Классификация систем отопления: от привычного до экзотики

Содержание

• 1 Источник тепла
• 2 Центральный источник и распределенное отопление
• 3 Способ передачи тепла
  • 3.1 Теплоноситель
  • 3.2 Воздух
  • 3.3 Пар
  • 3.4 Инфракрасное излучение
• 4 Конвекция и теплый пол
• 5 Водяное отопление
  • 5.1 Центральное и автономное
  • 5.2 Побуждение циркуляции
  • 5.3 Одно- и двухтрубные системы
  • 5.4 Вертикальные и горизонтальные
  • 5.5 Попутные и тупиковые
  • 5.6 Верхний и нижний розлив
  • 5.7 Подключение радиаторов
• 6 Заключение

Тема этой статьи — классификация систем отопления зданий различного назначения. Мы исследуем использующиеся в них источники тепловой энергии, способы переноса тепла, конфигурации движения теплоносителей и разводки отопительных приборов.

Итак, в путь.

Привычное водяное центральное отопление — неплохой способ обогреть дом. Но далеко не единственный.

Источник тепла

В этой роли могут выступать:

• Газ. Газовые котлы отопления обеспечивают минимальную стоимость тепловой энергии. Там, где газовые магистрали отсутствуют, вместо них могут использоваться газгольдеры или баллоны.

• Дрова и уголь. Твердотопливные котлы для этих энергоносителей обычно унифицированы. Их главный недостаток — ограниченная автономность работы: закладка топлива и чистка зольника требуются несколько раз в сутки.

Впрочем, газогенераторы и котлы верхнего горения способны несколько увеличить промежуток между закладками.

• Пеллеты. Пеллетные котлы с бункерами и дозаторами позволяют добиться автономности в несколько дней.

Пеллетный котел с системой автоматической подачи топлива.

• Соляра. Здесь автономность уже исчисляется неделями; к недостаткам можно отнести высокую шумность оборудования и потребность в громоздкой емкости под дизтопливо.
• Электроэнергия. Наряду с устройствами прямого нагрева ее используют тепловые насосы, использующие электричество для перекачки тепла от сравнительно холодной среды (воздуха, воды или грунта) в более теплое помещение.

Принцип работы теплового насоса.

Вот примерная оценка расходов для разных источников.

Источник тепла Цена киловатт-часа Газовый котел (магистраль) 0,7 р. Твердотопливный котел (дрова) 1,1 р. Тепловой насос 1,2 р. Твердотопливный котел (уголь) 1,3 р. Газовый котел (газгольдер) 1,8 р. Газовый котел (баллоны) 2,8 р. Дизельный котел 3,2 р. Электричество (прямой нагрев) 3,6 р.

Центральный источник и распределенное отопление

Наиболее распространена схема с одним централизованным источником тепла (котлом или печью), периферийными отопительными приборами и трубопроводами для транспортировки тепла. Однако наряду с ними используются и распределенные системы отопления.

Примеры?

• Электрические теплые полы с независимыми терморегуляторами.
• Электрические конвектора, размещенные в каждой комнате.
• Газовые конвектора с разводкой газа по дому.

Газовый конвектор.

• Инфракрасные излучатели с независимым питанием.
• Отопление кондиционерами с собственной сплит-системой в каждой комнате.

Способ передачи тепла

Передача тепловой энергии может осуществляться несколькими способами.

Теплоноситель

В этом качестве используется вода или ее смеси с этилен- и пропиленгликолем, замерзающие при более низких температурах. Высокая теплоемкость теплоносителей позволяет обойтись магистралями сравнительно небольшого сечения.

Воздух

Воздушное отопление подразумевает, что источник тепла нагревает непосредственно воздух, поступающий в помещение. Системы воздушного отопления часто совмещаются с вентиляцией. Основной недостаток решения, влияющий на его популярность — необходимость прокладки воздуховодов большого сечения: без ущерба для отделки это можно сделать лишь на стадии строительства.

Воздуховоды для подачи теплого воздуха спрячет подвесной потолок.

Пар

Системы отопления перегретым паром с температурой 200-400 градусов в наше время применяются исключительно на промышленных объектах. Они удобны тем, что благодаря высокой температуре отопительных приборов, позволяют обеспечить их минимальные размеры при высоких значения тепловой мощности. Недостаток пара — серьезная опасность для обитателей отапливаемых помещений при авариях.

Инфракрасное излучение

Так называемые инфракрасные отопительные приборы передают существенную часть тепла не воздуху вокруг себя, а непосредственно окружающим объектам и людям посредством инфракрасного излучения, лежащего за пределами видимой части спектра.

Использование ИК-излучателей экономически оправдано прежде всего потому, что оно снижает комфортный минимум температуры в помещении. За счет непосредственного нагрева кожи на открытых участках тела зона субъективного комфорта начинается уже от +15-16С.

Потолочный инфракрасный нагреватель.

Конвекция и теплый пол

Привычная нам с детства схема обогрева помещения точечными источниками тепла со сравнительно высокой температурой (радиаторами, конвекторами, регистрами и т.д.) называется конвекционной. Каждый отопительный прибор генерирует конвекционный поток; эти потоки перемешивают воздух в помещении.

Главная проблема конвекционного отопления —  в том, что температуры в отапливаемом помещении распределяются крайне неравномерно.

Одно из побочных следствий перегрева воздуха вблизи потолка — резкое увеличение утечек тепла через перекрытие. Теплопотери прямо пропорциональны дельте температур между сторонами ограждающей конструкции.

Альтернатива конвекционному отоплению — теплый пол. Поверхность пола нагревается до температуры в 25-35 градусов кабелем, пленочным нагревателем или трубой с водой.

В результате:

• Температура максимальна именно там, где в ней есть потребность — на уровне пола.

Распределение температур.

• Тепловая завеса, препятствующая промерзанию стен, формируется по всему периметру помещения.
• За счет снижения средней температуры в помещении обеспечивается заметная экономия энергии.

Водяное отопление

В случае использования жидкого теплоносителя классификация системы отопления возможна еще по нескольким параметрам.

Центральное и автономное

В системах ЦО источником тепла является ТЭЦ или котельная. Теплоноситель — техническая вода — транспортируется по теплотрассам; циркуляция в отдельных контурах обеспечивается перепадом между подающей и обратной нитками.

Функцию развязки между трассой и системой отопления здания выполняет элеваторный узел.

Типичный элеваторный узел.

В нем:

• Нивелируется перепад между нитками. В трассе он достигает 3-6 кгс/см2; в то же время для стабильной циркуляции контура разумного размера достаточно перепада в 0,2 кгс/см2
• Обеспечивается вовлечение части объема теплоносителя из обратного контура в повторную циркуляцию. Тем самым уменьшается разброс температур между ближними к элеваторному узлу и дальними от него отопительными приборами.
• Регулируется режим работы системы ГВС (горячего водоснабжения). В зависимости от температуры подачи ГВС подается с прямой или обратной нитки.

В случае автономной системы мы имеем дело с замкнутым контуром, заполненным теплоносителем постоянного объема и не связанным с внешними объектами. Горячая вода для хознужд из контура не отбирается.

Побуждение циркуляции

В системе ЦО теплоноситель приводится в движение перепадом между нитками. А что в автономных контурах?

Здесь возможны два варианта.

В системе с принудительной циркуляцией она обеспечивается циркуляционным насосом — сравнительно маломощным устройством, зачастую имеющим возможность ступенчато или плавно регулировать производительность.

Гравитационные системы работают за счет разницы в плотности между нагретым и холодным теплоносителем. От котла он поднимается по так называемому разгонному коллектору и медленно возвращается через радиаторы, по дороге отдавая тепло.

Типичная гравитационная система.

Одно- и двухтрубные системы

Разводка теплоносителя по отопительным приборам может быть однотрубной и двухтрубной. В первом случае радиатор разрывает единственный розлив или, что разумнее, врезается параллельно ему. Во втором каждый отопительный прибор является перемычкой между подающим и обратным трубопроводами.

Одно- и двухтрубная разводки.

Вертикальные и горизонтальные

Ленинградка — однотрубное кольцо по периметру дома с врезанными параллельно ему батареями, является типичной горизонтальной системой. Стояк отопления в многоквартирном доме — столь же типичная вертикальная. Как нетрудно догадаться, они часто комбинируются: скажем, в том же многоквартирном доме с вертикальным стояком соседствует горизонтальный розлив.

Комбинированная система: горизонтальный розлив и вертикальные стояки.

Попутные и тупиковые

Если теплоноситель от выходного патрубка котла до входного не меняет направления движения на противоположное — это попутная система. Если меняет — тупиковая.

Попутная и тупиковая схемы.

Верхний и нижний розлив

В многоквартирных домах можно встретить два типа разводки стояков.

• Нижний розлив подразумевает, что подача и обратка находятся в подвале. Стояки соединяются попарно перемычкой на чердаке или верхнем этаже. Каждая пара стояков накоротко замыкает подающий и обратный трубопроводы.

Нижний розлив: подача и обратка в подвале.

• В случае верхнего розлива подача вынесена на чердак и снабжена баком для сбора воздуха. Каждый стояк для сброса приходится отключать в двух точках; зато при запуске системы проблем на порядок меньше: стравить воздух нужно не на каждой паре стояков, а лишь в единственном баке.

Верхний розлив: подача на чердаке.

Подключение радиаторов

Секционные отопительные приборы могут подключаться к подводкам несколькими способами.

• Боковое подключение наиболее выгодно с точки зрения эстетики. Однако при большой длине прибора крайние секции будут заметно холоднее первых от подводки.

На фото — радиатор с боковым подключением подводок.

• Диагональное подключение позволит батарее прогреваться по всей длине.

• Наконец, схема «снизу вниз» не только равномерно прогреет радиатор, но и избавит его от необходимости в промывке. Непрерывная циркуляция через нижний коллектор не даст ему заиливаться. Оборотная сторона такого подключения — в необходимости снабдить верхнюю пробку краном Маевского и при каждом запуске стравливать воздух.

Подключение по схеме «снизу вниз». Радиатор снабжен воздушником.

Заключение

Надеемся, что наш экскурс в теорию, пусть и несколько поверхностный, окажется полезным читателю. Как обычно, прикрепленное видео предложит его вниманию дополнительные материалы.

Успехов!