Современные новые системы отопления дома. Что можно применить вам?

Системы отопления внедряются повсеместно в наши дома. Логика этого проста – хотим жить в тепле. Посещая друзей, соседей, все время приходится сталкиваться с типовыми приборами, разводками системы отопления. Казалось бы, прогресс не должен стоять на месте и уже давно должно было появиться что-то новое и современное в отопления. И это действительно так. Давайте посмотрим, чего такого нового появилось за 20 лет в системах отопления.

Основные разновидности топлива

В современных системах отопления частных домовладений сегодня задействованы самые разные виды тепловых носителей и топлива.

Теплота сгорания кВт/ккал

Самыми дорогими видами топлива принято считать солярку, мазут и сжиженный газ, а также электроэнергию, используемую котлами, конвекторами, обогревателями и излучателями. Менее затратным вариантом является использование твёрдого топлива. Самым практичным – использование природного газа

Тепловые насосы

Довольное новое решение на рынке современных экономичных систем отопления. Наша с вами земля – это, по сути, бесплатный источник съема тепловой энергии. Осталось только понять, как это сделать. Для этого придумали новое решение в отоплении – тепловой насос.

Геотермальная энергия давно и вполне успешно применяется для отопления жилья в зарубежных странах. Такое оборудование хорошо сочетается с системой «тёплый пол» и помогает сэкономить на коммунальных платежах. Конструкция для обогрева включает в себя несколько составных частей:

• зонд для сбора тепла (стандартный змеевик);
• тепловой насос (извлечение термальной энергии);
• отопительную систему с теплообменной камерой.

Основные виды установок: «вода-воздух», «воздух-воздух», «вода-вода», «грунт-вода» и «воздух-вода». Последний вариант относится к категории бюджетных, не требующих проведения слишком дорогих земляных работ. Минимальный срок окупаемости такого оборудования составляет пять лет.

Применение теплового насоса с фанкойлами обеспечивает в частных домовладениях комфортный микроклимат на базе одного оборудования в круглогодичном режиме. Связка теплообменника и вентилятора с насосным оборудованием может дополняться специальными фильтрами, пультами управления выносного или встроенного типа.

Коэффициент преобразования у таких устройств может достигать значения 1 к 6. То есть затрачивая 1 КВт электроэнергии можно получить 6 КВт тепловой энергии.

Современные радиаторы отопления

Самый распространённый вид теплового оборудования различается показателями мощности и межосевым расстоянием. Традиционными считаются чугунные, алюминиевые, стальные, медные и биметаллические отопительные радиаторы. В последние годы возрос интерес к относительно новым конструкциям для систем автономного отопления, относящимся к категории стальных и медно-алюминиевых конвекторов.

Медно-алюминиевые конвекторы

Благодаря высокой тепловой отдаче и малой инерционности (быстрому остыванию) медно-алюминиевыми конвекторами обеспечивается максимально точный контроль температурного режима в помещении, а также снижаются топливные расходы. В подобных конструкциях учтено взаимодействие алюминия с медью, поэтому между металлами используются нейтральные переходники.

Настенные и напольные конвекторы представляют собой медную трубку с напаянными алюминиевыми пластинами. Внутри корпуса есть отверстия, чем объясняется быстрая и беспрепятственная конвекция воздушных масс. Конвекторы внешним видом напоминают традиционные цельные радиаторы, но отличаются большей производительностью, а также длительным сроком эксплуатации и достойной теплопроводностью.

Современные медно-алюминиевые приборы завоевали популярность в странах Европы, особенно в регионах с мягким климатом. За счет своих особенностей, способны отдавать тепло при температуре теплоносителя в 35 градусов (обычные радиаторы начинают это делать с 50-60 градусов). По-настоящему новое решение в системах отопления.

Стальные конвекторы

Сертифицированные стальные панельные конструкции применяются в организации двух- и однотрубных систем водяного отопления частных домовладений, оснащаются концевыми или проходными нагревательными элементами. Современные модели характеризуются возможностью подключения терморегуляторов, обеспечивающих автоматическое поддержание в помещении заданного температурного режима.

По своим характеристикам уступают медно-алюминиевым конвекторам, но при этом имеют ряд достоинств, из-за которых их и покупают.

Современные котлы отопления

Котловое оборудование по-прежнему востребовано, но на смену традиционным агрегатам в отопления пришли новые устройства, соответствующие всем критерием качества и обладающие очень достойными техническими характеристиками.

Конденсационный котёл

Работа нового типа теплового генератора базируется на образовании углекислого газа и воды в процессе сгорания топлива с высвобождением большого количества энергии. Конструкция такого котла включает в себя камеру сгорания с горелкой, систему топливной подачи и вентилятор для нагнетания воздуха, а также камеру доохлаждения и резервуар, в котором собирается конденсат.

Показатели КПД газового конденсационного котла достигают 97% (у традиционных максимум 93%), что заметно превосходит аналогичные данные оборудования, работающего с применением жидкого и твёрдого топлива. Таким образом можно добиться не только максимальной эффективности работы отопительной автономной системы, но и сделать потребление энергоресурсов максимально экономичным.

Многие страны Европы отказываются от использования традиционных газовых котлов и переходят на современное новое решение в системах отопления – на конденсационные котлы.

Настенные газовые котлы

Напольные версии используются в последнее время всё реже. Актуальным становится монтаж настенных моделей, работающих на сжиженном или магистральном газе. Он обеспечивает не только обогрев помещений, но и бесперебойное горячее водоснабжение дома. Оборудование настенного типа обладает рядом преимуществ, среди которых компактные размеры и вполне современный дизайн.

С конструктивной точки зрения различаются устройства с открытой и закрытой камерой сгорания в одно- и двухконтурном исполнении. При выборе модели целесообразно ориентироваться на показатели мощности агрегата, его габариты (особенно актуально в небольших помещениях), а также наличие необходимого функционала.

По экономичности с настенными газовыми котлами могут тягаться только конденсационные котлы, но и стоят они достаточно дорого.

Электрический котёл с автоматикой

Последнее слово в обустройстве системы обогрева загородного дома – это электрические котлы, оснащённые погодозависимой автоматикой или опцией автоматического повышения/понижения мощности. Целый комплекс дополнительного дорогостоящего оборудования обеспечивает управление расходом топлива, а также предупреждает излишнее охлаждение или сильный перегрев воздуха в помещении.

Стоимость таких котлов достаточно высокая, но и преимущества эксплуатации вполне очевидны. Отсутствует необходимость регулярно вручную изменять параметры температурного режима в зависимости от погодных условий. Хорошо зарекомендовавшие себя модели долговечны и просты в обслуживании, отличаются высокой степенью надёжности и безопасны в эксплуатации.

Угольные котлы бункерного типа

Если взглянуть на новые решения в системах отопления на базе угольных котлов, то тут выделяются бункерные решения. Твёрдотопливные агрегаты бункерного типа различаются вместимостью встроенного топливного резервуара и другими немаловажными техническими характеристиками. Высокий спрос на такие модели обусловлен автоматическим шнековым механизмом топливной подачи, принудительным нагнетанием воздуха и удалением продуктов сгорания, функцией самоочистки.

В устройствах нового типа бесперебойную работу обеспечивает микропроцессорный контроллер и система электророзжига. При порционной подаче топлива происходит его полное сгорание и наблюдается минимальное количество недогара с максимально тепловой отдачей. Бункерное оборудование чаще всего оснащается ретортной горелкой или горелочным устройством АКМ.

Современная лучевая разводка отопления

Если говорить об относительно новых схемах систем отопления, то можно выделить лучевую. Проектирование отопления в частном доме подразумевает грамотный выбор разводки системы. В подобных условиях предпочтение рекомендуется отдавать лучевой схеме с автоматизацией обогрева помещений и использованием доступных энергетических ресурсов.

Преимущества такого варианта заключаются в одинаковом диаметре всех труб, минимальном количестве фитингов и сбалансированности обогрева. Благодаря гидравлической стабильности данный вид отопительной системы является более надёжным и пригодным для ремонта без слива теплоносителя.

По сути, это разновидность проверенной двухтрубной системы, с той лишь разницей, что к каждому прибору идет своя подача и обратка, а центром всего этого выступает распределительный коллектор. Он такой же, как в теплом поле.

Современные трубы для отопления

Создание высокоэффективных отопительных систем в загородных домовладениях невозможно представить без использования прочных и надёжных, долговечных и простых в обслуживании трубопроводов. Если вы вдруг не в курсе, то давайте разберем самые современные варианты труб для систем отопления.

Полипропилен

Самый дешевый и популярный материал на рынке. При должном монтаже способен прослужить немало лет. Имеют свои плюсы и минусы. Про минусы можете посмотреть наше видео.

Усовершенствованные полипропиленовые трубы могут иметь маркировку РР-Н (герметичность и устойчивость к высокому давлению) и PP-R с этиленом (для больших температурных нагрузок). В отопительных системах чаще всего применяются армированные PP-R трубопроводы с наличием алюминиевого или стекловолоконного покрытия.

Металлопластиковые изделия

Классификация металлопластиковых труб основана на радиусе их изгиба, максимальном уровне давления, коэффициенте теплового расширения и теплопроводности. Барьерный слой изделий изготавливается из листовой алюминиевой фольги или сетчатого жёсткого каркаса. Качественный материал является стальной лентой, покрытой с двух сторон стойким полимером.

Трубы из сшитого полиэтилена

Выпускаемые изделия имеют внешний диаметр в пределах 10-280 мм при толщине стенок от 0,2 до 0,5 см. Для такого материала характерна довольно высокая плотность, широкий диапазон рабочих температур, ударопрочность и хорошая теплопроводность, а также достаточно высокий уровень гибкости.

Энергоэффективные системы отопления:
тенденции, практика, проблемы

В. Л. Грановский, канд. техн. наук, заместитель технического директора ООО «Данфосс», otvet@abok.ru

Появившиеся в последнее время нормативы, устанавливающие классы энергоэффективности зданий в зависимости от уровня их теплопотребления, ставят аналогичную задачу и перед отдельными элементами инженерных систем здания. Суть этой задачи состоит в выборе наиболее энергоэффективного оборудования или технического решения по каждому из элементов систем, чтобы в финале процесса проектирования прийти к нормируемому уровню теплопотребления всей системы, соответствующему заданному классу энергоэффективности.

Для системы водяного отопления энергоэффективный уровень теплопотребления может быть обеспечен при следующем наборе функций и возможностей:

• автоматическое поддержание температурного графика на вводе в здание;
• качественно-количественное регулирование теплоотдачи системы, включающее терморегулирование на отопительных приборах и стояках;
• автоматическое поддержание требуемого/расчетного распределения потока теплоносителя по всем участкам системы;
• индивидуальный учет тепла, мотивированный оплатой по фактическому потреблению.

По конструктивному исполнению, укрупненно, можно выделить следующие варианты энергоэффективных систем отопления:

• система с горизонтальной поквартирной разводкой трубопроводов с различными конструктивными вариантами поквартирных тепловых пунктов или распределительных щитов, включающими различные комбинации автоматики регулирования, теплообменники контуров отопления и/или ГВС и др.;
• традиционная система отопления с вертикальными внутриквартирными стояками – однотрубная и двухтрубная, комплексно оснащенная приборами автоматического регулирования и учета тепла.

Возможны и другие конструктивные варианты систем и их комбинации.

Для систем с горизонтальной разводкой потенциал энергоэффективности и набор оборудования, обеспечивающий нормативный уровень теплопотребления, очевиден и описан в работах многих специалистов.

В то же время, потенциал повышения энергоэффективности традиционных вертикальных систем отопления для многих специалистов пока не очевиден. Однако он весьма значительный, и возможность модернизации таких систем следует рассмотреть более подробно, поскольку:

• данные системы являются наиболее массовыми в применении, особенно в существующем жилом фонде;
• радикальная конструктивная трансформация таких систем в горизонтальные в ходе модернизации слишком затратна.

Набор рекомендуемых ниже мероприятий позволяет довести уровень теплопотребления традиционных вертикальных систем отопления, практически, до нормативного по самому высокому классу энергоэффективности.

Модернизация узла ввода теплоносителя в здание

Важнейшим элементом системы отопления любого конструктивного исполнения является узел ввода теплоносителя в здание. Наиболее энергоэффективными решениями являются автоматизированный узел управления – АУУ (вариант зависимой схемы присоединения системы отопления) или индивидуальный тепловой пункт – ИТП (вариант независимой схемы присоединения с теплообменниками контура отопления и ГВС). В этих устройствах обеспечивается соблюдение температурного графика, адекватного температуре наружного воздуха и текущему теплопотреблению здания, а также надежная насосная циркуляция теплоносителя в системе отопления.

Экономический эффект от применения указанных устройств составляет от 10 до 30%, в зависимости от соответствия состояния здания проектным решениям и условий его эксплуатации.

Известен ряд альтернативных АУУ технических решений узла ввода, таких как:

• узел смешения теплоносителя с элеваторами с постоянным или изменяющимся коэффициентом смешения;
• узел без смешения теплоносителя; применяется при подаче в здание теплоносителя с температурой, равной расчетной температуре в системе отопления.

На наш взгляд, применение этих устройств и технических решений в энергоэффективных системах отопление неприемлемо. Техническая аргументация, квалифицированно обосновывающая неадекватность таких решений для современных систем отопления давно известна. Однако, по разным причинам, критика не всегда принимается во внимание.

Разовое применение таких решений приводит к возникновению проблем в единичном здании. Однако, когда допущение о применении элеватора включается в нормативы, в частности, в актуализированный СНиП ОВК, как это сделано сейчас, – это уже более серьезная ошибка, которая приведет к массовым превышениям нормируемого уровня энергоэффективности во вновь возводимых и модернизируемых зданиях.

В подтверждении этого можно сослаться на работу коллег из ВТИ [1], в которой рассмотрен ряд возможных схем автоматизированных элеваторных узлов смешения. В работе детально проанализированы основные недостатки каждой из схем. Общим является то обстоятельство, что для обеспечения адекватной работоспособности таких устройств необходимо поддержание в системе отопления постоянного и малого по своей величине гидравлического сопротивления. Однако эти требования практически невыполнимы при наличии в системе отопления терморегуляторов и другой арматуры автоматического регулирования.

Отметим также негативную эксплуатационную практику применения таких элеваторов.

С учетом сказанного, считаем актуальным просить авторов проекта актуализированной версии СНиП ОВК исключить рекомендацию по применению элеваторных узлов в системах отопления зданий как противоречащую требованию по обеспечению нормативного энергоэффективного уровня теплопотребления.

Поддержание расчетного распределения потока теплоносителя

Данное мероприятие позволяет исключить перетопы или дефицит тепла на отдельных стояках традиционных вертикальных систем отопления. Такая возможность обеспечивается установкой на стояках автоматических балансировочных клапанов, поддерживающих постоянство перепада давления в стояках двухтрубных систем или постоянство расхода в стояках однотрубных систем отопления.

Для вертикальных двухтрубных систем отопления это мероприятие не вызывает вопросов у специалистов, однако относительно однотрубной системы ряд экспертов высказывают сомнения в его актуальности.

Эти сомнения базируются на следующем:

• значительное количество вертикальных однотрубных систем, особенно в типовом домостроении, рассчитано по методу переменных (скользящих) перепадов температур, что теоретически должно обеспечивать гидравлическую сбалансированность стояков;
• в однотрубных системах отопления даже при срабатывании термостатов поддерживается постоянный расход теплоносителя, то есть автоматизированный контроль и регулировка стояков не требуются.

По каждому из этих утверждений есть достаточно простая контраргументация. В частности, по методу расчета: известны расчетные ограничения этого метода, не позволяющие достаточно точно сбалансировать стояки [2]. Также не корректно утверждение о постоянстве расхода при коэффициенте затекания порядка 0,25 и при изменении расхода теплоносителя, связанного с изменением гравитационного давления в стояках. Все это достаточно легко показать в цифрах.

Однако все эти расчетные эффекты перекрываются влиянием ошибок и допущений, вносимых в систему отопления в массовом порядке при ее проектировании и монтаже, а также изменениями в конструкции системы, вносимыми жильцами в пределах квартиры.

Результаты обследования типовых секционных зданий показали разброс расхода теплоносителя на контрольных стояках в пределах ±30% относительно проектных значений. После установки балансировочных клапанов и их настройки на проектные значения дисбаланс не превышал ±3%.

В результате теплопотребление зданий снизилось на 7–12% за счет сокращения необоснованного проветривания в помещениях на «перегретых» стояках и снижения настроек автоматики узла ввода, защищающих отстающие стояки (рис. 1).

Энергоэффективность автоматической балансировки стояков

Терморегулирование стояков как средство качественного регулирования теплоотдачи

Следующий шаг в повышении энергоэффективности традиционной однотрубной системы отопления – обеспечить количественное регулирование теплоотдачи системы не только на уровне отопительных приборов, посредством термостатов, но и на стояках, посредством установки терморегуляторов в корне стояков, совместив их конструктивно с балансировочными клапанами. Принцип регулирования температуры стояка представлен на рис. 2.

Принципиальная схема функционирования стояков

Эффект обеспечивается путем сокращения расхода теплоносителя через конкретный стояк, температура теплоносителя в котором повышается в результате закрытия термостатов при избытке тепла в отдельных помещениях.

Результаты функционирования терморегулятора на одном из контрольных стояков представлены на рис. 3. Из графиков видно сокращение расхода теплоносителя в стояке как следствие повышения в нем температуры теплоносителя в результате закрытия термостатов на отдельных отопительных приборах. При этом температура воздуха в контрольном помещении не изменяется.

Результаты функционирования терморегулятора на контрольном стояке

Значения настройки данных устройств определяются в ходе обследования здания и выявления потенциала теплоизбытков. Наиболее эффективны «постоячные» терморегуляторы с электроприводом и системой автоматического контроля температуры теплоносителя в стояках.

Экономический эффект от применения терморегулирования стояков зависит от величины не учтенных в проекте избыточных теплопоступлений в здание, в том числе от избыточной поверхности нагрева отопительных приборов. По результатам обследования экспериментальных зданий эффект составил от 8 до 12% в зависимости от состояния здания.

Энергоэффективность отопительных приборов

Отопительные приборы во многом определяют энергоэффективность системы отопления. Выбор типа отопительного прибора не однозначен и требует анализа большого количества его свойств и особенностей. Для облегчения выбора, адекватного задаче энергоэффективности системы в целом, представляется целесообразным введение системы оценки классов энергоэффективности отопительных приборов, по аналогии с классификацией зданий.

Ниже, в порядке дискуссии, представлена идеология одного из возможных вариантов системы оценки класса энергоэффективности отопительных приборов. Система предполагает балльную оценку качества отопительных приборов по ряду показателей. Показатели могут быть представлены в виде количественной оценки – кВт,%, час и т.п., либо в виде качественной оценки – много, мало, высокий, низкий и т.п. Каждому классу энергоэффективности соответствует сумма баллов, набранная в результате экспертной оценки отопительного прибора по каждому из показателей. Ниже представлен пример такой системы оценки для определенных типов приборов.

Таблица 1 Пример определения класса энергоэффективности отопительных приборов

№ Показатели 5 баллов 4 балла 3 балла 2 балла 1 Инерционность +/ + 2 Регулируемость + + 3 Остаточная теплоотдача + + 4 Материалоемкость +/ + 5 Гидравлическое сопротивление + + 6 Доля радиационного теплообмена +/ + 7 ………………………………

Для представленных в табл. 1 показателей принимаем следующую классификацию энергоэффективности отопительных приборов по сумме баллов:

• класс А – 25–30 баллов;
• класс В – 18–24 балла;
• класс С – 12–17 баллов.

В качестве примера рассмотрим стальной пластинчатый конвектор типа КСК.

Пример 1

• автоматический терморегулятор на входе теплоносителя;
• «термотормоз» отсутствует;
• замыкающий участок отсутствует.
• Сумма баллов – 25 (см. черные кресты в таблице).

Класс энергоэффективности – А.

Пример 2

• автоматический терморегулятор на калаче;
• «термотормоз» на обратной подводке;
• замыкающий участок установлен.
• Сумма баллов – 22 (см. красные кресты в таблице).

Класс энергоэффективности – В.

Индивидуальный (поквартирный) учет тепла

Индивидуальный (поквартирный) учет тепла с оплатой по фактическому его потреблению является важнейшим фактором, мотивирующим жильцов к энергосбережению. Без этого мероприятия система энергосберегающих мероприятий остается «разомкнутой», базирующейся только на административных рычагах.

Известны следующие основные типы систем индивидуального учета тепла, применяемых для традиционных вертикальных однотрубных систем отопления:

• Система с аллокаторами (heat cost allocator – распределитель стоимости потребленной теплоты) на каждом отопительном приборе, регистрирующая разницу температур (∆t_алл) между поверхностью отопительного прибора и воздухом помещения. Расход теплоносителя регистрируется на домовом счетчике и участвует только в расчете подомового теплопотребления.
• Система с датчиками температур теплоносителя, установленными в стояке на каждом этаже, регистрирующая разницу температур (∆t_эт) теплоносителя в стояке в пределах каждого этажа. Расход теплоносителя регистрируется на каждом стояке и в подомовом теплосчетчике.

Для вертикальных двухтрубных систем отопления применяется только система с аллокаторами.

Обе указанные выше системы распределительные, принципы их работы достаточно подробно описаны в литературе. В данной статье рассматривается только один аспект – точность расчета теплопотребления. Эта информация должна позволить проектировщику сделать выбор между системами, адекватный задачам энергосбережения и защиты прав жильца на справедливую оплату за потребленное тепло.

* По данным [3], п. 4,7.

** С учетом погрешности расходомера на стояке – принято к расчету 3%.

В табл. 2 представлены диапазоны изменения перепадов температур ∆t_алл и ∆t_эт и соответствующие им погрешности вычислений σ_t в рассматриваемых системах индивидуального учета в зависимости от этажности здания и температуры теплоносителя в течение отопительного сезона.

При этом погрешность определения ∆t_эт рассчитана с учетом погрешности измерения датчика температур ∆t_дат = 0,05 °C.

В ходе эксплуатации системы, в силу ряда причин, возможно снижение точности измерения датчика. Для иллюстрации в табл. 2 в скобках представлены данные, рассчитанные для ∆t_дат = 0,1 °C для варианта с наибольшей погрешностью.

Как видно из таблицы, ∆t_алл >> ∆t_эт, при этом абсолютные значения ∆t_эт весьма малы. Оба эти обстоятельства существенно влияют на точность начисления платежей. Так, при среднем ежемесячном начислении за потребленное тепло, например 2000 руб., необоснованная переплата или недоплата отдельных жильцов может составить:

• 450–550 руб./месяц для системы с датчиками на стояках при ∆t_дат = 0,05 °C;
• 650–1 050 руб./месяц для системы с датчиками на стояках при ∆t_дат = 0,1 °C;
• 60–100 рублей в месяц для системы учета с аллокаторами.

Как видно из примера погрешность начисления платежей для системы с датчиками на стояках в несколько раз превышает погрешность системы с аллокаторами.

Очевидно, что ошибка начислений возможна в обе стороны: как в пользу жильца, так и в пользу поставщика ресурсов. В обоих случаях невозможно свести баланс по показаниям поквартирных и подомового счетчика, а также исключить жалобы со стороны жильцов или поставщика тепла, вплоть до судебных разбирательств.

В любом случае, при коммерческом расчете за тепло к применению следует рекомендовать систему индивидуального учета с наименьшей возможной погрешностью.

Таблица 2 Перепады температур ∆tалл и ∆tэт и соответствующие им погрешности вычислений σt

Этаж- ность Система учета с аллокаторами Система учета с датчиками на стояках Термостат открыт Термостат закрыт ∆tалл, °C σt, %* ∆tэт, °C σt, % σt, %** ∆tэт, °C σt, % σt, %** 5 16–65 5–3 1,6–0,9 5,5–3,2 6,3–4,4 0,4–0,9 12–7,3 12,3–7,9 9 18–70 5–3 0,9–2,8 7,4–4,3 8–5,2 0,2–0,6 17–9,5 17–10,3 12 18–70 5–3 0,7–2,1 8,6–4,9 9,1–5,7 0,1–0,4 19–11,2 19–11,4 17 18–70 5–3 0,5–1,5 10,2–5,8 10,6–6,5 0,1–0,3 22–13,3 23–13,6 25 19–73 5–3 0,3–1,0 12,3–7,1 12,7–7,7 0,1–0,2 27–15,8 26,8–16 (53–32)