Современные системы отопления: водяное, солнечное, теплый пол, инфракрасное отопление и тепловые насосы

Содержание

• 1 Традиционные и новые способы
• 2 Водяное отопление
  • 2.1 Источники тепла
  • 2.2 Радиаторы
  • 2.3 Разводка
  • 2.4 Теплоаккумулятор
• 3 Новые схемы
  • 3.1 Солнечные коллекторы
  • 3.2 Теплый пол
  • 3.3 Инфракрасное отопление
  • 3.4 Тепловые насосы
• 4 Заключение

Какие современные системы отопления частного дома используются на территории нашей страны? Чем они привлекательны на фоне традиционных решений? Есть ли у используемых схем сколь-нибудь серьезные недостатки? Насколько они экономичны? Попробуем ответить на эти вопросы.

Не слишком похоже на привычную схему отопления, верно?

Традиционные и новые способы

Давайте сразу отделим одно от другого. Традиционные схемы водяного отопления по сей день остаются наиболее востребованными.

Причин тому несколько:

• Дешевизна газа и дров.

• Низкая стоимость оборудования.
• Большой объем информации и практических навыков у профильных специалистов именно в области обычного водяного отопления. Чтобы массово предлагать на отечественном рынке что-то новое, нужно располагать исчерпывающей информацией о достоинствах и недостатках решения. Именно с этим подчас возникают проблемы.

Чуть дальше мы выясним, как могут выглядеть традиционные системы отопления частного дома из современных комплектующих. В противовес им нам предстоит познакомиться с действительно новыми технологиями, в буквальном смысле переворачивающими представления об отоплении.

Привычные нам чугунные батареи остались далеко в прошлом.

Водяное отопление

Итак, как изменилось современное отопление загородного дома в рамках привычной схемы с теплоносителем и конвекционными отопительными приборами?

Источники тепла

Вначале — немного общих замечаний. Вот приблизительная стоимость киловатт-часа тепла для разных способов его получения.

Источник тепла Цена 1 КВт*ч, рубли Сжигание магистрального газа 0,7 Сжигание дров 1,2 Сжигание угля 1,3 Сжигание пеллет (гранулированных опилок) 1,5 Сжигание газа из газгольдера 1,9 Сжигание газа из баллонов 2,9 Сжигание дизельного топлива 3,4 Прямой нагрев электроэнергией 3,8

Наряду с экономичностью, однако, стоит учитывать удобство эксплуатации того или иного типа оборудования.

И вот по этому признаку наша табель о рангах выглядит совсем иначе:

Электрооборудование не требует обслуживания, работает без участия человека неограниченное время и позволяет использовать такие элементы, как термостаты, программируемый режим нагрева, управление по GSM и т.д.

Электрокотел не требует внимания владельца.

Газовые котлы с электророзжигом функциональностью не уступают электрическим, но требуют отвода продуктов сгорания, а при работе от газгольдера и баллонов — еще и их периодической заправки.

Соляровые отопительные установки обладают той же функциональностью, но больше шумят и требуют наличия объемного бака для хранения топлива.

Пеллетные котлы с системами автоматической подачи должны обслуживаться не реже раза в неделю: бункеру требуется загрузка, а зольнику — чистка.

Наконец, аутсайдеры — твердотопливные (угольные и дровяные) котлы. Загрузка топлива требуется им раз в несколько часов; попытка увеличить периодичность ограничением тепловой мощности (закрытым поддувалом) приводит к катастрофическому падению КПД из-за неполного сгорания при ограниченном притоке кислорода.

А теперь — список новинок, появившихся в этой области за последние десятилетия.

К электрокотлам на ТЭНах добавились индукционные и электродные:

• Индукционные используют нагрев помещенного в диэлектрическую и диамагнитную трубу ферромагнитного сердечника возбуждаемыми катушкой индуктивности вихревыми токами. Сердечник передает нагрев проточной воде. Достоинство решения — практически неограниченный ресурс: в нем нет изнашивающихся или деградирующих со временем элементов.
• Электродный котел, напротив, требует периодической замены электродов и контроля солевого состава воды. Его достоинства — компактность и абсолютная безопасность при разгерметизации контура: если вода покинет корпус, между электродами просто-напросто перестанет течь ток.

Снимок позволяет оценить размеры электродного котла.

Не менее любопытны так называемые конденсационные газовые котлы. Они обеспечивают более полную утилизацию теплоты сгорания газа, конденсируя на отдельном теплообменнике продукты сгорания. Разница в КПД с традиционными решениями достигает 10 — 11%.

Модернизации твердотопливных котов предсказуемо нацелены на повышение продолжительности их автономной работы.

• Газогенераторы, или пиролизные котлы разбивают сгорание топлива на два отдельных этапа. Вначале оно тлеет при ограниченном доступе воздуха; затем летучие углеводороды и угарный газ дожигаются в дополнительной камере. Такая схема позволяет закладывать топливо не более двух раз в сутки и устраняет падение КПД при ограниченной мощности.

Схема работы пиролизного котла.

• Котлы верхнего горения тоже используют пиролиз; но при этом процесс тления топлива переносится в верхнюю часть топки, что позволяет значительно увеличить ее объем. Зола уносится восходящим потоком продуктов сгорания. Автономность лучших образцов котлов верхнего горения литовской компании Stropuva достигает 31 часа.

Радиаторы

Некоторые современные отопительные приборы существенно отличаются своей эффективностью от привычных чугунных батарей.

Теплопроводность алюминия позволяет снабдить алюминиевые секционные радиаторы развитым оребрением, тем самым при небольшом внутреннем объеме обеспечив теплоотдачу более 200 ватт на секцию.

Еще выше теплоотдача медно-алюминиевых конвекторов: в них алюминиевые пластины оребрения напрессованы на медные трубки с теплоносителем.

Медно-алюминиевый внутрипольный конвектор.

Наконец, увеличить теплоотдачу помогает еще одна несложная модификация отопительных приборов: они снабжаются тихоходными вентиляторами, продувающими сквозь оребрение поток воздуха. При желании такую модернизацию несложно выполнить своими руками, снабдив обычный вентилятор понижающим обороты диммером.

Разводка

И в этой области в последние годы появилась пара интересных новинок.

• Полипропиленовые трубы при достаточно высокой для автономной системы прочности и исключительной долговечности очень дешевы и легко монтируются низкотемпературной пайкой с помощью простенького паяльника. Как правило, на отоплении используется армированная алюминиевой фольгой труба. Армирование не столько увеличивает прочность на разрыв, сколько уменьшает довольно высокое тепловое расширение полимера.
• Не менее любопытны трубы из сшитого полиэтилена — прочного, прекрасно переносящего высокие температуры и весьма эластичного. Он применяется при коллекторной разводке отопительных приборов с укладкой подводок в стяжку.

Эластичность материала позволяет поставлять его в бухтах.

Теплоаккумулятор

Современная система отопления нередко оснащается теплоаккумулятором — массивной теплоизолированной емкостью, позволяющей накопить большое количество тепловой энергии и расходовать ее на поддержание температуры радиаторов.

Зачем это нужно?

Приведем пару примеров:

Теплоаккумулятор позволяет уменьшить количество растопок твердотопливного котла в течение суток. Скажем, при средней потребляемой радиаторами мощности в 3 КВт 24-киловаттный котел растапливается один раз в сутки и работает в течение трех часов на номинальной мощности (что, кстати, позволит избежать падения КПД). Все остальное время нагревшаяся вода циркулирует между баком и отопительными приборами.

При использовании электрокотла любого типа наличие в схеме теплоаккумулятора позволит пользоваться ночным тарифом на электроэнергию, который в 2-3 раза ниже дневного.

Аккумулятор тепла в подвале коттеджа.

Новые схемы

Как уже говорилось, все перечисленные выше решения представляют собой ту или иную степень модернизации давно известного водяного отопления. А как выглядят по-настоящему современные технологии отопления дома?

Солнечные коллекторы

Простейший коллектор представляет собой покрашенный в черный цвет герметичный бак. Цель его установки вполне очевидна: нагревшись на солнце, вода может использоваться для хозяйственных нужд. Однако простая схема сохраняет работоспособность только летом — в холодное время года количество потерь тепла за счет конвекции будет вполне сопоставимо с тем, что бак получает от солнца.

В современных коллекторах эта проблема решена просто и изящно:

• Затемненные трубки с теплоносителем помещены в вакуумные колбы, исключающие непосредственный контакт с атмосферным воздухом.
• Эффективность прибора дополнительно увеличивается особым покрытием, способным утилизировать до 94% инфракрасного излучения.

Как правило, батарея коллекторов монтируется в общем контуре с теплоаккумулятором, способным накапливать полученное днем тепло и использовать его для обогрева ночью или в пасмурную погоду. Увы, солнечное тепло неспособно обеспечить дом бесплатным отоплением даже в теплых и солнечных регионах страны; однако снизить расходы на обогрев на 25 — 30% благодаря его утилизации вполне реально.

Схема отопления с солнечными коллекторами.

Теплый пол

Главный недостаток любой конвекционной системы отопления с настенными или напольными отопительными приборами — неравномерное распределение температур в отапливаемом помещении. Формирующийся над прибором восходящий поток эффективно нагревает воздух под потолком, а вот пол остается относительно холодным.

В результате владелец дома сталкивается с очевидными негативными последствиями:

• При средней температуре воздуха в комнате, скажем, в 25С под потолком вполне может быть 35, а на уровне пола 15. Между тем человек, извините за невольный каламбур, тяготеет именно к полу. Думается, читатель не вспомнит среди своих знакомых ни одного оригинала, проводящего свободное время на потолке.
• Чем больше дельта температур по обе стороны ограждающей конструкции дома, тем больше тепла рассеивается через нее. Нагрев воздуха под потолком означает еще и резкое увеличение утечки тепла через верхнее перекрытие.

Современные схемы отопления с теплым полом отличаются от конвекционных тем, что в нагревательный элемент превращается вся поверхность пола.

Нагрев может обеспечиваться:

Прокладкой в стяжке пола трубы с циркулирующим теплоносителем.

Укладкой туда же греющего электрического кабеля.

Монтажом под чистовое покрытие пленочных нагревателей.

Рабочая температура теплых полов составляет от 20 до 35-40 градусов. Средняя удельная мощность — 30-60 ватт на квадратный метр. Экономия достигается именно за счет более рационального распределения тепла: наиболее теплой в помещении будет зона над полом.

Распределение температур при конвекционном отоплении и в случае теплого пола.

Инфракрасное отопление

Помните свои ощущения у зимнего костра? Несмотря на окружающий вас холод, субъективно вы чувствуете себя в тепле и комфорте. Причина — перенос тепла между пламенем и вашими кожей и одеждой за счет инфракрасного (теплового) излучения.

ИК-нагреватели используют именно этот эффект: благодаря небольшой площади они отдают воздуху при непосредственном контакте сравнительно немного тепла. Основное его количество передается излучением.

Что в результате?

• Вся облучаемая прибором поверхность превращается в аналог теплого пола: она начинает нагревать соприкасающийся с ней воздух. Тем самым опять-таки обеспечивается заметная экономия тепла (прежде всего при потолочном монтаже излучателей) за счет рационального распределения температур.

• Из-за того, что кожа человека в зоне действия излучателя тоже нагревается, комфортная температура в помещении смещается на несколько градусов вниз. Уже при +15 в комнате субъективно тепло. Между тем, чем ниже температура в доме, тем меньше расходы на отопление.

Потолочная инфракрасная панель.

Тепловые насосы

Если последние две схемы подразумевают экономию за счет более эффективного распределения тепла, то современное отопление частного дома тепловым насосом представляет собой подход к проблеме с другой стороны.

В этом случае энергия тратится не на выработку тепла, а на его транспортировку от низкопотенциальных источников. Проще говоря, тепловой насос отбирает тепловую энергию у холодной среды и отдает ее теплому воздуху в доме.

Схема работы насоса в общих чертах повторяет устройство обычного холодильника:

Газообразный хладагент сжимается компрессором, переходя в жидкую фазу и нагреваясь.

Затем он проходит через теплообменник, где отдает избыточное тепло.

Пройдя расширительный клапан, в котором диаметр трассы резко увеличивается, хладагент возвращается в газообразное состояние. При этом его температура резко падает. Дефицит теплоты возмещается через второй теплообменник за счет окружающей его среды.

Принципиальная схема прибора.

Что может быть источником низкопотенциального тепла?

• Грунт. Грунтовые теплообменники могут погружаться в скважины или укладываться ниже уровня промерзания горизонтально. Тепловые насосы, работающие по схемам «грунт-вода» или «грунт-воздух», наиболее производительны, но требуют сложного и дорогостоящего монтажа теплообменников.

Укладка горизонтального грунтового теплообменника.

• Вода. Это может быть незамерзающий водоем или пара скважин, одна из которых используется для извлечения грунтовых вод, а вторая — для дренажа.
• Воздух. Современные отопительные системы, работающие по схемам «воздух-вода» и «воздух-воздух», наиболее дешевы и сравнительно просты в монтаже. Однако их эффективность падает по мере снижения температуры окружающего воздуха; нижний порог работоспособности находится на уровне -25 — — 30С.

Воздушный тепловой насос.

Насколько экономичны тепловые насосы? Их основной параметр — C.O.P. (coefficient of performance, соотношение произведенной тепловой и потраченной электрической мощности) достигает 3-5, что приближает их по затратам к магистральному газу и делает все прочие источники тепла неконкурентоспособными.

Возможно, читателю окажется полезным собственный опыт автора. В качестве источника тепла он использует бытовой тепловой насос «воздух-воздух» (он же — инверторный кондиционер). Место действия — Крым, Севастополь.

Вот краткий отчет результатов отопления одного этажа дома за последнюю зиму.

Параметр Значение Отапливаемая площадь 75 м2 Тепловая мощность кондиционеров 2х9000BTU (2х3,2 КВт) Среднемесячная температура +2 Температура в помещении +22 Расход электроэнергии за месяц 800 КВт*ч

На фото — внешний вид одного из используемых устройств. COP прибора достигает значения 4,95.

Заключение

Надеемся, что наше знакомство с современными отопительными системами будет познавательным и поможет читателю в выборе решения для собственного дома. Дополнительную информацию предложит прикрепленное к статье видео. Успехов!