Низкотемпературное отопление в доме

Низкотемпературным называется отопление, в котором нагрев теплоносителя составляет 55-45 градусов. Это значит, что температура воды на выходе из котла не должен превышать 55 градусов, а температура обратной воды должна быть не ниже 45 градусов. При этом поверхность радиатора отопления будет нагрета примерно на 38-40 градусов в верхней части прибора.

Горячим, в общепринятом смысле этого слова, его не назовешь. Рассчитывать на интенсивное тепловое излучение от радиаторов при такой температуре теплоносителя не следует, равно, как не следует устанавливать в низкотемпературных отопительных системах конвекторы – они эффективны только при температуре воды не ниже 70С и используются в высокотемпературных (традиционных) отопительных системах.

Источники тепла для низкотемпературного отопления

В обычной системе отопления температура воды на выходе из котла значительно выше и составляет примерно 70-80 градусов, при этом температура обратки ниже на 20 градусов.

Следует отметить, что низкотемпературные отопительные системы используются не потому, что они лучше и эффективнее, а потому, что только с их помощью можно обогреть дом, применяя для этого тепловые насосы, геотермальные источники тепла или конденсаторные котлы отопления.

Так называемые традиционные котлы отопления в низкотемпературных системах можно использовать только в комплекте с элеваторным узлом, обеспечивающим смешивание холодного теплоносителя с горячей водой из котла и приведение температур теплоносителя к требуемым (55-45) параметрам.

Длительная эксплуатация обычного котла на нагрев обратки с низкой температурой может привести к чрезмерному образованию конденсата в дымоходе и преждевременному его выходу из строя. Поэтому в низкотемпературных системах отопления, работающих на обычных котлах отопления, теплоноситель из обратного трубопровода перед подачей в котел обязательно подогревают, используя для этого часть выработанного котлом тепла.

Все это усложняет конструкцию отопительной системы и ведет не только к увеличению ее стоимости, но и в значительной мере усложняет процесс эксплуатации и технического обслуживания.

Работать на теплоносителе с низкой температурой могут только конденсационные котлы отопления.

Низкотемпературные источники

Как уже было сказано, низкотемпературное отопление ориентировано на потребление тепловой энергии, вырабатываемой тепловыми насосами, а также, тепла, полученного от солнца и геотермального тепла. Именно эти источники являются оптимальными для низкотемпературных систем. Если решено использовать низкотемпературное отопление без применения возобновляемых источников энергии, то проще и экономичнее установить конденсационный котел.

Но работать система получения «мягкого тепла», как часто называют низкотемпературное отопление, будет только при правильном выборе отопительных приборов.

Отопительные приборы для низкотемпературных систем

Обычные радиаторы для низкотемпературных систем отопления не подходят. Они просто не смогут работать на полную мощность, и в доме будет холодно. Обогревать дом при низкотемпературной системе отопления придется с помощью греющих поверхностей. Это могут быть теплые полы или теплые стены. Соотношение простое: чем больше греющая поверхность, тем теплее будет в доме.

Следует отметить, что низкотемпературные отопительные системы имеют ряд достоинств:

• Греющие поверхности с температурой примерно 35-40С излучают тепло в наиболее комфортном для человека диапазоне волн
• Теплые полы позволяют перераспределить тепло в помещении. Если при установке обычных радиаторов самый теплый воздух в помещении (а вместе с ним и самая прогретая зона) находится под потолком, то при использовании теплого пола она расположена под ногами, что более естественно и комфортно для человека.
• Использование геотермального тепла и солнечной энергии позволяет снизить расходы на отопление и положительно сказывается на экологии.

Что дороже?

К сожалению, на сегодняшний день говорить о реальной экономии при использовании низкотемпературного отопления преждевременно.

В нашей стране дешевле топить газом, используя для этого традиционные котлы в комплекте с конвекторами и радиаторами отопления.

Для тех, кто хочет наслаждаться мягким теплом от греющих поверхностей, лучше установить конденсационный котел. Он стоит дороже, но позволяет сократить расход газа на 15-20%.

Низкотемпературные системы отопления с конденсационным котлом

С 1 января 2019 года владельцы частных домов обязаны устанавливать счетчики потребленного газа, если его расход составляет от 2 куб.м/час; под этот критерий подпадает большинство газовых водонагревателей, используемых для отопления дома в холодный сезон. И хотя платить по счетчику пока выгоднее, чем по нормативам, постоянное удорожание энергоносителей (за последние 10 лет газ в Подмосковье подорожал примерно в 2 раза) уже заставляет задуматься об экономии.

Низкотемпературное отопление: что это такое

Что такое конденсационный котел

Как устроен конденсационный котел

Модели и модификации

Недостатки конденсационных котлов

Один из вариантов, предлагаемых специалистами – организация низкотемпературной системы отопления в сочетании с конденсационным газовым котлом. В пример приводится опыт Европы, где подобные системы считаются очень энергоэффективными и внедряются весьма широко – в том числе в скандинавских странах, где климат вполне сравним с нашим.

Низкотемпературное отопление: что это такое

Низкотемпературные системы отопления – те, в которых температура теплоносителя «на входе» – менее 60°С, а «на выходе» – примерно 30. 40°С, при этом температура в помещении принимается как 20°С. Понятно, что при таких вводных данных отопительные приборы не будут нагреваться так же сильно, как традиционные радиаторы, рассчитанные на режим 80/60. Так что для низкотемпературного отопления чаще всего используют следующие устройства и их комбинации:

Водяной теплый пол – самый распространенный низкотемпературный отопительный прибор. Даже согласно СНиП он не должен в жилых помещениях нагреваться выше +31°С.

Конвекторы с принудительной конвекцией. Она осуществляется встроенным вентилятором и необходима для обеспечения большей теплоотдачи. Эти приборы бывают настенными, напольными, встраиваемыми внутрипольными и пр. Для работы вентилятора им необходимо подключение к электричеству.

Радиаторы, специально предназначенные для низкотемпературных систем. Они имеют увеличенную площадь поверхности и изготавливаются чаще всего из алюминия. Этот металл имеет высокую теплопроводность и низкую термоинтерность, то есть обеспечивает максимальную отдачу тепла и быстро нагревается. Возможно и использование стальных радиаторов с сильным оребрением и подобными конструктивными решениями, благодаря которым увеличивается площадь поверхности, отдающей тепло.

«Теплые плинтусы», или термоплинтусы – компактные модульные радиаторы, которые устанавливаются вдоль стен как обычный плинтус.

Водяной теплый пол

Что такое конденсационный котел

Принципиальное отличие конденсационного котла от обычного (конвекционного) – способность извлекать дополнительную тепловую энергию из дымовых газов, которые неизбежно образуются при сгорании топлива. В обычном котле горячие газы, содержащие большое количество водяного пара, просто удаляются через дымоход. В конденсационном они охлаждаются до температуры, когда содержащаяся в них вода снова переходит в жидкое состояние, т. е. конденсируется. Выделенная при этом энергия расходуется на подогрев воды. Именно поэтому в технических характеристиках подобных котлов указываются цифры КПД, кажущиеся невозможными – более 100%. Здесь действительно нет никакой ошибки: КПД теплогеренирующего оборудования обычно рассчитывают по низшей теплоте сгорания топлива без учета энергии парообразования. Конденсационный котел не только извлекает очень высокий КПД из сгорания топлива (97-98%), но и добавляет еще 11-12% за счет конденсации водяного пара. Следует заметить, что такой КПД котел выдает только в режиме 50°С/30°С; при более высокой температуре (более 57°С) конденсация прекращается и котел работает как обычный конвекционный.

Конденсационный котел

Как устроен конденсационный котел

Устройство конденсационного котла несколько сложнее, чем у конвекционного. Во-первых, он оснащается дополнительным теплообменником из материала с высокой устойчивостью к воздействию кислоты, так как конденсат, как и любые продукты сгорания, имеет кислую реакцию. Во-вторых, конденсационные котлы всегда имеют закрытую герметичную камеру сгорания, в которую воздух для обогащения горючей смеси поступает только принудительно, с помощью специального вентилятора. В-третьих, они совместимы только с дымоходами из кислотоустойчивых материалов (огнестойкий полипропилен, кислотостойкие марки нержавеющей стали), так как конденсат имеет кислую реакцию и с течением времени способен разрушить трубы дымохода. Что касается конструкции, то лучший из возможных вариантов – коаксиальный дымоход, или «труба в трубе»: по внешней трубе поступает воздух для обдува горелки, по внутренней удаляются продукты горения.

Схема работы конденсационного котла

Воздух в котел может подаваться как с улицы, так и из помещения. В первом случае либо используются возможности коаксиального дымохода, либо организуется отдельный воздуховод. Забор воздуха из помещения возможен только в случае, когда котельная оборудована принудительной приточной вентиляцией, обеспечивающей поступление 10 м 3 воздуха на 1 м 3 сжигаемого газа, поэтому для частного хозяйства такой вариант в большинстве случаев не подходит.

Коаксиальный дымоход

Модели и модификации

Как и обычный котел, конденсационный может быть одноконтурным (отопление) или двухконтурным (отопление + горячее водоснабжение). У двухконтурных котлов приоритет имеет ГВС, то есть при включении горячей воды подача тепла системе отопления прекращается.

По способу установки котлы бывают настенными и напольными. Настенные при компактных размерах имеют очень высокую мощность (до 100 кВт), поэтому хорошо подходят для частного дома. Напольные способны выдавать тепло буквально в промышленных масштабах (15 — 19 тыс кВт) и в домашних условиях используются редко. В продаже есть модели напольных котлов со встроенным бойлером послойного нагрева – такая технология позволяет получить воду постоянной температуры в любое время.

Кроме того, котлы последних поколений оснащаются электронными системами безопасности, контроля и определения неисправностей, поддерживают большое количество настроек режимов работы и могут управляться со смартфона.

Конденсационный котел в системе отопления и ГВС

Недостатки конденсационных котлов

Главный минус конденсационного котла – неизбежная «изнанка» его плюсов: это большое количество конденсата, который необходимо утилизировать. Котлы небольшой и средней мощности при работе в режиме 50/30 выделяют в час 4-7 л конденсата, мощные напольные модели — до 50. Проблема состоит в том, что кислый конденсат, насыщенный продуктами сгорания, считается опасными отходами: сливать его в канализацию можно только в случае, если общий его объем составляет менее 1/25 всего канализационного стока; отводить конденсат в септик или просто на улицу категорически нельзя. Единственный выход – оснащение котла специальным нейтрализатором. Это емкость со щелочным фильтрующим материалом, который пропускает через себя конденсат и превращает его в жидкость с нейтральной кислотностью – ее уже можно безбоязненно сливать и в канализацию, и в септик. Чтобы автоматизировать ее удаление и не сливать вручную, нередко используют специальные компактные насосы.

Низкотемпературные системы отопления

Опубликовано: 15 января 2020 г.

Несмотря на суровый климат, низкотемпературные системы отопления все чаще применяются и в России. Их преимущества постепенно завоевывают признание и в нашей стране.

Г лавная особенность низкотемпературных систем отражает температуру теплоносителя. Он может нагреваться в такой системе до температуры не более 70°С (обычно 50-55°С), а разность температур теплоносителя в прямой и обратной линиях зачастую не превышает 14°С. В отличие от высокотемпературных систем, где температура теплоносителя может достигать 95°С.

К преимуществам низкотемпературных систем относят:

— равномерную и комфортную температуру воздуха в помещении, что обеспечивает пользователю более высокий уровень температурного комфорта;

— большую гибкость и экологичность, за счет возможности создания многовалентных (от нескольких источников энергии, в том числе возобновляемых) систем теплоснабжения.

Источники тепла и особенности комплектации

При использовании альтернативных источников энергии периодического действия (солнечная энергия, сбросная теплота технологического процесса) в системе низкотемпературного водяного отопления используются теплоаккумуляторы. В бытовых системах отопления эту функцию обычно выполняют баки-аккумуляторы, которые устанавливаются практически во всех поливалентных системах (рис. 1). Такой теплоаккумулятор представляет собой хорошо изолированную, например, слоем полиуретана толщиной 80-100 мм емкость, в которую встроено несколько теплообменников, в том числе от солнечного коллектора и/или теплового насоса.

Рис. 1. Бивалентная система отопления (схема) с баком-аккумулятором

Современные решения для относительно больших зданий предполагают использование в качестве одного из источников тепла сеть централизованного теплоснабжения. При этом появляется возможность дополнить такую систему тепловыми и солнечными насосами.

Пиковым теплогенератором поливалентных низкотемпературных систем и единственным моновалентным часто является конденсационный котел (рис. 2), в котором дополнительным источником энергии служит утилизируемая энергия фазового перехода пара, содержащегося в продуктах реакции горения, в воду. При этом можно получить еще 6 и 11 % тепловой энергии, соответственно, при использовании жидкого и газообразного топлива.

Рис. 2. Принцип работы конденсационного котла (схема)

Конденсационный режим работы котла в значительной степени зависит от температурных параметров системы отопления. Чем ниже температура теплоносителя в обратном котловом контуре, тем более полно происходит конденсация пара, больше тепла будет утилизировано, выше КПД. Для газовых котлов пороговая температура конденсационного режима 57°С. Поэтому и система отопления должна быть рассчитана на использование теплоносителя с более низкой температурой в обратном контуре.

При средних для зимнего периода температурах она по проектному расчету с учетом максимальной эффективности конденсационного режима не должна превышать 45°С. Такие параметры обеспечиваются низкотемпературными системами отопления, в которых конденсационные котлы работают преимущественно в «штатном» для них режиме.

Из-за малого перепада температуры теплоносителя на входе и выходе низкотемпературные системы отопления обычно выполняются двухтрубными с расширительным баком, который хорошо изолирован и снабжен циркуляционной линией.

Для удаления воздуха из систем с нижней разводкой предусматривают воздушную линию и воздушные краны непосредственно у отопительных приборов.

Отопительные приборы низкотемпературных систем

В общем случае, низкотемпературные системы отопления имеют и более низкие, по сравнению с высокотемпературными, удельные тепловые потоки от поверхности отопительного прибора. Необходимый объем передачи энергии может обеспечиваться в таком случае за счет увеличения поверхности теплосъема, которая в значительной степени определяется габаритными размерами (длиной и высотой) отопительного прибора или количеством секций, либо теплосъем должен интенсифицироваться с теплообменных поверхностей.

Соответственно приборы водяного отопления, рассчитанные на применение в низкотемпературных системах, должны иметь более развитые и сложные поверхности теплообмена. Этому соответствует применение конвекторов с большой площадью оребрения при качественном контакте с коллектором. Увеличить эффективность теплосъема в таких приборах позволяет режим принудительной конвекции. Это же реализуется и в ряде приборов, позиционируемых как радиаторы.

Значение имеет и материал, из которого изготовлены приборы. Так, эффективные в высокотемпературных системах отопления чугунные радиаторы характеризуются большой тепловой инерцией. Система отопления, созданная на их основе, хуже поддается регулировке средствами современной автоматики. Даже ставшие уже привычными терморегуляторы не столь эффективны.

В отличие от чугунных, стальные панельные радиаторы (рис. 3), большинство из которых по принципу теплоотдачи правильнее называть конвекторами, имеют малую инерционность, то есть быстро нагреваются и остывают, что позволяет автоматически регулировать их работу, экономя энергию, и сравнительно простую конструкцию. Большая площадь панелей обеспечивает высокий уровень теплоизлучения, а наличие оребрения в межпанельном пространстве увеличивает конвективную часть теплоотдачи, повышая комфортность отопления.

Рис. 3. Стальной панельный радиатор

Широкий модельный ряд стальных панельных радиаторов и большое число компаний-производителей и дистрибьюторов позволяют без труда подобрать оптимальный прибор для любого помещения.

Многорядные (с несколькими панелями) стальные радиаторы хорошо подходят для эксплуатации в низкотемпературных системах отопления, практически идеально соответствуя возможностям устанавливаемой на них терморегулирующей арматуре.

Стальные трубчатые радиаторы имеют привлекательный дизайн и характеризуются низким гидравлическим сопротивлением и гигиеничностью. В низкотемпературном комфортном отоплении они заняли собственную нишу дизайн-приборов. Однако они характеризуются более высокой тепловой инерцией по сравнению со стальными панельными радиаторами.

При переходе на более низкие температурные параметры теплоносителя возрастает доля конвективного переноса тепла. Наиболее полно такой механизм реализуется в конвекторах, отличающихся от радиаторов конструкцией, обеспечивающей преимущественную реализацию такого механизма теплопереноса. При этом режим принудительной конвекции позволяет его увеличить в разы.

Отдельного упоминания заслуживают встраиваемый в пол конвекторы (рис. 4), которые почти невидимые, на поверхности пола только декоративная решетка, позволяют эффективно отапливать большие помещения, в том числе с большими площадями остекления фасадов. Эти приборы характеризуются большой поверхностью теплообмена, теплосъем с которой может усиливаться с помощью принудительной вентиляции. Установленные в пол по периметру помещения, оснащенные терморегулирующей автоматикой, они могут очень гибко регулировать уровень теплового комфорта.

Рис. 4. Встраиваемый в пол конвектор

Главным требованиям, предъявляемым к приборам для организации низкотемпературного отопления, отвечают конвекторы, реализующие концепцию Low H2O, разработанную компанией Jaga. Очень низкий объем воды в радиаторе обеспечивает быстрое реагирование на управляющее воздействие. Объем теплоносителя в таком приборе мощностью 2 кВт, по другим характеристикам аналогичном традиционному, не превышает 1 дц3 при общей его массе 3 кг. Это создает возможность очень быстро реагировать температурой развитых теплообменных поверхностей на изменения температуры теплоносителя, которые в свою очередь соответствуют малейшим изменениям температуры в атмосфере отапливаемого помещения. В итоге пользователь получает преимущество управления тепловым комфортом в автоматическом режиме. Такие приборы рассчитаны на работу в системах с конденсационными котлами, тепловыми насосами, солнечными коллекторами и другими источниками с низкими температурными режимами, позволяя снизить потребление энергии без ущерба для комфортности.

Плюс «теплые полы»

«Теплый пол» и панельное отопление также можно рассматривать в ряду технических средств, успешно применяемых составе низкотемпературных отопительных систем. Теплый пол позволяет получить вертикальное распределение температур в помещении, близкое к идеальному, наиболее соответствующему физиологическим требованиям человека: более высокая температура внизу помещения, а не в зоне головы, при небольшом перепаде температур. На высоте головы температура в помещениях с теплым полом составляет около 18°C, что близко к оптимуму теплового комфорта (рис. 5).

Рис. 5. Градиент температур по вертикали в помещении при напольном отоплении: коричневым цветом показана идеальная кривая, красным – действительная для теплого пола

Оптимальная результирующая температура, отражающая состояние теплового комфорта человека, регламентируется ГОСТ 30494-2011 для жилых и административных зданий на уровне значений 20-22˚С. Благодаря более комфортному градиенту температур в помещении напольное отопление обеспечивает тепловой комфорт при температуре на 1-2°С ниже регламентируемого, чего не позволяет добиться конвективное радиаторное. Следствием этого является более экономный расход энергии.

Преимущества в достижении комфорта с помощью теплых полов объясняются особенностями теплоотдачи при данном способе отопления.

Теплый пол, также как и любой отопительный прибор, отдает тепло преимущественно излучением и конвекцией. Доля радиационной составляющей в теплоотдаче теплого пола несколько ниже конвекционной из-за невысокой температуры поверхности, которая регламентируется СНиПом 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» для жилых помещений с постоянным пребыванием людей не выше 26°С и не выше 31°С в помещениях с временным пребыванием.

В соответствии с этим ограничением температура теплоносителя в системе водяного теплого пола регламентируется не выше 45ºC (с перепадом на входе и выходе 10-12ºC), что соответствует значению данного параметра в низкотемпературных системах отопления.

Удельный теплосъем с поверхности любых напольных систем составляет порядка 100 Вт/м2. Преимущества же комфортности этого способа обогрева объясняются прежде всего равномерной теплоотдачей со всей площади поверхности пола. Именно поэтому тепло распределяется также равномерно по всему объему помещения, и даже относительно небольшой вклад радиационной составляющей становится заметным.

Способствует равномерному распределению тепла без локальных зон перегрева и то, что при теплоотдаче с поверхности теплого пола не образуется стойких конвекционных потоков, которые, к тому же, разносят пыль в атмосфере помещения. Как следствие, теплый пол оказывается более выигрышным способом обогрева и с гигиенической точки зрения.

В помещениях с высокими потолками (производственные корпуса, культовые сооружения, спортзалы) экономия становится еще больше, достигая 30%, так как нагрев воздуха до комфортной температуры (18-20°С) необходим только на высоте 2-2,5 м от пола.

Низкотемпературный вакуум

Особое место среди отопительных приборов занимают низкотемпературные вакуумные радиаторы отопления, использующие схему тепловой трубки (рис. 6 а, б). Это герметичные емкости с небольшим количеством хладагента внутри, в которых создается разряжение, обеспечивающее переход жидкости в пар при 30-35°С (при понижении давления соответственно понижается и температура фазового перехода). В основании прибора проходит труба с циркулирующим теплоносителем. При контакте с ее поверхностью, нагретой выше 35°С хладагент в разряженном воздухе превращается в пар, поднимается вверх, конденсируется на стенках прибора, нагревая их, и стекает вниз, где вновь превращается в пар. Затем цикл повторяется.

Рис. 6. Вакуумный радиатор отопления: а – установленный в системе отопления, б – принцип работы (схема)

При этом разность температур нагретой трубы с теплоносителем и поверхностью прибора составляет 15-20°С. У таких низкотемпературных отопительных радиаторов температура поверхности прибора не превышает 65°С, при температуре теплоносителя 85°С и температуре воздуха в помещении 20-22°С.

Важное преимущество таких приборов – сокращение объема теплоносителя в системе отопления в десятки раз. Поэтому при запуске системы отопления происходит сокращение сопоставимое сокращение энергозатрат. Например, для разогрева теплоносителя при работе котла мощностью 20 кВт при регистрах Æ0,16 м и длиной 50 м требуется время около четырех часов, а при аналогичных вакуумных регистрах – три минуты. При прочих равных параметрах такой эффект достигается за счет практически стократного снижения массы теплоносителя в отопительной системе.