Что такое эффективная система отопления

Автор: Дмитрий Белкин

КПД, если говорить по простому, показывает, сколько энергии сгоревшего газа пошло на нагрев воды по отношению к той энергии, которая пошла на другие цели, например, на нагрев дымохода, воздуха в нем и т.д. Газовый котел со 100-процентным КПД — это такой котел, который не греет ничего кроме воды. Это, как вы понимаете, утопия. КПД электрического котла значительно, более чем в два раза выше КПД газового котла. Это естественно, электричество греет почти только воду. Совсем мало энергии тратится на побочные цели, например, на нагрев провода от котла к розетке.

Однако, есть КПД и у системы отопления в целом. КПД системы отопления в целом показывает, сколько энергии горячей воды тратится на отопление воздуха в том помещении, которое вы отапливаете, по отношению к энергии, которая отапливает стены, воздух, который не нужно отапливать и т.д. КПД системы отопления можно увеличить, например, теплоизолировав котел отопления и те участки труб, которые проходят по не отапливаемым помещениям.

Когда мы говорим о том, насколько быстро система отопления нагревает наши площади, мы говорим не о КПД, а об эффективности системы отопления. Эффективность системы отопления тем больше, чем быстрее, эффективнее производится теплообмен между водой и воздухом. Для теплообмена служат радиаторы отопления. С другой стороны, чем быстрее тепло воды передается воздуху помещения, тем холоднее получится вода на выходе из радиатора, а, значит, для поддержания эффективности системы отопления нам необходимо повысить скорость циркуляции воды и скорость ее нагрева в котле. Мы сделали круг и вернулись к котлу.

Однако, наше положение спасает тот факт, что наша система стремится к равновесию. Равновесие достигается тогда, когда у нас высокий КПД котла сочетается с высоким КПД и эффективностью системы отопления и высоким качеством теплоизоляции жилища. В этом случае температура на выходе котла очень мало отличается от температуры на его входе, поскольку энергия тратится не на нагрев жилища, а только на компенсацию теплопотерь. Это, конечно, ситуация, близкая к идеальной и трудно достижима. Однако, к ней нужно стремиться.

Описанной ситуации невозможно достичь при реализации схемы отопления без циркуляционного насоса. В этом случае скорость циркуляции напрямую зависит от температуры воды и физика процесса порождает циклическое включение и выключение насоса. Упрощенно, это выглядит следующим образом. В верхней части котла происходит нагрев воды. Пока нагрев слаб, слаба и скорость перемещения воды из котла вверх по стояку. Но, поскольку процесс нагрева воды происходит непрерывно, температура воды в верхней части котла увеличивается и скорость ее ухода в стояк увеличивается. Дальше — больше, и вот у нас температура воды в верхней части котла достигла той, на которую рассчитан нагрев. Горелка котла тухнет (или гаснет, кому как нравится), и мы ждем, когда горячая вода переместится в стояк. Поскольку у нас система замкнутая, на место горячей воды приходит холодная и процесс нагрева повторяется.

Почему же процесс циркуляции такой медленный? Да потому, что в радиаторах отопления процесс идет еще менее эффективно. В радиаторе движение идет сверху вниз. Горячая вода в радиаторе находится наверху. Она не попадет вниз, пока не остынет. Если у нас в радиаторах не будет остывать вода, то она будет пробкой и циркуляция остановится. То есть, условием прохождения воды по радиатору является разница температуры между верхом и низом радиатора и разница температуры воды в верхней части радиатора и на выходе из котла.

Вывод. Если в самотечной системе отопления температура воды на выходе из котла не выше температуры в верхней части радиатора, а та, в свою очередь не выше температуры в нижней части радиатора то и циркуляции не будет.

Мне могут возразить, что это же, дескать, стандартные условия, других не бывает. Я соглашусь, но добавлю свою ложку дегтя. Предположим, у нас есть хорошо теплоизолированное помещение в 100 кв.м. Для отопления этого помещения мы установили, скажем, 5 радиаторов мощностью 2 кВт каждый, и общей мощностью 10 кВт. Однако, поскольку верх каждого радиатора горячее его низа, скажем в два раза, мы имеем неприятную ситуацию, когда двухкиловаттный радиатор отдает всего полтора киловатта мощности. Получается, что мы имеем не 10 кВт на 100 кв.м., а 7,5. Нам становится холодновато, мы увеличиваем температуру, а это тоже плохо, поскольку уменьшает эффективность нашего котла (больше тепла начинает уходить в трубу), системы отопления (больше тепла начинает расходоваться не по адресу).

Есть у нас в случае самотечного отопления равновесие? Есть, только оно имеет вид качелей.

Вот. Кто не понял, прошу вернуться в начало статьи, а я начну светлую повесть о том, что происходит, когда мы вносим в нашу систему циркуляционный насос.

Включив циркуляционный насос, мы устраняем все естественные пробки, связанные с разницей температур. В нашей системе циркулирует теперь любая вода. Холодная, горячая — любая. Если вода не успела нагреться — она все равно уходит в систему. Так начинается путь к нашему равновесию. Предположим, мы отрегулировали котел на 60 градусов. Пока вода в системе, а не в котле (. ), холодная, наш котел работает на полную мощность. Потом температура повышается, поскольку вода не успевает полностью остыть за один цикл прохода по системе. Когда температура в системе достигает 50 градусов, котел начинает работать уже слабее, но все так же стабильно, без ярко выраженных циклов нагрева и остывания. А вот тут ВНИМАНИЕ. С этого момента все зависит от наших теплопотерь. Если теплопотери велики, то вода возвращается в котел значительно остывшей, скажем те же 50 градусов. Наш котел при этом работает довольно сильно. Мы достигли равновесия, просто оно не слишком хорошее с точки зрения расхода газа и нашего кошелька. Однако, если теплопотери не велики, помещение замечательно теплоизолировано, то мы достигаем другого равновесия, когда температура на входе равна, скажем, 55 или 56 градусам. В этом случае котел тоже работает, но уже не ревет, а шуршит.

Теперь об эффективности. Если на выходе котла наша температура составляет 60 градусов, а на входе — 56 градусов, то это значит, что в каждом радиаторе верх разогревается до 59, а низ остывает до 57 градусов. Числа, естественно, условные. Это значит, что радиаторы отдают полную мощность, котлу не приходится при этом нагревать воду до 70 и выше градусов и тратить на это дополнительную энергию. Кроме этого, мы получаем замечательную возможность регулировать температуру каждого радиатора в любой комнате. Это значит, что, сделав на кухне и в спальне температуру воздуха пониже, мы имеем дополнительную, и судя по книжкам, существенную экономию газа. Дополнительно, мы имеем удобство подогрева радиаторов, скажем до 35 градусов, что совершенно невозможно при самотечной системе и, таким образом, имеем комфортную температуру в осенние и весенние месяцы, когда прохладно, но не холодно. И, наконец, мы прокладываем систему отопления трубами малого диаметра. Вы думаете, что это не существенно? Ошибаетесь! Мы уменьшаем количество воды в системе и теплопотери через поверхность труб. Ее становится легче и быстрее нагревать, увеличивается скорость ее оборачиваемости в системе и мы опять же увеличиваем эффективность нашей системы отопления и уменьшаем расходы на газ.

Таким образом, мы тратим жалкие 60 ватт энергии на циркуляционный насос и, тем не менее, экономим на газе. Теория, конечно, очень красивая, но чтобы подсчитать прибыли-убытки нужно быть специалистом, которым я не являюсь. Однако, аспектов экономии очень много. Я уверен, что экономия есть.

Вывод. Нет никакой связи между старт-стопным функционированием газового котла и увеличением его КПД. Для увеличения КПД котла нужно покупать хороший котел, а для увеличения эффективности отопления нужно хорошенько теплоизолировать помещение, грамотно спроектировать систему с тонкими трубами и циркуляционным насосом.

Теперь о горелке, которая не гаснет, а продолжает гореть, когда температура достигла необходимой величины. Тут два аспекта. Во-первых, у меня, как следует из вышеизложенного, температура никогда не достигает предельной величины, и горелке нет смысла выключаться совсем. Во-вторых, полное выключение горелки яркий фактор понижения эффективности (и, кстати, КПД котла). Объясняю. Предположим, у нас горит запальник, а основная горелка выключена. Теперь, предположим, пришло горелке время включиться. В любом случае она не включится сразу. Хотя бы потому, что горелка относительно большая, а запальник горит только с одной стороны. Причем, газ — не электричество. Он зажигается не мгновенно. Что это значит? Это значит, что в момент включения большое количество газа уйдет в трубу в виде газа, а не огня. Первая порция газа просто не успеет воспламениться или воспламенится прямо в трубе (ее просто догонит пламя). Ну что же в этом хорошего? А если эта первая порция газа попадет в помещение из-за недостаточно хорошей тяги? Я не голословен! Сходите к собственной газовой плите и потренируйтесь со спичкой. Все увидите сами.

Нет уж! Не убеждайте меня! Газовая горелка должна всегда тлеть вместе с запальником.

Маленькое отступление. У меня котел производства города Жуковского. Сам он безымянный и автоматика в нем безымянная. Есть модификации с автоматикой Хонивелл, но она, по отзывам самих же производителей работает хуже штатной и стоит как сам котел, то есть котел с автоматикой Хонивелл в два раза дороже обычного котла. Я котлом очень и очень доволен. Никакого обслуживания он уже много лет не требует. Единственное, что приходится менять — это термопара. Она банально прогарает, где-то за три года.

Дорогие друзья! Это еще не конец! Вот следующее письмо от Алексея.

А вот и про радиаторы и воздух, который по ним гуляет:). Тоже подтверждение, что котел не очень правильно работает. Воздух откуда появляется? Как я понимаю, это просто закипает вода, и образовавшийся пар пытается подняться к самой верхней точке системы. Т.к. в системе присутствует насос, то он разгоняет этот пузырь по всей системе. У меня прошлую зиму котел как раз на максимуме работал, постоянно в системе булькало, но у меня расширительный бак на втором этаже как раз над котлом стоит, поэтому этот пузырь поднимался сразу к расширительному баку. С уважением, Алексей, Нижний Новгород.

Как вы, Алексей, уже, наверное, поняли, описанная ситуация у меня не возможна, хотя бы потому, что котел отрегулирован на 60 градусов. Так откуда же берется воздух в системе отопления? Я уверен, что воздух берется из самой воды. Возможно, вы знаете, а кто не знает, скажу, что обычная вода из водоема, скважины или водопровода на самом деле является газированной. Налейте воду в трехлитровую банку и поставьте на некоторое время. На стенках образуются пузырьки. Это воздух, который находится в воде в растворенном состоянии. Именно этот воздух, высвобождается из воды и образует пузыри. Когда весь воздух из воды выходит, она становится мертвой и с этого момента ваши котел, трубы и радиаторы перестают корродировать.

На счет закипания скажу следующее. Закипание — это плохо. Закипание возможно в системах с открытым расширительным баком. У меня система закрыта, поэтому, я думаю, что мог бы разогреть свою систему и выше ста градусов без закипания. В ней выросло бы давление, и пар бы не образовывался. Но экспериментировать не буду.

И последний пост от Алексея.

И опять о котлах 🙂 и еще о ГВС. Я вот свой котел как раз хочу менять на двухконтурный, чтобы была возможность его подключения, как раз, к обычному электрическому накопительному водонагревателю :). Летом будет горячая вода от электричества, зимой — от газового котла :). Долго искал магазин, где продаются теплообменники для того, чтобы подключиться к имеющемуся котлу, так и не нашел, зато в одном магазине мне рассказали о уже реализованной схеме: газовый котел, через его контур вода поступает в накопительный бак, из бака — к потребителям. До этого у меня уже была мысль так сделать, но останавливало то, что у таких котлов обещали переключение работы котла с отопления на ГВС, т.е. отопление просто отключалось в момент открытия крана с горячей водой. Как оказалось, в наших котлах это не так. Кстати, какая регистрация может потребоваться для двухконтурного котла в случае замены старого на новый? Это же будет один аппарат. Про газовую колонку я такого же мнения, этого добра в доме не надо, лучше накопительного (но газового!) пока ничего не существует, а на лето будет хватать электрической части:). Счетчик на газ в любом случае надо ставить, многие подтверждают, что это выгоднее, чем платить круглый год большие суммы за газ, который идет на отопление. Если в моем описании что-то не понятно, пришлю картинку:)

С уважением, Алексей, Нижний Новгород.

Да, Алексей, многое не понятно. Нет, Алексей, картинку не присылайте. Хотите, сделайте как планируете. Вы человек творческий. Не понравится — переделаете. Скажу только свое мнение. Я всю жизнь считал, что двухконтурный котел является комбинацией обычного котла и газовой колонки. Идея эта мне абсолютно не нравится. Во-первых, потому, что я не люблю газовые колонки, во-вторых, потому, что если вдруг система отопления не замкнута и в ней постоянно меняется состав воды, то это значит, что вся система будет подвержена коррозии и не прослужит больше 5-ти лет. Говорю это на основе того, что видел в магазинах и читал в книгах и инструкциях.

Действительно, есть варианты повышения КПД котла отопления, при которых разогрев системы ведется, например, котлом на солярке мощностью 20-30 кВт, а потом поддержание температуры осуществляется тенами значительно меньшей мощности. Мне эта идея начнет очень и очень нравиться уже очень скоро, когда цены на газ будут еще выше и встанет реальная задача повышения КПД котла и системы. Скажу только, что такая комбинированная система в большом почете на западе, где беднягам приходится экономить буквально на всем.

Теперь о системах с дополнительным баком. Это тоже классическая схема, описанная во многих и многих книжках, особенно, ранних годов выпуска. Дополнительный бак называется теплоаккумулятором. Он очень хорошо утеплен и используется в системах с отоплением на твердом топливе для того, чтобы топить только один раз в день. В такой системе два контура. Во время топки происходит нагрев как радиаторов, таки и воды в теплоаккумуляторе. Когда топка заканчивается, вода в системе забирается из теплоаккумулятора. Его должно хватать минимум на 8 часов. Теплоаккумулятор, конечно, должен быть значительного объема и, как я уже говорил, хорошо утеплен. Кроме того, такие системы дороги из-за необходимости использования котлов повышенной мощности (чтобы хватало и на дом, и на теплоаккумулятор), дороговизны утепленного металлического бака и, кстати, в такой схеме необходимо использовать циркуляционные насосы.

Такие схемы не получили должного распространения поскольку были довольно оперативно придуманы дровяные (угольные, торфяные) котлы с топками продолжительного горения.

На счет регистрации ничего не скажу, поскольку процедура зависит от местных властей. Сходите в свою контору, которая вам газ поставляет, и узнайте все доподлинно. Если у вас счетчик, то, как я понимаю, никакой регистрации вообще не требуется, поскольку поставщика газа волнует только показания счетчика и ничего больше.

То, что вы считаете накопительный газовый котел самым удачным решением горячего водоснабжения, поверьте, ваше сугубо личное мнение и оно не является самым распространенным.

Вот и все. Надеюсь, что этим большим материалом, не знаю, как его назвать — ответ на вопрос или статья, я закрыл большую часть вопросов про сравнение самотечных систем отопления и циркуляционных насосов. По остальным вопросам я прошелся вскользь. Посмотрю на реакцию читателей. Если будет реакция — продолжу разговор.

ВНИМАНИЕ.

Этот материал был написан очень давно!
Сведения, которые здесь изложены могли уже измениться!