, Известняк, Кирпич силикатный — 0,88, Кирпич глиняный — 0,80, Керамзитобетон — 0,75, Дерево — 0,35, Плиты древесные — 0,25, Плиты изоляционно-утеплительные — 0,10-0,06. Отсюда видно, что наиболее холодные дома из железобетона, а самый «теплый» строительный материал — пенобетон.
Конвекция — перенос теплоты в жидкости или газе за счет перемешивания их объемов при нагревании. Коэффициент теплопередачи конвекцией сильно зависит от скорости перемешивания нагреваемого объема. В старых системах отопления нагретая в котелке вода поступает к батареям отопления гравитационным путем — теплая вода поднимается вверх, холодная по «обратке» возвращается в котелок. Самая естественная конвекция очень неэффективна, поэтому в современных системах отопления обязательно применяется циркуляционная водяная помпа, которая в несколько раз увеличивает интенсивность подачи горячей воды к батареям водяного отопления. Воздух у самой поверхности радиатора нагревается и поднимается вверх, уступая место новым холодным слоям. Так конвекционно нагревается воздух в помещении.
Излучение — передача тепла излучением электромагнитных волн (лучистой энергии), которое передается через воздух или любую другую прозрачную среду. Таким образом, происходит обогрев солнечными лучами, обогрев от костра, от камина, от электронагревателей (спираль в рефлекторе) от радиатора отопления. Любой тип теплового прибора отапливает помещение сложным теплообменом — излучением, конвекцией через воздух, даже теплопроводностью, если прислониться к теплой батарее. Передача тепла излучением сильно зависит от температуры отопительного прибора.
Целью любой системы отопления является создание комфортной температуры среды обитания человека, т.е. нагрев воздуха в помещении до температуры 18- 20 градусов и поддерживание этого уровня температуры. Воздух передаст комфортную температуру окружающим человека вещам: мебели, посуде, одежде, стенам и т.п. Стены, конечно, часть тепла передадут наружному воздуху, поэтому тепло в помещении нужно непрерывно добавлять, т.е. поддерживать тепловой баланс — сколько тепла ушло наружу, столько надо добавить. Человек по мере необходимости создаст локальный нагрев нужных вещей (на плите) или их охлаждение (в холодильнике).
Система обогрева помещения состоит из теплогенераторов (печей, котлов) и приборов обогрева (батарей, радиаторов). Печь (камин), которая непосредственно обогревает воздух помещения, относится к локальному отоплению. Система, в которой тепло-генератор (котелок) находится в отдельном помещении, а обогрев комнат производится батареями, называется центральным отоплением. Печь относится к простейшим отопительным устройствам и не имеет возможности оперативно регулировать температуру в помещении. Ее надо топить непрерывно или периодически. Она накапливает тепло в своей массе, затем постепенно отдает его излучением через свои внешние поверхности. Часть тепла отдается воздуху конвекцией. Коэффициент полезного действия даже лучших печей не превышает 50 %, то есть половина энергии сжигаемого топлива улетает в трубу.
Система центрального отопления состоит из трех частей, которые мы рассмотрим отдельно: