Системы отопления - виды и классификация. Виды систем отопления частного дома. От проверенных старых, до совершенных новых Отопительные системы какие виды есть

Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодный период времени, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения.

Отопление - искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь и поддержания в них заданного температурного режима.

Система отопления (далее СО) – это совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла в помещения, с целью поддержания в них заданного значения температуры внутреннего воздуха.

Основными элементами СО являются:

источник тепла (котел или тепловая станция);
передатчик тепла (магистральные трубопроводы или тепловые сети);
потребитель тепла (СО здания).

В зависимости от взаимного расположения источника и потребителя тепла СО подразделяются на:

местные (источник тепла располагается непосредственно в отапливаемом помещении, либо в непосредственной близости от него; расстояние от источника тепла до дальнего отопительного прибора составляет не более нескольких десятков метров);
центральные (источник тепла находится за пределами отапливаемых помещений, а передача тепла от источника к потребителю происходит при помощи теплопроводов тепловых сетей).

В зависимости от вида теплоносителя различают следующие типы системы отопления:

водяные,
воздушные,
паровые,
газовые.

Недостатки газового отопления:

Использование в качестве теплоносителя высокотемпературных продуктов сгорания топлива ограничено отопительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками, что обусловлено ухудшением состояния воздушной среды при непосредственном попадании газов в помещение. Удаление продуктов сгорания наружу по каналам усложняет систему и понижает ее КПД.

При использовании в качестве теплоносителя пара появляется возможность быстрого нагревания помещений, т.к. пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью.

Недостатки парового отопления:

пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям (при постоянно высокой температуре - 100 о С и более - на поверхности теплопроводов и отопительных приборов происходит разложение оседающей органической пыли;
невозможно качественное регулирование температуры пара;
обладает повышенным шума (особенно при возобновлении работы после перерывов).

Вследствие этих недостатков, система парового отопления не допускается к применению в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление допускается применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства).

Таким образом, при строительстве загородного дома целесообразно рассматривать водяное или воздушное отопление.

Вода представляет собой практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления обеспечивает:

равномерную температуру воздуха;
возможность качественного регулирования при ограничении температуры поверхности отопительных приборов;
значительный срок службы;
бесшумность действия;
простоту обслуживания и ремонта.

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малой теплоемкостью, плотностью и вязкостью. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение и равномерность температуры воздуха в помещениях, совмещать отопление с воздуха, а также избежать установки отопительных приборов.

По способу создания циркуляции теплоносителя в водяных и воздушных системах отопления различают системы:

с естественной циркуляцией (гравитационные);
с вынужденной циркуляцией ().

Требования к системам отопления:

Санитарно-гигиенические – обеспечивать в помещении заданное значение температуры внутреннего воздуха, температуры на внутренних поверхностях ограждений, температуры на поверхностях отопительных приборов.
Экономические – обеспечивать невысокие капитальные вложения с минимальным расходом металла, а также экономный расход тепловой энергии при эксплуатации.
Архитектурно-строительные – соответствие интерьеру помещений, компактность.
Производственно-монтажные – механизация изготовления узлов и деталей, их унификация, сокращение затрат при монтаже.
Эксплуатационные – эффективность действия в течение всего периода работы, надежность.

Отопление представляет собой обогрев помещения в холодный период, возмещающий теплопотери и поддерживающий температуру на заданном уровне, а также отвечающий представлениям о тепловом комфорте и требованиям технологического процесса. Отопительная система включает в себя комплекс устройств, которые выполняют эту функцию.

Тепловой комфорт, в большой мере, определяет температура в помещении. Немаловажную роль играет равномерное распределение температур по всем направлениям. На него влияет вид отопительных приборов, их расположение, а также теплозащитные свойства и возможность проникновения наружного воздуха в помещение.

Мощность системы отопления должна обеспечивать максимальное возмещение теплопотерь в отопительный период при наружной температуре, равной средней температуре в наиболее холодную пятидневку в конкретном населенном пункте.

Самыми распространенными отопительными системами считаются водяные, электрические и газовые. Выбор определенного отопительного оборудования зависит от многих факторов.

Электрические системы отопления

Обогрев помещения, в котором устанавливается электрическое отопление, осуществляется без участия теплоносителя. Тепло преобразуется из электроэнергии. В России и странах СНГ электрический вид отопления считается наиболее перспективным, тогда как в Европе – наиболее популярным. На российской территории относительная дороговизна электроэнергии и регулярные перебои в ее подаче не позволяют эффективно использовать электричество как единственный источник питания. Кажется, что использование электрических отопительных систем чревато серьезными финансовыми затратами, однако, доскональные подсчеты предоставляет совершенно иную картину.

Преимущества электроотопления

легкость и удобство в эксплуатации;
небольшие размеры отопительных приборов и отсутствие необходимости специального ухода за ними;
возможность эффективного регулирования подачи тепла;
быстрота нагрева воздуха;
высокий уровень экологической чистоты и гигиеничности электрического оборудования;
низкий уровень шума системы отопления, так как ее функционирование не нуждается в использовании циркуляционных насосов;
эстетичность электрического оборудования;
легкий монтаж.

Недостатки электроотопления

высокие эксплуатационные расходы;
перебои электроэнергии вызывают нестабильность электрических систем.

Кроме прямого электрического отопления к электросистемам отопления относят теплый пол, радиаторы и конвекторы, инфракрасные обогреватели и кварцевые обогреватели.

В российских условиях электрические системы отопления разумно использовать в качестве резервного источника обогрева.

Водяные системы отопления

Водяные отопительные системы – самый распространенный вид централизованного и отопительного отопления. Данный вид отопления корректнее называть «традиционным», поскольку теплоносителем может быть не только вода, но и любая другая теплоемкая жидкость, отвечающая определенным физико-химическим требованиям.

Такой термин обуславливает широта распространения водяных отопительных систем. В подобных системах жидкий теплоноситель (в большинстве случаев аэрированная вода) нагревается до определенных температур, проходит по отопительным приборам и трубопроводам, осуществляя теплообмен с воздухом в помещении.

Преимущества водяного отопления

Популярность водяных систем отопления вызвано целым рядом их достоинств:

экономичный расход и дешевая стоимость материалов (при обустройстве водяных трубопроводов используются трубы меньшего диаметра, чем для воздушных);
высокая теплоемкость теплоносителей (в воде содержится гораздо больше тепла, чем в других теплоносителях, поскольку теплоемкость воды в 4000 раз выше, чем теплоемкость воздуха, нагретого до такой же температуры).

Недостатки водяного отопления

Основные недостатки водяных систем отопления по сравнению с другими видами искусственного обогрева помещения заключаются в трудоемкости его монтажа и дальнейшей эксплуатации. Связано это с тем, что обустройство водяных трубопроводов осуществляется только при возведении здания или его капитальном ремонте, поскольку необходимы сложные строительные работы.

Кроме того, бесперебойную работу водяных отопительных систем обеспечивает постоянный нагрев теплоносителя, то есть необходим непрерывный контроль над функционированием теплового генератора.

Неудобства использования традиционных систем отопления ожидают и тех, кто на долговременный период покидает свое жилище. Перед длительным отбытием всю воду из отопительной системы необходимо слить, так как при отрицательных температурах воздуха жидкость может замерзнуть, что вызовет разрыв трубопровода. Но и отсутствие воды в системе тоже не приветствуется, поскольку в заполненных воздухом трубах гораздо интенсивнее начнут протекать коррозионные процессы.

Газовые системы отопления

Газовые отопительные системы активно применяются в обустройстве отопления загородных домов, вблизи которых проложена газовая магистраль. Если к коттеджному поселку подведены газовые коммуникации, то монтажные организации в большинстве случаев предложат использовать именно газовую систему отопления, поскольку она обладает определенными достоинствами.

Преимущества газовых систем отопления

газ – самое дешевое топливо;
нет нужды в постоянном контроле над пламенем, так как газ подается беспрерывно. Если пламя по какой-то причине погаснет, датчик мгновенно известит систему электрического розжига, и горелка вновь зажжется.
КПД газовых отопительных систем очень высок, учитывая низкую стоимость топливного сырья;
газовые отопительные приборы позволяют отопить большие по площади помещения.

Недостатки газовых систем отопления

Для установки газового котельного оборудования необходимо согласование со службой Газтехнадзора. Для успешного результата согласования необходимо предоставление проекта котельной, с монтажной и обслуживающей фирмой, копии разрешения на проектные и монтажные работы выбранной организации, а также заключение трехстороннего договора об обязанностях и ответственности по оборудованию.

При решении применения газового оборудования для отопления необходимо предусмотреть наличие дымохода, через который будут отводиться отработанные газы. Установка газовой котельной должна производиться в отдельном помещении с отдельным выходом на улицу и хорошим снабжением воздухом. Особенно это актуально при использовании оборудования с атмосферной горелкой.

Понижение давления газа и износ горелки может стать причиной того, что отопительное оборудование начнет коптить, а его КПД значительно снизится.

При небольшой площади дома (менее 100 кв.м.) применение газового оборудования становится экономически не выгодным, да и нежелательным из-за его невысокой экологической безопасности.

В атмосферной горелке пламя открыто, что для некоторых людей является сдерживающим фактором из-за отсутствия должной безопасности.

Необходимо применять газовое оборудование, адаптированное под российские условия. Давление газа может значительно изменяться. Достигнув определенного минимума, горелка неадаптированного импортного котла может начать сжигать себя, что станет причиной поломки газового котельного оборудования.

Нужен монтаж автоматики, которая будет следить за утечками газа.

Выбор радиатора и способы повышения теплоотдачи

Любой отопительный радиатор состоит из секций. Их количество зависит от характеристик помещения, которое необходимо обогревать. Для этого необходимо учесть множество нюансов:

размеры помещения;
материал, из которого возведен дом;
наличие в помещении стеклопакетов;
количество наружных стен и окон;
насколько утеплены наружные стены;

Часто, выбирая радиатор, отталкиваются от упрощенной формулы, которая гласит, что на 2м2 площади необходима 1 секция батареи плюс 1 дополнительная секция на все помещение, которая позволит не замерзнуть при открытой двери или холодными стенами

При выборе радиатора, необходимо обращать внимание на материал, из которого он сделан. Ведь именно облицовка влияет на теплоотдачу. Исходя из этого, радиатор может быть алюминиевым, чугунным, биметаллическим или стальным. Их отличает тепловая мощность и рабочее давление.

Для повышения теплоотдачи необходимо, чтобы:

регулирующий вентиль был легко доступным;
высота расположенных спереди приточных отверстий и отверстий, через которые идет нагретый воздух, должна быть равна глубине отопительного элемента, а длина – длине отопительного прибора;
высота и ширина верхних отверстий для теплого воздуха должны быть больше или равны аналогичным значениям самого отопительного оборудования;
большое свободное сечение решеток должно быть не менее 50% от всего сечения решетки;
облицовка должна обладать небольшим весом и легко сниматься.

Необходимо учитывать, что органические краски не оказывают практически никакого влияния на излучение. Наоборот, такая окраска способствует повышению излучательной способности по сравнению с неокрашенной поверхностью.

Грамотно подобранное оборудования обеспечивает не только максимальную эффективность отопительной системы, но и позволяет снизить финансовые затраты во время его эксплуатации и сформировать комфортный микроклимат любого помещения. Окончательный выбор той или иной отопительной системы нужно принимать только после консультаций со специальности в данной области.

Частный дом всегда был мечтой любого гражданина нашей страны. Все преимущества такого типа жилья перед домами многоквартирного типа можно перечислять очень долго. Хозяин частного дома имеет куда большие возможности по оптимизации расходов на содержание жилья благодаря его автономности.

При использовании современных энергосберегающих технологий, строительных материалов и комплексных систем отопления теоретически можно свести такие расходы к весьма незначительной величине.

Современный рынок предлагает потребителю много видов отопительных систем частного дома, от традиционных до продуктов передовых технологий. Все большей популярностью пользуются .

Можно использовать какой-либо один вид систем отопления, наиболее подходящий для частного дома. Следует учитывать такие факторы, как климатическая зона в котором расположен дом, состав материалов, используемых при строительстве здания, экономическая целесообразность и множество иных причин.

Весьма эффективным способом отопления дома может быть комбинация в применении нескольких видов отопительных систем.

Наиболее широкое распространение получило водяное отопление.

Преимущества

Можно использовать как один, так и несколько источников тепла. По физическим параметрам вода хорошо переносит тепловую энергию. Приборы обогрева, например, радиаторы отдают это тепло, нагревая воздух в помещении.
Универсальность в использовании топлива. Нагревать воду можно множеством способов. Можно отапливать помещения дровами или углем, приобрести котел на жидком топливе, подвести природный газ. Наконец имеется возможность производить нагрев воды с помощью котлов, работающих на электричестве.
Доступность материалов и широкий выбор изделий. Легко выбирается наиболее подходящий вариант приборов отопления (батареи чугунные, современные биметаллические радиаторы, конвекторы и другие устройства). Большой выбор труб из различных материалов (железо, медь, полипропилен, металлопластик и др.) позволит создать систему отопления сообразно любого бюджета.

Водяное отопление может быть подключено как от централизованных сетей, так и быть выполнено автономно. По исполнению системы водяного отопления бывают:

а) Однотрубные. Подключение радиаторов осуществляется последовательно.

б) Двухтрубные. Радиаторы в этом случае запитываются параллельно между магистралями подачи и обратки.

в) Коллекторные или по другому . Все приборы отопления запитываются от общего распределителя, именуемого коллектором.

Недостатки

Недостатки водяного отопления также общеизвестны. Это высокая подверженность процессам коррозии и окисления, неравномерность прогрева радиаторов в некоторых случаях, достаточно большие потери при транспортировке тепла. При аварийных ситуациях может образоваться утечка теплоносителя.

Также такая система требует соблюдения температурного режима. В минусовые температуры необходим полный слив теплоносителя из сетей, чтобы исключить их заморозку.

Воздушное отопление

Этот вид системы отопления частного дома заслуживает внимания для применения благодаря своей универсальности. Нагретый в теплообменниках воздух может подаваться как в отдельное помещение, так и по всему зданию.

При воздушном отоплении дом очень быстро прогревается и становится пригодным для комфортного проживания. До появления и внедрения водяного отопления обогрев подаваемым по воздуховодам горячим воздухом широко использовался в нашей стране. Наиболее эффективным он показал себя при использовании зданий с большими жилыми площадями.

Плюсы использования воздушного отопления:

Экономичность и эффективная доставка тепла. Отсутствует промежуточный носитель (напомним, его роль в водяном отоплении выполняет вода или иная жидкость), не нужны дополнительные приборы обогрева.
Легкий и быстрый запуск в работу. Такое отопление не может протечь, затопить дорогой интерьер, замерзнуть.
Высокий коэффициент полезного действия и долговечность. При правильном техническом обслуживании аварийные ситуации сведены к минимуму. Оборудование воздушного обогрева служит безотказно десятилетиями.
Высокий уровень интеграции с вентиляционными системами, что положительно сказывается на снижении стоимости работ и материалов, а также в простоте и экологическом преимуществе монтажа.

Электричество

Отдельно стоит упомянуть об электрическом виде отоплении. Само слово «электричество» прочно вошло в наш обиход. Область использования электроэнергии в мире приближается к ста процентам.

Поэтому как вариант можно использовать системы отопления, полностью работающие на электричестве. В некоторых случаях может быть целесообразной установка, например, электрического подогрева полов, полотенцесушителей в ванные комнаты, небольших радиаторов.

Однако, электроэнергия постоянно растет в цене, и этот фактор необходимо учитывать, устанавливая приборы электрообогрева рационально. Также особенно важно соблюдать меры электробезопасности, производить монтаж такого оборудования с помощью квалифицированных специалистов.

Альтернативные варианты отопления

При постоянном повышении цен на энергоносители устойчиво продвигаются альтернативные виды систем отопления частного дома . Конечно, они не могут в полной мере заменить традиционные способы отопления частного дома, но снизить затраты способны существенно.

В регионах, где количество солнечных дней достаточно велико, все чаще можно наблюдать установленные на крышах загородных и частных домов солнечные батареи. Солнечный свет является неиссякаемым источником энергии, и позволяет пользоваться преобразованным электричеством долгие годы.

Электричество в свою очередь используется как питание для нагревательных элементов отопления. Единственный недостаток такого вида получения энергии – дороговизна элементов, но со временем затраты окупаются.

Солнечную энергию также можно «консервировать» и применять при помощи солнечного коллектора. Принцип его действия основан на нагреве выставленного на солнце радиатора, соединенного с емкостью большого объема. Солнечные лучи нагревают воду в радиаторе, которая в свою очередь отдает тепло в емкость.

Данный способ позволяет нагревать воду для использования ее в качестве теплоносителя в системах отопления. Наибольший эффект достигается при использовании вакуумных коллекторов. Внутри таких радиаторов находятся колбы с откачанным воздухом, таким образом достигается эффект «термоса».

Ветрогенераторы

Понятно, что напрямую использовать силу ветра для отопления дома использовать не получится. Но зато, установив «ветряк» можно получить дармовую электроэнергию, впоследствии направляемую на различные нужды, в том числе и для питания систем отопления. В регионах, где ветры бывают особенно часто такой способ получения энергии будет наиболее эффективным. Опять же, как и в случаях с солнечными батареями все упирается в стоимость аккумуляторов, преобразователей и электрогенераторов.

Тепловой насос

Это вид системы отопления, которая поможет существенно снизить затраты на отопление частного дома. Принцип его действия напоминает устройство холодильных камер или кондиционеров. Такое устройство может выкачать тепловую энергию из потенциальных источников тепла, не отличающихся высокой температурой. Ими может служить почва или вода.

Такая система требует питания электрической энергией, однако на выходе может выдавать тепло в разы больше затраченных на ее работу ресурсов. Существенным недостатком теплового насоса является его громоздкость и сложность в монтаже.

В заключение данного обзора стоит отметить следующее. Наибольшую эффективность в отоплении собственного дома показывает способ, при котором результат достигается при минимальных затратах, по сравнению с другими способами.

Поэтому с уверенностью говорить о преимуществах одного способа обогрева жилья над другим невозможно. В местах, где широко используется природный газ глупо устанавливать твердотопливные котлы как основной источник обогрева.

Прежде всего, в выборе оптимального способа отопления своего дома нужно учитывать целесообразность. Если подвести некоторый итог, то можно сделать следующий вывод — в подавляющем большинстве случаев для работы отопительных приборов условно используется лишь два источника энергии:

а) Энергия, получаемая путем сгорания разнообразного топлива, в дальнейшем нагревающая теплоноситель;

б) Электрическая энергия, с помощью которой нагреваются тепловые установки, воздух или (и) приборы обогрева.

А вот способы и приемы получения результата могут исчисляться десятками. Поэтому, чаще всего, экономии можно достичь, комбинируя различные способы получения энергии, используя разнообразные виды отопления. Все нюансы и затраты требуют тщательных расчетов. Ведь свое жилище будет содержать хозяин на собственные средства.

Смешанные типы системы отопления

В этой статье мы рассмотрим, какие бывают системы отопления, но чтобы это сделать, их нужно разделить, по крайней мере, на три вида – это воздушное, водяное и электрическое. Каждый из этих методов делится ещё на несколько типов по виду отопителей, источнику энергии и способу подачи теплоносителя. Причём каждый из способов заслуживает отдельного детального описания, поэтому, для совместного обозрения, мы рассмотрим только общие черты каждого из них.

Воздушное отопление

Воздушные типы отопления включают в себя электрические и газовые конвекторы , а также печное отопление разного типа. По сути, в таких системах нет теплоносителя, и воздух нагревается непосредственно от отопителя.

Конвекторы

Такие типы систем отопления нагревают помещение при помощи конвекции воздуха , то есть, холодные потоки, проходя сквозь горячие пластины и жалюзи прибора, нагреваются и попадают в комнату. Прибор может быть оснащён вентилятором для принудительного нагнетания воздуха, что способствует быстрому обогреву помещения.

Похожими функциями обладают и газовые конвекторы , но для их функционирования нужна газовая труба и дымоход для удаления остатков горения. Такие приборы нового поколения не только обогревают помещение, но и греют воду для ГВС, что пока ещё не разработано для электрических аналогов. Конечно, цена такого агрегата будет выше, чем у обычных конвекторов, но материальные затраты окупаются повышенным комфортом.

Печи

Мы не будем упоминать об обычных , широко известных для большинства жителей частного сектора, а лишь рассмотрим Булерьян. Это канадское изобретение, хотя и запатентовано почему-то в Германии, имеет КПД до 95% и, в зависимости от модификации, может обогреть помещение от 100м 2 до 1000м 2 .

Такие печи работают исключительно на дровах , и инструкция предусматривает одну загрузку на 7-10 часов (в зависимости от модификации). Учитывая то, что печной корпус огибают трубы, которые, в свою очередь, обшиты кожухом, поверхность отопителя греется не сильно, зато температура воздуха, выходящего из труб, достигает 160⁰C.

Совет. Печи Булерьян очень удобны для загородных домов, куда приезжают изредка, а по приезду нужно быстро обогреть помещение. Тем более что агрегат независим от каких-либо сторонних источников энергии за исключением дров.

Водяное отопление

Для разводки водяного отопления применяются трубы из стали, меди, полипропилена и, реже — из металлопласта . Иногда разные виды материалов комбинируются для удобства монтажа или в интересах повышения КПД.

Котлы

Водяной тип системы отопления функционирует благодаря отопителям , в роли которых могут выступать обычные печи, электрообогреватели (ТЭНовые и электродные), а также газовые, жидкотопливные и твердотопливные разных модификаций. К тому же, котлы могут быть многотопливными или универсальными, совмещая в одном приборе несколько видов горючего, например, газ-дизель или газ-дизель-электричество-твёрдое топливо.

Хотелось бы обратить внимание на то, какое бывает отопление с электрокотлами, а точнее, на относительно новый тип обогревателей – электродный . Здесь, по сути, отсутствует теплообменник, и жидкость греется за счёт движения электронов с частотой 50Гц (50 циклов в секунду). ЭОУ могут работать без принудительной циркуляции и при необходимости их легко совмещать с котлами другого типа, либо устанавливать параллельно друг другу в одной системе.

Системы и радиаторы

Водяной контур может быть однотрубным или двухтрубным , как это видно на фото вверху. Для начала рассмотрим двухтрубную систему, где подача теплоносителя в приборы отопления идёт по одной трубе, а возвращается – по другой. Таким образом, температура воды не зависит от количества радиаторов и лишь незначительно остывает при прохождении через саму трубу, что вовсе незаметно практически. Такая система может быть и с принудительной и с естественной подачей.

А вот уже зависит от количества радиаторов , потому что теплоноситель, проходя через этот прибор, возвращается в ту же трубу и к следующей батарее вода поступает уже слегка охлаждённой, и так далее. С произвольной подачей воды в однотрубном контуре оптимально устанавливать своими руками не более трёх радиаторов, а если установить циркуляционный насос, то не более пяти батарей на одну трубу.

Радиаторы по внешнему виду и сборке можно разделить на: колончатые, секционные и панельные , а по материалу – на чугунные, стальные, алюминиевые и биметаллические. Для автономного отопления чугунные батареи использовать нецелесообразно, потому что на низ затрачивается большое количество теплоносителя и, как следствие, потребляемой энергии. В отопительных приборах такого типа существует боковое и нижнее подключение.

Теплый пол

Система тёплого пола укладывается либо полиэтиленовой, либо металлопластовой трубой, спиралью или змейкой. Если говорить о материале, то металлопласт гораздо экономичнее и удобнее в работе, хотя КПД у них практически одинаково. Чаще всего такие полы укрываются керамической плиткой, хотя бывают и исключения, но в любом случае, труба заливается стяжкой.
Бывают совмещённые контуры – радиаторы с «тёплым полом» и так как они работают от одного котла, приходится разграничивать температуру теплоносителя. Для этого используют трёхходовые клапаны с сервоприводом.

Заключение

Выбирая тип отопления для своего дома, вам, прежде всего, следует руководствоваться техническими возможностями здания. Также следует учитывать то, какие энергоносители наиболее доступны в этом районе.

В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.

К конвективному относят отопление, при котором температура внутреннего воздуха поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения, понимая под радиационной усредненную температуру поверхностей, обращенных в помещение, вычисленную относительно человека, находящегося в середине этого помещения. Это широко распространенный способ отопления.

Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха. Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, до 18-20 °с вместо 20-22 °с в помещениях гражданских зданий).

Конвективное или лучистое отопление помещений осуществляется специальной технической установкой, называемой системой отопления. Система отопления — это совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания.

Основные конструктивные элементы системы отопления (рисунок 1):

теплоисточник ( при местном или теплообменник при централизованном теплоснабжении) — элемент для получения теплоты;
теплопроводы — элемент для переноса теплоты от теплоисточника к ;
отопительные приборы — элемент для передачи теплоты в помещение.

Рисунок 1. Схема системы отопления: 1 — теплогенератор или теплообменник и ; 2 — подача топлива или подвод первичного теплоносителя; 3 — подающий теплопровод; 4 — отопительный прибор; 5 — обратный теплопровод.

Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость — антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.

Система отопления для выполнения возложенной на нее задачи должна обладать определенной тепловой мощностью. Расчетная тепловая мощность системы выявляется в результате составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха.

Текущие (сокращенные) теплозатраты на отопление имеют место в течение почти всего времени отопительного сезона, поэтому теплоперенос к отопительным приборам должен изменяться в широких пределах. Этого можно достичь путем изменения (регулирования) температуры и (или) количества перемещающегося в системе отопления теплоносителя.

Требования к системе отопления

Санитарно-гигиенические : поддержание заданной температуры воздуха и внутренних поверхностей ограждений помещения во времени, в плане и по высоте при допустимой подвижности воздуха, ограничение температуры на поверхности отопительных приборов;

Экономические: оптимальные капитальные вложения, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации;

Архитектурно-строительные: соответствие интерьеру помещения, компактность, увязка со строительными конструкциями, согласование со сроком строительства здания;

Производственно-монтажные: минимальное число унифицированных узлов и деталей, механизация их изготовления, сокращение трудовых затрат и ручного труда при монтаже;

Эксплуатационные: эффективность действия в течение всего периода работы, надежность (безотказность, долговечность, ремонтопригодность) и техническое совершенство, безопасность и бесшумность действия.

Деление требований на пять групп условно, так как в них входят требования, относящиеся как к периоду проектирования и строительства, так и эксплуатации здания.

Наиболее важны санитарно-гигиенические и эксплуатационные требования, которые обусловливаются необходимостью поддерживать заданную температуру в помещениях в течение отопительного сезона и всего срока службы системы отопления здания.

Классификация систем отопления

Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на местные и центральные.

В местных системах для отопления, как правило, одного помещения все три основных элемента конструктивно объединяются в одной установке, непосредственно в которой происходит получение, перенос и передача теплоты в помещение. Теплопереносящая рабочая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива.

Еще одним примером местной системы отопления могут служить отопительные печи, конструкции и расчет которых будут рассмотрены.

В местной системе теплопередача может осуществляться с помощью жидкого или газообразного теплоносителя либо без него непосредственно от разогретого твердого элемента.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. В тепловом центре находятся теплогенераторы (котлы) или теплообменники. Они могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в котельной или местном тепловом пункте) либо вне здания — в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящей котельной) или ТЭЦ.

Теплопроводы центральных систем подразделяют на магистрали (подающие, по которым подается теплоноситель, и обратные, по которым отводится охладившийся теплоноситель), стояки (вертикальные трубы или каналы) и ветви (горизонтальные трубы или каналы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам (с ответвлениями к помещениям при теплоносителе воздухе).

Примером центральной системы является система отопления здания с собственным тепловым пунктом или котельной, принципиальная схема которой не будет отличаться от схемы на рисунке 1, если отопительные приборы размещены во всех обогреваемых помещениях этого здания.

Центральная система отопления называется районной, когда группа зданий отапливается из отдельно стоящей центральной тепловой станции. Теплогенераторы, теплообменники и отопительные приборы системы здесь также разделены: теплоноситель (например, вода) нагревается на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним (внутри здания) теплопроводам в отдельные помещения каждого здания к отопительным приборам и, охладившись, возвращается на тепловую станцию (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема районной системы отопления: 1 — приготовление первичного теплоносителя; 2 — местный тепловой пункт; 3 и 5 — внутренние подающие и обратные теплопроводы; 4 — отопительные приборы; б и 7 — наружный подающий и обратный теплопроводы; 8 — циркуляционный насос наружного теплопровода

В современных системах теплоснабжения зданий от ТЭЦ или крупных тепловых станций используются два теплоносителя. Первичный высокотемпературный теплоноситель перемещается от ТЭЦ или тепловой станции по городским распределительным теплопроводамк цтп или непосредственно к местным тепловым пунктам зданий и обратно. Вторичный теплоноситель после нагревания в теплообменниках (или смешения с первичным) поступает по наружным (внутриквартальным) и внутренним теплопроводам к отопительным приборам обогреваемых помещений зданий и затем возвращается в цтп или местный тепловой пункт.

Первичным теплоносителем обычно служит вода, реже пар или газообразные продукты сгорания топлива. Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая центральная система отопления именуется водоводяной. Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, паровоздушная, газовоздушная и другие системы центрального отопления.

По виду основного (вторичного) теплоносителя местные и центральные системы отопления принято называть системами , парового, воздушного или газового отопления.

Теплоносители в системах отопления

Движущаяся среда в системе отопления — теплоноситель — аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогреваемые помещения. Теплоносителем для отопления может быть подвижная, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, предъявляемым к системе отопления.

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют воду или атмосферный воздух, реже водяной пар или нагретые газы.

Сопоставим характерные свойства указанных видов теплоносителя при использовании их в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. При транспортировании горячих газов имеют место значительные попутные теплопотери, обычно бесполезные для обогревания помещения.

Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструкцию и понижает кпд отопительной установки. При этом возникает необходимость решения экологических проблем, связанных с возможным загрязнением атмосферного воздуха продуктами сгорания вблизи отапливаемых объектов.

Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми калориферами и другими подобными местными отопительными установками.

В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления, способна сорбировать или выделять растворимые в ней газы при изменении температуры и давления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении.

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требований, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помещениях равномерной температуры. По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании нагретого воздуха-теплоносителя с низкой теплоинерционностью — можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения, быстро изменяя температуру подаваемого воздуха, т.е. Проводя так называемое эксплуатационное регулирование. При этом одновременно с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру помещений, что достигается регулированием температуры, подаваемой в отопительные приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1 -2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за несоответствия теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям помещения в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого в приборы пара и даже периодически отключать их во избежание перегревания помещений при уменьшении их теплопотерь.

Другое санитарно-гигиеническое требование — ограничение температуры наружной поверхности отопительных приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65-70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, т.е. Превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагретых поверхностей, как правило, ниже, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления понижают для снижения теплопередачи приборов при уменьшении теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает гигиенического предела.

Важным экономическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теплопроводы и отопительные приборы.

При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что затрудняет регулирование теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине.

Основные виды систем отопления

В настоящее время в россии применяют центральные системы в основном водяного и, значительно реже, парового отопления, местные и центральные системы воздушного отопления, а также печное отопление в сельской местности. Приведем общую характеристику этих систем с детальной классификацией на основании рассмотренных свойств теплоносителей.

При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается к теплоисточнику для последующего нагревания.

Системы водяного отопления по способу создания циркуляции воды разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные). В гравитационной системе (рисунок 3, а) используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры. В замкнутой вертикальной системе с неравномерным распределением плотности под действием гравитационного поля земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе (рисунок 3, б) используется насос с электрическим приводом для создания разности давления, вызывающей циркуляцию, и в системе создается вынужденное движение воды.

Рисунок 3. Схемы системы водяного отопления: а — с естественной циркуляцией (гравитационная); б — с механическим побуждением циркуляции воды (насосная); 1 — теплообменник; 2 — подающий теплопровод (т1); 3 — расширительный бак; 4 — отопительный прибор; 5 -обратный теплопровод (т2); 6 — циркуляционный насос; 7 — устройство для выпуска воздуха из системы

По температуре теплоносителя различаются системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды ниже 70 °С, среднетемпературные от 70 до 100 °С и высокотемпературные выше 100 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150°С.

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные.

В каждом стояке или ветви однотрубной системы отопительные приборы соединяются одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. Если каждый прибор разделен условно на две части («д» и «б»), в которых вода движется в противоположных направлениях и теплоноситель последовательно проходит сначала через все части «а», а затем через все части «б», то такая однотрубная система носит название бифилярной (двухпоточной).

В двухтрубной системе каждый отопительный прибор присоединяется отдельно к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через каждый прибор независимо от других приборов.

При воздушном отоплении циркулирующий нагретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обогреваемых помещений и иногда через их внутренние ограждения. Охлажденный воздух возвращается к нагревателю.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с механическим побуждением движения воздуха с помощью вентилятора.

В гравитационной системе используется различие в плотности нагретого и окружающего отопительную установку воздуха. Как и в водяной вертикальной гравитационной системе, при различной плотности воздуха в вертикальных частях возникает естественное движение воздуха в системе. При применении вентилятора в системе создается вынужденное движение воздуха.

Воздух, используемый в системах отопления, нагревается до температуры, обычно не превышающей 60 °с, в специальных теплообменниках -калориферах. Калориферы могут обогреваться водой, паром, электричеством или горячими газами. Система воздушного отопления при этом соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, электровоздушной или газовоздушной.

Может быть местным (рисунок 4, а) или центральным (рисунок 4, б)

Рисунок 4. Схемы системы воздушного отопления: а — местная система; б — центральная система; 1 — отопительный агрегат; 2 — обогреваемое помещение (помещения на рис. Б); 3 -рабочая (обслуживаемая) зона помещения; 4 — обратный воздуховод; 5 — вентилятор; б -теплообменник (калорифер); 7 — подающий воздуховод.

В местной системе воздух нагревается в отопительной установке с теплообменником (калорифером или другим отопительным прибором), находящимся в обогреваемом помещении.

В центральной системе теплообменник (калорифер) размещается в отдельном помещении (камере). Холодный воздух подводится к калориферу по обратному (рециркуляционному) воздуховоду. Горячий воздух от калорифера перемещается вентилятором в обогреваемые помещения по подающим воздуховодам.

Используемая литература:

А.Н. Сканави, Л.М. Махов. Отопление: учебник для студентов вузов. М.: асв – 2002 г – 576 c.