Сравнение эффективности различных систем отопления

Статья эта писалась очень долго и тяжело. Не потому, что приходилось что-то придумывать, а лишь из-за того, что объяснить простыми понятными для большинства словами в чем преимущества, например, водяного теплого пола перед радиаторным отоплением в энерго-сберегающем отношении оказалось не такой уж и простой задачей. Без введения специальных физических терминов и определений это попросту невозможно. Пришлось как-то обмусоливать эти аспекты и объяснять их более привычным для нас с вами языком.

Итак, многие наверняка уже слышали о том, что отопление водяным теплым полом эффективнее радиаторного отопления. Эффективнее радиаторов и отопление теплым плинтусом. Но вот в чем же кроется эта самая эффективность, выражающаяся в конечном итоге в ежемесяных коммунальных платах, наверное понимают не все. Попробуем разобраться.

Отопление при помощи радиаторов в принципе ведет свою историю из далекого 1875 года, когда в России да и во всей Европе появилась первая квартира с водяным отоплением. В роли радиаторов в те времена выступали достаточно громоздкие пилястры. До этого отопление было преимущественно печным. Проблема состояла в том, что для больших, многокомнатных помещений система печного отопления не подходила, т.к. в комнате, в которой непосредственно находилась печь, создавались комфортные условия за счет лучистого теплообмена, а остальные оставались за конвективной теплопередачей. Ввиду низкой эффективности последней приходилось топить печи значительно сильнее, что увеличивало и без того немалый расход топлива.

Ввиду того, что теплофизические свойства воды, такие как теплоемкость и теплопроводность на несколько порядков превосходят в этом отношении воздух, система радиаторного отопления позволила значительно повысить эффектиность обогрева зданий и снизить расход дров и угля.

Прошло уже почти 140 лет с тех пор. Конструкция радиаторов совершенствовалась, в результате чего увеличился теплосъем с единицы поверхности этих приборов, но вот основного и главного недостатка эти усовершенствования не устранили.

Дело в том, что по сравнению с площадью помещения поверхность радиаторов сравнительно мала. Это создает необходимость нагрева подаваемого теплоносителя, до высоких температур (70-90 о С). А имея такую высокую температуру, радиатор по-сути перестает быть радиатором, т.е. главным способом передачи тепла становится уже не излучение, а конвекция.

Поле температур же при таком способе выглядит так: нагретый от радиатора воздух естественным способом устремляется вверх под потолок, где первоначально имея температуру порядка + 30 о С, охлаждаясь воздух опускается вниз, постепенно теряя свою температуру. В районе ступней температура воздуха составляет 17-20 о С. Температура пола при этом – 16-17 о С. На рисунке наглядно видно, что в помещении постоянно поддерживается циркуляция воздуха, которая во-первых переносит пыль и взвешенные частицы, а во-вторых, что немаловажно, на циркуляцию затрачивается определенная тепловая работа. То есть радиаторы не просто нагревают воздух, но и придают ему энергию движения. Ничего не появляется из ниоткуда и на циркуляцию воздушной массы затрачивается дополнительно от 4 до 7% всей тепловой энергии.

Самым же главным недостатком радиаторов, как Вы вероятно успели заметить из схемы, является то, что вне полезного объема помещения температуры сравнительно высоки (до 30 о С), что не имеет никакого бытового смысла (какая Вам разница, сколько градусов в 1 метре над вашей макушкой. ), а при этом наоборот значительно увеличивает потери тепла через потолок и на вентиляцию.

Короче говоря, отопление радиаторами требует прогрева всего объема помещения определенным образом. Температуры помещения по высоте в среднем располагаются так: 1,5 метра над уровнем пола (60% объема помещения) – средняя температура около + 20 о С, уровень пола от 1,5 м до 2,5 м (40% помещения) – средняя температура около +26 о С. Таким образом, средняя фактифеская температура в помещении объемом V определится по уравнению:

Т_ср рад. = (0,6 x 22 +0,4 x 26) = 24 о С.

Заметим, что чем выше температура в помещении тем естественным образом выше и его тепловые потери.

Для того, чтобы начать рассматривать системы лучистого отопления, к коим относятся система теплого водяного пола и система теплого плинтуса, необходимо ввести еще один важный физический термин – коэффициент облученности. Не прибегая к замысловатым формулировкам из физики и тригонометрии поясним. Коэффициент облученности – это та порция тепловой энергии, которая способна излучаться на Ваше тело с какой либо поверхности. Так, как человек существо чаще всего прямоходящее, располагающееся по меньшей мере 16 часов в день в вертикальной плоскости, то очевидно, что с поверхности пола излучить тепло на наше тело сложнее чем с поверхности стен. Так и получается физически. Справочные значения коэффициентов облученности на поверхность тела человека будут составлять: от пола

0,130, с поверхности стены

0,240. Дальше по порядку.

Если например мощность системы теплого пола в помещении составляет 500 Вт, то при ее работе на тело человека будет нарямую излучаться порядка 65 Вт (восполняя около 60% всех тепловых потерь организма), остальное тепло передается посредством теплопередачи через стопы (смотри статью «Водяной теплый пол АВАНТЭН. Принципы снижения эксплуатационных затрат») и конвекцией. Распределение температур воздуха по помещению достаточно ровное (см. рисунок) и в среднем составляет около 20 о С. Циркуляция воздуха отсутствует, тепло между воздушными слоями передается преимущественно диффузионно.

Отопление теплым плинтусом – это посути комбинированное отопление теплыми стенами и теплым полом. Плинтус не работает по-другому (смотри статью «Физический аспект эффективности плинтусного отопления зданий»). При этом, благодаря еще большей лучистой составляющей в таком виде отопления (коэффициент облученности 0,240) человек себя достаточно комфортно ощущает в помещении даже если температуа воздуха в нем установлена на уровне +18 о С, благодаря достаточно равномерному ее распределению по объему. Среднюю температуру с небольшим приближением можно принять порядка 19 о С. Отопление теплым плинтусом не напряму нагревает поверхность пола и стен, а в основном за счет конвекции небольшого объема воздуха, струящегося вдоль их поверхностей. При этом на тепловую работу тратится в лучшем случае около 1% тепловой энергии.

Таким образом по соотношению средних температур в помещениях несложным будет посчитать в цифрах сравнительную эффективность той или иной системы отопления.

Физический смысл цифр приведенных в таблице сводится к тому, что если одно и тоже помещение отапливать , так чтобы человеку, находящемуся в нем было комфортно, попеременно тремя разными системами, то самые большие потери тепла будут у помещения с радиаторами, помещение с водяным теплым полом потребует на 21% энергии меньше, помещение же с теплым плинтусом позволит на 24% уменьшить потребность в теплоте . И, все это благодаря, главным образом, более рациональному распределению тепла по объему здания.

Считаем необходимым отметить, что как видно из материала статьи расчетный пример показан для здания со стандартной (квартирной) высотой потолков . С увеличением высоты помещения, разница в энерго-эффективности между радиаторами и излучательными системами отопления (водяным теплым полом и теплыми плинтусами) будет только увеличиваться .

Какое отопление самое экономичное в частном доме?

Ни для кого не секрет, что цены на топливо растут постоянно и владельца частного жилья стремятся минимизировать затраты на отопление. Отсюда возникает вопрос как снизить расходы на обогрев дома и сэкономить деньги из семейного бюджета? При этом необходимо жить в комфортных условиях, а не стучать зубами от холода ради экономии.

Сравнительный анализ затрат на различные типы отопительных систем

Встав перед выбором системы обогрева частного дома человек две очевидные вещи. Эти вещи затраты на приобретение и установку системы отопления и затраты на поддержания комфортной температуры. Здесь наблюдается обратная зависимость: чем дешевле оборудование, тем дороже будут затраты на выработку тепла.

Грамотный специалист в сфере отопления подтвердит, что «экономичное отопление» это маркетинговый ход по большей части.

Эффективность системы отопления зависит от многих факторов, в том числе и внешних на которые человек не может повлиять, а также пресловутый постоянный рост на ресурсы.

Из своего опыта расчетов затрат на отопления могу сказать, что самым эффективной системой обогрева частных домов является тепловой насос. В эксплуатации он выйдет дешевле в 4 раза чем любая другая система на газе или угле. Другая сторона медали, не очень приятная это дороговизна самого оборудования и его обслуживания. Окупится такое отопление точно не в первые года.

Классификация систем отопления

Выбирая способ обогрева частного дома, владелец сталкивается с огромным разнообразием отопительных систем, предлагаемых отечественными и зарубежными производителями. Последние классифицируются по трем признакам:

по типу используемого топлива: твердотопливные, электрические, газовые, универсальные;

по методу отопления: традиционное водяное и воздуховоды;

по принципу действия: химическая реакция горения, преобразование электричества в тепловую энергию и т. п.

На сегодняшний день активно изучаются и предлагаются альтернативные методы получения тепла. Так, солнечные коллекторы используются для отопления и подогрева воды. Однако значительная часть нашей страны расположена в таких широтах, где уровень инсоляции недостаточен для того, чтобы использование таких систем было по-настоящему эффективно.

Рассмотрим подробнее наиболее традиционные способы отопления частных домов.

Для отопления частного дома часто используют газ метан, который потребитель получает через магистральный газопровод. Пожалуй, на данный момент самый экономичный способ обогрева своего дома.

В районах, где нет магистрального газопровода могут устанавливать газгольдеры со сжиженным газом.

Современное газовое оборудование 100% автоматизированное и позволяет поддерживать комфортную температуру в доме в зависимости от погоды на улице. Естественно, такая автоматизация позволяет экономить.

Но с другой стороны цены на газ растут почти каждый квартал, плюс высокая стоимость самого оборудования и монтажа, а также получение разрешения на эксплуатацию делает это не таким выгодным мероприятием.

Последнее время электрические котлы пользуются все большей популярностью. У данного типа отопления есть некоторые преимущества, но они не для всех.

Электрический котле стоит в разы дешевле своих собратьев по гажу и твердому топливу.

Относительная простота установки монтаж может сделать даже не профессионал.

Система работает абсолютно автономна. Наступили холода система включилась, стало тепло выключилась, не надо бегать и танцевать танцы с бубном и кочегарить.

Скажете газ все равно дешевле? Да, конечно, дешевле, НО для некоторой категории наших граждан электричество это выход. Про кого я говорю в первую очередь это сельские жители, где есть субсидии и действует дневной и ночной тариф на электричество, а также установлен двузонный счетчик.

Обычные твердотопливные котлы стоят не дорого и достаточно просты в монтаже. По большому счету это печки со всеми недостатками низкий КПД и необходимость работать кочегаром постоянно контролируя процесс.

Какие есть варианты. Твердотопливные котлы пиролизного типа и длительного горения. Если укомплектовать твердотопливный котел пеллетной горелкой или газовой, можно получить ощутимую экономию по топливу. Пеллеты стоят дешевле чем обычные дрова, а также процесс автоматизирован.

В последнее время появились котлы пожиратели всего подряд котлы утилизаторы. Об экономичности таких котлов говорить сложно, но одно точно можно сказать это не экологично.

Типы систем отопления по методу обогрева

Виды отопления по способу теплоотдачи:

Водяная. Теплоноситель подогревается газовым твёрдотопливным или электрическим котлом отопления, циркуляция принудительная или естественная.

Воздушная. Прогрев обеспечивается электрическими или газовыми конвекторами, а также нагретыми поверхностями печей.

Обогрев открытым огнем. Это как правило камины, воздухогрейные печи, к слову, они имеют крайне низкий КПД, но очень могут украсить интерьер вашего дома.

Огромную популярность получили теплые полы. Их сложно назвать экономичным отоплением с учетом их монтажа и оборудования для установки, но являются выходом если вы противник установки радиаторов в доме, а еще пол позволяет равномерно прогревать все помещение.

Альтернативные и гибридные отопительные системы

Если сравнивать все вышесказанное и учесть постоянное подорожание ресурсов (дрова, уголь, газ, электричество), то самый экономичный метод – тот, при котором исчерпаемые ресурсы не нужны вовсе. Такие системы существуют и довольно давно – солнечные коллектора и тепловые насосы.

Про солнечные коллектора сложно говорить учитывая наш климат и количество солнечных дней, а вот тепловые насосы, это действительно инновационное решение.

Отопление дома и других помещений за счет низкотемпературных энергий земных недр. Звучит не понятно правда? Но это на первый взгляд. Основной минус как говорил ранее это дороговизна самого оборудования и его монтаж (плюс найти действительно опытного специалиста по тепловым насосам это не простая задача), окупаемость такого оборудования составляет около 10 лет.

Почему воздушное отопление лучше водяного?

Отопление — пожалуй одна из наиболее важных составляющих комфортного проживания, а иногда даже и выживания в доме во время суровой русской зимы. Система отопления настолько важна, что проектируется еще на уровне разработки плана дома. Её нельзя заменить и делают её в расчёте на десятки лет.

Существует несколько видов систем отопления для дома: воздушное, электрическое, водяное, газовое, полы с подогревом и открытое (печи, камины).

Выбор системы отопления обычно производится на основе доступности топлива. Например, если к дому подключён газ, то лучше всего ставить газовую систему отопления.

Тепловой насос

Используют тепловую энергию земли, воды, солнца или воздуха, превращая их в тепло. Летом насос может работать на охлаждение. Бывают двух типов: «земля-вода» и «воздух-вода», в зависимости откуда берёт энергию.

Типы «воздух-вода» более универсальны и дешевле в установке. Используют выходящее из помещения тепло, убирая теплопотери. Но всё же зимой они не слишком эффективны, так что лучше всего иметь еще один дополнительный вариант обогрева в запасе.

По советам экспертов перед установкой желательно проверить характеристики здания, во избежание излишних трат на энергию и обогрев нужной площади.

• Удобен.
• Дешев в использовании.
• Долговечен.
• Универсален.
• Легко собрать и разобрать.

• Дорого стоит.
• Зависит от электричества.
• Потеря эффективности зимой.

Сравнение основных систем отопления

Система отопления выбирается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов, допустимых по санитарно-гигиеническим показателям, с учетом ее эксплуатационных особенностей.

Сравним капитальные вложения в различные системы центрального отопления. В равных расчетных условиях в системе парового отопления, учитывая уменьшение площади поверхности отопительных приборов и площади сечения конденсатопроводов, расходуется меньше металла и первоначальная ее стоимость несколько ниже, чем системы водяного отопления. Стоимость устройства системы воздушного отопления близка к капитальным затратам на создание системы водяного отопления, а расход металла в связи с ограниченными размерами теплообменника и возможностью изготовления воздуховодов из бетона и подобных материалов часто оказывается даже ниже, чем в системе парового отопления.

По капитальным затратам преимущество имеет местная система воздушного отопления без воздуховодов или с короткими воздуховодами с подачей высокотемпературного первичного теплоносителя (воды или пара) в теплообменник. На второе место можно поставить систему парового отопления и на последнее — системы отопления водяную и центрально-воздушную с протяженными металлическими воздуховодами.

Однако выбор системы отопления только по наименьшим капитальным затратам недопустим и экономически не может считаться полноценным без учета стоимости ее эксплуатации. Стоимость эксплуатации зависит, прежде всего, от расхода топлива и долговечности системы отопления.

Расход топлива на отопление при паровых и центрально-воздушных системах превышает расход топлива при водяном отоплении вследствие возрастания бесполезной попутной потери тепла. Срок службы паропроводов (до 10 лет) и особенно конденсатопроводов (около 4 лет) из-за интенсивной внутренней коррозии значительно меньше, чем теплопроводов водяного отопления (25-40 лет). Воздуховоды из тонколистовой стали также недолговечны, а неметаллические воздуховоды требуют частого ремонта в связи со сравнительно быстрым нарушением их плотности при действии в различных температурных условиях.

Таким образом, для выбора системы по экономическим показателям необходимо определять общие, так называемые приведенные затраты, учитывающие помимо капитальных затрат еще и стоимость эксплуатации системы отопления. В стоимость эксплуатации, кроме стоимости топлива и текущего ремонта и амортизационных расходов, входят также стоимость расходуемой электроэнергии, заработная плата обслуживающего персонала и некоторые другие затраты.

Экономические преимущества эксплуатации системы водяного отопления сокращают приведенные затраты, которые могут стать меньше приведенных затрат на систему парового отопления.

Технические показатели эксплуатации центральных систем отопления различны. Наибольшей надежностью действия, в том числе тепловой, обладает система водяного отопления, простая и удобная в эксплуатации. Близко к ней подходит система местного воздушного отопления при водяном теплоснабжении, действие которой легко автоматизируется, хотя надежность ее и понижается в зависимости от увеличения числа победителей циркуляции воздуха — вентиляторов.

Менее надежна система парового отопления как более сложная по конструкции и в обслуживании, имеющая сокращенный срок амортизации. Также понижена надежность системы центрально-воздушного отопления из-за усложнения и возможного нарушения распределения воздуха по помещениям. Все же решающими факторами в последнем случае могут оказаться попутное обеспечение вентиляции и устранение отопительных приборов из помещений.

При системах водяного и центрально-воздушного отопления обеспечиваются высокие гигиенические и акустические показатели, что, однако, связано с ограничением температуры и скорости движения теплоносителя, отражающимся на экономических показателях систем. Применение паровой и местной воздушной (при высокотемпературном первичном теплоносителе) систем сопровождается понижением гигиенических и акустических показателей отопления.

Радиус действия систем различен: при воздушном отоплении он ограничен; при водяном отоплении допустима значительная горизонтальная протяженность, но по вертикали он также ограничен величиной гидростатического давления; при паровом отоплении возможна значительная протяженность не только горизонтальная, но и вертикальная.

Система водяного отопления обладает значительной тепловой инерцией, особенно при массивных (таких, как бетонные панели) и водоемких (радиаторы) отопительных приборах; системы парового и воздушного отопления — малой инерцией. Это их качество может оказаться важным и даже предопределяющим выбор системы.

Показатели и свойства систем отопления, описанные выше, определяют область их применения. Система водяного отопления, надежная и гигиенически приемлемая, получившая широкое распространение в условиях теплофикации, применяется в гражданских и промышленных зданиях.

Санитарно-гигиенические и эксплуатационные недостатки существенно ограничивают область применения парового отопления, которое не допускается в гражданских зданиях, предназначенных для постоянного или длительного пребывания людей. Паровое отопление допускается в промышленных зданиях, а также в общественных при непродолжительном пребывании людей и рекомендуется для периодического или дежурного (в нерабочее время) отопления помещений.

Возможность сочетания отопления и вентиляции способствует распространению воздушного отопления, в первую очередь в промышленных зданиях. Воздушное отопление используется также для периодического или дежурного обогревания помещений общественных и промышленных зданий.

Сказанное относится к холодной климатической зоне, где почти каждое здание нуждается в непрерывно действующей системе отопления. В теплой климатической зоне отопление зданий может быть периодическим с использованием стационарных центральных и местных систем или даже временных подогревательных установок.

Широко применяются газовые и электрические подогревательные установки. Большие запасы природного газа, значительный рост его добычи, высокая теплотворность и низкая стоимость способствуют развитию отопления газовыми приборами. Например, в США газовые приборы применяют для отопления промышленных зданий.

Использованию электричества для отопления благоприятствует снижение капитальных затрат и сравнительная простота прокладки кабелей, независимость действия одних электроотопительных приборов от других, их незначительная тепловая инерция, широкий диапазон и удобство индивидуального регулирования теплопередачи в помещение.

Повышение уровня выработки электроэнергии, а также разработка новых методов преобразования электроэнергии в тепло с использованием энтальпии наружного воздуха при помощи полупроводниковых элементов (эффект Пельтье) расширяют область ее применения для отопления. Можно отметить распространение электрического отопления гражданских зданий в Норвегии, Швейцарии, Англии, США и в других странах.

Общие рекомендации по выбору системы отопления в зданиях различного назначения даются в строительных нормах и правилах (СНиП и СП).

• Панельное отопление — эффективность для частного дома
• Состав раздела «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, тепловые сети» по пост. 87
• Слив и заполнение системы отопления теплоносителем
• Основные преимущества инфракрасного отопления
• Естественное циркуляционное давление

• Теплообмен на поверхностях в помещении
• Характеристики наружного климата холодного периода года
• Обеспеченность расчетных условий отопления
• Тепловая обстановка и условия комфортности для человека в помещении
• Тепловой режим здания

• Характеристика теплоносителей для отопления
• Классификация систем отопления
• Требования, предъявляемые к отопительной установке
• Затрата тепла на отопление
• Развитие техники отопления

Твердотопливный котёл

По своей сути это обычная печка, оборудованная специальной камерой сгорания, которая работает на готовом топливе, от угля до дров.

Одноконтурные котлы хороши для промышленных объектов, где можно использовать отходы в качестве топлива. Двухконтурные котлы могут принести пользу и для обычного дома, ведь они могут подогревать воду и батареи.

• Используют возобновляемое топливо.
• Дешев в эксплуатации.
• Работают без электричества.
• Быстро окупает стоимость.

Воздушное отопление

Теплоноситель – нагретый воздух. Источником его нагрева может служить пар, горячая вода, тепло от сгорания, например, угля, электрический ток.

Читайте здесь — Как выбрать лучшие пластиковые окна: устройство окна ПВХ, важные технические характеристики профиля, выбор стеклопакетов, фурнитуры. Советы профессионалов!

В воздухоподогревателе происходит нагрев воздуха. Затем он поступает в комнаты по воздуховоду.

Посмотрите еще здесь!

Как сделать самодельный металлоискатель — лучшие схемы, инструкция. Обзор проверенных вариантов по созданию простого металлоискателя своими руками

Как выбрать стиральную машину: советы профессионалов, основные тонкости выбора надежной и качественной машинки. Виды, типы, программы и функции

Самодельные фонарики своими руками: пошаговая инструкция как сделать красивый и эффективный фонарь (110 фото)

• отсутствие сложностей с теплоносителем;
• возможность сопутствующего увлажнения воздуха;
• высокая эффективность;
• быстрый прогрев системы.

Лишь 30% коттеджей отапливаются этим способом. Это обусловлено, в первую очередь, высокой стоимостью монтажа. Также стоит помнить, что содержать такую систему тоже недёшево.

Электрические котлы

Достаточно просты в установке, достаточно лишь провести электричество. Есть как и одноконтурные, так и двухконтурные. Хороший выбор для дома подключённого к электричеству.

Не требует особого топлива, а так же не производит отходы. Существует несколько вариантов компоновки, но при этом КПД у всех вариантов колеблется от 95 до 98 процентов.

• Простота установки.
• Удобны.
• Занимают мало места.
• Безопасен.
• Не даёт отходов.
• Легок в эксплуатации.