Разновидности новых технологий в отоплении частных домов

Постоянный рост цен на отопление способствует тому, что люди прибегают к использованию альтернативных источников. Разработки в этой области позволяют применять природные ресурсы, такие как солнце, вода и земля. Также новые технологии внедряют целые комплексы по отоплению дома.

Какую отопительную систему выбрать? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо изучить все особенности работы и определить условия для правильного функционирования. Также немаловажным фактором является рентабельность и целесообразность выбранного вида.

Новые технологии с применением альтернативных теплоносителей приходят на смену привычным для всех газовых и электрических отопительных установок. Различают четыре вида систем в зависимости от источника:

• гидротермальные;
• геотермальные;
• солнечные;
• инфракрасные.

Рассмотрим их подробнее.

Гидротермальная

В основе этого метода лежит использование природной воды. Из нее будет извлекаться необходимая тепловая энергия. Если в пределах досягаемости вашего дома находится озеро или водоем, тогда задача по установке оборудования значительно упрощается. Но это скорее исключение из правил, в большинстве случаев приходится бурить скважины до уровня грунтовых вод.

Принцип действия

Установку можно разбить на три составляющие:

• внешний контур;
• внутренняя разводка;
• геотермальный насос.

Внешний контур представляет собой конструкцию труб, проложенную под землей на уровне подземных вод. Глубина их залегания должна быть ниже глубины промерзания. Внешний контур представляет собой отопительные коммуникации дома.

Принцип действия установки заключается в следующем. Тепло подземных вод передается теплоносителю внешнего контура. При помощи насоса он поступает в теплообменник. После чего осуществляется передача тепла на внутреннюю разводку. Всех сложностей монтажа можно избежать, если поблизости находится водоем. Теплообменник погружается в воду и подключается к отоплению. Площадь водоема должна быть не менее 200 м².

Преимущества устройства

Конструкция имеет следующие преимущества:

• универсальность — система может работать не только как отопительная, но и охлаждающая;
• низкий расход электроэнергии — она необходима только для питания насоса и составляет порядка 1 кВт в час;
• пожарная безопасность обеспечивается за счет отсутствия процесса горения;
• высокий коэффициент полезного действия — из 1 кВт электроэнергии выход составляет 5 кВт тепла;
• простота эксплуатации и технического обслуживания.

Недостатком является высокая стоимость теплового насоса и монтаж оборудования. Для дома площадью 100 м² и потребляемой мощности 5 кВт*ч, монтаж отопительной системы составит примерно 440 тыс. рублей. Этот расчет берется для домов, находящихся в радиусе 50 метров от водоема, в который будет погружаться теплообменник.

Геотермальная установка

Ее принцип работы схож с гидротермальным вариантом. Разница заключается в том, что используется тепло земли, а не воды.

Особенности оборудования

Укладка внешнего контура может осуществляться как вертикально, так и горизонтально. Вертикальное расположение обусловлено рядом сложностей в процессе монтажа. Для труб необходимо бурить скважины на большую глубину. Но с горизонтальной укладкой связаны два отрицательных момента:

• необходима большая площадь частного участка для размещения контура;
• невозможность посадки растений, потому что коллектор будет охлаждать их корни.

Забор тепла в обоих случаях осуществляется непосредственно из почвы поблизости частного строения. Отвечающий за перекачку теплоносителя геотермальный насос располагают в самом доме. Шахта с теплообменником должна располагаться в непосредственной близости к строению.

Достоинства использования тепла земли

Данная система имеет следующие преимущества:

• тепловая энергия земли является неисчерпаемым источником энергии;
• автономная работа системы;
• абсолютная пожаробезопасность, отсутствует вероятность возгорания;
• минимальный расход электроэнергии;
• нет необходимости в доставке и хранении топлива;
• длительный срок эксплуатации.

Высокая стоимость объекта – вот главный минус. Геотермальная установка для такой же квадратуры, как в предыдущем случае увеличится до 600 тыс.рублей.

Солнечные батареи

Использование энергии солнца для отопления является самым недорогим и доступным способом. Главной задачей является преобразование солнечных лучей в тепло с минимальными потерями.

Устройство системы

Главным элементом такой системы является солнечный коллектор. Это устройство, состоящее из трубок, которые ведут к резервуару с теплоносителем. Коллекторы бывают вакуумные, воздушные и плоские. Кроме них в состав входят следующие узлы:

• теплообменник;
• накопительный бак;
• трубопровод;
• аванкамера.

Накопительный бак – это емкость с нагретым теплоносителем. Из верхней части емкости жидкость подается в отопительные приборы. После прохождения всего отопительного контура остывший теплоноситель вновь поступает в бак.

Аванкамера служит для предотвращения задержки воздуха в отопительном трубопроводе. Она представляет собой бак, который располагается в самой высокой точке системы. Устанавливать коллекторы необходимо под углом в 35–40°. Такой уклон обеспечит максимальную эффективность. Чтобы свести к минимуму тепловые потери, все трубопроводы, ведущие от коллектора к теплообменнику, необходимо изолировать.

Достоинства и недостатки

Стоит отметить основные преимущества солнечной батареи:

• высокая эффективность;
• длительный срок службы — более 25 лет;
• простота обслуживания;
• независимость от низких температур воздуха.

Но все же батареи лучше использовать как дополнительный источник тепла для частных домов. В зимнее время энергии солнца будет недостаточно, чтобы аккумулировать необходимое количества тепла. Во время повышенной облачности, ваше жилище также может остаться холодным. Новые технологии позволяют объединять несколько видов отопления в один комплекс, и солнечные батареи могут быть совмещены с геотермальной установкой или инфракрасным излучением.

Также к недостаткам можно отнести очень высокие цены на солнечные коллекторы и оборудование. Для отопления дома в 100 м² монтаж солнечных батарей обойдется примерно в 900 000 рублей.

Инфракрасное излучение

Суть этого метода заключается в использовании свойств инфракрасных лучей. Направленный поток нагревает твердые предметы, находящиеся под излучением, а они в свою очередь повышают температуру воздуха дома.

Особенности оборудования

Инфракрасное излучение может исходить от точечных элементов или от поверхностей. Производится расчет необходимого количества приборов. Излучатели могут быть двух видов:

Стационарные излучатели фиксируются на потолке и стенах в тех местах, где необходимо произвести нагрев. Мобильный вариант на опоре можно перемещать в пределах частного дома, его даже можно использовать на открытом воздухе.

Также инфракрасное излучение может исходить от поверхностей. Для этого используется специальная пленка, которая располагается под облицовочным слоем на потолке, стенах и потолке. Эта технология является новинкой в разработке отопительных комплексов.

Плюсы и минусы

Эксплуатация инфракрасных излучателей связана как с положительными, так и с отрицательными моментами. К плюсам можно отнести:

• быстрый прогрев помещения;
• экономный расход электроэнергии;
• возможность перемещения прибора;
• автоматическая регулировка режима отопления;
• использование источника тепла на открытых площадках;
• невысокая стоимость инфракрасного оборудования.

Покупку и установку излучателей для домов площадью 100 м² можно ограничить 30000 рублей. Если предусмотрено пленочное инфракрасное отопление, стартовым порогом расходов будет сумма в 160000 рублей.

Минусы инфракрасной системы отопления состоят в том, что располагаться приборы должны не ниже чем на 1,5 метра от уровня пола. Это необходимо для того, чтобы не повредилось напольное покрытие дома. Длительная работа излучателя может привести к его перегреву.

Современные системы отопления: в погоне за экономией

Энергоносители продолжают дорожать, и вместе с ними растет стоимость отопления. В этой статье мы рассмотрим современные системы отопления частного дома — прежде всего с точки зрения их экономичности.

Традиции — это прекрасно. Но хочется, чтобы отопление было не только эффективным, но и дешевым.

Эволюция

Начнем, однако, с несколько ретроградского реверанса в сторону привычного радиаторного обогрева дома. Давайте разберемся, какими могут быть традиционные системы отопления частного дома из современных комплектующих.

Котлы

Начнем с источников тепла. Какие новинки появились в этой области?

• Индукционные электрические котлы отопленияпредставляют собой трубу из диэлектрика, в которую помещен нагреватель — монолитный сердечник из любого ферромагнитного металла. Вокруг трубы намотана индукционная катушка, возбуждающая в материале сердечника вихревые токи.

В результате он разогревается и отдает тепло воде или другому теплоносителю. Достоинства конструкции — высокая мощность при минимальном размере и крайняя отказоустойчивость. Схема устройства не содержит подвижных или изнашивающихся со временем элементов.

Опыт демонстрирует работу электромагнитной индукции.

• Электродный котел тоже крайне компактен. Для нагрева воды используются помещенные в нее два электрода. Вода благодаря растворенным в ней солям является электролитом, и текущий через нее ток разогревает жидкость.

Эта конструкция любопытна, прежде всего, абсолютной безопасностью: при утечке воды нагрев прекратится не благодаря срабатыванию автоматики, а в силу лежащего в основе работы прибора физического принципа.

Однако: как и любые электрические приборы прямого нагрева, эти устройства неэкономичны. Что бы по этому поводу не писали маркетологи, законы физики не обманешь: для того, чтобы получить один киловатт тепловой мощности, придется потратить один киловатт мощности электрической.

• Конденсационные котлы — это газовые нагреватели, использующие высшую теплоту сгорания газа. Что это такое? После полного сгорания его продукты конденсируются на дополнительном теплообменнике, нагревая его.

Использование теплоты и сгорания газа, и конденсации позволяет достигнуть КПД выше 100 процентов. Понятно, что за 100% берется все тепло, выделяющееся при сгорании топлива.

Газогенераторный котел разбивает процесс горения дров на два этапа. Вначале они сгорают при недостатке кислорода, образуя золу и горючий пиролизный газ. Затем газ дожигается в отдельной топке. Такая схема работы позволяет увеличить в несколько раз промежуток времени между загрузками топливника; кроме того, котел может более гибко подстраивать текущую тепловую мощность под потребности дома.

Пиролизный котел в разрезе.

Радиаторы

Какие современные отопительные приборы наиболее интересны?

• Алюминиевые радиаторы в абсолютном большинстве случаев являются лучшим выбором для автономного отопления. Прекрасная теплоотдача, достигающая 210 ватт на секцию при стандартной высоте, и невысокая цена — что еще нужно в коттедже?
• Медно-алюминиевые конвекторы — разновидность биметаллических отопительных приборов. Они представляют собой медную трубу с теплоносителем, на которую напрессовано алюминиевое оребрение.

Монтаж — напольный, настенный или внутрипольный; в последнем случае для увеличения теплоотдачи практикуется обдув тихоходным вентилятором. Устройство интересно высочайшей теплоотдачей при очень компактных размерах.

Трубы

Современное отопление загородного дома выполняется, как правило, трубами одного из двух типов:

1. Полипропиленовые трубы, армированные алюминиевой фольгой или стекловолокном. Они прочны, дешевы и очень просты в монтаже. Низкотемпературная сварка с помощью недорогого паяльника делает соединение не уступающим по прочности цельному участку трубы.
2. Сшитый полиэтилен применяется для лучевой разводки в стяжке и для монтажа теплого пола. Трубы очень прочны, переносят температуру до 110С и обладают гибкостью, позволяющей укладывать их криволинейно.

Обратите внимание: комплект инструментов для монтажа соединений и резки труб обойдется в весьма значительную сумму — до 30 000 рублей. Впрочем, его можно взять напрокат на время строительных работ.

Стоимость этого экспандера — 20245 рублей.

В городских условиях может использоваться еще один тип трубы — гофрированная нержавейка. Материал делает ее прочной, а гофрирование — гибкой. Для соединения используются компрессионные фитинги, обжимающие трубу высокотемпературным силиконом.

В принципе ничто не мешает использовать эти трубы и для автономного отопления; однако затраты будут куда выше, чем при использовании полимерных розливов и подводок. Метр корейской Kofulso сечением 16 миллиметров стоит от 170 рублей; немецкая Rehau обходится в два-три раза дороже.

Революция

В предыдущем разделе мы рассмотрели лишь новые материалы, которые могут использоваться для реализации дедовских проектов. Сама концепция использования для отопления ископаемого топлива или прямого нагрева электричеством, как и конвекционная схема отопления, морально устарела.

Современные технологии в отоплении направлены, прежде всего, на то, чтобы минимизировать расходы и негативное влияние на экологию.

Теплый пол

Основной недостаток конвекционного отопления радиаторами — неравномерное распределение температуры в объеме помещения. Для того, чтобы на высоте человеческого роста воздух нагрелся до комфортных 20 градусов, под потолком должно быть не меньше 25.

Между тем количества тепла, бесполезно покидающего дом через перекрытие и крышу, определяется, прежде всего, температурой непосредственно под ними. Простое уменьшение СРЕДНЕЙ температуры в комнате на 2 градуса дает примерно 20-процентную экономию на топливе.

А что, если превратить в источник тепла всю поверхность пола? Если он будет нагрет до 25 градусов, то на высоте 1,5-2 метра будет 23-24С, а под потолком — не больше 20. Потери тепла резко сократятся; при этом температурный режим с точки зрения человека, находящегося в помещении, станет более комфортным!

На данный момент существует три реализации теплого пола.

1. В случае водяного отопления в стяжку укладывается цельная, без соединений, труба — металлопластиковая или из сшитого полиэтилена. Температура теплоносителя в ней ограничена 40 градусами.
2. Греющий кабель — проводник с высоким сопротивлением — альтернатива водяному полу в случае, если вы отапливаетесь электричеством. Иногда кабель монтируется на подложку и продается в виде греющих матов.

Наконец, пленочный электрический теплый пол — это тонкая диэлектрическая подложка с нанесенными на нее токоведущими дорожками. Он очень удобен в плане монтажа тем, что не требует увеличения высоты пола и укладывается под любое чистовое покрытие — ламинат, линолеум или кафель.

Водяной теплый пол перед укладкой стяжки.

Инфракрасное отопление

Перечисляя современные отопительные системы, нельзя не упомянуть инфракрасные обогреватели. На рынке присутствует два их основных типа — высокотемпературные, с вольфрамовой спиралью в трубке из кварцевого стекла, и низкотемпературные панели.

В последнем случае источником тепла может служить и та же спираль, только разогретая до температуры не выше 90 градусов, и цельная керамическая панель с нанесенным на нее проводником, и скрытый за экраном пленочный нагревательный элемент.

Такой прибор предельно легко смонтировать своими руками. Собственно, достаточно просто подвесить его к стене или потолку и подключить к розетке. Строго говоря, саму идею нельзя назвать новой: спирали с рефлекторами использовались еще полвека назад; однако по сравнению с традиционными конвекторами и масляными обогревателями эти приборы дают заметную экономию.

За счет чего она достигается?

1. Нагретая инфракрасным излучением поверхность пола, мебели и стен прогревает воздух. При этом распределение температуры в комнате аналогично тому, что мы можем наблюдать в случае систем теплого пола: бесполезный нагрев воздуха под потолком сводится к минимуму.
2. Помимо этого, человек в поле действия инфракрасного обогревателя тоже чувствует тепло. Его кожа, как и любая другая поверхность, нагревается. В результате при сохранении субъективного комфорта фактическая температура в помещении может быть снижена до 16-18 градусов. Как температура влияет на потери тепла через стены и крышу — уже говорилось.

Панель мощностью 400 ватт способна обогреть примерно шесть квадратных метров помещения.

Теплоаккумуляторы

Современные технологии отопления дома позволяют использовать для нагрева теплоносителя дешевый ночной тариф на электричество. Для поддержания тепла в помещении в течение суток используется несложное приспособление — тепловой аккумулятор, теплоизолированный бак большой емкости.

Во время действия более низкого тарифа теплоноситель нагревается; затем в течение дня тепло постепенно отдается отопительным приборам.

Полезно: еще одно удобное применение теплоаккумулятора — использование в паре с твердотопливным котлом. При достаточной мощности котла аккумулирование тепла позволит топить не чаще раза в сутки.

Бак способен накопить тепло, необходимое для отопления дома в течение суток.

Солнечные коллекторы

К сожалению, независимое энергообеспечение частных домов не получило пока на постсоветской территории большого распространения. Причины этого — сугубо технологического плана. Если сами солнечные батареи покупаются надолго, то необходимые для накопления электроэнергии аккумуляторы мало того, что дороги — еще и имеют очень небольшой (не более 5-7 лет) срок службы.

А вот использовать тепловую энергию, источником которой является солнечный свет, очень просто. Примитивнейший солнечный коллектор — это покрашенный в черный цвет бак, закрытый стеклянной конструкцией. Солнечные лучи нагревают бак, а стекло минимизирует потери тепла за счет конвекции.

Последнее время, однако, получили распространение коллекторы на вакуумных трубках. Они превращают в тепло до 94% солнечных лучей; напоминающая термос структура трубки сводит потери тепла к минимуму.

Не обольщайтесь: коллектор не обеспечит вас бесплатным круглосуточным отоплением. Ночью он по очевидной причине не работает; пасмурная погода уменьшает выработку тепла в несколько раз.

Однако уменьшить расходы на обогрев жилья коллектор вполне способен. В теплых регионах страны это устройство может обеспечить потребность в тепле на 25-30 процентов.

Батарея коллекторов на фото в солнечные зимние дни способна полностью обеспечить дом теплом.

Тепловые насосы

Наконец, наиболее экономичная и не зависящая от солнца современная система отопления использует разные типы тепловых насосов. Этой концепции мы уделим наиболее пристальное внимание.

Нужно четко понимать: тепловой насос не предлагает бесплатного отопления. Больше того: при текущих ценах эксплуатационные расходы окажутся выше, чем при использовании магистрального газа. Ключевое слово — перспективность.

• Цены на газ растут быстро и непрерывно. Это ископаемое топливо, запасы которого ограничены. Спрос при дефиците предложения вызывает увеличение стоимости — закон рынка.
• Европейские расценки выше российских и украинских в 8-10 раз. А мы движемся к свободному рынку и соответствующим ценам.
• Вместе с тем энергоснабжение в последние годы проявляет очень приятную тенденцию перехода на возобновляемые источники. Все в большей степени для производства электричества используется не уголь и газ, а ветер, солнце и течение воды. С практической стороны это означает, что рост тарифов на электроэнергию будет многократно отставать от роста цен на все виды ископаемого топлива.

При этом современные схемы отопления с использованием тепловых насосов намного экономичнее любых видов электрокотлов, инфракрасных обогревателей и теплых полов. Дело в том, что насос использует электроэнергию не для выработки тепла, а для его перекачки в дом из другого источника.

Фактически, его устройство напоминает… обыкновенный холодильник. Только работающий на обогрев.

Принципиальная схема этого устройства.

Полезно: все виды тепловых насосов могут не только греть помещение, но и охлаждать его в летнюю жару.

В результате тепловые насосы на каждый киловатт электрической мощности обеспечивают 3-6 киловатт тепла. Причем перекачивать его они способны от более холодной среды к более теплой. Что может служить источником тепловой энергии?

Грунт

Насосы, использующие геотермальное тепло, наиболее дороги. Причем в большую сумму обходится не только само устройство, но и его монтаж. Зонды — теплообменники опускаются в забуренные на несколько десятков метров скважины, где температура почвы не зависит от климата на поверхности и всегда равна 10-12 градусам.

Зачем такие сложности? Почему нельзя расположить коллектор-теплообменник горизонтально ниже точки промерзания?

Можно, и горизонтальные коллекторы используются наряду с вертикальными. Однако их применение связано с рядом неудобств:

• Коллектор занимает площадь, в несколько раз большую, чем площадь дома. Не каждое домовладение может похвастаться приусадебным участком такого размера.
• При этом использовать почву над теплообменником для посадок нельзя: корни растений будут заморожены. Коллектор все-таки заметно охлаждает грунт.

Теплообменник может быть горизонтальным или вертикальным.

Однако при всех своих недостатках современное отопление частного дома с помощью геотермального теплового насоса наиболее надежно и независимо от климатических условий.

Если рядом с вами есть незамерзающий водоем большого объема — вам повезло. Достаточно погрузить в него теплообменник и притопить его грузами — и вы получите неиссякаемый источник тепла.

Теплообменник перед затоплением.

Чаще, однако, используется другая схема работы. Высокий уровень грунтовых вод встречается куда чаще текущей рядом незамерзающей речки, поэтому типичный тепловой насос вода-вода работает так:

• На небольшом расстоянии от дома бурятся две скважины.
• Из одной из них глубинный насос или стоящая на поверхности насосная станция отбирает воду, которая проходит через теплообменник.
• Отдавшая тепло вода сливается во вторую скважину.

Внимание: дебет скважины может сильно меняться со временем. В отличие от насосов грунт-вода, схема подвержена неблагоприятному влиянию изменений в окружающей среде.

Воздух

Тепловые насосы воздух-воздух наиболее дешевы. Простейшие устройства этого класса — это, в сущности, адаптированные для низких температур инверторные кондиционеры стоимостью не более 25 тысяч рублей. Вся адаптация заключается в том, что внешний блок комплектуется греющим кабелем, препятствующим обмерзанию.

Инструкция по монтажу ничем не отличается от порядка установки обычного кондиционера. Устройства, однако, имеет смысл применять лишь в теплой климатической зоне. При температуре существенно ниже нуля эффективность их работы сильно падает, а при -30 и ниже делается невозможной.

Собственно, именно такой схемой отопления пользуется живущий в Крыму автор статьи. Для отопления хорошо утепленного этажа площадью 75 м2 хватает кондиционера Cooper@Hunter CH- S09FTXS с тепловой мощностью 2,9 киловатта.

Потребление электричества при работе на полной мощности — 580 ватт. Месячная стоимость отопления в пересчете на российские деньги — 900-1000 рублей. Температура в доме — 20-22 градуса.

Совсем недорогой и крайне эффективный тепловой насос, использующий тепло воздуха на улице.

Заключение

Хотите узнать больше о современных системах обогрева жилья? Возможно, полезную для себя информацию вы найдете в видео в конце статьи (читайте также статью «Твердотопливный котел для отопления частного дома: достойное решение для вашего уюта»).