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.

Системы воздушного отопления

На американском континенте и в Европе уже долгое время системы воздушного отопления пользуются популярностью. В России же традиционно используют газовое отопление. Однако заметим, что водяная система обычно дает относительно низкий КПД, в то время как воздушная – 90%. Чем же еще хороша система воздушного отопления и как ее обустроить?

Преимущества воздушной отопительной системы

• Полная безопасность. Современная система автоматического контроля проверяет полную исправность всех элементов перед тем, как будет запущен процесс отопления. В случае обнаружения неисправности работа всего оборудования блокируется. Это дает возможность избежать любой проблемы. Кроме того, схема воздушного отопления является более безопасной, поскольку не имеет труб, заполненных теплоносителем – соответственно, исключается возможность прорыва, протекания и так далее.
• Более высокая скорость обогрева. Большинство систем, работающих на каком-либо типе теплоносителя, тратят львиную долю времени на его нагрев. Например, в водной системе отопление начинается лишь после того, как вода (выступающая теплоносителем) нагреется до определенного уровня и распространится по всем радиаторам – и только после этого начинается прогрев помещения. В воздушной системе отопления прогрев помещения происходит всего за 20-40 минут – это зависит от мощности оборудования и, конечно же, от размера самого помещения.
• Экономичность. Обладая высоким КПД, воздушная система использует достаточно мало ресурсов. А тот факт, что данная система не имеет промежуточных узлов (которые способствуют увеличению теплопотери), делает ее еще более выгодной.

• Большой срок службы. Правильно произведенные проектирование воздушного отопления и монтаж системы, а также регулярное ее сервисное обслуживание позволят вам наслаждаться ее качественной работой на протяжении минимум 17-20 лет.
• Легкость управления. Поскольку вся работа системы контролируется автоматикой, у вас не возникнет сложностей с ее эксплуатацией. Вы с легкостью сможете менять уровень температуры обогрева, повышая или понижая его в зависимости от необходимости.
• Доступность. Система воздушного отопления имеет вполне доступную стоимость. Также следует отметить, что окупается она за довольно короткий промежуток времени – от 7 месяцев до 1,5 года – в зависимости от интенсивности и частоты использования.
• Внешняя привлекательность. Особенностью системы, выгодно выделяющей ее среди остальных, является еще и то, что для нее не требуются батареи и трубы. Это позволит вам устанавливать любого размера окна, делать современный ремонт и не бояться, что из-за отопительных приборов его привлекательность будет снижена.

Строение и принцип работы системы

Для полноценной работы современной воздушной системы отопления необходимо использование теплогенератора. В теплообменник нагнетается воздух. Оптимальная температура нагрева 50-60 градусов. Далее по воздуховоду горячий воздух перемещается в помещение, где равномерно распределяется, нагревая комнату. Далее через специальные отверстия (решетки, вмонтированные в пол, или стены) остывший воздух вновь возвращается к теплогенератору. Нередко для подачи остывшего воздуха используются воздуховоды обрата.

При рассмотрении схемы становится понятно, что основными элементами теплогенератора выступают вентилятор, обеспечивающий перемещение воздуха, и теплообменник. Сегодня существует много видов воздушных отопительных систем. Одним из отличий можно выделить метод нагрева воздуха. Это возможно несколькими способами, которые показывает такая классификация систем воздушного отопления:

• посредством применения теплового насоса;
• использование газовой горелки. При этом допустимо как подключение к основной газовой магистрали, так и использование газового баллона.
• горячей водой из централизованной системы;
• использованием дизельной горелки, или воздушное отопление на отработанном масле.

В зависимости от размера отапливаемых помещений, расход воздуха в системе может варьироваться от 1000 до 4 000 м 3 /час. При этом средний показатель давления в системе – 150 Па.

Следует учитывать, что если воздуховод имеет достаточно большую протяженность (в больших помещениях), то это может вызвать некоторую теплопотерю. Ч тоб ее избежать, можно внедрить в систему несколько вспомогательных теплогенераторов. Важно помнить, оптимальная длина воздуховода (при которой уровень теплопотери минимален) составляет 30 м, а продолжительность ответвлений воздуховода не должна превышать 15 м.

Для получения максимального эффекта от эксплуатации системы рациональным является решение дополнить ее блоком кондиционирования. Таким образом, в прохладное время года с ее помощью вы будете совершать обогрев дома, а в жаркое – производить некоторое охлаждение. Это позволит круглый год поддерживать в доме наиболее комфортную температуру. Кроме того, вы сможете дополнить воздушное отопление на твердом топливе такими полезными устройствами, как, допустим, увлажнитель или стерилизатор воздуха.

Вентиляция системы может быть двух типов:

• естественная. Горячий воздух в системе просто поднимается вверх и произвольно перемещается по воздуховоду, нагревая его. Весомые минусы воздушного отопления в таком случае – то, что в случае попадания холодного воздуха в помещение (через окна, двери) он оседает в нижней части комнаты, создавая существенный дискомфорт. А в это время горячий воздух согревает потолок.
• принудительная. Более эффективная модель работы системы, поскольку циркуляция воздуха значительно ускоряется посредством применения мощных вентиляторов. Система работает прекрасно, но шум вентилятора, доносящийся из воздуховода, может создавать определенный дискомфорт.

Требования к выбору оборудования

При выборе воздушной отопительной системы для дома важно учесть тип топлива, которое будет использовано для нагрева воздуха. Для максимального удобства отдельными производителями были предложены модели систем, в которых допускается переход с одного типа топлива на другой. Например – с природного газа на сжиженное топливо. В таком случае вам необходимо будет лишь сменить горелку и насадку, подающую топливо.

В случае если вы остановили свой выбор на приобретении системы, работающей на жидком топливе, то необходимо предварительно позаботиться о наличии бака для хранения топлива, трубопровода для его подачи.

Такое воздушное отопление совмещенное с вентиляцией должно быть оснащено дополнительными фильтрами. Точно также некоторое вспомогательное оборудование необходимо будет приобрести для систем на жидком газе. А в случае использовании баллонов с газом возникает необходимость создания помещения для их хранения. Единственный тип топлива, не требующий дополнительного оборудования – природный газ.

Система предусматривает обязательное наличие воздуховодов. Оно могут быть:

• круглые – для их создания используются трубы диаметром 100-200 мм, которые скрепляются при помощи хомутов. Использование такого типа труб дает небольшое преимущество – они обладают небольшим аэродинамическим сопротивлением. А это, в свою очередь, положительно сказывается на КПД системы.
• квадратные (прямоугольные) – в силу большей эстетичности именно такой тип труб применяется для создания отопительной системы жилых домов.
• совмещенные – в системе используются как прямоугольные, так и круглые трубы. Важно учесть – если необходимо провести трубу через неотапливаемое помещение – обязательно наличие защитного термоизолирующего чехла, который предотвращает теплопотерю.

Предварительный расчет

Процесс планирования воздушной отопительной системы предполагает учет многих нюансов. Поэтому наиболее правильным является решение предоставить провести такой расчет воздушного отопления специалистам. Что они учитывают:

• теплопотерю в каждом помещении;
• тип и мощность нагревательного элемента;
• какое необходимо оптимальное количество нагретого воздуха;
• сечение трубопровода;
• снижение давления в системе.

В случае если вы закажете проект отопительной системы у специалистов, вам на рассмотрение будет представлено несколько проектов. И только учтя воздушное отопление плюсы и минусы каждого, можно принимать решение относительно того, как именно устраивать отопительную систему.

Не следует пытаться смонтировать воздушное отопление на дровах или газу самостоятельно, не зная всех требований и правил. Нередки случаи, когда неправильное планирование приводит к тому, что в помещении постоянно стоит шум от вентиляторов и присутствует сквозняк. Воздушная отопительная система прекрасно способна отапливать дом – но только в том случае, если она спланирована и смонтирована специалистами.