Системы отопления. Виды и источники тепла. Особенности

Для поддержания положительной температуры в помещении применяются различные системы отопления. Выбор в пользу любой из них зависит от многих факторов, таких как специфика помещения, себестоимость установки, необходимая мощность, тип энергии, скорость нагрева.

Какие бывают системы отопления

Наиболее распространенными системами отопления являются:

• Воздушные.
• Водяные.
• Комбинированные (смешанные).

Все они имеют свою специфику, поэтому наилучшим образом подходят под конкретные условия. Это не позволяет назвать, какая система является самой лучшей.

Воздушное отопление

Данные системы подразумевают прямой нагрев воздуха от источника тепла без использования теплоносителей. За счет перемешивания воздуха тепло постепенно распространяется по всему помещению. Это наиболее простая система. Она сравнительно не сложная в установке. Ее достоинством является быстрое поднятие температуры, как минимум на 15% быстрее, чем оборудованием жидкостного типа.

Нагревательным элементом такого оборудования может выступить котел, камин, печка, обогреватель. Воздушное отопление может быть местным или центральным.

Местное отопление наиболее простое. В качестве основного оборудования в нем может использоваться нагревательный прибор, работающий в результате сжигания газа, твердого топлива или электрическая установка. Монтаж и запуск электрических систем наиболее простой, поскольку не требуется оборудование для отвода дыма. Для местного отопления характерно, что чем дальше от единого источника тепла, тем холоднее. Такое решение рентабельно только в домах с площадью до 100 м².

Центральное воздушное отопление подразумевает комбинирование с системой вентиляции. То есть, обогрев выполняется не циркулирующего в помещении одного и того же воздуха, а свежего поступаемого с улицы. Поток из приточной вентиляции пропускается через отопительное оборудование и поступает в помещении теплым. Такая система менее экономична в плане потребления энергии, но она позволяет создать более здоровый микроклимат. Она исключает образование повышенной влажности, снижение уровня кислорода в помещении. Кроме этого нередко такие системы предусматривают применение воздушного фильтра. Это способствует поступлению чистого воздуха.

Водяные системы отопления

Они являются замкнутой и в разы сложнее. В ней предусматривается источник нагрева, от которого разветвляются трубы с радиаторами. По ним циркулирует вода или антифриз. Жидкость разогревается от нагревательного прибора и самотеком, или перекачивается циркуляционным насосом, поступает в радиаторы. Сами радиаторы располагаются в разных точках здания. От них нагревается воздух, при этом жидкость внутри охлаждается, и далее по кругу возвращается обратно к нагревателю, где снова подогревается.

Набор достаточной температуры воздуха в помещении с жидкостным отоплением произойдет позднее, в сравнении с воздушными системами. При этом температура во всех помещениях будет максимально одинаковой. Также отрегулировав радиатор можно уменьшать или увеличивать интенсивность прогрева в отдельных уголках здания, поддерживая везде разную комфортную температуру, пользуясь при этом общим источником тепла.

Система водяного отопления может быть с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Естественная циркуляция является менее эффективной в плане скорости разогрева радиаторов. В ней теплоноситель двигается естественным образом за счет свойства жидкости при нагреве поднимается вверх. За счет этого происходит ее перемешивание в трубах. Достоинство такой системы в том, что она полностью автономна.

Системы отопления с принудительной циркуляцией подразумевают наличие циркуляционного насоса. Он быстро прокачивает жидкость по кругу, позволяя более эффективно распределить температуру по всем помещениям здания. Однако недостаток этой системы: зависимость от электроэнергии.

Водяное отопление имеет ряд недостатков:

• Сложность монтажа и обслуживания.
• Большой промежуток времени между включением системы и обогревом помещения.
• Высокая вероятность протечки.
• Дороговизна установки и ремонта.

Варианты подключения радиаторов водяного отопления

В зависимости от варианта их подключения разделяют 3 основные системы:

1. Однотрубные.
2. Двухтрубные.
3. Коллекторные.

Они отличаются по тому, сколько труб подходит к радиатору отопления. В однотрубной выполняется последовательное подключение. Как следствие радиатор стоящий первым в системе разогревается больше всего. Последний будет самым холодным. Чтобы компенсировать разницу температур, проводится корректировка размера радиаторов. Первый имеет меньше всего секций. За счет этого у него самая низкая площадь нагрева. У последнего радиатора больше всего ребер. За счет большей площади они даже при небольшой температуре поверхности отдают почти такое же количество тепла, как и узкий горячий радиатор.

Двухтрубная система подразумевается параллельное подключение радиаторов. Для этого к каждому из них подводится по 2 трубы. Это делает такой вариант подсоединения более дорогостоящим. Однако в двухтрубной системе можно ставить радиаторы одинакового размера. Они независимо от отдаленности будут давать одинаковое количество тепла.

Коллекторная система отопления подразумевает применение распределительных коллекторов. Они устанавливаются в магистрали и используются для разветвления потоков на отдельные батареи. Ее монтаж сопровождается перерасходом труб в сравнении с другими системами. При этом положительным моментом является возможность регулировки всех радиаторов в одном месте в точке расположения коллектора.

Водяные системы отопления позволяют разместить источник тепла вдали от радиаторов. В зависимости от того где он расположен, применяются разные способы разводки труб:

• Верхняя.
• Нижняя.
• Вертикальная.
• Горизонтальная.

Виды систем отопления в зависимости от источников тепла

Для функционирования системы отопления необходим источник тепла, который будет нагревать воздух или теплоноситель, циркулирующий в трубах. Существует масса вариантов такого источника, который позволяет получить тепло в результате потребления:

• Твердого топлива.
• Газа.
• Жидкого топлива.
• Электричества.
• Альтернативных источников.

В качестве источника тепла работающего на твердом топливе могут выступать печки, камины, котлы. Их работа заключается в сжигания внутри рабочей камеры топлива. Это могут быть дрова, уголь, брикеты. Во многих случаях такой вид топлива является самым доступным. Подобные системы автономны, поскольку для их работы не требуется электричество, водопровод. Главный их недостаток заключается в необходимости ручной загрузки топлива, а также надобности уборки золы, чистки сажи.

Газовые системы отопления работают на природном магистральном газе. Они одни из самых дешевых в плане потребления, однако их установка сопровождается необходимостью получения разрешительной документации. Кроме этого данное топливо является источником повышенной опасности. Система отопления на газу подойдет только при наличии газопровода.

Система на жидком горючем обычно подразумевает получение тепла за счет сжигания дизельного топлива. Это крайне нерентабельное отопление по причине дороговизны горючего. Однако оно отличается простотой обслуживания. Система подходит для удаленных загородных домов, где нет газа и проводного электричества, при этом оборудование на твердом топливе является неприемлемым. Котлы, работающие на жидком горючем, подразумевают подключение к магистрали с теплоносителем. По воздушному принципу они не работают, что вызвано требованиями безопасности. Котел на ДТ должен быть вынесен за пределы жилого помещения.

Отопление на электрической энергии является на сегодняшний день одним из самых перспективных, особенно для небольших помещений. Электроотопление может быть как воздушным, так и водяным. Наиболее простым является воздушное. Для установки такой системы необходимо просто расставить в каждое помещение по камину, калориферу, тепловентилятору или другому электроприбору.

Системы отопления на альтернативных источниках подразумевают использование геотермальной энергии или энергии солнца. В последнем случае используются солнечные коллекторы. Это часть системы выносится за пределы помещения на открытый участок, где напрямую контактирует с прямыми солнечными лучами. Данный элемент нагреваясь передает тепло в помещение. Солнечные коллекторы работают только днем. Их эффективность зависит от разности температур, а также продолжительности светового дня и облачности. Подобные системы недостаточно эффективны для полноценного обогрева, поэтому используются как дешевые вспомогательные, позволяющие снизить себестоимость отопления помещения.

Альтернативные системы отопления на геотермальной энергии работают почти также, как и аналог на солнечном коллекторе. Однако они берут тепло из грунтовой массы. Породы и грунт на глубине от поверхности имеет положительную температуру даже зимой. Подобные системы подразумевают закапывание под землю трубной магистрали с ее выходом в помещение. При продувании холодного воздуха из помещения через такую систему можно получить на выходе его более теплым. Нагреть воздух до +20°С таким источником невозможно, но геотермальная система не даст температуре стать отрицательной. Обычно такие системы используют больше для кондиционирования летом. Для отопления они применяются как вспомогательные.

Какие виды систем отопления существуют и что лучше

Идея центрального теплоснабжения возникла довольно давно. В 80-м годах 19 столетия с ростом многоэтажного строительства каменных домов она получила широкое развитие, как в России, так и за рубежом.

В начале 20 века появились системы комбинированной выработки тепла и электроэнергии, когда нужно было использовать тепло в процессе производства, к примеру, на сахарных предприятиях и текстильных фабриках.

В это же время появились системы отопления, движение теплоносителя в которых выполняли электрические центробежные насосы.

Дальше развитие систем отопления шло по пути повышения температуры подающего теплоносителя, и к 1955 году в СССР она была принята равной 150 С.

Одновременно с совершенствованием основного централизованного отопления, начался процесс развития индивидуальных систем отопления для частного дома, что было связано с массовой газификацией населенных пунктов.

На протяжении всей истории развития систем отопления появлялись все новые и новые схемы и разводки батарей. Даже в наше время, когда, казалось бы, что все уже придумано, бытовая теплоэнергетика продолжает развиваться, создавая все новые и новые виды систем отопления.

Все узлы любой системы отопления

Начиная с самых первых систем отопления, все последующие в обязательном порядке имели три базовых элемента схемы: источник тепла, система трубопроводов с запорно-предохранительной арматурой и приборы отопления.

В принудительных системах дополнительно устанавливается сетевой насос для циркуляции теплоносителя. По этим базовым элементам осуществляется классификация систем отопления.

Источники тепла — являются сердцем любой системы теплоснабжения. Это может быть ТЭЦ, центральная котельная и внутридомовой котлоагрегат. В последнее время к ним относятся нетрадиционные источники тепловой энергии, например, тепловые насосы и солнечные коллекторы.

Система трубопроводов служит для переноса тепла от источника к приборам отопления. Концепция отопительной системы и ее вид выбирается на стадии проектирования. Системы отопления бывают естественные, когда теплоноситель движется за счет разности температур и принудительные, когда движение греющей воды внутри системы выполняется циркуляционным насосом.

Для защиты, обслуживания и ремонта элементов тепловой схемы, на трубопроводах подающего и обратного теплоносителя устанавливается защитная запорно-регулировочная арматура, а также датчики, терморегуляторы, воздушники и расширительные баки.

Отопительные приборы — устройства, которые передают тепло от горячего теплоносителя в окружающую среду помещения. Они подбираются по мощности, которая должна превышать потери тепла отапливаемого объекта и бывают различных видов: изготавливаются из чугуна, стали и алюминиевых сплавов.

В настоящее время наиболее популярными считаются биметаллические радиаторы, рассчитаны на 25 атм., срок службы которых превышает 25 лет.

Какие виды систем отопления существуют

Классификация систем отопления подразделяет их на автономные и центральные. По теплоносителю подразделяются на паровые, водяные и воздушные. По источнику энергии — газовые, электрические, жидкотопливные или твердотопливные.

По движению теплоносителя группируются на системы с естественной и принудительной циркуляцией. Виды систем отопления многоквартирного дома по схеме разводки систем отопления группируются на систему «Ленинградка», двухтрубные системы отопления, однотрубные системы отопления и лучевые системы.

Водяное

В этих системах тепловую энергию переносит горячий водяной теплоноситель. Он нагревается в источнике отопления и поступает через трубную систему в приборы отопления, имеющих развитую поверхность нагрева.

Подающий теплоноситель через поверхность стен радиаторов передает тепло в окружающее пространство, остывает и возвращается по обратному трубопроводу в отопительный котел.

Классификация систем водяного отопления выполняется по расчетной температуре подающего теплоносителя:

• низкой температурный теплоноситель до 70 С;
• средний от 75 до 100 С ;
• высокий свыше 100 С.

• верхняя, когда подача находится выше радиатора, а обратка ниже;
• нижняя, если обе трубы находятся ниже батареи;
• с опрокинутой циркуляцией, если подача – ниже батареи, а обратка – выше.

В самом простом варианте, отопление производственных помещений может проходить без радиаторов через трубы большого диаметра, собранные в секции. Однако такая система считается менее эффективной, более металлоемкой и трудозатратной, поэтому в жилом домостроении не применяется.

Газовое

Этот вариант отопления дома предполагает использовать энергию от сгорания газового топлива. На данный момент времени это самый дешевый и автоматизированный тип отопления. Он применяется в газифицированных районах.

Источником отопления служит газовый котел настенного или напольного исполнения. Одноконтурный только для отопления. Подогрев воды в таких котлах можно организовать через устройство внешнего бойлера косвенного нагрева.

Для совместного отопления и подготовки горячей воды устанавливают газовые двухконтурные котлы. Газовые котлы имеют возможность работать при 100% режиме автоматизации, в том числе и с дистанционным управлением через современные сети передачи информации: вай-фай, смс и интернет.

Погодозависимая автоматика настраивает температуру внутри помещения в соответствии с температурой наружного воздуха.

К такому типу отопления также можно отнести конвекторное газовое отопление. Устройства внешне напоминают водяные или электрические конвекторы. Различие состоит только в том, что радиаторы отопления запитаны от газового или твердотопливного котла, а газовые конвекторы имеют прямое подключение по газу, система трубопроводов отсутствует.

Тепло передается конвекцией от сгоревшего газа через стенки устройства. С точки зрения КПД это самое эффективное отопительное устройство, в нем отсутствуют потери по длине трубопроводов и снижаются затраты на монтаж. Единственным недостатком является необходимость обустройства дымоотводной системы к каждому конвектору.

Воздушное

Самый древний традиционный вид нагрева. Он исходит от традиционной русской печи. Для развитой системы воздушного отопления необходима установка большого количества воздуховодов и нагреваемых стен, которые будут передавать тепло от дымовых газов окружающему воздуху.

Преимущество — большая аккумуляционная способность такой системы, стены нагретые до температуры 60-100 С, остывают очень медленно, практически такой источник нагрева топится один раз в сутки.

Классификация систем воздушного отопления:

• центрального отопления с применением системы воздуховодов;
• местные, действующие в зоне установки.

Поскольку, воздушный теплоноситель считается отличной контролируемой средой, воздушные системы сегодня приобрели новую жизнь.

Подобное инженерное решение способно быть представлено, например, как сплит-система кондиционера с внутренним и наружным блоками, работающая в режиме отопления.

Электрическое

При огромной эффективности такого вида отопления, КПД которого стремится к предельным 98-99 % этот вид нагрева домов остается самым дорогим из-за стоимости электрической энергии. Современные источники электрического отопления весьма разнообразны от стационарных установок в виде отопительных котлов до мобильных калориферов.

Наиболее популярной является схема водяного отопления с электрокотлом и циркуляционным насосом. В силу особенностей электронагрева такая система может быть только закрытого типа и должна оборудоваться расширительным баком мембранного типа.

Электроотопление имеет 100 % автоматизацию тепловых процессов, в том числе и с удаленным режимом управления и оборудуется погодозависимой автоматической системой.

Инфракрасный пол

Инфракрасный пол относится к электрическому обогреву, может включаться от розетки или блока управления, который настраивает позонный температурный режим в доме.

Система изготавливается в форме ламинированных панелей, с внутренним расположением нагревательных элементов в виде полосы. В них впаяны углеродистые пластины, излучающие инфракрасный спектр при прохождении электроэнергии.

В отличие от водяного теплого пола этот вид обогрева менее трудоемкий при установке не поднимает уровень, при этом он обеспечивает наиболее быстрый и качественный нагрев. Кроме того по мере необходимости такую систему нагрева легко демонтировать и перенести в нужное помещение.

Тепловые насосы и геотермальные установки

Грамотное использование температуры земной поверхности для нагрева домов несправедливо недооценивается в России, хотя западноевропейские пользователи с успехом применяют такую практику.

Геотермальное теплоснабжение – это безграничный и почти бесплатный ресурс, позволяющий обеспечить дом всеми видами теплоснабжения: отопление, вентиляция и горячего водоснабжения. При этом не имеет значение объем услуг, время года, температура наружного воздуха и место проживания.

Современные инновационные технологии способны аккумулировать неиссякаемое тепло земли. При высоких затратах на монтаж такого оборудования и низкой себестоимости единицы выработанной тепловой энергии, срок окупаемости геотермального отопления составляют 5-6 лет, что вполне соответствуют мировым показателям в энергетике.

Солнечные коллекторы

Еще один современный вид отопления, набирающий объемы в установке автономных систем теплоснабжения. И если такой вариант подготовки ГВС применялся с незапамятных времен, например при установке летнего душа.

То для систем отопления энергия солнца используется сравнительно недавно. Этому поспособствовал выход на промышленный уровень производства недорогих солнечных батарей, устанавливаемых на крышах домов. При солнечном свете в них производится электричество, поступающее в систему отопления.

Устройства устанавливаются под углом максимального поглощения солнечных лучей. В системе устанавливаются аккумуляторные батареи которые накапливают электрический заряд и передают его системе отопления в ночное время.

Срок окупаемости таких систем примерно равен системам с тепловыми насосами, но затраты все же выше, а межремонтный период, когда потребуется полная замена аккумуляторов остается небольшим всего лишь 2 года. Эти обстоятельства сдерживают широкое распространение солнечных систем в бытовой теплоэнергетике.

Комбинированное отопление

К комбинированному отоплению относятся системы, которые одновременно включают в себя два и более различных источников: газ-электро, газ-твердое топливо, газ-тепловые насосы, тепловые насосы-солнечные коллекторы и так далее.

Подобное сочетание разнообразных источников тепловой энергии дает возможность осуществить автономное отопление индивидуального коттеджа с высоким уровнем защиты, не зависящим от одного источника энергии.

Комбинированная схема способна выбрать тепловой режим, который обеспечит самую низкую стоимость единицы тепла, а также позволит использовать сбросное тепло для дополнительного нагрева воды в системе ГВС.

Промышленные отопительные системы

Выполнение производственных процессов предполагает поддержание необходимого температурного режима внутри помещений особенно в осенне-зимний период. Чаще всего на производстве устанавливается паровое отопление.

Классификация систем парового отопления выполняется по давлению пара:

• низкого давления 0,7 атм.;
• высокого давления выше 0,7 атм.

Проектные разработки при возведении инженерных систем промзданий находятся в зависимости от специфики такого производства, в связи с чем существенную роль в данном процессе выполняет анализ тепловых выбросов в процессе производства, для последующего его использования в системе отопления в качестве вторичных источников энергии.

Затраты на обогрев промпомещений относятся к себестоимости выпускаемой продукции. Рынок требует низких цен, в связи, с чем в промышленном обогреве помещений остро стоит проблема энергосбережения.

Типы отопления по способу циркуляции теплоносителя

Эффективная передача тепла в помещение в водяных системах отопления напрямую зависит от скорости движения теплоносителя во внутреннем отопительном контуре.

Для небольших отапливаемых объектов, необходимую скорость движения горячей воды можно обеспечить с помощью естественной циркуляции, а для более крупных объектов со сложными многоуровневыми контурами нагрева, скорость теплоносителя достигается путем применения электрического центробежного насоса.

Естественная циркуляция

Эти системы правильнее называть гравитационными. Поскольку нагреваемая вода поднимается по вертикальной трубе, под воздействием гравитационного эффекта, вызванного разностью температур теплоносителя и, следовательно, различной плотностью жидкости, создающей напор. Данная труба считается подающим стояком.

Дальше теплоноситель движется по подающему трубопроводу к отопительным приборам. В которых тепло передается окружающему воздуху и благодаря конвекции распространяется по комнате. Вода остывает и по обратному трубопроводу возвращается в котлоагрегат.

Ее плотность увеличивается, создается напор, вытесняющий нагретую воду из котла в подающий трубопровод для следующего цикла нагрева.

Принудительная циркуляция

Это современные эффективные системы отопления способные отапливать дом любой этажности и площади с многоуровневыми контурами отопления зданий, работающие с разными режимами нагрева, например, традиционная радиаторная система с вариантом «теплый пол».
Обвязку трубопроводов, возможно, выполнить трубами небольшого диаметра, которые располагают под любым углом и в любом месте исходя из принятого дизайна и габаритов комнат.

Преимущество данных систем объясняется высоким уровнем регулирования, способным обеспечить индивидуальный режим нагрева для каждого помещения в разрезе суток и отопительных месяцев.

Существует всего один недостаток этого варианта отопления — он относится к энергозависимым, поэтому для обеспечения бесперебойности необходимо предусмотреть аварийный источник электрической энергии, который, скорее всего, понадобится и котлоагрегату.

Какая система теплоснабжения лучше

Этот вопрос будет, прежде всего зависеть от бюджета, который способен выделить собственник на организацию системы отопления. Немаловажное значение имеет доступность топлива, климатический район строительства и состояние теплоизоляции стен дома.

Если анализировать систему теплоснабжения для центрального района России для многоуровневого жилого дома от 200 до 300 м2, когда владелец не обременен средствами, то наиболее перспективные варианты теплоснабжения будут распределяться следующим образом:

1. Тепловой насос.
2. Газовые котлы.
3. Твердотопливные котлы.
4. Теплый пол.
5. Электрические котлы.

В любом случае перед выбором системы отопления в частном доме, собственнику потребуется обратиться к специалистам, чтобы они могли оценить все теплозначимые факторы объекта отопления, чтобы обеспечить долговременную работу теплосетевого оборудования с низкой себестоимостью тепловой энергии.

Тем не менее, по большинству технико-экономический показателей тепловой насос и геотермальные установки — лучшее направление в развитии систем отопления.