Σώματα καλοριφέρ: Τύποι, κατασκευή, υλικά και τρόπος λειτουργίας

Τα σώματα καλοριφέρ αποτελούν ένα από τα πιο διαδεδομένα συστήματα απόδοσης θερμότητας σε εγκαταστάσεις κεντρικής και αυτόνομης θέρμανσης. Ο βασικός τους ρόλος είναι να μεταφέρουν τη θερμική ενέργεια από το ζεστό νερό του δικτύου στον εσωτερικό χώρο.

Παρότι εξωτερικά φαίνονται σχετικά απλές κατασκευές, η θερμική τους συμπεριφορά εξαρτάται από τη γεωμετρία, το υλικό, την επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας, τη θερμοκρασία νερού, την παροχή και τις συνθήκες εγκατάστασης.

Στην αγορά υπάρχουν διαφορετικοί τύποι θερμαντικών σωμάτων, όπως χαλύβδινα πάνελ, σώματα αλουμινίου, μαντεμένια σώματα και σωληνωτές κατασκευές.

Η επιλογή τους πρέπει να βασίζεται στις θερμικές ανάγκες του χώρου και στις προδιαγραφές της εγκατάστασης, όχι αποκλειστικά στην εξωτερική εμφάνιση.

1. Τι είναι το σώμα καλοριφέρ;

Το σώμα καλοριφέρ είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας νερού–αέρα.

Το ζεστό νερό εισέρχεται στο εσωτερικό του σώματος, μεταφέρει θερμική ενέργεια στις μεταλλικές επιφάνειες και επιστρέφει στο δίκτυο με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Η θερμότητα μεταδίδεται στον χώρο με δύο βασικούς μηχανισμούς:

• Φυσική συναγωγή.

• Θερμική ακτινοβολία.

Η αναλογία των δύο μηχανισμών διαφέρει ανάλογα με την κατασκευή και τις θερμοκρασίες λειτουργίας.

2. Πώς λειτουργεί ένα σώμα καλοριφέρ;

Η λειτουργία μπορεί να περιγραφεί σε πέντε στάδια.

Στάδιο 1 — Παραγωγή θερμότητας

Ο λέβητας, η αντλία θερμότητας ή άλλη κατάλληλη πηγή θερμαίνει το νερό του δικτύου.

Στάδιο 2 — Κυκλοφορία

Ο κυκλοφορητής μεταφέρει το νερό προς τα θερμαντικά σώματα.

Στάδιο 3 — Μεταφορά θερμότητας

Το νερό κυκλοφορεί στα εσωτερικά κανάλια του σώματος και θερμαίνει τις μεταλλικές επιφάνειες.

Στάδιο 4 — Θέρμανση χώρου

Οι επιφάνειες αποδίδουν θερμότητα στον αέρα και στις γύρω επιφάνειες.

Στάδιο 5 — Επιστροφή νερού

Το νερό επιστρέφει στην πηγή θερμότητας για να θερμανθεί ξανά.

Πρόκειται για κλειστό κύκλωμα θέρμανσης στις περισσότερες σύγχρονες εγκαταστάσεις.

3. Φυσική συναγωγή και θερμική ακτινοβολία

Φυσική συναγωγή

Ο αέρας που βρίσκεται κοντά στις θερμές επιφάνειες θερμαίνεται, μειώνεται η πυκνότητά του και κινείται προς τα πάνω.

Ψυχρότερος αέρας εισέρχεται χαμηλότερα και θερμαίνεται με τη σειρά του.

Έτσι δημιουργείται φυσική κυκλοφορία αέρα στον χώρο.

Θερμική ακτινοβολία

Το θερμαντικό σώμα εκπέμπει θερμική ακτινοβολία προς τις επιφάνειες και τα αντικείμενα του χώρου.

Η ακτινοβολία δεν απαιτεί άμεση επαφή με τον αέρα για τη μεταφορά ενέργειας.

Ποιος μηχανισμός κυριαρχεί;

Η αναλογία εξαρτάται από τον τύπο σώματος, τη γεωμετρία, τις επιφανειακές θερμοκρασίες και τις συνθήκες εγκατάστασης.

Τα πάνελ με πρόσθετα πτερύγια συναγωγής έχουν σχεδιαστεί ώστε να ενισχύουν τη μεταφορά θερμότητας στον αέρα.

4. Χαλύβδινα σώματα πάνελ

Τα χαλύβδινα σώματα πάνελ αποτελούν ιδιαίτερα διαδεδομένη κατηγορία θερμαντικών σωμάτων.

Κατασκευάζονται συνήθως από διαμορφωμένα χαλύβδινα ελάσματα, τα οποία συγκολλούνται ώστε να δημιουργηθούν εσωτερικά κανάλια κυκλοφορίας νερού.

Ανάλογα με τον τύπο, διαθέτουν ένα ή περισσότερα θερμαινόμενα πάνελ και πρόσθετα πτερύγια συναγωγής.

Πλεονεκτήματα

• Μεγάλη ποικιλία διαστάσεων.

• Διαφορετικές διαθέσιμες θερμικές αποδόσεις.

• Σχετικά συμπαγής κατασκευή.

• Ευκολία ενσωμάτωσης σε κατοικίες.

• Δυνατότητα επιλογής μοντέλων κατάλληλων για χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.

Περιορισμοί

• Απαιτείται κατάλληλη ποιότητα νερού.

• Η διάβρωση μπορεί να προκαλέσει προβλήματα σε ακατάλληλες συνθήκες.

• Η θερμική απόδοση εξαρτάται σημαντικά από τις θερμοκρασίες λειτουργίας.

5. Τύποι χαλύβδινων πάνελ: 11, 21, 22 και 33

Οι αριθμητικές ονομασίες των συνηθισμένων σωμάτων πάνελ περιγράφουν την κατασκευή τους.

Στο τυπικό σύστημα ονομασίας:

• Το πρώτο ψηφίο δείχνει τον αριθμό των θερμαινόμενων πάνελ.

• Το δεύτερο ψηφίο δείχνει τον αριθμό των σειρών πτερυγίων συναγωγής.

Τύπος 11

Ένα πάνελ και μία σειρά πτερυγίων.

Τύπος 21

Δύο πάνελ και μία σειρά πτερυγίων.

Τύπος 22

Δύο πάνελ και δύο σειρές πτερυγίων.

Τύπος 33

Τρία πάνελ και τρεις σειρές πτερυγίων.

Σε ίδιες βασικές διαστάσεις, περισσότερα πάνελ και πτερύγια συνήθως επιτρέπουν μεγαλύτερη θερμική απόδοση, με αντίστοιχη αύξηση του βάθους.

Η τελική ισχύς πρέπει πάντοτε να επιβεβαιώνεται από τα στοιχεία του συγκεκριμένου προϊόντος.

6. Εσωτερική κατασκευή σώματος πάνελ

Ένα τυπικό χαλύβδινο σώμα πάνελ μπορεί να περιλαμβάνει:

• Μπροστινό θερμαινόμενο πάνελ.

• Πίσω ή πρόσθετα θερμαινόμενα πάνελ.

• Εσωτερικά κανάλια νερού.

• Πτερύγια συναγωγής.

• Πλευρικά καλύμματα.

• Επάνω σχάρα.

• Στόμια σύνδεσης.

• Εξαεριστικό.

• Τάπα.

• Στηρίγματα.

Τα πτερύγια συναγωγής συνδέονται θερμικά με τα πάνελ ώστε να αυξάνουν την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας.

Η εσωτερική γεωμετρία διαφέρει μεταξύ κατασκευαστών.

7. Σώματα αλουμινίου

Τα σώματα αλουμινίου κατασκευάζονται από κράματα αλουμινίου και διατίθενται σε διαφορετικές μορφές.

Πολλά μοντέλα αποτελούνται από επαναλαμβανόμενα στοιχεία που συνδέονται μεταξύ τους.

Άλλα κατασκευάζονται ως ενιαία σώματα.

Πλεονεκτήματα

• Σχετικά μικρό βάρος.

• Καλή θερμική αγωγιμότητα του υλικού.

• Διαθέσιμες αρθρωτές κατασκευές.

• Ποικιλία σχεδίων και διαστάσεων.

Τεχνικές παρατηρήσεις

Η καλή θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου δεν σημαίνει από μόνη της ότι κάθε σώμα αλουμινίου αποδίδει περισσότερη θερμότητα από ένα χαλύβδινο.

Η απόδοση εξαρτάται από τη συνολική κατασκευή, την επιφάνεια και τις συνθήκες λειτουργίας.

Η συμβατότητα με το νερό του δικτύου και τα υπόλοιπα υλικά της εγκατάστασης πρέπει να εξετάζεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή.

8. Μαντεμένια σώματα καλοριφέρ

Τα μαντεμένια σώματα κατασκευάζονται από χυτοσίδηρο.

Συχνά αποτελούνται από επιμέρους στοιχεία που συνδέονται μεταξύ τους.

Χαρακτηρίζονται από σχετικά μεγάλη μάζα και, σε πολλές παραδοσιακές κατασκευές, σημαντική περιεκτικότητα σε νερό.

Πλεονεκτήματα

• Στιβαρή κατασκευή.

• Μεγάλη θερμική αδράνεια.

• Χαρακτηριστική αισθητική.

• Δυνατότητα μακροχρόνιας χρήσης με κατάλληλη συντήρηση.

Περιορισμοί

• Μεγάλο βάρος.

• Δυσκολότερη μεταφορά και εγκατάσταση.

• Πιο αργή θερμική απόκριση σε αρκετές κατασκευές.

Η μεγάλη θερμική αδράνεια σημαίνει ότι το σώμα μπορεί να συνεχίζει να αποδίδει θερμότητα μετά τη διακοπή της παροχής ζεστού νερού, αλλά χρειάζεται επίσης περισσότερο χρόνο για να θερμανθεί.

9. Σωληνωτά θερμαντικά σώματα

Τα σωληνωτά σώματα αποτελούνται από μεταλλικούς σωλήνες και συλλέκτες.

Μπορούν να έχουν οριζόντια ή κατακόρυφη διάταξη.

Συχνά χρησιμοποιούνται σε χώρους όπου η αισθητική αποτελεί σημαντικό κριτήριο.

Η θερμική τους απόδοση εξαρτάται από:

• Τη διάμετρο των σωλήνων.

• Το πλήθος των στοιχείων.

• Το ύψος και το πλάτος.

• Τη συνολική επιφάνεια.

• Τις θερμοκρασίες λειτουργίας.

Δεν πρέπει να συγχέονται όλα τα σωληνωτά σώματα με τις ειδικές πετσετοκρεμάστρες μπάνιου, παρότι υπάρχουν κατασκευαστικές ομοιότητες.

10. Θερμαντικά σώματα τύπου πετσετοκρεμάστρας

Οι πετσετοκρεμάστρες είναι ειδικά θερμαντικά σώματα που χρησιμοποιούνται κυρίως σε μπάνια.

Μπορούν να συνδέονται στο υδραυλικό δίκτυο θέρμανσης.

Υπάρχουν επίσης ηλεκτρικά ή συνδυασμένα μοντέλα.

Η επιλογή πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

• Τις θερμικές απώλειες του μπάνιου.

• Τις διαστάσεις.

• Την απαιτούμενη θερμική ισχύ.

• Τις συνθήκες υγρασίας.

• Την προβλεπόμενη ηλεκτρική προστασία, όπου υπάρχει ηλεκτρικό στοιχείο.

Μια πετσετοκρεμάστρα δεν έχει απαραίτητα αρκετή ισχύ για να καλύψει μόνη της τις θερμικές ανάγκες ενός μπάνιου.

11. Από ποια υλικά κατασκευάζονται τα σώματα;

Τα βασικά υλικά είναι:

Χάλυβας

Χρησιμοποιείται ευρέως στα σώματα πάνελ και σε σωληνωτές κατασκευές.

Αλουμίνιο

Χρησιμοποιείται σε αρθρωτά και ενιαία θερμαντικά σώματα.

Χυτοσίδηρος

Χρησιμοποιείται κυρίως σε παραδοσιακά και ειδικά διακοσμητικά σώματα.

Άλλα υλικά

Σε ειδικές εφαρμογές μπορεί να χρησιμοποιούνται διαφορετικά μέταλλα ή συνδυασμοί υλικών.

Η επιλογή πρέπει να λαμβάνει υπόψη μηχανική αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, θερμική συμπεριφορά, βάρος και συμβατότητα με το νερό του δικτύου.

12. Τι σημαίνει θερμική ισχύς σώματος;

Η θερμική ισχύς εκφράζει τον ρυθμό με τον οποίο το σώμα αποδίδει θερμότητα στον χώρο.

Η συνηθισμένη μονάδα είναι το Watt (W).

Για παράδειγμα, ένα σώμα με δηλωμένη ισχύ 1.500 W αποδίδει αυτή την ισχύ μόνο υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες αναφοράς της δήλωσης.

Δεν αποδίδει απαραίτητα 1.500 W σε κάθε θερμοκρασία νερού.

Η πραγματική ισχύς επηρεάζεται από:

• Θερμοκρασία προσαγωγής.

• Θερμοκρασία επιστροφής.

• Θερμοκρασία χώρου.

• Παροχή νερού.

• Γεωμετρία σώματος.

• Συνθήκες τοποθέτησης.

13. Τι είναι το ΔΤ των θερμαντικών σωμάτων;

Το ΔΤ χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ του νερού του σώματος και του αέρα του χώρου.

Για συνηθισμένους υπολογισμούς χρησιμοποιείται συχνά η διαφορά της μέσης θερμοκρασίας νερού από τη θερμοκρασία χώρου:

ΔΤ = [(Tπροσαγωγής + Tεπιστροφής) / 2] − Tχώρου

Για παράδειγμα:

• Προσαγωγή: 75°C.

• Επιστροφή: 65°C.

• Θερμοκρασία χώρου: 20°C.

Η μέση θερμοκρασία νερού είναι 70°C.

Άρα:

ΔΤ = 70 − 20 = 50 K.

Αυτό αντιστοιχεί στις συνηθισμένες συνθήκες ονομαστικής αναφοράς ΔΤ50.

Για ακριβέστερη αξιολόγηση πρέπει να χρησιμοποιείται η προβλεπόμενη μέθοδος και τα στοιχεία του κατασκευαστή, ιδίως όταν η διαφορά προσαγωγής–επιστροφής είναι μεγάλη.

14. Σώματα καλοριφέρ και χαμηλές θερμοκρασίες νερού

Ένα σώμα που αποδίδει συγκεκριμένη ισχύ σε υψηλές θερμοκρασίες νερού θα αποδίδει συνήθως λιγότερη ισχύ όταν η θερμοκρασία προσαγωγής μειωθεί.

Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία σε εγκαταστάσεις με αντλίες θερμότητας και λέβητες συμπύκνωσης.

Για παράδειγμα, ένα σώμα που έχει επιλεγεί για λειτουργία 75/65/20°C μπορεί να μην καλύπτει τις ίδιες θερμικές απώλειες όταν λειτουργεί στους 45/40/20°C.

Για χαμηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να απαιτείται:

• Μεγαλύτερη επιφάνεια σώματος.

• Μεγαλύτερο μήκος ή ύψος.

• Διαφορετικός τύπος πάνελ.

• Πρόσθετα θερμαντικά σώματα.

• Άλλη κατάλληλη λύση απόδοσης θερμότητας.

Η επιλογή πρέπει να βασίζεται σε υπολογισμό ισχύος.

15. Διαστάσεις θερμαντικών σωμάτων

Τα βασικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά είναι:

• Ύψος.

• Μήκος.

• Βάθος.

• Απόσταση συνδέσεων.

• Θέση στομίων.

Δύο σώματα με ίδιο μήκος και ύψος μπορεί να έχουν διαφορετική θερμική ισχύ λόγω διαφορετικού βάθους ή εσωτερικής κατασκευής.

Στα σώματα πάνελ, ο τύπος 22 έχει διαφορετική κατασκευή από τον τύπο 11, ακόμη και όταν οι εξωτερικές βασικές διαστάσεις είναι ίδιες.

16. Θέση εγκατάστασης στον χώρο

Η θέση του σώματος επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας.

Συχνά τα σώματα εγκαθίστανται κάτω από παράθυρα ή κοντά σε εξωτερικούς τοίχους.

Η επιλογή αυτή μπορεί να συμβάλλει στην αντιμετώπιση της ψυχρής καθοδικής ροής αέρα κοντά στις υαλοστάσεις.

Ωστόσο, η βέλτιστη θέση εξαρτάται από τη διαρρύθμιση και τα χαρακτηριστικά του κτιρίου.

Πρέπει να τηρούνται οι αποστάσεις εγκατάστασης που προβλέπει ο κατασκευαστής.

17. Γιατί δεν πρέπει να καλύπτουμε τα σώματα;

Τα έπιπλα, τα πυκνά καλύμματα και οι βαριές κουρτίνες μπορούν να περιορίσουν τη μεταφορά θερμότητας.

Όταν εμποδίζεται η φυσική κυκλοφορία αέρα, η θερμική απόδοση στον χώρο μπορεί να μειωθεί.

Επίσης, μπορεί να επηρεαστεί η σωστή μέτρηση μιας θερμοστατικής κεφαλής.

Για αυτό απαιτείται κατάλληλος ελεύθερος χώρος γύρω από το σώμα.

18. Πίεση λειτουργίας και μηχανική αντοχή

Κάθε θερμαντικό σώμα έχει συγκεκριμένα όρια λειτουργίας.

Σημαντικά χαρακτηριστικά είναι:

• Μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση.

• Μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία.

• Συνθήκες δοκιμής.

• Απαιτήσεις ποιότητας νερού.

Οι επιτρεπόμενες τιμές διαφέρουν ανάλογα με τον κατασκευαστή και το μοντέλο.

Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται ένα σώμα σε εγκατάσταση με πίεση ή θερμοκρασία που υπερβαίνει τις προδιαγραφές του.

19. Διάβρωση και ποιότητα νερού

Η διάβρωση αποτελεί σημαντικό παράγοντα αξιοπιστίας των θερμαντικών σωμάτων.

Μπορεί να επηρεάζεται από:

• Παρουσία διαλυμένου οξυγόνου.

• Συχνές συμπληρώσεις νερού.

• Ακατάλληλο pH.

• Ασυμβατότητα υλικών.

• Ακατάλληλα χημικά πρόσθετα.

• Κακή ποιότητα νερού εγκατάστασης.

Τα επιτρεπόμενα χαρακτηριστικά του νερού εξαρτώνται από τα υλικά και τις απαιτήσεις των κατασκευαστών.

Η σωστή διαχείριση του νερού προστατεύει τόσο τα σώματα όσο και τα υπόλοιπα εξαρτήματα του συστήματος.

20. Ποιος τύπος σώματος είναι καλύτερος;

Δεν υπάρχει ένας τύπος σώματος που να είναι καλύτερος για κάθε εγκατάσταση.

Τα χαλύβδινα πάνελ προσφέρουν πολλές επιλογές διαστάσεων και θερμικής ισχύος.

Τα σώματα αλουμινίου προσφέρουν μικρό βάρος και διαφορετικές κατασκευαστικές δυνατότητες.

Τα μαντεμένια σώματα έχουν συνήθως μεγαλύτερη θερμική αδράνεια.

Τα σωληνωτά σώματα παρέχουν ιδιαίτερες δυνατότητες σχεδιασμού.

Η τελική επιλογή εξαρτάται από:

1. Τις θερμικές απώλειες του χώρου.

2. Τις θερμοκρασίες λειτουργίας.

3. Τη διαθέσιμη θέση εγκατάστασης.

4. Την υδραυλική σύνδεση.

5. Την πίεση λειτουργίας.

6. Την ποιότητα νερού.

7. Το κόστος και τη συντήρηση.

8. Τις αισθητικές απαιτήσεις.

21. Σύγκριση βασικών τύπων

22. Τι πρέπει να ελέγχουμε πριν από την αγορά;

Πριν επιλεγεί ένα σώμα πρέπει να επιβεβαιώνονται:

• Η απαιτούμενη θερμική ισχύς.

• Οι συνθήκες αναφοράς της δηλωμένης ισχύος.

• Η πραγματική θερμοκρασία λειτουργίας.

• Οι διαθέσιμες διαστάσεις.

• Ο τύπος και η θέση συνδέσεων.

• Η συμβατότητα με την εγκατάσταση.

• Η μέγιστη πίεση και θερμοκρασία.

• Οι απαιτήσεις συντήρησης.

• Η τεκμηρίωση θερμικής απόδοσης.

Για θερμαντικά σώματα που εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής του ευρωπαϊκού προτύπου EN 442, η σύγκριση των δηλωμένων αποδόσεων πρέπει να γίνεται με βάση τις αντίστοιχες τυποποιημένες συνθήκες.

Συμπέρασμα

Τα σώματα καλοριφέρ είναι εναλλάκτες θερμότητας που μεταφέρουν ενέργεια από το νερό θέρμανσης στον εσωτερικό χώρο μέσω συναγωγής και ακτινοβολίας.

Η κατασκευή, το υλικό, η γεωμετρία και οι θερμοκρασίες λειτουργίας επηρεάζουν καθοριστικά τη θερμική απόδοση.

Το σωστό σώμα καλοριφέρ δεν είναι απαραίτητα το μεγαλύτερο ή το ακριβότερο. Είναι εκείνο που καλύπτει τις υπολογισμένες θερμικές ανάγκες του χώρου στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας της εγκατάστασης.

Το άρθρο έχει ενημερωτικό χαρακτήρα. Η διαστασιολόγηση και η εγκατάσταση θερμαντικών σωμάτων πρέπει να πραγματοποιούνται με βάση κατάλληλη τεχνική μελέτη και τις προδιαγραφές των κατασκευαστών.

Thermosphere.gr — Τεχνική ενημέρωση για θέρμανση και ύδρευση.