Современная система отопления – это сложное инженерное сооружение, которое нельзя классифицировать по какому-то одному признаку. Поэтому для классификации этих систем используется совокупность некоторых свойств, наиболее полно отражающих их характеристики. В этой статье мы рассмотрим основные признаки, по которым будущему хозяину предстоит выбрать оптимальную для его дома систему, отвечающую требованиям комфортности, экономичности и надежности.
Система отопления – это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения. Основным нормативным документом, регламентирующим требования к системам отопления, являются СНиП 41-01-2003 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
Основными конструктивными элементами любой системы отопления являются:
– теплообменник – элемент для получения тепла при сжигании топлива или от другого источника;
– теплопровод – элемент для переноса тепла от теплообменника к отопительному прибору;
– отопительный прибор – элемент для передачи тепла в отапливаемое помещение.
Основные требования, предъявляемые к системе отопления:
– санитарно-гигиенические – обеспечение необходимой температуры воздуха в помещениях и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне;
– экономические – обеспечение минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию системы;
– строительные – обеспечение соответствия системы отопления принятым архитектурно-планировочным и конструктивным решениям;
– монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов, при минимальном количестве типоразмеров;
– эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления и ремонта; надежность, безопасность, бесшумность действия.
– эстетические – минимум занимаемой полезной площади помещений и приятный внешний вид.
Основные признаки, по которым классифицируются современные системы отопления:
1. По расположению основных элементов: местные и центральные.
В местных системах отопления, предназначенных, как правило, для отопления одного помещения, все три основных элемента (теплообменник, теплопровод и отопительный прибор) конструктивно объединены в одной установке, непосредственно в которой происходят получение, перенос и передача тепла в помещение. Характерным примером местной системы отопления является отопительная печь. В местной системе отопления с использованием электричества теплоперенос может осуществляться без теплоносителя – непосредственно через твердую среду.
Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. Теплообменник и приборы таких систем отопления отделены друг от друга: теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся в тепловом центре, перемещается по теплопроводам в отдельные помещения и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается в тепловой центр. Центральная система отопления может быть районной, когда группа зданий отапливается из центральной тепловой станции, размещающейся в котельной или местном тепловом пункте либо в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (в отдельно стоящей котельной) или ТЭЦ.
2. По преобладающему способу теплопередачи: конвективное и лучистое.
Конвективное отопление – способ обогрева помещения, при котором температура внутреннего воздуха поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения (осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов). Способ основан на передаче теплоты конвекцией (от лат. convectiō – «перенесение») – вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками теплого воздуха, идущими от отопительных приборов. Конвекция может быть как естественная (например, отопление при помощи радиаторов), так и вынужденная (тепловентилятор).
Лучистое отопление – отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха в нем. Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, для комфортного пребывания человека в помещении, отапливаемом системой лучистого отопления, достаточна температура 18-20°С вместо 20-22°С при конвективном отоплении).
3. По типу теплоносителя: водяные, паровые, воздушные.
Движущаяся среда в системе отопления – теплоноситель – аккумулирует теплоту в теплообменнике и затем передает ее в обогреваемые помещения посредством отопительного прибора. Теплоносителем для отопления может быть подвижная жидкая или газообразная среда, обладающая способностью аккумулировать тепло и изменять свои основные теплотехнические показатели, а также достаточно подвижная и дешевая.
Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют воду или атмосферный воздух, реже водяной пар или нагретые газы.
Водяное отопление.
Водяное отопление – способ отопления помещений с помощью жидкого теплоносителя (воды или теплоносителя на ее основе с более низкой температурой замерзания). Передача тепла в помещение производится с помощью радиаторов, конвекторов, регистров труб.
В отличие от парового отопления, вода находится в жидком состоянии, а значит, имеет более низкую температуру. Благодаря этому, водяное отопление более безопасно. Однако радиаторы для водяного отопления имеют большие габариты, чем для парового. Кроме того, при передаче тепла с помощью воды на большое расстояние температура значительно падает. Поэтому часто делают совмещённую систему отопления: от котельной с помощью пара тепло поступает в здание, где при помощи теплообменника передаётся воде, которая уже поступает к радиаторам.
Паровое отопление.
Паровое отопление – отопление с помощью перегретого водяного пара. Преимущество перед водяным отоплением – пар благодаря более высокой температуре, чем у воды, обеспечивает большую эффективность нагрева при том же размере отопительного прибора. Но использование пара для обогрева накладывает куда более жесткие требования к прочности и термостойкости труб и арматуры. Очевидный недостаток – необходимость постоянного контроля состояния всех элементов системы отопления и более сложное (точнее, более ответственное) обслуживание и ремонт таких систем. В противном случае обитателям помещения грозит большая опасность в случае аварии. Поэтому в настоящее время жилые здания паром не отапливаются, паровое отопление используется только в производственных помещениях.
Воздушное отопление.
Воздушное отопление – разновидность системы отопления, теплоносителем в которой является горячий воздух. Такие виды отопления различных помещений считаются одними из самых старых. Древнейшая из таких систем, обнаруженная на территории современной Швеции, имеет возраст более 6000 лет – на границе каменного и бронзового веков. В этой системе теплый воздух поднимался по каналам к поверхности земли и нагревал ее. Кстати, опыт предков оказался удачным – в той же Швеции на сегодняшний день свыше 85% новых домов строится именно с системами отопления “теплый пол” (правда, в качестве теплоносителя используется уже не воздух, а вода). Такое вот удачное сочетание древней разработки с современными технологиями.
На сегодняшний день воздушное отопление получило широкое распространение – как в жилых и общественных помещениях, так и в производственных зданиях. Основным его достоинством является отсутствие в системе жидкого теплоносителя – воды. Таким образом, система полностью защищена от протечек, разморозки, коррозии, что позволяет эффективно использовать ее как систему периодического действия (например, для быстрого нагрева дачного дома в выходные, по приезду хозяев). В качестве источника нагретого воздуха в современных системах воздушного отопления применяют калориферы или теплогенераторы. Калорифер (или канальный нагреватель) – прибор для нагрева воздуха в помещении, состоящий из труб, по которым циркулирует горячий воздух. Нагрев воздуха происходит при помощи горячей воды или электроэнергии. Теплогенератор – нагревательный аппарат, предназначенный для непосредственного получения нагретого воздуха в процессе сжигания различных видов топлива, состоящий, как правило, из камеры сгорания с воздушным теплообменником, горелки и вентилятора.
Существует две основные системы воздушного отопления: центральная и зональная. В центральной системе горячий воздух подготавливается централизованно на базе установки, подогревающей наружный или возвращающийся из помещений воздух, и системы воздуховодов, подающих его в отапливаемые помещения. В зональной системе воздушного отопления горячий воздух подготавливается непосредственно в обогреваемых помещениях. Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки.
4. Вид источника энергии.
Это, пожалуй, самая обширная группа, так как современные теплообменники позволяют использовать в качестве источника энергии как практически любое топливо (то есть горючее вещество, выделяющее при сжигании значительное количество теплоты, используемой непосредственно в теплотехнических процессах либо преобразуемой в другие виды энергии), так и методы нагрева теплоносителя, не сопровождающиеся горением.
Свои преимущества и недостатки есть у всех вариантов получения тепла, и у каждого из них есть сторонники и противники. В современных условиях, сложившихся в России (по состоянию на 2016 год), в 48% домов малоэтажного сектора установлены газовые котлы и колонки, в 30% домов – жидкотопливные котлы, 12% домов снабжаются теплом от твердотопливных котлов, лишь 10% домохозяйств доверили тепло в своем доме электричеству.
Газообразное топливо.
Установившиеся в России цены на энергоносители создали следующее правило: при наличии магистрального газа отопление дома стоит доверить именно ему. По эксплуатационным расходам на отопление и по удобству пользования газу нет конкурентов. Работа бытового газового котла требует минимального участия владельца. Минус – существенные вложения в установку газового оборудования. Требуется разработка проекта, затраты на земляные работы и прокладку трубопровода от магистрали к дому, профессиональный монтаж оборудования и прочие расходы. В различных регионах России стоимость таких работ может значительно различаться и составлять как 50, так и 350 тысяч рублей (по нашему опыту, в Подмосковье цена вопроса запросто достигает полутора миллионов). Но обычно в домах для постоянного проживания через 3-7 лет эти затраты окупаются, начиная приносить хозяину существенную экономию по сравнению с системами, работающими на других видах топлива. В зданиях же временного пребывания (дачи, бани, летние домики) зачастую целесообразней использовать другие энергоносители.
Газовые котлы различаются по типу монтажа (настенные, напольные), по типу горелки (атмосферные, наддувные), по функциональным возможностям (одноконтурные и двухконтурные – помимо системы отопления обеспечивают дом и горячей водой) и некоторым другим характеристикам. На рынке представлено огромное количество газовых котлов различных видов – от эконом-вариантов (без систем поддержания комфорта, только с минимумом автоматики безопасности) до котлов высшего уровня с погодозависимой автоматикой, работающих в том числе в составе систем “умный дом”.
После незначительной переналадки большинство газовых котлов может работать не только на магистральном, но и на сжиженном газе. По эксплуатационным затратам и сопутствующим расходам сжиженный газ существенно проигрывает магистральному.
Отопление на сжиженном газе весьма затратное, начиная уже с проектных работ. Придется самому решать проблему доставки и хранения топлива. Необходимо приобрести и установить на участке газгольдер для хранения газа, что является дорогим удовольствием, и периодически проводить его обслуживание. Поэтому такие хранилища лучше обустраивать для группы домов. Можно, конечно, обойтись и без газгольдера и подключать к котлу непосредственно газовый баллон, но следует помнить, что для отопления дома площадью 100-150 кв. м. в средней полосе России стандартного 50-литрового баллона хватит максимум на 2-3 дня. Поэтому придется постоянно менять баллоны (что не позволит вам надолго отлучиться из дома), возить их на заправку и иметь помещение для их хранения.
Отопление на сжиженном газе используется крайне редко ввиду значительной дороговизны монтажа и обслуживания. Кроме того, затраты на отопление при помощи сжиженного газа существенно выше, чем при использовании природного газа – ориентировочно в 3-5 раз (но при этом все равно гораздо дешевле отопления при помощи электричества).
Но, к сожалению, несмотря на преимущества газа, уровень газификации регионов оставляет желать лучшего. По данным ОАО «Газпром», средний уровень газификации в России в 2013 году составил 65,3%, в том числе в городах — 70,9%, в сельской местности — 54%. Но эти на первый взгляд вроде бы неплохие показатели скрывают существенный разрыв по регионам: на одном конце шкалы – газифицированные почти на 100% Чувашия, Мордовия и Татарстан. На другом – 11 субъектов РФ на севере и востоке страны, где газа нет совсем. Кроме того, в этой статистике присутствует множество “потемкинских деревень”, когда к населенному пункту газ подведен, а дальше ГРП (газорегуляторного пункта) нет ни одной трубы (в лучшем случае газифицированы сельсовет и школа) – проводите своими силами. На что чаще всего у местной администрации и, тем более, самих сельских жителей средств нет. Жителям наименее газифицированных регионов на помощь приходят твердотопливные и жидкотопливные котлы.
Твердое топливо.
Котлы, работающие на твердом топливе, сегодня есть в линейке продукции практически всех производителей газовых котлов – от таких ведущих фирм, как Bosch, Buderus, Protherm, Junkers, Viessmann, до менее известных производителей. Различных видов топлива для них в мире существует также довольно много – им могут служить и привычные дрова или ископаемое топливо, и более современные искусственно произведенные или специальным образом обработанные вещества.
Основной недостаток отопления с помощью твердого топлива – низкая степень автоматизации. Хозяину необходимо регулярно посещать котельную, чтобы произвести очередную закладку топлива и вычистить золу из топки. Использование твердого топлива требует отдельного помещения под котельную, отделенного от жилых помещений – обслуживание котла зачастую сопровождается копотью и неприятными запахами. Также необходимо некоторое пространство для хранения топлива.
Дрова являются самым доступным, но и самым низкотехнологичным видом топлива. Так, если на обогрев дома площадью 150-200 м2 за сезон расходуется 22 м3 (14,5 т) дров, то угля потребуется намного меньше – около 7 м3 (6 т).
Ископаемое топливо (уголь, торф, горючие сланцы) обладает большей теплотворной способностью, чем дрова, но во время горения выделяет больше токсических веществ, которые помимо того, что вредят окружающей среде, еще и очень агрессивны к материалу дымохода. Необходимо его тщательное обустройство с обязательным утеплением по всей длине и конденсатосборником. Лучше всего себя показывает сэндвич из нержавейки. Обязательна регулярная чистка дымохода – пренебрежение этим правилом чревато возгоранием отложений.
Для использования в твердотопливных котлах все чаще рекомендуют применять различные топливные брикеты. В Европе их производят и используют для отопления домов уже несколько десятилетий, но для России это все еще диковинка. Брикетированными могут быть и уголь, и торф, и древесина (так называемые “евродрова” – топливные брикеты из прессованных древесных опилок и стружки). Благодаря оптимальному фракционированию сырья и применению специальных добавок брикеты обладают большей теплотворной способностью и меньшей зольностью, чем аналогичное топливо в “природном” виде. Так, например, одна тонна древесностружечных брикетов занимает 1,5 м³ и дает такое же количество тепла, как 5 м³ березовых дров, образуя в десятки раз меньше золы при горении.
В последнее время все шире используется такой вид твердого топлива, как пеллеты – древесные гранулы диаметром 6-8 мм и длиной до 50 мм, производимые из опилок, стружки или лузги. Их теплотворная способность в 1,5 раза выше, чем у сухих дров. Но главное их достоинство – сыпучесть, благодаря чему загрузка топлива может быть автоматизирована.
Пеллеты хранятся в гидроизолированном бункере, откуда шнеком подаются в камеру сгорания. Время автономной работы котла зависит от размера бункера. Теплотворная способность 1 кг пеллет составляет приблизительно 5 кВт, таким образом, для обеспечения работы котла мощностью 25 кВт на максимальной производительности требуется 5 кг пеллет в час, или 120 кг в сутки. Учитывая, что насыпная плотность качественных пеллет составляет в среднем 650 кг/м3, бункер объемом 400 л обеспечит работу котла в течение 2-х суток. Учитывая, что котлы редко работают на максимальной мощности (в среднем за отопительный сезон мощность редко превышает 30%-50%), такой бункер может обеспечивать котел топливом до недели. Но можно установить бункер большего объема, и тогда продолжительность автономной работы котла будет ограничена только необходимостью периодической выгрузки золы.
Рост производства пеллет в России с каждым годом все выше; все чаще такие производства начинают развиваться и в регионах. Минус – стоимость пеллетной модели котла выше стоимости стандартных твердотопливных аналогов.
Жидкое топливо.
Свои конкурентные преимущества есть и у жидкого топлива. Жидкотопливные котлы могут работать на дизельном топливе, мазуте, отработанном масле. Популярностью пользуется установка котлов с жидкотопливными горелками в «режиме ожидания», когда магистральный газ планируют подвести к дому в ближайшем будущем, но пока что такой возможности нет. После подведения газа горелку меняют на газовую, а жидкотопливная остается в резерве, что обеспечивает системе отопления более высокую надежность.
Жидкотопливные котлы наиболее близки к газовым котлам по техническим и функциональным характеристикам, что объясняется следующими факторами:
– высокий КПД. Этот показатель у дизельного и газового котлов практически одинаков и достигает 91-92%;
– возможность автоматизации работы котельной на жидком топливе – так же, как и в случае с газовой котельной, вмешательство владельца может быть сведено к минимуму;
– экологические показатели жидкотопливных котлов хоть и немного ниже, чем газовых, однако они далеки (в лучшую сторону) от аналогичных характеристик твердотопливных котлов.
К минусам данного оборудования относятся довольно высокие затраты на организацию и эксплуатацию котельной. Для хранения жидкого топлива необходимо установить емкости достаточно большого объема. Кроме того, жидкое топливо обычно имеет устойчивый всепроникающий запах, который будет постоянно присутствовать в котельной и, в зависимости от планировки дома, в других помещениях. И еще один существенный минус: повышенная пожарная опасность жидкого топлива.
Для тех, кто хочет быть готов к любым изменениям в поставках энергоносителей, существуют котлы, работающие на всех трех перечисленных выше типах топлива. Их выпускают такие производители, как Снаррее, Dakon, Viadrus, Jama и другие. Многие из таких котлов имеют встроенные ТЭНы и способны работать также от электричества.
Электроэнергия.
Отопление при помощи электричества широко распространено во всем мире. Электроэнергия может применяться практически в любых схемах отопления: воздушных (конвекторы) и водяных (электроотопительные котлы); конвективных и лучистых (инфракрасные обогреватели), теплые полы (кабельные и пленочные) и теплые стены… Электричество обладает, пожалуй, наибольшими преимуществами по сравнению с перечисленными выше энергоносителями. Вот лишь некоторые из них: экологичность, бесшумность, не требуется разрешение на установку, не нужны дымоходы, простота автоматизации. Монтаж источников тепла простой и быстрый, особенно в местных системах отопления. Практически не требуется обслуживание. Огромный плюс – абсолютная безопасность при условии использования качественных материалов, грамотного монтажа и соблюдения элементарных требований безопасности.
Все эти плюсы перечеркиваются одним огромным минусом: стоимостью электроэнергии. На обогрев дома площадью 150 м2 в месяц потребуется порядка 10 МВт электроэнергии. Во что выльется стоимость комфорта в зависимости от продолжительности отопительного периода и стоимости 1 кВт*ч электроэнергии – подсчитать нетрудно.
Таким образом, рассматривать электричество как источник тепла для постоянного проживания не стоит. Если же для отопления требуется временное решение и, тем более, действуют льготные (ночные) тарифы на электроэнергию – то электроотопление будет неплохим выбором, учитывая гораздо более низкие первоначальные вложения, чем в случае с другими видами топлива.
Перечисленные выше энергоносители (газообразное, твердое, жидкое топливо и электроэнергия) занимают практически весь объем теплоэнергетики в жилом секторе. Но ими список не ограничивается. Существуют и другие источники энергии, которую можно преобразовать в тепловую, как, например, тепловые насосы, солнечные батареи, ветрогенераторы, энергия приливов и отливов, атомная энергия и множество других, но они в индивидуальном и жилищном строительстве, да зачастую и в промышленности, не используются по многим причинам. Так, срок окупаемости тепловых насосов сравним со сроком эксплуатации самого дома, установка солнечных батарей или ветрогенераторов в средней полосе России не приводит к желаемому эффекту вследствие неподходящего климата, а атомная энергетика рядовому человеку доступна пока что только в романах Стругацких и Саймака.