Radiadores de baixa temperatura sistema REGULUS. Radiadores em sistemas de aquecimento de baixa temperatura Bateria de baixa temperatura

Certamente todos vocês já ouviram mais de uma vez dos fabricantes de radiadores de painel de aço (Purmo, Dianorm, Kermi, etc.) sobre a eficiência sem precedentes de seus equipamentos em modernos sistemas de aquecimento de baixa temperatura altamente eficientes. Mas ninguém se preocupou em explicar de onde vem essa eficiência?

Primeiro, vejamos a questão: “Para que servem os sistemas de aquecimento de baixa temperatura?” Eles são necessários para poder utilizar fontes de energia térmica modernas e altamente eficientes, como caldeiras de condensação e bombas de calor. Devido às especificidades deste equipamento, a temperatura do líquido refrigerante nestes sistemas varia de 45-55 °C. As bombas de calor não conseguem fisicamente aumentar a temperatura do líquido refrigerante. A caldeiras de condensação Não é economicamente viável aquecê-las acima da temperatura de condensação do vapor de 55 °C, pois quando esta temperatura é ultrapassada, deixam de ser caldeiras de condensação e funcionam como caldeiras tradicionais com uma eficiência tradicional de cerca de 90%. Além disso, quanto mais baixa a temperatura do refrigerante, mais tempo os tubos de polímero funcionarão, pois a uma temperatura de 55 °C eles se degradam por 50 anos, a uma temperatura de 75 °C - 10 anos, e a 90 °C - apenas três anos. Durante o processo de degradação, os tubos tornam-se frágeis e quebram em áreas tensionadas.

Decidimos a temperatura do refrigerante. Quanto mais baixo for (dentro de limites aceitáveis), mais eficientemente serão consumidos os recursos energéticos (gás, eletricidade) e mais tempo o tubo funcionará. Assim, o calor foi separado dos portadores de energia, transferido para o refrigerante, entregue ao dispositivo de aquecimento, agora o calor precisa ser transferido do dispositivo de aquecimento para o ambiente.

Como todos sabemos, o calor dos dispositivos de aquecimento entra na sala de duas maneiras. A primeira é a radiação térmica. A segunda é a condutividade térmica, que se transforma em convecção.

Vamos dar uma olhada em cada método.

Todos sabem que a radiação térmica é o processo de transferência de calor de um corpo mais aquecido para um corpo menos aquecido através de ondas eletromagnéticas, ou seja, na verdade, é a transferência de calor pela luz comum, apenas na faixa do infravermelho. É assim que o calor do Sol chega à Terra. Devido ao fato de a radiação térmica ser essencialmente leve, o mesmo leis físicas, quanto à luz. Nomeadamente: sólidos e o vapor praticamente não transmite radiação, enquanto o vácuo e o ar, ao contrário, são transparentes aos raios de calor. E somente a presença de vapor d'água concentrado ou poeira no ar reduz a transparência do ar à radiação, e parte da energia radiante é absorvida pelo meio. Como o ar das nossas casas não contém vapor nem poeira densa, é óbvio que pode ser considerado absolutamente transparente aos raios de calor. Ou seja, a radiação não é atrasada nem absorvida pelo ar. O ar não é aquecido pela radiação.

A transferência de calor radiante continua enquanto houver uma diferença entre as temperaturas das superfícies radiantes e absorventes.

Agora vamos falar sobre condutividade térmica e convecção. A condução térmica é a transferência de energia térmica de um corpo aquecido para um corpo frio por contato direto. A convecção é um tipo de transferência de calor de superfícies aquecidas devido ao movimento do ar criado pela força de Arquimedes. Ou seja, o ar aquecido, tornando-se mais leve, tende para cima sob a influência da força arquimediana, e o ar frio ocupa seu lugar próximo à fonte de calor. Quanto maior a diferença entre as temperaturas do ar aquecido e do ar frio, maior será a força de sustentação que empurra o ar aquecido para cima.

Por sua vez, a convecção é dificultada por diversos obstáculos, como peitoris e cortinas. Mas o mais importante é que a convecção do ar é dificultada pelo próprio ar, ou mais precisamente, pela sua viscosidade. E se na escala da sala o ar praticamente não interfere nos fluxos convectivos, então, sendo “imprensado” entre as superfícies, cria uma resistência significativa à mistura. Pense em janelas com vidros duplos. A camada de ar entre as janelas diminui e ficamos protegidos do frio da rua.

Bem, agora que entendemos os métodos de transferência de calor e suas características, vamos ver quais processos ocorrem em dispositivos de aquecimento quando condições diferentes. Em altas temperaturas do líquido refrigerante, todos os dispositivos de aquecimento aquecem igualmente bem - convecção poderosa, radiação poderosa. Porém, à medida que a temperatura do líquido refrigerante diminui, tudo muda.

Convetor. Sua parte mais quente - o tubo de refrigeração - está localizada dentro do dispositivo de aquecimento. As lamelas aquecem e, quanto mais longe do tubo, mais frias ficam as lamelas. A temperatura das lamelas é quase igual à temperatura ambiente. Não há radiação das lamelas frias. A convecção em baixas temperaturas é dificultada pela viscosidade do ar. Há muito pouco calor vindo do convector. Para que aqueça, é necessário aumentar a temperatura do refrigerante, o que reduzirá imediatamente a eficiência do sistema, ou soprar artificialmente o ar quente, por exemplo, com ventiladores especiais.

Radiador de alumínio (bimetálico seccional) Estruturalmente muito semelhante a um convetor. Sua parte mais quente - o tubo coletor com o refrigerante - está localizada dentro das seções do dispositivo de aquecimento. As lamelas aquecem e, quanto mais longe do tubo, mais frias ficam as lamelas. Não há radiação das lamelas frias. A convecção a uma temperatura de 45-55°C é dificultada pela viscosidade do ar. Como resultado, há muito pouco calor desse “radiador” em condições normais de operação. Para que aqueça é preciso aumentar a temperatura do refrigerante, mas isso se justifica? Assim, nos deparamos quase universalmente com um cálculo errôneo do número de seções em dispositivos de alumínio e bimetálicos, que se baseiam na seleção “de acordo com a temperatura nominal do fluxo”, e não com base nas condições reais de temperatura de operação.

A parte mais quente de um radiador de painel de aço - o painel externo com líquido refrigerante - está localizada fora do dispositivo de aquecimento. Faz com que as lamelas aqueçam e quanto mais próximo do centro do radiador, mais frias ficam as lamelas. E sempre há radiação do painel externo

Radiador de painel de aço. Sua parte mais quente - o painel externo com o refrigerante - está localizada fora do dispositivo de aquecimento. Faz com que as lamelas aqueçam e quanto mais próximo do centro do radiador, mais frias ficam as lamelas. A convecção em baixas temperaturas é dificultada pela viscosidade do ar. E quanto à radiação?

A radiação do painel externo continua enquanto houver uma diferença entre as temperaturas das superfícies do dispositivo de aquecimento e dos objetos circundantes. Isto é, sempre.

Além do radiador este propriedade útil também inerente aos convetores de radiadores, como, por exemplo, Purmo Narbonne. Neles, o refrigerante também flui para fora através tubos retangulares, e as lamelas do elemento convectivo estão localizadas dentro do dispositivo.

O uso de dispositivos de aquecimento modernos com eficiência energética ajuda a reduzir os custos de aquecimento, e uma ampla variedade de tamanhos padrão de radiadores de painel dos principais fabricantes ajudará facilmente a implementar projetos de qualquer complexidade

A. Nikishov

O desenvolvimento do pensamento técnico permitiu para o homem moderno possuem uma grande variedade de sistemas de aquecimento, dependendo dos requisitos e capacidades dos materiais, que mesmo a geração anterior não possuía. O desenvolvimento gradual da engenharia de energia térmica doméstica levou ao fato de que os sistemas de aquecimento doméstico de baixa temperatura se tornaram cada vez mais populares entre a população, sobre o qual conversaremos Neste artigo

A prática tem mostrado que ao comparar duas fontes de calor - com altas e baixas temperaturas - as condições mais confortáveis para uma pessoa são criadas justamente por um aquecedor de baixa temperatura, que proporciona uma pequena diferença de temperatura no ambiente e não causa sensações negativas. O limite superior das chamadas baixas temperaturas, conforme definido pelos engenheiros de energia, é de cerca de 40˚C. Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura que utilizam refrigerante operam em temperaturas de 40-60˚C - na entrada do dispositivo gerador de calor e na sua saída. E os sistemas de aquecimento a ar, elétrico e radiante também utilizam temperaturas mais baixas, comparáveis à temperatura do corpo humano. Assim, o próprio conceito de baixas temperaturas é bastante arbitrário e, no entanto, a utilização de refrigerante ou outras fontes de calor com temperaturas até 45˚ apresenta muitas vantagens que influenciam a escolha de tal sistema para aquecimento de uma casa, e, pelas suas características , enquadra-se organicamente na utilização de fontes de energia renováveis.

Todos os sistemas de aquecimento têm determinados requisitos que visam tornar a sua utilização mais eficiente, confortável e segura. Construção, clima, higiene e requisitos tecnológicos estão detalhados no DBN V.2.5-67:2013 nos parágrafos 4, 5, 6, 7, 9, 10 e 11. Estes requisitos permitem minimizar os impactos negativos e ao mesmo tempo aumentar os impactos positivos sobre corpo humano fornecido por sistemas de aquecimento.

Deve-se notar que um dos as condições mais importantes A eficiência de qualquer sistema de aquecimento requer uma consideração cuidadosa da perda de calor e, para sistemas de baixa temperatura, esta é talvez a coisa mais importante. Caso contrário, tais sistemas serão ineficazes e consumirão excessivamente energia e, portanto, serão materialmente dispendiosos.

Classificação

Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura podem ser divididos em monolíticos, bivalentes e combinados com base no método de geração de calor. Os sistemas monolíticos são caracterizados pela utilização de uma ou mais unidades produtoras de calor. Os geradores de calor bivalentes utilizam dois geradores de calor com princípios de funcionamento diferentes, um dos quais pode ser ligado como fonte de calor adicional em temperaturas externas muito baixas. Várias unidades produtoras de calor conectadas em paralelo formam um sistema de aquecimento combinado.

O aquecimento do refrigerante em todos os sistemas de aquecimento pode ser realizado direta ou indiretamente. Um exemplo de aquecimento direto são as caldeiras de aquecimento de água de vários tipos operando em sólidos, líquidos ou combustível gasoso, e também caldeiras elétricas. O refrigerante é aquecido indiretamente em trocadores de calor (caldeiras) ou acumuladores de calor. Este método muito utilizado em sistemas alimentados por fontes de energia renováveis – eólica e solar.

Além disso, os sistemas de aquecimento de baixa temperatura podem ser divididos por tipo de refrigerante - líquido, gás, ar e elétrico, e por tipo de dispositivos de aquecimento - superfície, convecção e painel radiante.

Descrição dos sistemas

Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura estão se tornando cada vez mais populares devido ao fato de serem combinados de forma muito harmoniosa com equipamentos que funcionam com fontes de energia renováveis. Numa altura em que a energia tradicional se torna cada vez mais cara, este é um factor importante.

Aquecimento de água

Todos os sistemas deste tipo são caracterizados por três parâmetros principais - a temperatura do refrigerante na saída do dispositivo produtor de calor (neste caso, são utilizadas caldeiras de aquecimento de água para combustível sólido, líquido, gasoso e elétrico), a temperatura em sua entrada e a temperatura do ar na sala aquecida. Esta sequência de números está indicada em todos os documentos de caldeiras.
Os modernos sistemas de aquecimento de baixa temperatura baseiam-se principalmente na norma europeia EN422, que introduz o conceito de “calor suave”, que envolve a utilização de um refrigerante com uma temperatura na saída do dispositivo produtor de calor de 55˚C, e na entrada - 45˚C.

Este tipo de aquecimento envolve a utilização de bombas de circulação no sistema, que são colocadas da mesma forma que nos sistemas de aquecimento convencionais. Os mais econômicos são considerados sistemas “abertos” com colocação tanque de expansão no ponto superior. A instalação de bombas na linha de alimentação do refrigerante permite evitar possíveis zonas de vácuo, que ocorrem ao instalar bombas de circulação na linha de retorno.

EM sistemas fechados trabalhando com alta pressão, juntamente com Bomba de circulaçãoÉ necessária a utilização de purgador automático e válvula de alívio, além de manômetro que indica a pressão no sistema. O tanque de expansão, neste caso, está localizado em local conveniente para o usuário.

Um dos requisitos que determina a eficiência do tipo aberto Sistemas de aquecimento, é a necessidade de um bom isolamento térmico do tanque de expansão. Às vezes - se for colocado em sótãos de edifícios - também é necessário o seu aquecimento forçado.

Um dos tipos mais comuns de sistemas de aquecimento de baixa temperatura é o conhecido “piso quente” (Fig. 1). Os sistemas de aquecimento de superfície, por exemplo, produzidos pela Oventrop (Alemanha), incluem tubos que podem ser instalados no piso, teto e paredes. Neste caso, o interior não é afetado de forma alguma.

Arroz. 1. Sistema de aquecimento com “piso quente”

Nestes sistemas, graças à troca de calor predominantemente radiante, não há absolutamente nenhum movimento de ar e o calor é distribuído uniformemente por toda a sala. Os controladores programáveis eletrônicos aumentam significativamente a eficiência do sistema.

A linha de alimentação dos sistemas de aquecimento de superfície contém um refrigerante a uma temperatura de 40-45˚C, o que permite utilizar as capacidades das caldeiras de condensação, bem como fontes de energia alternativas (renováveis), com efeito máximo. O sistema normalmente usa um tubo de polietileno reticulado com uma camada de barreira ao oxigênio.

Aquecimento a vapor

Este tipo de aquecimento caracteriza-se pela utilização de vapor “saturado” como refrigerante, o que leva à necessidade de garantir uma adequada recolha de condensados. E se houver um dispositivo de aquecimento no sistema de aquecimento que não crie problemas, à medida que o seu número aumenta, torna-se cada vez mais difícil remover a condensação. A solução para este problema foi encontrada no uso de vapor “frio” como refrigerante. Seu papel em sistemas modernos O papel do aquecimento a vapor de baixa temperatura é desempenhado, em particular, pelo freon-114 - um composto inorgânico não inflamável, não tóxico, inodoro e quimicamente estável.

O sistema de vapor “frio” funciona utilizando o calor gerado pela condensação do vapor saturado, que aquece os dispositivos de aquecimento. As tubulações de condensado operam no modo “úmido”, causado pelo remanso de condensado. Neste caso, não são necessários coletores de condensado - o condensado retorna por gravidade ao evaporador. Uma bomba de reforço também não é necessária. As tubulações de vapor e condensado são montadas horizontal e verticalmente. Além disso, não é absolutamente necessário observar a inclinação. Quando instalação vertical A linha de fornecimento de vapor pode ser colocada na parte superior ou inferior.

O ajuste de um sistema operando com vapor “frio” é feito influenciando a pressão do vapor e sua temperatura, para a qual o sistema é projetado para uma pressão correspondente à temperatura máxima possível do vapor.

Como dispositivos de aquecimento em um sistema de aquecimento a vapor de baixa temperatura, eles geralmente são usados radiadores seccionais e painéis convectores. Para regular a transferência de calor, cada dispositivo de aquecimento está equipado com uma válvula de membrana.

Sistemas de ar

A utilização deste tipo de sistema (Fig. 2) é bastante limitada. Isso é influenciado por vários fatores. Em primeiro lugar, o grau de troca de calor entre o ar e o dispositivo produtor de calor ou permutador de calor é bastante baixo. Em segundo lugar, por razões de higiene. As correntes de ar transportam poeira e os canais de ar e os dispositivos de troca de calor criam boas condições para o desenvolvimento de bactérias e microorganismos indesejados e requerem proteção especial. E em terceiro lugar, tais sistemas consomem muitos materiais e, portanto, têm um custo elevado.

Arroz. 2. Sistema de aquecimento de ar

Mas, apesar disso, os sistemas de aquecimento de ar de baixa temperatura podem ser usados nos seguintes casos:

se for necessário fornecer aquecimento centralizado em baixa velocidade do ar nos canais. Este método é adequado para aquecimento casas pequenas e chalés com duto de ar de rodapé;
se for necessário fornecer aquecimento central com alta velocidade do ar nos canais - sistema de alta pressão. Neste caso, é necessário equipamento especial de distribuição de ar para garantir um fluxo de ar uniforme em todas as salas e ter propriedades de absorção de ruído. O ajuste deste sistema é feito de duas formas: primário - pelo trocador de calor, e secundário - pela quantidade de ar quente fornecido;
se necessitar de aquecimento local de várias divisões ou de uma divisão grande. Esses sistemas são familiares a todos, desde grandes lojas - eles usam cortinas de ar na entrada das instalações e dutos de ar adicionais com ar quente nos locais necessários.

Aquecimento elétrico

Este sistema é representado no mercado de sistemas de aquecimento por diversos fabricantes. Baseia-se no princípio de aquecimento de um cabo resistivo especial (Fig. 3) choque elétrico. O calor removido do cabo é transferido para ambiente, criando um aquecimento suave da sala. O pacote do sistema pode incluir cabos de aquecimento ou tapetes prontos, termostatos e um kit de instalação que garante uma instalação rápida e fácil.

Arroz. 3. “Piso quente” elétrico

Elementos estruturais de sistemas

Todos os sistemas de aquecimento, conforme mencionado acima, são projetados para manter uma proporção ideal e confortável de três parâmetros - a temperatura do refrigerante após o dispositivo de produção de calor, a temperatura do dispositivo de aquecimento e a temperatura do ar na sala. Essa proporção pode ser alcançada seleção correta elementos importantes sistemas.

Dispositivos produtores de calor

Todos os dispositivos para produção de calor podem ser divididos em três grupos.

O primeiro grupo são os geradores de calor baseados no uso de combustível e eletricidade tradicionais. Na maior parte, são vários caldeiras de água quente operando com combustíveis sólidos, líquidos, gasosos e energia elétrica. Mesmo para aquecimento indireto O vapor “frio” em sistemas de aquecimento a vapor de baixa temperatura usa os mesmos dispositivos de aquecimento de água.

Neste grupo de dispositivos podemos destacar uma caldeira de condensação doméstica, que é um dispositivo que surgiu como resultado de desenvolvimentos inovadores em uso racional vapor de água gerado durante a combustão do combustível. A investigação que visa uma utilização mais completa da energia e ao mesmo tempo minimizar o impacto negativo no ambiente levou à criação de um novo tipo de equipamento de aquecimento - uma caldeira de condensação - que permite obter calor adicional dos gases de combustão através da condensação.

Por exemplo, Fabricante italiano A Baxi produz uma linha de caldeiras de condensação, tanto de piso quanto de parede. O alinhamento caldeiras de parede Luna Platinum (Fig. 4) consiste em caldeiras de condensação de circuito único e circuito duplo, com potência de 12 a 32 kW. O elemento chave é o trocador de calor em aço inoxidável AISI 316L. Vários componentes A caldeira é controlada por uma placa eletrônica, possui um painel de controle removível com display de cristal líquido e função de controle de temperatura integrada. O sistema de modulação de potência do queimador permite adaptar a potência da caldeira à energia consumida pelo edifício num intervalo de 1:10.

Arroz. 4. Caldeira de condensação BAXI Luna Platinum

O segundo grupo são instalações que utilizam calor de refrigerantes fora do sistema. Nesses casos, são utilizados acumuladores de calor.

O terceiro grupo inclui dispositivos que utilizam refrigerante externo para aquecimento indireto. Eles usam com sucesso trocadores de calor esféricos de superfície, cascata ou borbulhantes. Este tipo é usado para aquecer vapor “frio” em sistemas de aquecimento a vapor de baixa temperatura.

Dispositivos de aquecimento

Os dispositivos de aquecimento são divididos em 4 grupos:

dispositivos com área de superfície igual, tanto no lado do líquido refrigerante quanto no lado do ar. Este tipo de dispositivo é conhecido por todos - são radiadores seccionais tradicionais;
dispositivos do tipo convecção, nos quais a área superficial em contato com o ar é muito maior que a superfície do lado do refrigerante. Nestes dispositivos, a radiação térmica é de natureza secundária;
aquecedores de ar de placa com fluxo de ar de incentivo;
dispositivos do tipo painel - piso, teto ou parede. Nesta linha de painéis de aquecimento, por exemplo, podemos destacar os radiadores de painel de aço tcheco Korado denominados Radik, produzidos em duas versões - com conexão lateral (Klasik) e com conexão inferior com válvula termostática embutida (VK) . Radiadores de painel de aço também são oferecidos pela Kermi (Alemanha).

Arroz. 5. Painel de radiador de aço Korado

Os dispositivos de aquecimento para sistemas de baixa temperatura incluem vários tipos de aquecedores seccionais e de painel, convectores de aquecimento, aquecedores de ar e painéis de aquecimento.

Acumuladores térmicos

Estes dispositivos são necessários em sistemas de aquecimento bivalentes de baixa temperatura que utilizam energia de fontes renováveis ou calor residual. Os acumuladores térmicos podem ser preenchidos com líquido ou sólido, utilizando a capacidade térmica do enchimento para acumular calor.

Dispositivos nos quais o calor é liberado no momento das transformações de fase estão se tornando cada vez mais difundidos. O calor se acumula neles durante a fusão de uma substância ou quando sua estrutura cristalina sofre certas alterações.

Também funcionam de forma eficaz os acumuladores de calor termoquímicos, cujo princípio de funcionamento se baseia no acúmulo de calor como resultado de reações químicas que ocorrem com a liberação de calor.

Os acumuladores de calor podem ser conectados ao sistema de aquecimento de forma dependente ou independente, quando acumulam calor de um refrigerante fora do sistema.

Os acumuladores térmicos também podem ser terrestres, rochosos e até mesmo lagos subterrâneos podem ser usados como armazenamento de calor.

Os acumuladores de calor do solo são obtidos colocando registros feitos de tubos em incrementos de um metro e meio a dois metros. Os acumuladores de calor em rocha são construídos através da perfuração de poços verticais ou inclinados na rocha a uma profundidade de 10 a 50 m, onde o refrigerante é bombeado. O uso de lagos subterrâneos como acumuladores de calor é possível se tubos com refrigerante bombeado para eles forem colocados nas camadas inferiores da água. O calor é coletado de tubos localizados nas camadas superiores dos lagos subterrâneos.

Bombas de calor

Ao utilizar uma fonte de calor em sistemas de aquecimento de baixa temperatura, cuja temperatura seja inferior à temperatura do ar ambiente, e também para reduzir o consumo de material dos dispositivos de aquecimento, podem ser incluídas bombas de calor no sistema (Fig. 6) . Os dispositivos mais comuns neste grupo são as bombas de calor de compressão, que produzem temperaturas de condensação de 60 a 80˚C.

Arroz. 6. Princípio de funcionamento bomba de calor

O funcionamento eficiente de uma bomba de calor num sistema de aquecimento de baixa temperatura é garantido pela inclusão de um acumulador de calor no circuito evaporador, que ajuda a estabilizar a temperatura de evaporação do vapor “frio”. O ajuste deste sistema é realizado alterando a produção de calor da própria bomba.

Vantagens e desvantagens

Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura conquistam os seus adeptos ao criar condições interiores mais confortáveis do que os sistemas de aquecimento tradicionais com alto aquecimento. Não há “secagem” excessiva do ar e não há poeira – novamente excessiva – na sala devido ao movimento inevitável do ar com dispositivos de aquecimento muito quentes.

A utilização de acumuladores de calor no sistema permite acumular calor e utilizá-lo instantaneamente se necessário.

A baixa distribuição de temperatura entre o dispositivo produtor de calor e o ar ambiente facilita a regulação do sistema por meio de termostatos programáveis.

Quanto às desvantagens, existe essencialmente apenas uma - o custo do sistema concluído é várias, ou mesmo várias vezes superior, ao tradicional de alta temperatura.

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Os radiadores são tradicionalmente considerados atributos de sistemas de aquecimento com parâmetros de alta temperatura. Mas os postulados em que se baseou este ponto de vista estão ultrapassados. Economizar metal e isolamento térmico de edifícios hoje não é colocado acima da economia de recursos energéticos. A especificações os radiadores modernos permitem-nos falar não só sobre a possibilidade da sua utilização em sistemas de baixa temperatura, mas também sobre as vantagens de tal solução.

Radiadores são tradicionalmente considerados atributos de sistemas de aquecimento com parâmetros de alta temperatura (na literatura, os termos “alta temperatura” e “radiador” são frequentemente usados como sinônimos, em particular quando estamos falando sobre sobre circuitos do sistema de aquecimento). Mas os postulados em que se baseou este ponto de vista estão ultrapassados. Economizar metal e isolamento térmico de edifícios hoje não é colocado acima da economia de recursos energéticos. E as características técnicas do moderno radiadores permitem-nos falar não só sobre a possibilidade da sua utilização em sistemas de baixa temperatura, mas também sobre as vantagens de tal solução. Isto é comprovado por pesquisas científicas realizadas ao longo de dois anos por iniciativa da Rettig ICC, proprietária das marcas Purmo, Radson, Vogel&Noot, Finimetal, Myson.

A redução da temperatura do refrigerante é a principal tendência no desenvolvimento da tecnologia de aquecimento nas últimas décadas em países europeus. Isto tornou-se possível à medida que o isolamento térmico dos edifícios melhorou e os dispositivos de aquecimento melhoraram. Na década de 1980, os parâmetros padrão foram reduzidos para 75/65 ºC (vazão/retorno). O principal benefício disso foi a redução das perdas durante a geração, transporte e distribuição de calor, bem como maior segurança para os usuários.

Com a crescente popularidade do piso e outros tipos de aquecimento de painéis nos sistemas onde são utilizados, a temperatura de alimentação foi reduzida para um nível de 55 ºC, o que é levado em consideração pelos projetistas de geradores de calor, válvulas de controle, etc.

Hoje, a temperatura de alimentação em sistemas de aquecimento de alta tecnologia pode ser de 45 e até 35 ºC. O incentivo para atingir estes parâmetros é a capacidade de utilizar fontes de calor de forma mais eficiente, como bombas de calor e caldeiras de condensação. A uma temperatura do líquido de refrigeração do circuito secundário de 55/45 ºC, o coeficiente de eficiência COP para uma bomba de calor solo-água é de 3,6, e a 35/28 ºC já é de 4,6 (quando funciona apenas para aquecimento). E o funcionamento das caldeiras em modo de condensação, que requer o resfriamento dos gases de combustão com água de retorno abaixo do “ponto de orvalho” (na queima de combustível líquido - 47 ºC), proporciona um ganho de eficiência de cerca de 15% ou mais. Assim, a redução da temperatura do refrigerante proporciona uma economia significativa de recursos energéticos e, consequentemente, uma redução nas emissões de dióxido de carbono na atmosfera.

Até agora, a principal solução para aquecimento de ambientes com baixas temperaturas do líquido refrigerante eram considerados “pisos quentes” e convectores com trocadores de calor cobre-alumínio. A pesquisa iniciada pela Rettig ICC permitiu acrescentar a esta série radiadores de painel de aço. (No entanto, a prática neste caso vai além da teoria, e tais dispositivos de aquecimento têm sido usados como parte de sistemas de baixa temperatura na Suécia há muito tempo, arroz. 1).

Figura 1

Com a participação de diversas organizações científicas incluindo as universidades de Helsínquia e Dresden radiadores foram testados sob várias condições controladas. Os resultados de outros estudos sobre o funcionamento dos sistemas de aquecimento modernos também estão incluídos na “base de evidências”.

No final de Janeiro de 2011, foram apresentados materiais de investigação a jornalistas das principais publicações especializadas da Europa num seminário realizado em Centro de treinamento Purmo-Radson em Erpfendorf (Áustria). As apresentações foram feitas pelo Professor da Universidade de Bruxelas (Vrije Universitet Bruxelas, VUB) Lin Peters e pelo chefe do Departamento sistemas de energia Instituto de Física da Construção em homenagem. Fraunhofer (Instituto Fraunhofer de Física de Construções, IBP) Dietrich Schmidt.

O relatório de Lyn Peters abordou questões de conforto térmico, precisão e velocidade de resposta do sistema de aquecimento às mudanças de condições e perdas de calor.

Em particular, notou-se que as causas do desconforto térmico local são: assimetria de temperatura de radiação(depende da superfície de transferência de calor e da orientação fluxo de calor); temperatura da superfície do piso (quando sai da faixa de 19 a 27 ºC); diferença vertical de temperatura (diferença de temperatura do ar - do tornozelo à cabeça homem em pé- não deve ultrapassar 4 ºC).

Ao mesmo tempo, os mais confortáveis para uma pessoa não são os estáticos, mas os “móveis”. condições de temperatura(Universidade da Califórnia, 2003). Espaço interior com zonas que apresentam ligeiras diferenças de temperatura, aumenta a sensação de conforto. Mas grandes mudanças de temperatura são a causa do desconforto.

Segundo L. Peters, os radiadores que transferem calor tanto por convecção quanto por radiação são mais adequados para proporcionar conforto térmico.

Os edifícios modernos estão a tornar-se cada vez mais sensíveis ao calor - graças a melhorias no seu isolamento térmico. Distúrbios térmicos externos e internos (de luz solar, eletrodomésticos, presença de pessoas) podem afetar significativamente o clima interior. E radiadores respondem a essas mudanças térmicas com mais precisão do que os sistemas de aquecimento de painel.

Como você sabe, um “piso quente”, especialmente aquele instalado em uma mesa de concreto, é um sistema com grande capacidade térmica que responde lentamente às influências regulatórias.

Mesmo que o “piso quente” seja controlado por termostatos, é impossível uma resposta rápida ao fornecimento de calor externo. Ao colocar tubos de aquecimento em mesa de concreto O tempo de resposta do piso radiante às mudanças na quantidade de calor recebido é de cerca de duas horas.

O termóstato ambiente, que reage rapidamente à chegada do calor exterior, desliga o piso radiante, que continua a libertar calor durante cerca de mais duas horas. Quando o fornecimento de calor externo é interrompido e a válvula termostática se abre, o aquecimento completo do piso só é alcançado após o mesmo tempo. Nestas condições, apenas o efeito da autorregulação é eficaz.

A autorregulação é um processo dinâmico complexo. Na prática, significa que o fornecimento de calor do aquecedor é regulado naturalmente devido às duas leis seguintes: 1) o calor sempre se espalha de uma zona mais quente para uma mais fria; 2) a magnitude do fluxo de calor é determinada pela diferença de temperatura. A conhecida equação (amplamente utilizada na escolha de dispositivos de aquecimento) permite-nos compreender a essência disto:

Q = Qnom. ∙ (ΔT/ΔTnom.)n,

onde Q é a transferência de calor do aquecedor; ΔT - diferença de temperatura entre o aquecedor e o ar da sala; Qnom. - transferência de calor em condições nominais; ΔTnom. - diferença de temperatura entre o aquecedor e o ar ambiente em condições nominais; n é o expoente do aquecedor.

A autorregulação é típica tanto para pisos radiantes como para radiadores. Ao mesmo tempo, para um “piso quente” o valor de n é 1,1, e para um radiador - cerca de 1,3 (os valores exatos são fornecidos nos catálogos). Ou seja, a resposta a uma mudança no ΔT no segundo caso será mais “pronunciada”, e a restauração do dado regime de temperatura acontecerá mais rápido.

Do ponto de vista regulamentar, também é importante que a temperatura da superfície do radiador seja aproximadamente igual à temperatura do líquido de refrigeração, mas no caso do piso radiante isso não acontece.

Durante entradas intensas de calor externo de curto prazo, o sistema de controle de “piso quente” não consegue lidar com seu trabalho, resultando em flutuações na temperatura da sala e do piso. Algumas soluções técnicas podem reduzi-los, mas não eliminá-los.

Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura ainda não estão difundidos na Rússia, mas são praticados com sucesso na Europa, inclusive em países com climas não mais amenos, mas onde as fontes de energia renováveis (FER) são ativamente utilizadas para aquecimento e ar condicionado de edifícios. .

G As principais e óbvias vantagens de tais sistemas são a poupança de recursos energéticos baseados em hidrocarbonetos fósseis em combinação com a minimização dos danos ambientais. Além disso, os sistemas de baixa temperatura proporcionam ao usuário oportunidades adicionais para obter conforto térmico em casa e controlar o microclima das instalações.

Na Rússia, o âmbito de aplicação dos sistemas de aquecimento de baixa temperatura é limitado não apenas pelas condições climáticas em muitas das suas regiões, mas também pelos padrões. Em particular, este fator opera durante o desenvolvimento em massa, em objetos como prédios de apartamentos, para o qual são desenvolvidas normas para outros modos de fornecimento de calor aos edifícios. Portanto, sistemas de aquecimento de baixa temperatura, se utilizados, são utilizados em tais instituições propósito social, como clínicas e jardins de infância, bem como, mais amplamente, no setor privado de casas de campo. Além disso, geralmente são projetados e instalados para aquecimento e ar condicionado de casas economizadoras de energia, principalmente as “ativas”, que são últimos anos Eles também começaram a ser construídos na Rússia. Minimizar a perda de calor através dos limites do edifício e da ventilação é geralmente uma das principais condições para o uso bem-sucedido de sistemas de aquecimento de baixa temperatura.

Estão sendo criados sistemas de aquecimento de baixa temperatura baseados em geradores de calor altamente eficientes e transformadores de energia renovável, além de utilizar modelos modernos dispositivos de aquecimento e automação eletrônica, combinados em sistemas de controle inteligentes.

Geração com acumulação

De acordo com os existentes documentos regulatórios O regime de temperatura do sistema de aquecimento é caracterizado por três parâmetros: a temperatura do refrigerante à saída do gerador de calor, à sua entrada e a temperatura do ar na divisão. O modo em que a temperatura do líquido refrigerante na saída do gerador de calor não excede 55 °C e na entrada é de até 45 °C é considerado característico de sistemas de baixa temperatura. A temperatura do ar na sala é geralmente considerada como sendo de 20 °C. As condições de temperatura mais comuns em tais sistemas são 55/45/20 °C, 45/40/20 °C ou mesmo 35/30/20 °C.

Os sistemas de aquecimento de baixa temperatura podem ser monovalentes, onde o calor é gerado por um gerador de calor, ou, mais frequentemente, polivalentes, que combinam a operação de vários geradores de calor ou transformadores em calor a partir de fontes de energia renováveis ( arroz. 1). Esses sistemas polivalentes também são chamados de híbridos.

Figura 1

Uma caldeira de condensação é adequada para sistemas mono e polivalentes (como gerador de calor de pico). O seu modo de funcionamento é o mais próximo do indicado acima e depende em grande parte dos parâmetros de temperatura do sistema de aquecimento. Quanto mais baixa for a temperatura do líquido refrigerante no circuito da caldeira de retorno, mais completamente o vapor condensa, mais calor será utilizado e maior será a eficiência da caldeira de condensação. Para caldeiras a gás, a temperatura limite do modo de condensação é de 57 °C. Portanto, o sistema de aquecimento deve ser projetado para utilizar líquido refrigerante com temperatura mais baixa no circuito de retorno.

Em temperaturas médias para o período de inverno, conforme cálculo de projeto, levando em consideração eficiência máxima o modo de condensação não deve exceder 45 °C. Tais parâmetros são fornecidos por sistemas de aquecimento de baixa temperatura nos quais as caldeiras de condensação operam principalmente no modo “padrão”.

É claro que não apenas a tecnologia de caldeira de condensação pode e é usada em sistemas de baixa temperatura. O gerador de calor em tal sistema, incluindo o de pico, pode ser qualquer caldeira altamente eficiente operando com qualquer combustível e, em particular, elétrica. Nos sistemas híbridos, a caldeira é ligada apenas em picos de carga, quando outros geradores de calor (transformadores de energia renovável - coletores solares, bombas de calor) não conseguem dar conta do conforto térmico em ambientes aquecidos e das necessidades de abastecimento de água quente.

Ao utilizar energia renovável, os sistemas de aquecimento de água de baixa temperatura geralmente incluem acumuladores de calor, que podem ser com cargas líquidas e sólidas, de fase (aproveitando o calor das transformações de fase) e termoquímicos (o calor é acumulado devido às reações endotérmicas e liberado durante as exotérmicas) .

Em acumuladores de calor com cargas líquidas e sólidas (água, líquidos com baixo ponto de congelamento (solução de etilenoglicol), cascalho, etc.), o calor se acumula devido à capacidade térmica do material de carga. Nos acumuladores de calor de fase, o acúmulo de calor ocorre durante a fusão ou mudança na estrutura cristalina da carga, e a liberação ocorre durante seu endurecimento.

Os mais difundidos em sistemas híbridos de aquecimento de água de baixa temperatura instalados em casas de campo são os tanques de armazenamento de água que amortecem com sucesso as cargas de pico de água quente, armazenando o calor da operação de um coletor solar, bomba de calor ou (no inverno) gerador de calor de pico. Ao acumular energia térmica de várias fontes, tal acumulador de calor permite otimizar o seu funcionamento do ponto de vista da máxima eficiência económica num determinado momento, reservando calor “barato”. O excesso de calor gerado pode ser utilizado para abastecimento de água quente. A sua utilização justifica-se também na utilização de bombas de calor para optimização do funcionamento dos compressores e no desacoplamento hidráulico dos circuitos da bomba de calor e da carga.

O tanque de água do acumulador de calor é um recipiente bem isolado, por exemplo, com uma camada de espuma de poliuretano de 80-100 mm de espessura, na qual são construídos vários trocadores de calor. Um acumulador de calor com volume de 0,25-2 m 3 pode acumular 14-116 kWh de energia térmica.

Dispositivos para sistemas de aquecimento de baixa temperatura

A baixa temperatura do refrigerante determina a escolha de dispositivos para sistemas de aquecimento de baixa temperatura, que devem transferir calor de forma eficaz para ambientes aquecidos, operando de modo flexível. Se esses dispositivos forem instalados em uma casa onde a pressão do refrigerante nas tubulações é obviamente baixa, suas características de resistência ficarão em segundo plano.

Figura 2

De acordo com especialistas, convetores montados na parede, no parapeito ou no chão com ventilação forçada são usados com mais sucesso em sistemas de baixa temperatura ( arroz. 2) e radiadores de painel de aço ( arroz. 3). Nesses sistemas, devem ser utilizados convectores equipados com trocador de calor de grande área superficial - multicamadas com aletas frequentes e ventilador que proporciona grande remoção de calor. Além dos convectores, essas condições também são atendidas por unidades fan coil montadas na parede e no teto (fan coils).

Figura 3

Em sistemas de convecção forçada sem ventilador, podem ser utilizados fechos de ejeção. Devido à remoção eficiente de calor e alto poder esses dispositivos terão dimensões pequenas em comparação com outros tipos de equipamentos.

A vantagem de tais dispositivos é a possibilidade de sua utilização em sistemas combinados que aquecem ambientes na estação fria e são utilizados para resfriar o ar no verão.

Se convectores sem ventilador forem utilizados em sistemas de baixa temperatura, sua altura deve ser de pelo menos 400 mm.

O painel de refrigeração de um radiador de painel de aço está localizado fora do dispositivo de aquecimento. As lamelas do elemento convectivo são aquecidas a partir dele. Quanto mais longe do painel, mais frias ficam as lamelas. A convecção em baixas temperaturas do radiador é dificultada pela viscosidade do ar imprensado entre as lamelas. Mas nada interfere na radiação térmica do painel.

Os radiadores de painel de aço são usados com sucesso em sistemas de aquecimento de baixa temperatura também porque suas linhas de modelos incluem uma ampla gama de tamanhos padrão, e isso é importante para o posicionamento ideal de dispositivos de aquecimento em tais sistemas, em particular, dispositivos de aquecimento devem ser instalados neles que cobrem todo o comprimento da abertura da janela.

Figura 4

A operação de convectores com ventilação forçada e radiadores de painel de aço será combinada com sucesso com um piso de água quente ( arroz. 4), que foi literalmente projetado para funcionar com refrigerante caracterizado por baixas temperaturas. De acordo com SNiP 41-01-2003 “Aquecimento, ventilação e ar condicionado”, cláusula 6.5.12, a temperatura média da superfície dos pisos com elementos de aquecimento embutidos não deve ser superior a 26 ° C - para ambientes com ocupação constante; e não superior a 31 °C - para locais com ocupação temporária de pessoas. A temperatura da superfície do piso ao longo do eixo do elemento de aquecimento em instituições infantis, edifícios residenciais e piscinas não deve exceder 35 °C. Em condições reais, com as tecnologias existentes para a instalação de pisos aquecidos, essas temperaturas de superfície são alcançadas em temperaturas do líquido refrigerante na entrada da tubulação do piso aquecido não superiores a 45 °C.

Os pisos quentes aumentam significativamente a eficiência dos sistemas de aquecimento de baixa temperatura. Assim, na instalação de piso aquecido, a reserva de energia de um acumulador de calor de água com capacidade de 1,2 m 3 é suficiente para aquecer uma casa com área de 130-140 m 2 utilizando energia elétrica recebida com tarifa noturna baixa.

Todos os dispositivos de aquecimento de água em sistemas de aquecimento de baixa temperatura estão equipados com controle termostático automático.

Controle Inteligente

Uma vez que a maioria dos sistemas de baixa temperatura são híbridos, e também é possível combinar funções de aquecimento e ar condicionado num desses sistemas, a sua maior eficiência e economia podem ser alcançadas com uma gestão racional de todos os componentes do sistema. Hoje, sistemas de controle inteligentes são usados para isso.

Sem controle inteligente, é impossível regular o sistema de forma eficaz e ao mesmo tempo flexível com base em leituras reais de sensores, e não em gráficos integrados que não levam em consideração as condições de uma determinada instalação de fornecimento de calor. Quando um projeto usa controle inteligente, você só precisa definir as configurações iniciais e então a automação inteligente irá suportá-las automaticamente.

O controlador inteligente é responsável por mudar o sistema de uma fonte de calor para outra. Ao processar diversas entradas a cada segundo, o controlador seleciona a fonte de calor mais econômica no momento. De acordo com a lógica dada, a energia térmica da fonte mais barata é utilizada primeiro.

A utilização de tais sistemas de controle inteligentes permite ajustar diferencialmente as temperaturas em ambientes controlados, conseguindo assim, além da eficiência, também mais alto nível conforto térmico.

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Os radiadores são tradicionalmente considerados atributos de sistemas de aquecimento com parâmetros de alta temperatura (na literatura, os termos “alta temperatura” e “radiador” são frequentemente utilizados como sinônimos, em particular quando se trata de circuitos de sistemas de aquecimento). Mas os postulados em que se baseou este ponto de vista estão ultrapassados. Economizar metal e isolamento térmico de edifícios hoje não é colocado acima da economia de recursos energéticos. E as características técnicas dos radiadores modernos permitem-nos falar não só sobre a possibilidade da sua utilização em sistemas de baixa temperatura, mas também sobre as vantagens de tal solução. Isto é comprovado por pesquisas científicas realizadas ao longo de dois anos por iniciativa da Rettig ICC, proprietária das marcas Purmo, Radson, Vogel&Noot, Finimetal, Myson.

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A redução da temperatura do líquido refrigerante é a principal tendência no desenvolvimento da tecnologia de aquecimento nas últimas décadas nos países europeus. Isto tornou-se possível à medida que o isolamento térmico dos edifícios melhorou e os dispositivos de aquecimento melhoraram. Na década de 1980, os parâmetros padrão foram reduzidos para 75/65 ºC (vazão/retorno). O principal benefício disso foi a redução das perdas durante a geração, transporte e distribuição de calor, bem como maior segurança para os usuários.

Até agora, a principal solução para aquecimento de ambientes com baixas temperaturas do líquido refrigerante eram considerados “pisos quentes” e convectores com trocadores de calor cobre-alumínio. A investigação iniciada pela Rettig ICC permitiu adicionar radiadores de painel de aço a esta gama. (No entanto, a prática neste caso vai além da teoria, e tais dispositivos de aquecimento têm sido usados como parte de sistemas de baixa temperatura na Suécia há muito tempo. .

Com a participação de diversas organizações científicas, incluindo as universidades de Helsínquia e Dresden, os radiadores foram testados sob diversas condições controladas. Os resultados de outros estudos sobre o funcionamento dos sistemas de aquecimento modernos também estão incluídos na “base de evidências”.

No final de Janeiro de 2011, foram apresentados materiais de investigação a jornalistas das principais publicações especializadas da Europa num seminário realizado no centro de formação Purmo-Radson em Erpfendorf (Áustria). As apresentações foram feitas pelo professor da Universidade de Bruxelas (Vrije Universitet Bruxelas, VUB) Lin Pieters e pelo chefe do Departamento de Sistemas de Energia do Instituto de Física de Edifícios. Fraunhofer (Instituto Fraunhofer de Física de Construções, IBP) Dietrich Schmidt.

O relatório de Lyn Peters abordou questões de conforto térmico, precisão e velocidade de resposta do sistema de aquecimento às mudanças de condições e perdas de calor.

Em particular, notou-se que as causas do desconforto térmico local são: assimetria da temperatura de radiação (dependendo da superfície liberadora de calor e da orientação do fluxo de calor); temperatura da superfície do piso (quando sai da faixa de 19 a 27 ºC); diferença vertical de temperatura (a diferença de temperatura do ar - do tornozelo à cabeça de uma pessoa em pé - não deve ultrapassar 4 ºC).

Ao mesmo tempo, o mais confortável para uma pessoa não são as condições estáticas, mas sim as condições de temperatura “móveis” (conclusão da Universidade da Califórnia, 2003). Um espaço interior com zonas que apresentam ligeiras diferenças de temperatura aumenta a sensação de conforto. Mas grandes mudanças de temperatura são a causa do desconforto.

Segundo L. Peters, os radiadores que transferem calor tanto por convecção quanto por radiação são mais adequados para proporcionar conforto térmico.

Os edifícios modernos estão a tornar-se cada vez mais sensíveis ao calor - graças a melhorias no seu isolamento térmico. As perturbações térmicas externas e internas (da luz solar, dos eletrodomésticos, da presença de pessoas) podem afetar grandemente o clima interior. E os radiadores respondem a essas mudanças térmicas com mais precisão do que os sistemas de aquecimento de painel.

Como você sabe, um “piso quente”, especialmente aquele instalado em uma mesa de concreto, é um sistema com grande capacidade térmica que responde lentamente às influências regulatórias.

Mesmo que o “piso quente” seja controlado por termostatos, é impossível uma resposta rápida ao fornecimento de calor externo. Ao colocar tubos de aquecimento numa betonilha de betão, o tempo de resposta do piso radiante às alterações na quantidade de calor que entra é de cerca de duas horas.

Q = Qnom. ∙ (ΔT/ΔTnom.)n,

A autorregulação é típica tanto para pisos radiantes como para radiadores. Ao mesmo tempo, para um “piso quente” o valor de n é 1,1, e para um radiador - cerca de 1,3 (os valores exatos são fornecidos nos catálogos). Ou seja, a resposta a uma mudança no ΔT no segundo caso será mais “pronunciada” e a restauração do determinado regime de temperatura ocorrerá mais rapidamente.

Sobre arroz. 1 gráficos de mudanças na temperatura operacional são mostrados em condições simuladas de uma casa individual quando ela é aquecida com radiadores ajustáveis de alta e baixa temperatura e “pisos quentes” ( pesquisar L. Pieters e J. Van der Veken).

A casa pode acomodar quatro pessoas e está equipada ventilação natural. As fontes de fornecimento de calor de terceiros são pessoas e Eletrodomésticos. A temperatura operacional é definida como confortável

21ºC. Os gráficos consideram duas opções para mantê-lo: sem passar para o modo de economia de energia (noturno) e com ele.

Observação: a temperatura operacional é um indicador que caracteriza o efeito combinado sobre uma pessoa da temperatura do ar, temperatura da radiação e velocidade do ar ambiente.

As experiências confirmaram que os radiadores reagem claramente mais rapidamente do que os “pisos quentes” às flutuações de temperatura, garantindo desvios menores.

O próximo argumento a favor dos radiadores apresentado no seminário é um perfil de temperatura mais confortável e energeticamente eficiente dentro da sala.

Em 2008, John A. Myhren e Stuer Holmberg publicaram o artigo “Distribuição de temperatura e conforto térmico em uma sala com radiador de painel, piso e aquecimento de parede» (Padrões de fluxo e conforto térmico em sala com aquecimento por painel, piso e paredes). Em particular, compara a distribuição vertical da temperatura em salas do mesmo tamanho e disposição (sem móveis e pessoas), aquecidas por radiador e “piso quente” ( arroz. 2). A temperatura do ar exterior era de -5 ºC. A taxa de câmbio aéreo é de 0,8.