С наступлением осенних холодов и до середины весны мы вынуждены дополнительно обогревать свои тела, несмотря на исправно работающие отопительные приборы. Как же так, ведь радиаторы системы отопления и электрические обогреватели греют во всю, а ногам все равно холодно? Все дело в конвекции воздуха — наиболее теплый воздух, получающий тепло от радиаторов и обогревателей, поднимается к потолку, а холодный всегда находится у пола. Решить проблему отопления и мерзнущих ног по силам системе «теплый плинтус», причем фактически отапливают помещения не ее радиаторы, а лучевое тепло, исходящее от нагретых ими стен.

История плинтусного отопления

Без всякого сомнения основоположником данного способа отопления помещений можно считать русского инженера-теплотехника, профессора Вячеслава Августовича Яхимовича. В начале прошлого века им была разработана и запатентована система паробетонного отопления — трубы, по которым циркулировал горячий пар и, в некоторых случаях, вода проводились сквозь стены и вдоль них, закрываясь поверху гипсом, бетоном или деревянными панелями. Паробетонное отопления Яхимовича обладало рядом преимуществ перед набиравшим популярность в те времена водяным отоплением естественной циркуляции — тепло передавалось от теплоносителя к гипсовому или бетонному слою отделки, а эти материалы хорошо удерживали его и отдавали в помещения в виде лучевого тепла длительное время, что позволяло справляться с частыми сбоями в работе отопительных систем. Недостатки паробетонного отопления, а именно потребность капитального ремонта стен при любой протечке труб отопления, сложный монтаж системы труб, требующий многодневных работ с лепниной и высокие теплопотери самих зданий, помешали его распространению в России. Между тем, в Европе панельное или лучистое отопление, основанное на разработках Яхимовича, пользовалось высокой популярностью в XX веке.

Впрочем, в СССР похожие системы отопления все же были — отопительные стальные или чугунные трубы укладывались вдоль стен по линии плинтуса, поверху закрывались бетоном, из которого формировался плинтус. Такое плинтусное отопление в середине прошлого века использовалось в детских и медицинских учреждениях Советского Союза.

В Европе плинтусные системы отопления получили большее развитие — были разработаны пустотелые панели в форме классического плинтуса, закрывающие отопительные трубы, оборудованные вертикальным оребрением по всей длине. Ребра позволили повысить теплоотдачу плинтусных радиаторов более чем на 60% по сравнению с плоскими и круглыми отопительными панелями без оребрения.

Как устроена система плинтусного отопления

Плинтусное отопление подразделяется на водяное и электрическое. Основными компонентами системы с водяным теплоносителем являются радиаторный блок теплого плинтуса, распределительный коллектор и кислородонепроницаемые пластиковые трубки, помещенные внутрь гофрированной трубки из сшитого полиэтилена.

Радиаторный блок состоит из теплообменника и алюминиевого короба. Теплообменник выполнен из двух медных трубок, внешний диаметр которых 13 мм, толщина стенки — 2 мм, с закрепленными на них вертикальными алюминиевыми или латунными ламелями. Алюминиевый короб состоит из трех планок, профилированных методом горячей экструзии — планка нижнего крепления, верхнего и лицевая крышка. Ширина короба — 28 мм, высота — 140 мм. Монтаж теплообменника внутрь короба производится при помощи держателей особой конструкции.

Распределительный коллектор состоит из двух параллельных друг другу стальных трубок, оборудованных выводами, вводами, отводчиками воздуха, отсечными и сливными термовентилями — верхняя трубка предназначена для подключения к источнику подачи теплоносителя и дальнейшей его разводки по пластиковым трубкам к радиаторам отопления, через нижнюю осуществляется возврат остывшего теплоносителя к отопительному котлу или, в случае центрального отопления, к стояку обратки.

Используемая при построении плинтусного отопления пластиковая трубка, при помощи которой теплоноситель доставляется к отопительным радиаторам и отводится от них, состоит из двух трубок — гладкой внутренней и гофрированной внешней, не связанных между собой (первая трубка просто вложена во вторую, большего диаметра). Поскольку часть отопительного контура придется укладывать в пол и проводить сквозь стены, внешняя гофрированная трубка позволит производить замену внутренней трубки, проводящей теплоноситель, без вскрытия пола — простым извлечением последней из гофроканала и вводом в него новой PEX-трубки. Впрочем, полное отсутствие внутри системы плинтусного отопления воздуха и невосприимчивость пластиковых трубок к содержащимся в воде солям позволит ей функционировать безаварийно в течение длительного срока.

Наибольшая температура воды или антифриза, используемых в системе плинтусного отопления в качестве теплоносителя, не должна превышать 85°С, рабочее давление — не более 3 атмосфер, иначе трубки из сшитого пластика потеряют прочность. Поскольку температура воды в системе центрального отопления может составить более 85°С, а рабочее давление — превысить 9 атмосфер и выше того (при проведении испытаний отопительной системы гидравлическим ударом), то требует принять дополнительные меры. Можно вместо пластиковых трубок использовать металлопластиковые или медные, соединяемые между собой методом пайки, как вариант — воспользоваться теплообменником, встроив его в качестве приемника тепловой энергии от центральной теплосети, передающего ее теплоносителю плинтусной системе отопления через медные пластины. Последняя мера особенно действенна, т.к. позволяет сохранить высокие эксплуатационные характеристики плинтусного отопления и полностью обезопасить его от температурных и гидравлических воздействий центрального отопления.

При монтаже системы плинтусного отопления может возникнуть необходимость в оснащении ее дополнительным оборудованием, как-то термомеханические или термоэлектрические термостаты к каждой группе отопительных радиаторов, сервопривод на распределительном коллекторе, циркуляционный водяной насос, манометр и термометр на вводе теплоносителя в коллектор.

Электрическое плинтусное отопление построено на блоках радиаторов со встроенным в них воздушным тэном, т.е. его монтаж выполнить значительно проще, чем системы с жидким теплоносителем. Внешний вид электрических плинтусных радиаторов полностью идентичен жидкостным, разница — в отсутствии подводящих теплоноситель трубок, тэн встроен в нижнюю медную трубку радиатора, в верхнюю уложен кабель электропитания в термостойкой силиконовой изоляции. Мощность тэнов составляет 200 Вт на каждый погонный метр, источником электропитания для них служит обычная бытовая электророзетка. Несмотря на высокий уровень влагозащиты, электрические плинтусные радиаторы не предназначены для монтажа в помещения с высокой влажностью воздуха.

Принцип работы плинтусного отопления

Плинтусные радиаторы отопления не способны согревать атмосферу помещения конвекцией воздуха, т.к. расположены вплотную к плоскостям стен и исходящий от них воздушный конвективный поток оказывается под воздействием эффекта Коанда.

На странное поведение струи горячего воздуха от зажженной свечи — ее стремление к любой близкорасположенной поверхности — внимание обратил еще английский ученый-физик Томас Юнг, упомянув об этом в докладе, с которым он выступил в Лондонском Королевском обществе в 1800 году.

Подробное изучение эффекта «прилипания» воздушного потока к близлежащим поверхностям произвел случайно обнаруживший его в начале XX века румынский ученый Генри Коанда, один из первых исследователей аэродинамики. Во время экспериментов с реактивной турбиной, созданной по его проекту, Коанда обнаружил тот же физический эффект, что и Юнг 100 лет назад — поток жидкости от работающей турбины устремился к стене, расположенной сбоку от нее и как будто прилип к ее поверхности. Проведя дополнительные эксперименты, ученый выяснил, что воздушный поток ведет себя точно так же. В 1934 году Генри Коанда назвал обнаруженный им эффект в свою честь, объяснив его так — у поверхностей образуется зона пониженного давления, вызванная их непроницаемостью и свободным доступом воздуха лишь с одной стороны. При этом на большую площадь распространяется настилающий воздушный поток, развивающийся только лишь вдоль ограждающей поверхности.

Радиаторы системы теплого плинтуса устанавливаются вдоль внешних (выходящих одной стороной наружу здания) стен. В образованном алюминиевыми планками коробе имеются две горизонтальные щели по всей его длине — одна расположена у пола, во фронтальной панели, вторая находится в верхней части, ближе к стене. Холодный воздух проникает внутрь короба, нагревается и поднимается вверх, как и при работе любого отопительного оборудования, принцип обогрева которого основан на конвекции воздуха, однако в данном случае воздушный поток подчиняется эффекту Коанда и стелется только по поверхности стены. В результате тепло от воздуха передается не воздушной атмосфере помещения, а конструкционному материалу стены, которая, подобно ИК-обогревателям, по мере нагрева излучает равномерное тепло в виде инфракрасных лучей.

Поскольку обогрев помещения происходит не за счет конвекции, то отсутствует потребность в высоком нагреве теплоносителя — в конструкции радиаторов требуется лишь использовать материалы, обладающие высоким коэффициентом теплопроводности. Именно этим объясняется использование меди и алюминия, коэффициент теплопроводности которых равен, соответственно, 390 и 236 Вт/м•К. К примеру, у железа этот коэффициент составляет лишь 92 Вт/м•К, а у металлопластика 0,43 Вт/м•К, т.е. медь и алюминий — наиболее подходящие материалы для плинтусных радиаторов.

Максимальная температура алюминиевого короба теплого плинтуса во время работы этой отопительной системы составит не более 40°С, а поверхность стены, подле которой установлен радиатор, прогреется не выше 37°С — обжечься о них при всем желании не удастся.

Характеристики плинтусного отопления — плюсы и минусы

Положительными свойствами системы отопления, основанной на плинтусных радиаторах, являются:

отсутствие конвекционного движения воздуха, сопровождающегося взвешиванием пыли; положительно воспринимаемое человеческим организмом инфракрасное тепло; равномерное распределение тепла по помещению, ИК-нагреву подвергаются исключительно светонепроницаемые объекты в комнате; теплый воздух не скапливается у потолка, что обычно происходит при конвекционном отоплении. По всему воздушному объему комнаты устанавливается одинаковая температура; ограждающие помещение поверхности имеют приемлемую для человека температуру, т.е. они не воруют тепло у человеческих тел; полностью решается проблема отложения влаги на поверхностях стен и потолка — они всегда будут сухие, а значит ни плесень, ни отставание отделочных материалов более им не грозит; работы по монтажу системы плинтусного отопления проводятся быстро, вне зависимости от возраста здания. Плинтусные радиаторы, хотя и имеют несколько большие габариты, чем деревянный плинтус, не бросаются в глаза так явно, как чугунные или биметаллические, обычно устанавливаемые под оконный проем; отсутствие потребности в высокой температуре теплоносителя позволяет существенно снизить расход топлива, затрачиваемого на его нагрев — экономия составит порядка 30–40%, по сравнению с потребностями классических систем отопления. Кроме того, экономия топлива достигается снижением температуры воздуха в помещениях — если прогреть стены до +22°С, то комфортная температура воздуха составит +16°С, по сравнению с +20°С воздуха и стенами с температурой +18°С, тянущими тепло из домочадцев; высокая ремонтопригодность элементов системы, что позволяет обойтись без демонтажа отделочных покрытий в случае необходимости ремонта; оснащение терморегуляторами позволяет настроить оптимальную температуру в каждом помещении, оборудованном плинтусными радиаторами, отдельно.

Следует отметить, что систему плинтусного отопления можно использовать и с целью охлаждения помещений, если заполнить ее холодным жидким носителем — эффект Коанда будет работать и в этом случае, только с меньшей эффективностью. При использовании системы для охлаждения важно выдерживать температуру жидкости в системе на уровне, превышающем точку росы в данных условиях (зависит от влажности воздуха и его температуры), иначе на поверхностях контура будет образовываться конденсат, который необходимо куда-то отводить.

К минусам системы относятся:

высокая стоимость — порядка 3000 руб. за метр отопительной системы с ее монтажом. Впрочем, эта цена объясняется недешевыми материалами, крайне необходимыми в плинтусном отоплении; монтаж системы производится только профессионалами, обладающими соответствующими сертификатами от производителей систем плинтусного отопления. Любительский подход к монтажу не позволит достичь необходимых теплофизических характеристик, существенно понизит срок эксплуатации; максимальная протяженность одного отопительного контура не должна превысить 15 погонных метров — одна из причин, по которым система в обязательном порядке оснащается распределительным коллектором. При большей протяженности контура эффективность отопления заметно снижается; не допускается монтаж разнообразных декоративных накладок на короб радиатора, поскольку они понижают теплоотдачу; условие о как можно более плотном прилегании плинтусных радиаторов к поверхности стены, что позволяет полностью использовать эффект Коанда, со временем приводит к короблению пленочной отделки стен; требуется держать отапливаемое плинтусными радиаторами помещение как можно более свободным, не загораживая поверхности плинтусов и стен корпусной мебелью, поскольку это воспрепятствует конвекции и инфракрасному излучению, искажая течение воздушного потока и поглощая ИК-тепло, излучаемое стенами.

В завершении

В прошлом веке плинтусное отопление, как и лучевое отопление вообще, было мало популярным по причине высоких теплопотерь конструкционных материалов зданий — проще было греть воздух конвекционным способом, что позволяло быстро компенсировать потери тепла, несмотря на явные недостатки такого отопления. Кстати, именно по этой причине отопительные радиаторы устанавливались под проемы окон — через щели в рамах и площадь остекления холод проникал особенно быстро.

Сегодня же существуют строительные и отделочные материалы для фасадов, позволяющие значительно снизить теплопотери через ограждающие конструкции, а современные оконные рамы, оснащенные термоудерживающими стеклопакетами, не пропускают воздух вообще. Все это позволяет уйти от классических конвекционных отопительных систем к более эффективному лучевому отоплению, значительно повысить при этом качество проживания в наших домах и квартирах. В самые ближайшие годы трубы и радиаторы отопления, обычные для систем с принудительной и естественной (гравитационной) циркуляцией теплоносителя, будут исчезать из наших домов — их заменит более совершенное тепловое оборудование.