КПД системы отопления и ее эффективность

Как измеряют КПД

Сначала окунемся в теорию, почитаем техническую литературу, где и узнаем, как измеряют КПД. КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы к затраченной энергии. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. В формулах КПД обозначается буквой «Этта»: = A/Q, где А – затраченная работа, а Q полезная теплота. В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше или равно единице, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии, не бывает котлов со 100% КПД, который не греет ничего кроме воды. Даже электрический котел, где отсутствует дымоход, а нагревательный элемент находится непосредственно в нагреваемом теплоносителе, не может выдать 100-процентный результат, так как часть энергии тратится на побочные цели – нагрев металлических деталей котла, нагрев провода от котла к розетке и т.п.

Понятие КПД напрямую связано с понятиями энергии и мощности. Применительно к отопительным приборам энергосодержание, или теплосодержание (кВт*ч), является понятием, связанным с количеством топлива (дров, газа, электроэнергии), а мощность (кВт) является понятием, связанным с размерами пламени (размерами нагревательного элемента) и скоростью горения топлива.

Коэффициент полезного действия котла, печи или камина определяется отношением количества освободившейся энергии к количеству использованной на практике освободившейся энергии. Например КПД твердотопливного котла характеризует, какую часть (в %) из всего энергосодержания древесины можно направить при ее сжигании на нагрев воды в системе отопления по отношению к той энергии, которая пошла на другие цели, например на нагрев дымохода, воздуха в нем, какая-то часть древесины остается недогоревшей в виде углей, летучей золы, негорючих газов.

С величиной КПД также связано понятие потери. Например, если потери дымовых газов (т.е. количество энергии, теряемой вместе с дымовыми газами) составляют 20%, то КПД отопительного прибора может составлять не более 80%. Полный КПД складывается из двух величин: КПД горения и потери дымовых газов.

Например, если КПД горения равен 90% и потери дымовых газов составляют 20%, то полный КПД этого очага будет равен

Коэффициент полезного действия присущ не только отопительному прибору. Есть КПД и у системы отопления в целом и зачастую именно этот показатель «страдает», сводя на нет всю работу по энергосбережению. 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 трубы, стены, воздух, который не нужно отапливать, и т.д. КПД системы отопления можно увеличить, например, теплоизолировав трубы, проходящие по неотапливаемым помещениям, сократив расстояние от котла до конечной точки потребления энергии, модернизировав систему отопления.

Расход энергии на обогрев «лишних» площадей называется потерями на теплопередачу. Например, если отопительный прибор (обладающий КПД 72%) подсоединен к системе отопления, в которой потери на теплопередачу составляют 8%, то КПД всей отопительной системы составит

0,72 * (1 – 0,08) = 66%.

При использовании полного КПД отопительной системы можно рассчитать фактически необходимое количество топлива для отопления всего здания. Например, для отопления жилого дома площадью 380 м2 месячная потребность в энергии составляет примерно 13500 кВт*ч, полный КПД отопительной системы принимаем за 66%, из чего и вычисляем фактическую потребность в топливе:

13500 / 0,66 = 20500 кВт*ч.

Если энергосодержание 1 кг древесины равно примерно 4 кВт*ч, то месячный запас дров должен составить

20500 / 4 = 5125 кг,

Другиме составляющие эффективной системы отопления

Если перед вами стоит задача быстрого нагрева воздуха в комнатах дома, то говорить надо об эффективности системы отопления. А это уже речь не об отопительном приборе, а о приборе, который энергию теплоносителя расходует на нагрев воздуха, – радиаторы, системы теплых полов и т.п. Чем быстрее радиатор произведет теплообмен между водой и воздухом, тем эффективнее вся система в целом.

Наличие эффективной системы отопления помимо «радостей» влечет также и «хлопоты». Ведь необходимо следить за тем, чтобы радиатор, преобразующий тепло воды в теплый воздух, сам не остыл и чтобы вода на выходе из радиатора была не слишком холодной, иначе котел будет работать на износ, а это недопустимо. В этих «хлопотах» огромную помощь оказывает циркуляционный насос, поддерживающий такую скорость циркуляции воды, которая позволит и радиаторы держать в нужном температурном режиме, и воду возвращать в котел непереохлажденной.

Здесь сразу отсеивается целый ряд систем отопления, основанных на естественной циркуляции теплоносителя. Эти системы – неэффективны. Неэффективны в первую очередь по причине своей инертности: здесь скорость циркуляции напрямую зависит от температуры воды. Сначала мы ждем пока произойдет нагрев воды в котле, по мере нагревания она потихоньку начинает пе-ремещаться вверх по стояку, а оттуда – по радиаторам. Но достигнув их, процесс снова затормаживается: горячая вода в радиаторе находится наверху, она не попадет вниз, пока не остынет. Какая же тут эффективность?

Итак, разобрались – включив циркуляционный насос, мы устранили все естественные пробки, связанные с разницей температур. В нашей системе циркулирует теперь любая вода – холодная, горячая, очень холодная и очень горячая, вне зависимости от того, успела она остыть или нагреться – вода уходит в систему и возвращается обратно в котел с одной и той же скоростью.

Какое отопление лучше в частном доме — рассмотрим возможные варианты и способы

Вопрос о проведении отопительной системы волнует многих домовладельцев. Какое отопление лучше в частном доме, какое топливо будет обходиться дешевле, из какого материала должны быть изготовлены трубы, чем отличаются разные модели радиаторов? В данной статье будут рассмотрены основные элементы системы отопления, которые представлены на современном рынке. Стоит лишь отметить, что окончательный выбор всегда остается за владельцем дома, и что существуют индивидуальные варианты отопления частного дома.

Какое отопление лучше: критерии оценки

Каждый человек может вложить в понятие «эффективное отопление частного дома» свое собственное значение, поэтому универсальной формулы выбора подходящей системы не существует. Но всегда находятся общие критерии, по которым можно определить наиболее оптимальный вариант «в целом».

К современным отопительным системам применяются следующие требования:

1. Правильное соотношение цены и качества. Под качеством в данном случае подразумевается высокий КПД, т.е. система должна обеспечивать здание необходимым количеством тепла, причем затраты на него должны сводиться к минимуму.
2. Наличие максимума автоматизации. Современная система отопления должна требовать минимального вмешательства при эксплуатации. Как показывает практика, большинство домовладельцев предпочитают один раз настроить систему и больше к ней не подходить. Качественные современные отопительные системы для частных домов позволяют это сделать.
3. Надежность. Система должна быть максимально надежной, чтобы не пришлось обновлять ее элементы каждые полгода. К тому же, изначальная стоимость конструкции должна быть как можно ниже: мало кто согласится пользоваться системой, стоимость которой можно сравнить со стоимостью самого здания.
4. Простота монтажа. Установка всей системы должна быть простой и требовать минимума затрат. В некоторых случаях для монтажа требуются специфические инструменты, которые в долгосрочной перспективе могут оказаться бесполезными.

Исходные данные

Существуют различные способы отопления частного дома, и одним из решающих факторов при выборе отопления будут внешние условия. К ним можно отнести и нюансы, возникающие в каждой конкретной системе, и стоимость топлива с учетом динамики ее роста, и возможности, которым каждая система располагает.

Системы центрального отопления находятся в полной зависимости от удаленной котельной, поэтому контролировать температурный режим и уровень давления не получится, а вот автономное отопление целиком и полностью зависит от пользователя. Большинство котлов оснащено устройствами, позволяющими устанавливать температуру теплоносителя в довольно узких пределах.

Когда речь заходит о стоимости энергоресурсов, то их все можно расположить в порядке повышения их цены:

1. Магистральный газ.
2. Дрова.
3. Уголь.
4. Сжиженный газ.
5. Отработанное масло.
6. Электричество.

Конечно, в зависимости от региона этот порядок может меняться, но существенных изменений не будет: газ всегда остается наиболее бюджетным энергоресурсом, а отопление за счет электричества в любом случае получается более затратным.

Но нельзя забывать о том, что ископаемые ресурсы ограничены, и их стоимость понижаться уже не будет, поэтому в ближайшие годы должен произойти переход на возобновляемые источники энергии.

На сегодняшний день устройства, позволяющие использовать эти источники, имеют довольно высокую стоимость, но при эксплуатации расходы получаются очень низкими.

Выбор системы отопления для частного дома

Отопительные приборы

Существует довольно широкий ассортимент отопительных приборов, но самым лучшим вариантом является комбинация алюминиевых радиаторов и водяных теплых полов, для укладки которых используются трубы из сшитого полиэтилена. Почему именно такое сочетание? Системы теплых полов демонстрируют большую экономичность, если сравнивать их с конвекторами, что основывается на лучшем распределении тепла (прочитайте также: «Какие самые лучшие котлы для отопления дома, сравнение видов»).

Можно даже привести пример: радиаторам для прогрева помещения необходимо нагреть верхнюю его часть до 25 градусов, то есть большое количество тепла будет уходить впустую. Теплые полы лишены такого недостатка, нагревая пространство под потолком в последнюю очередь. Правильная регулировка теплых полов и особенности использования этой конструкции позволяют существенно сэкономить без ущерба для комфорта.

Выбор сшитого полиэтилена в качестве материала обусловлен в первую очередь его высокой гибкостью, причем риск повредить эти трубы при сгибании минимален. Стоимость представленного материала находится на довольно низком уровне, на порядок опережая своего ближайшего оппонента – нержавеющую сталь.

Единственное условие, предъявляемое к теплым полам: в стяжке должны отсутствовать любые соединения. Кроме того, для создания фитинговых креплений требуется экспандер, стоимость которого довольно высока, но этой проблемы можно избежать, взяв его в аренду на время монтажа системы.

Несмотря на описанные плюсы теплых полов, радиаторы тоже нужны: во-первых, они обеспечивают довольно быстрый прогрев помещения, во-вторых, их использование позволяет частично ликвидировать утечку тепла через оконные проемы. Установка радиаторов поможет свести к минимуму вероятность появления сквозняков или конденсации на окнах. Радиаторы из алюминия гораздо выгоднее, чем изделия из других материалов, поскольку соотношение теплоотдачи и стоимости в этих приборах является наиболее оптимальным.

Розливы и подводки

Для создания розливов и подводок хорошо подходят трубы из полипропилена, армированные алюминием или фиброй. Эти изделия ценятся за простой монтаж, не требующий специального оборудования. Кроме того, полипропиленовые армированные трубы долговечны и прочны, что всегда является положительным качеством. Конечно, можно использовать обычные полипропиленовые трубы, но армированные изделия имеют гораздо лучшее сопротивление разрыву, что в некоторых ситуациях может стать очень хорошим подспорьем.

Помимо достоинств, у полипропиленовых труб есть и минусы, главный среди которых – высокий коэффициент теплового расширения. Для ликвидации этой проблемы используются компенсаторы, которые представляют собой П-образные или круглые изгибы. Армирование позволяет снизить расширение до уровня, сопоставимого со стальными изделиями.

Выбор труб подходящего диаметра тоже является актуальным вопросом, и отталкиваться тут приходится в первую очередь от типа используемой отопительной системы. Например, для отопительных систем, в которых используется естественная циркуляция жидкости, чаще всего используются трубы ДУ32, имеющие внешний диаметр 40 мм. В конструкциях, оборудованных насосом, можно применять трубы ДУ20 с внешним диаметром 25 мм.

Делать подводки к отопительным приборам можно из этих же труб, кроме тех случаев, когда используется коллекторная разводка: в таком случае для каждого радиатора предназначена своя пара труб, как правило, 16-миллиметровых изделий из сшитого полиэтилена. Практика показывает, что комбинирование лучевой разводки и теплых полов в помещении является довольно трудоемким занятием, и такая конструкция не получит звание «самое простое отопление частного дома», но существуют случаи, когда коллекторное подключение отопительных приборов и водяных теплых полов все же используется.

Источник тепла — выбор котла

Вопрос выбора отопительного котла обычно становится гораздо большей проблемой, чем подбор труб или отопительных приборов. На рынке представлены самые разные модели котлов, каждая из которых подходит для определенных ситуаций. От чего нужно отталкиваться, перебирая варианты отопления частного дома?

Важным параметром будет температура окружающей среды в зимний период, но опираться исключительно на этот показатель нельзя: для одних и тех же погодных условий могут подходить совершенно разные отопительные котлы. При выборе котла необходимо заранее учитывать вид топлива, который доступен в данном случае. Читайте также: «Альтернативные способы отопления частного дома».

Например, при отсутствии газовой магистрали придется исключить газовые котлы. Конечно, можно протянуть газ до своего участка, но стоимость этой операции будет слишком высокой, и такие затраты могут стать оправданными только в очень редких случаях, когда система окупится в долгосрочной перспективе.

Газовое отопление – это самое выгодное отопление частного дома. Именно газ является самым дешевым энергоресурсом, и если магистраль уже подведена, то лучшим источником тепла будет конденсационный котел, совмещенный с дополнительным контуром, обеспечивающим снабжение дома горячей водой. Аргументировать такой выбор довольно просто: во-первых, он имеет достаточно высокий КПД, который на 10-12% превышает классические решения.

Во-вторых, для этих устройств требуется низкая температура в обратном контуре трубопровода, что в данном случае будет преимуществом. Использование накопительного водонагревателя позволит гораздо точнее контролировать температуру горячей воды, да и сырья для нагрева будет уходить гораздо меньше. Нередко при расчетах газовой отопительной системы учитывается исключительно тепло, полученное от сгорания газа, а если учитывать еще и конденсацию, то эффективность конструкции получается просто запредельной.

Описанные здесь конструкции – это всего лишь примеры отопления частного дома, и они зависят от самых разнообразных параметров. В случае отсутствия возможности подключения к газовой магистрали придется пользоваться твердотопливным котлом, оборудованным тепловым аккумулятором: по количеству эксплуатационных затрат такая система занимает вторую позицию, поскольку дрова и уголь имеют невысокую стоимость. К тому же, самостоятельная заготовка сырья даст большую экономию. Читайте также: «Правильный выбор котла отопления для частного дома – виды. преимущества и недостатки, особенности».

Тепловой аккумулятор позволит протапливать систему реже, что позволит использовать котел в оптимальном режиме. Для достижения наивысшего КПД такие системы нужно разогревать полностью, выводя котел на его расчетную мощность: постоянные манипуляции с заслонками приведут к неполному сгоранию топлива, что сразу же скажется на эффективности работы конструкции.

Самое выгодное отопление частного дома в долгосрочном плане – тепловой насос. Эти устройства выпускаются в разных конфигурациях и требуют разных условий, но их использование в долгосрочной перспективе является очень выгодным. Для теплого климата хорошо подходят насосы, использующие схему «воздух-вода», или инверторные кондиционеры: такие конструкции имеют крайне высокий КПД: в среднем, один киловатт затраченной энергии может дать около 5 кВт полученной, что является очень неплохим показателем (прочитайте: «Инверторное отопление дома, что и как работает»).

Стоимость кондиционеров невысока и вполне сравнима со стоимостью бюджетной отопительной системы. При наличии водоема вблизи от здания или в том случае, когда грунтовые воды находятся на высоком уровне, можно использовать схему «вода-вода», но стоимость такого отопления будет в разы выше, чем традиционное решение.

Самым дорогим решением является геотермальный насос, который сам по себе стоит дорого и требует трудоемкого монтажа. Тем не менее, эта конструкция практически не зависит от внешних условий, а срок службы насоса может достигать 30-50 лет. Учитывая динамику роста цен на энергоносители, такой вид отопления частного дома может стать оправданным решением.

Чтобы выбрать самое эффективное отопление частного дома, необходимо оценить множество факторов. Главное – помнить, что система должна обеспечивать помещения теплом и создавать уютную атмосферу. Предложенные рекомендации помогут при выборе системы отопления.