Принцип работы и особенности системы воздушного отопления

Человечество с давних времен использует самые разнообразные способы и средства для обогрева жилых помещений. С техническим прогрессом в наш быт пришли газ, электричество, другие виды топлива, благодаря которым стало возможным с высокой эффективностью отапливать здания самого разного назначения. Однако в этот ряд с точной уверенностью можно поставить отопление воздухом – технология, которой вот уже практически 2000 лет.

В наши дни, с появлением новых видов нагревательного оборудования, воздушные системы утратили свою актуальность. В основном подобная схема обогрева используется в промышленных масштабах, где имеют крупные по площади технические здания и сооружения. Отопление для многих нас играет решающую роль. Мы всегда стараемся оборудовать свой дом, квартиры максимально эффективной схемой нагрева, используя для бытовых целей газовые и электрические котлы. Воздушное отопление не заслуженно позабыто, хотя у него есть целый ряд неоспоримых преимуществ, на которых стоит остановиться для ознакомления.

Отопление с использованием воздуха — принцип работы

Отопление с использованием воздушной массы, поступающей внутрь помещения, построено на принципе терморегуляции. Другими словами, нагретый или охлажденный до определенной температуры воздух подается непосредственно внутрь помещений. Т.е. таким образом, может осуществляться и обогрев внутренних пространств и кондиционирование.

Основным элементом системы является нагреватель — печь канального типа, оснащенный газовой горелкой. В процессе сгорания газа вырабатывается тепло, которое поступает в теплообменник и уже после этого, нагретые до определенной температуры массы поступают в воздушное пространство отапливаемого помещения. Система воздушного отопления обязательно должна быть оборудована сетью воздуховодов и каналом для выхода наружу токсичных продуктов горения.

За счет постоянного притока свежего воздуха печь получает приток кислорода, который является одним из основных компонентов топливной массы. Смешиваясь в камере сгорания с горючим газом, кислород увеличивает интенсивность горения, повышая тем самым температуру топливной массы. В старых системах, используемых еще древними римлянами, основная проблема заключалась в попадании в отапливаемые помещения вместе с теплым воздухом вредных продуктов горения.

Важно! При работе печи канального типа количество угарного газа в составе воздуха, поступающего во внутренние помещения, превышает норму на 10-15%. Для примера можно взять домашний камин или печь, которые, при плохой работе вытяжки, в процессе горения топлива в больших количествах выделяют опасные для человеческого организма продукты горения.

Автономные структуры отопления, построенные на принципе нагрева воздушных масс, нашли свое применение в системе обогрева больших промышленных зданий и объектов. С появлением компактных и удобных в эксплуатации воздухонагревателей, для работы которых используется газ, твердое или жидкое топливо, стало возможным применение систем такого обогрева в быту. Обычный, традиционный нагреватель воздуха, который принято называть теплогенератор, имеет камеру сгорания, теплообменник рекуперационнного типа, горелку и нагнетательную группу.

Установка печей воздушного отопления в частных и загородных домах вполне оправдана и экономически выгодна. Для квартиры данная схема обогрева не подходит, ввиду необходимости прокладки большого количества громоздких воздуховодов, присутствия технического шума и высокой пожароопасности.

Современные комплексы отопления в основном построены на подобном принципе, однако в большинстве конструкций прямой нагрев воздушной массы не предусматривается. Нагрев осуществляется с помощью тепловых генераторов, которых на сегодняшний день достаточно много. Такие агрегаты имеют в своей конструкции рекуперативные теплообменники, благодаря которым происходит отделение высокотемпературных дымовых газов от подогретого воздуха. Такая технологическая особенность современных воздушных отопительных систем, подавать в помещения чистый, нагретый до необходимой температуры воздух.

Продукты сгорания в данном случае уходят через дымоход. Хорошо отлаженная работа вытяжки и чистый дымоход, обеспечивают безопасность всей системы обогрева подобного типа во время работы.

Преимущества и недостатки системы воздушного отопления

Благодаря своим преимуществам, воздушное отопление получило широкое распространение в странах Запада. В Великобритании, а затем в США и в Канаде, где большинство частных домовладений было принято оборудовать печами-каминами канального типа, со временем стало традиционным оборудовать жилые постройки автономными системами этого нагрева. Такие системы обогрева очень удобны для обогрева больших по площади внутренних пространств. К тому же, монтаж воздуховодов в крупных каменных постройках значительно проще, чем прокладка коммуникаций водяного отопления.

Главное достоинство такой схемы — совмещение сразу двух важных для жилья компонентов, обогрева и вентиляции. Это позволяет существенно сэкономить средства домовладельца на прокладку этих коммуникаций.

К преимуществам отопления помещений теплым воздухом относятся:

• отсутствие в структуре промежуточного теплоносителя, что значительно упрощает эксплуатацию;
• отсутствие завоздушивания, проблемы воздушных пробок, которые являются постоянными спутниками водяных систем;
• возможность регулировки температурного режима в любом помещении;
• отсутствие батарей дает широкие возможности для создания оригинального интерьера внутренних помещений.

Важно! Новые теплогенераторы обладают высоким коэффициентом теплоотдачи, расходуя при этом минимальное количество топлива. Современные модели тепловых генераторов оснащены функцией фильтрации воздуха и увлажнителями, благодаря которым воздух внутри жилых помещений проходит дополнительную санитарную обработку и соответствует оптимальным физическим параметрам.

Говоря о преимуществах данной системы отопления, следует отметить, что зона основного обогрева в жилом доме не сосредоточена непосредственно вокруг печей и конвекторов. Тепло равномерно циркулирует по всему дому. Ввиду отсутствия резких перепадов температур в помещении, оборудованном воздушным обогревом, отсутствует конденсат. Новые модели теплогенераторов рассчитаны на возможность установки даже в квартире, которая может быть переоборудована в соответствии с проектом.

Что касается недостатков, то таковых у данной системы отопления просто нет.

Единственный минус, который имеет далеко идущие последствия – это при отказе от воздушного обогрева, многие элементы системы, включенные в домовые конструкции, останутся.

Проектировать систему необходимо вместе с разработкой проекта жилого дома, так как многие элементы (вентиляционные шахты, каналы и воздуховоды) являются неотъемлемой частью внутридомовых конструкций.

Особенности воздушного отопления в домашних условиях

В отличие от традиционных у нас схем водяного отопления, которые сильно подвержены опасности быть размороженными в зимнее время, воздушное отопление таких недостатков не имеет. Тепловые генераторы легко запускаются в любое время года. Главное, что бы имелось топливо для горения и постоянный доступ свежего воздуха. Такие устройства идеальны для загородных домов, которые не нуждаются в постоянном обогреве.

К тому же работающий нагреватель не выделяет абсолютно никаких токсичных веществ. Нагретый до температуры 45-70 0 С воздух в процессе теплообмена распространяется по всему объему отапливаемой жилплощади. Благодаря рециркуляции достигается возможность использовать для обогрева одну и ту же воздушную массу. В ряде случаев автономные системы оборудуются другими опциями, допускающие подачу наружного воздуха. Наличие в системе внешнего блока создает условия для охлаждения внутренних помещений в жаркий период.

Автоматические терморегуляторы поддерживают необходимый температурный баланс в доме. Автономная система домашнего отопления с использованием нагревателя канального типа одновременно выполняет функции вентиляции.

Важно! Существующий миф о том, что воздушное отопление сильно иссушает окружающее пространство внутри жилого помещения, в корне не верен. В современных системах Пыль улавливается на специальном фильтре., а Для увлажнения существуют специальные приборы – увлажнители воздуха. Подающие решетки необходимо устанавливать возле мест частого пребывания людей.

Разновидности воздушного отопления

Как и в других отопительных системах, воздушное отопление имеет разновидности. Прямоточная, самая простая и распространенная в прошлые века система, подразумевает обычное сжигание топлива в печи, установленной в подвальном помещении. Топливом могут быть дрова, каменный или древесный уголь. Нагретая воздушная масса самотеком поднимается по каналам, оборудованным в стенах, распространяется по полостям в полу. Выход отработанной воздушной массы осуществлялся просто через отверстия в крыше.

Обогрев в помещении в данном случае осуществлялся опосредованно, от нагреваемых стен и пола. На рисунке – схеме представлена обычная система отопления воздухом, практикуемая еще нашими предками.

Эффективностью подобная система не отличалась. Большая часть тепловой энергии уходило на обогрев в глубину конструкций здания. За счет разницы температур внутри и снаружи создавалась необходимая тяга.

Другой, более современный вид отопления воздухом — рециркуляционная система. Принцип работы основан на использовании чистого топлива, количество продуктов горения которого ничтожно мало. Воздух, нагретый при помощи газовых горелок или электрических приборов накаливания, поступает по воздуховодам в самую верхнюю точку здания. В результате теплообмена, остывший воздух замещается новыми подогретыми воздушными массами и поступает снова в тепловой нагреватель.

На рисунке представлена принципиальная схема работы рециркуляционной системы воздушного отопления.

Отопительный сезон, который все с нетерпением ожидают, с помощью системы воздушного отопления можно начать в любое время. Рециркуляционный вид называется гравитационным ввиду того, что весь процесс происходит естественным образом благодаря законам физики и гравитационным силам. Такой способ обогрева жилого дома наиболее прост, экономичен и удобен в эксплуатации. В отличие от прямоточной системы отопления, которую выгодно использовать только в домашних условиях, рециркуляционные системы идеальны для обогрева крупных промышленных зданий и сооружений.

Экономическая составляющая воздушного отопления

Основной эффект, который достигается за счет применения воздушного отопления — это полная автономность. Наличие любого топлива может обеспечить работу системы и достижение желаемого результата. При работе без теплоносителя практические тепловые потери сведены к минимуму. Высокий КПД достигается за счет минимального расхода топлива и большого теплового эффекта.

В обслуживании системы нет необходимости. Отсутствует необходимость проводить регулярные опрессовки системы отопления. Достаточно следить за состоянием дымохода и периодически чистить его.

Воздушное отопление частного дома. Аргументы «за» и «против»

Представьте, что вы находитесь на стадии проектирование собственного дома. Учитывая тематику нашего портала, это несложно сделать. Один из важнейших вопросов, который вам предстоит изучить – это выбор отопительной системы. Традиционно, когда речь заходит о выборе индивидуальной системы отопления, будущие владельцы частных домов задумываются лишь о том, какой источник энергии будет для них наиболее предпочтительным и доступным. Что же касается самой системы, то тут все просто: котел, преобразующий энергию в тепло, система трубопроводов, заполненная теплоносителем и отопительные радиаторы или теплые полы. Такая система нам привычна и понятна.

Вместе с тем, жидкостные системы отопления далеко не единственный способ обогрева жилища. В последнее время особый интерес и много вопросов у застройщиков вызывает тема воздушного отопления дома, которое непременно упоминается в контексте современных инженерных систем. Почему именно современных? Просто потому, что воздушные системы отопления – это основной вид отопительных систем в Северной Америке. А маркетинг у нас работает очень предсказуемо: если американское, значит самое передовое, лучшее и современнее некуда. В действительности все несколько проще. По факту, воздушное отопление ничем не современнее традиционных для нашей страны жидкостных систем. Просто традиции у нас разные, и любую из систем можно реализовать как на простейшем уровне, так и с использованием последних достижений научно-технического прогресса.

Впрочем, вернемся к воздушному отоплению. Исторически системы воздушного отопления известны достаточно давно, и все они реализовывались по принципу передачи тепла от сгорания топлива непосредственно воздушным массам. В свое время огневоздушная система, называемая «русской системой», произвела небольшую революцию. Устройство отопления было такое: холодный воздух через воздухозаборную шахту подводился к установленной на первом или цокольном этаже печи, где, касаясь её раскалённой поверхности, нагревался. После по горизонтальным и вертикальным кирпичным распределительным каналам подводился в обогреваемые помещения. Оттуда через вытяжные каналы отдавший теплоту воздух выводился обратно в атмосферу. Циркуляция воздуха была естественной, за счёт разности плотностей горячих и холодных воздушных масс. Так что печь Ивана Бояринцева – это отнюдь не инновация, а своего рода один из вариантов реализации огневоздушной системы отопления.

Отечественный рынок сегодня представлен большим количеством моделей различных отопительных печей из металла, работающих по принципу естественной конвекции воздуха. При изрядной доле изобретательности с помощью таких печей можно собрать и принудительную систему воздушного отопления.

С определенной натяжкой обычный электрический «ветродуй», гоняющий через себя воздушные потоки, можно назвать локальным воздушным отоплением. Но в контексте современности наибольший интерес представляют автоматические климатические системы с использованием магистрального природного газа.

Комплектация системы

Воздушное отопление – это сложный инженерный комплекс, состоящий из множества компонентов, которые плотно взаимосвязаны между собой, выполняя при этом свои конкретные функции.

Газовый воздухонагреватель с теплообменником закрытого типа. То есть, нагреваемые воздушные массы непосредственно не контактируют с открытым пламенем. Коэффициент утилизации топлива у высокоэффективных воздухонагревателей более 94%. Обычно этот факт фигурирует в качестве преимуществ воздушной системы. Но данный показатель отнюдь не превосходит показатель эффективности привычных нам конденсационных газовых котлов.

Дополнительные элементы системы

1. Центральное кондиционирование дома. Воздушная система отопления позволяет реализовать функцию охлаждения воздуха путем установки центрального кондиционера. Внешний ККБ кондиционера устанавливается на улице, а внутренний монтируется непосредственно на выходе из воздухонагревателя.
2. Рекуператор. Монтаж данного устройства в систему не является обязательным. Однако, при организации воздушного отопления в прямоточной конфигурации или с частичной рециркуляцией, внешние воздушные потоки могут подвергаться рекуперации для экономии тепла. При этом, рекуператор в системах воздушного отопления является вторичным агрегатом, подключаемым к контроллеру СО.

Принцип действия и различные конфигурации.

Главной отличительной чертой воздушного отопления является наличие сети воздуховодов, по которой массы воздуха подаются в комнаты и возвращаются обратно. Воздух доводится до необходимой температуры в контуре воздухонагревателя.

Далее нагретый воздух принудительно нагнетается в магистральный подающий воздуховод. Из магистрального воздуховода теплые воздушные массы распределяются по каналам, идущим к отапливаемым помещениям. Конкретное место выхода подающего канала в каждую комнату определяется на стадии проектирования. Так, в одноэтажных домах тёплый воздух направляют снизу, а сами каналы монтируются в полу, либо в стене непосредственно над полом, а обратка организуется под потолком. В двухуровневых коттеджах сеть воздуховодов проще всего разместить внутри межэтажного перекрытия, либо по потолку первого этажа. В этом случае подача теплого воздуха на первый этаж производится с потолка, а на второй – с пола или из внутренних стен над полом. Обратка первого этажа собирается на уровне пола, где массы наиболее холодные, а на втором этаже – у потолка, где накапливается излишне нагретый воздух.

Забор воздуха из помещений осуществляется по системе обратных воздуховодов. Воздух проходит через систему фильтрации, увлажняется и поступает обратно в воздухонагреватель, где происходит его догрев или охлаждение, таким образом обеспечивается его циркуляция.

Различают несколько конфигураций воздушных систем отопления исходя из качества подаваемого воздуха:

— Прямоточные. В них нагревается и подается только наружный воздух, и в таком же количестве воздух из помещения удаляется по каналу;

— Системы с полной рециркуляцией. В них нагревается и подается только воздух, забираемый из помещения;

— Системы с частичной рециркуляцией. Наиболее распространенный вид современных систем воздушного отопления. В них нагревается и подается смесь из наружного и рециркулируемого воздуха. При этом дозирование рециркулируемого и внешнего воздуха осуществляется исходя из расчетов вентиляционной системы.

Таким образом, правильно рассчитанная и собранная система воздушного отопления, оснащенная автоматикой, по сути своей представляет полноценную климатическую установку, обеспечивающую не только обогрев, но и кондиционирование, и подготовку воздуха (вентиляция, увлажнение) в жилых помещениях.

Проектирование и монтаж

Одной из главных причин малого распространения воздушных систем отопления является необходимость привлечения профессионалов к их проектированию и монтажу. Справедливости ради стоит отметить, что на нашем форуме есть тема, подробно описывающая самостоятельную установку воздушного отопления с использованием природного газа. В теме приводиться ряд небесспорных, но вполне логичных доводов и советов по упрощению и удешевлению воздушных систем. Но все же классический вариант предполагает большое количество профессиональных расчетов непосредственно под каждый проект, поскольку каждая такая система является штучным продуктом.

Чтобы воздушное отопление дома функционировало без сбоев и было экономичным необходимо провести следующие расчеты:

Расчет теплопотерь будущего дома. Они выполняются для каждого помещения и учитывают материал ограждающих конструкций, в том числе окон и дверей.

Расчет теплопотерь на вентиляцию зависит от количества постоянно проживающих людей, для обеспечения людей свежим воздухом.

Расположение основных элементов системы в проекте инженерных систем. Большое внимание здесь уделяется сети воздуховодов, учитывая их немалые габариты и протяженность. Воздушные магистрали должны согласовываться не только с другими инженерными сетями, но и с интерьером дома. Их необходимо учитывать при планировании высоты потолков.

Подбор оборудования исходя из расчетных параметров системы. Сюда относятся: выбор воздухонагревателя соответствующей мощности, подбор кондиционера, увлажнителя, системы фильтров и, при необходимости рекуператора.

Проект должен включать расчет всех компонентов системы, объема и стоимости материалов и расходников. Можно ли сделать его самостоятельно? Пожалуй да, но придется освоить немало дисциплин по специальности «Теплоснабжение и вентиляция».

Монтаж системы подразделяется на несколько этапов:

1. Подготовительный этап. При его производстве выполняются необходимые технологические отверстия в перекрытиях и стенах в местах, где будут проходить магистральные воздуховоды. Количество данных отверстий, их сечение и точное место расположения определяются еще на стадии проектирования, а сам комплекс работ лучше всего производить в момент строительство дома, делая в необходимых местах закладные.
2. Монтаж воздуховодов. Воздуховоды и соединительные элементы изготавливаются из оцинкованной стали и должны иметь сечение, соответствующее проектным расчетам. Обязательным этапом монтажа является утепление и звукоизоляция воздуховодов, а также герметизация мест соединения алюминиевым скотчем. Соединенные и утепленные магистрали должны быть надежно зафиксированы к несущим конструкциям дома.

Преимущества и недостатки воздушных систем отопления

Для того, чтобы говорить о преимуществах и недостатках воздушного отопления ,нужно быть, как минимум, пользователем подобной системы, причем на протяжении довольно длительного времени. Но если проанализировать различные отзывы, то можно выделить следующие преимущества, не требующие дискуссии:

— Универсальность. Воздушное отопление частного дома обеспечивает не только нагрев или охлаждение, но еще и вентиляцию, очистку и увлажнение воздуха, по сути являясь климатической системой для создания оптимального микроклимата в здании.

— Повышенная надежность. Система практически не выходит из строя, нуждается в более редком обслуживании. За счет отсутствия жидкости отсутствует риск образования воздушных пробок или утечки теплоносителя. Такая система отопления может полностью отключаться в доме сезонного проживания, а при необходимости запускаться даже в сильный «минус» быстро доводя жилье до комфортной температуры.

— Долговечность. При условии правильного монтажа воздушная система отопления способна работать в течение нескольких десятилетий без капитального ремонта.

Такие факторы как: более дешевая стоимость, повышенная энергоэффективность и более удобная эксплуатация, которые нередко приписывают воздушным системам отопления, будем считать дискуссионными.

К очевидным недостаткам воздушных систем относятся:

— Необходимость проектировать систему заранее. Что в этом плохого? Дело в том, что сегодня большинство возводимых у нас частных домов редко имеют полноценный проект. Это и довольно дорого, и зачастую ненужно. Как следствие, грамотно увязать воздушную систему с остальными инженерными коммуникациями и интерьером достаточно проблематично.

— Большая площадь поперченного сечения воздухопроводов требует увеличивать высоту потолков или толщину стен.

— Повышенный шум из-за постоянно работающих вентиляторов, с которым приходится бороться.

В целом можно признать, что при правильной организации и профессиональном исполнении воздушная система отопления, да и еще и при наличии магистрального природного газа, является достаточно практичным и технологичным решением.