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.

Как устроить воздушное отопление загородного дома: правила и схемы сооружения

Традиционно в качестве теплоносителя в системах отопления используют воду. Этот привычный способ обогрева имеет и преимущества, и недостатки. При строительстве собственного жилья возможности для экспериментов у владельца почти неограниченны.

Имеет смысл рассмотреть альтернативные варианты. Самый интересный из них – воздушное отопление загородного дома. На нем и остановимся более подробно в этой статье.

Как прогреть дом воздухом?

Воздух – вполне эффективный теплоноситель, гораздо удобнее, чем вода. Самый простой вариант такого отопления – обычный тепловентилятор. Небольшую комнату этот прибор, состоящий из вентилятора и греющей спирали, может прогреть буквально за считанные минуты. Разумеется, для частного дома понадобится более серьезное оборудование.

В качестве источника тепла можно использовать газовый или твердотопливный котел. Подойдет и электрический нагреватель, но этот вариант считается не слишком выгодным, поскольку затраты на электроэнергию значительно возрастают.

Интересный и экологически чистый вариант отопления – использование солнечных батарей или солнечного коллектора. Такие системы размещают на крыше. Они либо сразу передают тепловую энергию солнца на теплообменник, либо преобразуют ее в недорогую электрическую энергию. В последнем случае от батареи можно также запитать и вентилятор.

Воздух нагревается в теплообменнике и поступает в отдельные помещения по воздуховодам. Это довольно громоздкие конструкции, выполненные из прочного металла. Сечение воздуховодов значительно больше, чем диаметр трубы водяного отопления.

А вот радиаторы для воздушного отопления не нужны. Теплый воздух просто наполняет комнаты через специальные решетки. Как известно, горячий газ стремится вверх. Холодный воздух при этом будет вытеснен вниз.

Отсюда холодные потоки воздуха перемещаются обратно к теплообменнику, нагреваются, поступают в комнаты и т.д.

Почти все системы воздушного отопления предусматривают установку вентилятора, который нагнетает горячий воздух и заставляет его перемещаться по системе отопления. Наличие такого прибора делает систему зависимой от электрической энергии.

Можно сделать и такую систему, в которой горячий воздух будет перемещаться естественным образом, без всякого вентилятора. Однако эффективность работы таких систем обычно оставляет желать лучшего, поскольку помещения в этом случае прогреваются слишком медленно.

Особенности воздушного отопления

По сравнению с традиционным водяным отоплением воздушные системы имеют множество преимуществ. Например, отмечается высокий КПД такой системы, который может составлять 90%. КПД водяного отопления редко достигает 65%.

Если воздушное отопление устроено правильно, воздух прогревает комнаты исключительно быстро, буквально за считанные минуты. Температура в помещениях регулируется с помощью автоматического оборудования, которое включает и отключает нагревательный прибор по мере необходимости.

В результате в доме всегда тепло, а расходы на обогрев сокращаются. Пользоваться системой воздушного отопления проще. Воздуховоды не засоряются так часто, как трубы водяного отопления, соответственно, они реже нуждаются в очистке.

По понятным причинам владельцы воздушных систем отопления не имеют проблем с протечками, как и с угрозой заморозки труб, если в холодное время года котел по какой-то причине перестал работать.

Узнав о преимуществах воздушного отопления, следует оценить и его недостатки. Для начала, установить такую систему в уже построенном доме очень сложно, да и не всегда возможно. Нельзя просто демонтировать трубы и радиаторы водяного отопления и установить вместо них воздуховоды и решетки, поскольку здесь используются совсем другие принципы.

Громоздкие воздуховоды займут значительно больше места, да и смотреться вдоль стен они будут не слишком эстетично. Обычно их размещают за подвесными потолками, фальш-панелями и т.п. Фактически для такой реорганизации отопления понадобится серьезный капитальный ремонт всего дома.

Перед тем, как начать ломать стены, придется провести серьезные инженерные расчеты. Именно поэтому устраивать в доме воздушное отопление рекомендуется на этапе его постройки. А все необходимые расчеты выполняются еще во время проектирования здания. В этом случае можно получить удобную, надежную и высокоэффективную отопительную систему.

Еще одна проблема – зависимость работы воздушного отопления частного дома от наличия электроэнергии. Вентилятор не крутится, горячий воздух не перемещается, комнаты остывают так же быстро, как и нагрелись. Придется потратиться на какой-то альтернативный источник электроэнергии, например, на генератор.

Принципы проектирования системы

При проектировании систем воздушного отопления учитывают множество важных факторов. Прежде всего, это потребность каждого отдельного помещения в тепле, а также потери тепла для каждой комнаты. Двери, окна, вентиляционные отверстия и прочие объекты способствуют тому, чтобы драгоценные килоджоули тепловой энергии уходили наружу.

Важнейший момент – наличие качественного утепления здания. Если в доме стоят пластиковые окна, хорошие двери, а его фасад надежно утеплен, потери тепла будут меньше, а затраты на отопление удастся заметно сократить. Если речь идет о реконструкции здания, начать следует именно с проектирования утепления.

После того, как соотнесена потребность в тепловой энергии и ее затраты, рассчитывается мощность нагревательного оборудования и выбирают его тип. Затем просчитываются параметры потока горячего воздуха. Выполняют специальные аэродинамические расчеты, чтобы вычислить необходимые размеры воздуховодов.

Предварительно рассчитать мощность оборудования можно, ориентируясь на следующие цифры: для обогрева каждых 10 кв. метров помещения понадобится около 0,7-0,8 кВт тепла. Это при условии, что дом качественно утеплен, иначе понадобится более мощное оборудование. Но полное проектирование и подробные расчеты лучше поручить опытному инженеру.

Неправильные расчеты могут сказаться на состоянии готовой системы очень печально. Для непрофессионально спроектированной системы воздушного отопления характерны такие проблемы, как частые поломки оборудования, перегрев воздуха в помещениях, перегрев оборудования, сквозняки, повышенный уровень шума.

Одновременно с проектированием системы воздушного отопления имеет смысл продумать и расстановку стационарных предметов мебели в доме. Приточные и вытяжные решетки должны располагаться в местах, удаленных от постоянного присутствия людей.

Они также не должны быть скрыты под шкафами, тумбами или другими объектами, которые затрудняют свободное перемещение воздушных масс.

В многоэтажном частном доме вытяжные решетки рекомендуется располагать таким образом, чтобы на верхних этажах остывший воздух отбирался в систему сверху, а на нижних этажах – снизу. Это обеспечит более равномерное распределение тепла по всем помещениям. Подробнее о том, как правильно произвести расчет воздушного отопления читайте в этом материале.

Разновидности систем воздушного отопления

Среди известных науке систем отопления можно выделить три разновидности:

• прямоточную;
• рециркуляционную (она же гравитационная);
• рециркуляционную с частичным забором наружного воздуха.

Прямоточные системы – самые древние и простые по конструкции. Они использовались еще в Древнем Риме и были широко распространены в Лондоне до начала промышленно-технической революции.

При прямоточной системе нагревательный прибор, т.е дровяная печь или камин, располагался в нижней части дома, оптимально – в подвале. Тепло от нагретого печью воздуха поднималось вверх, передавалось на стены и перекрытия.

Чтобы улучшить циркуляцию горячего воздуха и эффективность отопления, в полу проделывали специальные отверстия.

Остывший воздух покидал помещение через отверстия в крыше, а печь (камин) прогревал новые воздушные массы, поступившие извне, поскольку серьезная теплоизоляция зданий в те времена еще была не развита.

Низкая эффективность прямоточных систем очевидна. Она требует сгорания большого количества топлива, но значительная часть тепла поглощается материалом стен, пола и перекрытий.

При этом помещения прогреваются неравномерно: внизу слишком жарко, а верхние комнаты уже не успевают нагреться. Часть тепла вообще покидала дом через крышу вместе с воздухом.

Более современная рециркуляционная система появилась благодаря развитию газового отопления. Отопительное оборудование этого типа позволяет прогревать не весь дом целиком, а только конкретные воздушные массы. Из них формируются воздушные потоки, которые направляются снизу вверх в конкретные помещения.

Горячие воздушные массы при этом вытесняют холодный воздух, который уходит через решетки, устроенные в полу комнаты. Холодный воздух по воздуховодам поступает к нагревателю и возвращается в систему в виде горячего потока. Цикл рециркуляции повторяется снова и снова.

Затраты тепловой энергии при рециркуляционной системе обогрева в разы меньше, чем при использовании прямоточной схемы. Но есть в этом варианте и недостатки. Закрытая система препятствует обновлению воздуха, что ухудшает качество жизни в доме.

Частично проблему можно решить, используя такие средства, как фильтры, ионизаторы, увлажнители и т.п. Но хорошие приборы этого типа довольно дороги, а их обслуживание потребует дополнительных усилий, а также средств автоматизации.

Более эффективно проблему восстановления воздушных потоков можно решить с помощью рециркуляцонной системы обогрева с частичным забором воздуха извне.

При обустройстве такой схемы предусматривают частичный вывод небольшого количества воздуха наружу и забор соответствующего объема воздушных масс с улицы. В результате состав воздуха внутри здания регулярно обновляется.

Рециркуляционные системы работают на гравитационном принципе: горячие потоки поднимаются вверх, а холодные – опускаются вниз. К сожалению, не во всяком здании такая циркуляция осуществляется достаточно эффективно. В таком случае в систему включают вентилятор, чтобы осуществлять процесс рециркуляции принудительно.

Особенности монтажа системы

Если расчеты выполнены на высоком профессиональном уровне, и проект системы воздушного отопления коттеджа составлен, можно выполнить монтаж самостоятельно.

Для этого понадобится:

• нагревательный прибор;
• воздуховоды;
• вентилятор;
• решетки;
• крепежные изделия;
• инструмент для работы с воздуховодами и т.п.

В качестве нагревателя обычно используют газовый генератор как самый экономически выгодный вариант. Воздуховоды могут иметь прямоугольное, квадратное, круглое или овальное сечение.

Обычно подходящие конструкции можно заказать на предприятии, которое изготавливает вентиляционные системы.

Обычно воздуховоды делают из оцинкованной стали, они достаточно легкие, чтобы не перегружать несущие конструкции дома, а также обладают повышенной устойчивостью к износу и коррозии. Для жестких воздуховодов понадобятся специальные элементы, обеспечивающие уклон на 45 или 90 градусов. А для гибких изделий такие элементы не нужны.

Воздуховоды также изготавливают из обычной стали, меди, пластика и других материалов. Существуют даже текстильные конструкции этого типа. В местах с повышенной влажностью рекомендуется использовать медные элементы, как более устойчивые для таких условий.

Конструкции из пластика относительно недороги, их можно использовать вдали от потенциальных очагов возгорания.

Воздуховоды закрепляют под потолком и полом, а также внутри стен. Если есть необходимость проложить воздуховод не внутри, а вдоль стены, его закрывают фальш-панелью. В потолке и полу на концах воздуховодов монтируют вентиляционные решетки.

Воздушные массы, перемещаясь внутри конструкции, могут издавать определенный шум. Чтобы снизить это негативное влияние, рекомендуется скрыть воздуховоды под слоем шумоизоляции.

Обычно этот материал обладает также теплоизоляционными свойствами, что только увеличивает эффективность работы системы.

Стоит рассмотреть вариант приобретения воздуховодов, на которые уже нанесен такой изоляционный слой. Это позволит упростить и ускорить монтажные работы.

Если есть необходимость в установке вентилятора, или нескольких таких приборов, то его обычно включают в систему рядом с нагревателем. К вентилятору подводят электропитание, а также обеспечивают резервный источник электроэнергии.

В систему также включают один или несколько фильтров. Это могут быть фильтры механической очистки, которые препятствуют распространению частичек пыли. Наряду с этими устройствами рекомендуется установить и угольный фильтр, который поглощает различные запахи. Разумеется, фильтры нуждаются в периодической очистке и/или замене.

Часть воздуховода выводят на улицу, чтобы обеспечить приток свежего воздуха. Этот отрезок подводят к системе фильтров, а затем воздух подают на теплообменник нагревательного прибора. Если монтажные работы выполняются на этапе строительства дома, то их выполнение обычно больших трудностей не вызывает. Главное – хороший проект.

Для улучшения микроклимата в доме в систему воздушного отопления встраивают такие полезные элементы как увлажнитель воздуха, ионизатор, ультра-фиолетовый стерилизатор и т.п. Эти элементы не являются обязательными, но если средства позволяют, не стоит от них отказываться.

Еще одно полезное устройство – канальный кондиционер. Его также встраивают в систему воздуховодов. Это позволит использовать систему в теплое время года, чтобы охладить воздух в комнате.

Завершающий этап – подключение системы автоматического управления. Понадобятся датчики температуры воздуха в комнатах и пульт управления с процессором, который будет обрабатывать поступившие данные и регулировать работу отопительного оборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Интересная информация по расчетам и проектированию воздушного отопления показана здесь:

В этом видео можно посмотреть два варианта относительно недорогого монтажа воздушных отопительных систем с использованием приборов и материалов российского производства:

Воздушное отопление – достойный и выгодный вариант обогрева частного дома. Он отличается более высокой эффективностью по сравнению с традиционными водяными системами и позволяет заметно улучшить качество жизни в доме. Но чтобы гарантировать успешную реализацию этой идеи, система должна быть правильно просчитана и профессионально спроектирована.

Появились вопросы? Или есть опыт личного использования воздушного отопления для дома? Поделитесь, пожалуйста, собственным мнением по этому вопросу. Оставляйте комментарии, задавайте вопросы, делитесь советами в расположенном ниже блоке.