Сравнение эффективности различных систем отопления

Основные варианты отопления коттеджа

Планируя строительство частного дома или переезд из городской квартиры в загородный коттедж, мы оцениваем не только размер первоначальных затрат на строительство или ремонт, но и стоимость содержания такого жилья.
А она существенно отличается от расходов на эксплуатацию городской квартиры. И одной из основных затратных статей здесь становятся расходы на отопление.

Рассмотрим и сравним основные доступные варианты организации отопления в коттедже.

Трубы

На первый взгляд может казаться не важным, какие используются трубы для отопления. Но рассмотрев плюсы и минусы каждого материала, становится ясно, почему это серьёзный вопрос.
Один из самых популярных видов труб – это металлопластиковые. Их диаметр бывает от 16 до 63 мм.

металлопластиковые трубы
Среди преимуществ этого материала есть:

• теплопроводность низкая,
• легко ремонтируется,
• не нужно профессионального инструмента для монтажа.

К недостаткам можно отнести следующее:

• в соединениях может произойти утечка,
• остаются вмятины при ударе.

Ещё один вариант, который часто используется – полипропилен.

полипропиленовые трубы и фитинги
Он имеет такие сильные стороны:

• большой диаметр – до 125 мм,
• устойчивость к механическому давлению,
• при замерзании системы, трубы не приходят в негодность,
• после спайки не может быть утечки жидкости.

Однако есть и слабые стороны:

• необходимость дорогого оборудования, чтобы сделать монтаж,
• удлиняются при сильном нагреве теплоносителя,
• при повреждении сложно ремонтируются.

Выбирая трубы, лучше учесть погодные условия, вид отопления и финансовые возможности.

Батареи отопления

Один из главных элементов в отопительной системе. От неправильного подбора батареи, может зависеть эффективность всего отопления. В наше время существует огромный выбор радиаторов. Если классифицировать их по материалу, из которого они выполнены, то можно выделить следующие виды: стальные, чугунные, биметаллические и алюминиевые. Чтобы не разбирать все возможные варианты, достаточно понять основные принципы для выбора батареи.

1. Тип системы. От того автономное или центральное отопление, зависят и необходимые критерии радиатора. Для централизованной системы лучше брать батареи, которые выдержат скачки давления и воду разной кислотности. Для автономного отопления можно использовать радиаторы разного давления.
2. Теплоотдача. По этому показателю на первом месте алюминий, затем сталь, а потом чугун. Но также стоит учесть, что например, тот же чугун дольше остывает.
3. Срок службы. В данном параметре на первом месте стоят чугунные радиаторы, затем биметаллические, стальные и чугунные.
4. Остальные критерии. Сюда входят более видимые параметры – дизайн, цена, производитель и так далее.

Учитывая все эти факторы, можно выбрать оптимальный для себя вариант.

Теплоноситель

Без этой составляющей отопительная система не будет работать. Самые распространённые теплоносители – это вода и антифриз.

1. Вода. Всё-таки чаще используют именно её. Так как воду для отопления покупать не нужно, то это очень экономный вариант, и тепло она передаёт отлично. Кроме того, вода не приносит экологического вреда.
2. Антифриз. Есть специально изготовленный для отопительной системы. Хотя за него нужно платить деньги, но главное его преимущество, что он не замерзает при низкой температуре.

Делая выбор между водой и антифризом, хорошо взвесить финансовые возможности, сбои отопительной системы, погодные условия и так далее. Перечисленная выше информация, поможет правильно выбрать разные элементы системы отопления. Перед выбором важно внимательно перечитать все преимущества и недостатки.

Основные варианты отопления коттеджа 1. Магистральный газ

Это решение кажется самым простым, однако может быть таким только при условии, что участок изначально газифицирован. В противном случае затраты на прокладку магистрали могут составить от 500 тысяч до трех миллионов рублей с каждого домохозяйства: все зависит от размеров поселка, удаленности газопровода и других условий.

Собственно, газ является пока что самым дешевым в России видом топлива, но рублевая себестоимость его добычи растет, а мировые цены имеют тенденцию к снижению. Поэтому прогнозировать ситуацию надолго трудно. Мы же исходим из того, что адекватный расчет стоимости отопления предполагает анализ затрат за какой-то достаточно продолжительный отрезок времени с учетом ремонтно-эксплуатационных расходов. В частности, для загородного дома целесообразно рассматривать 50-летний период эксплуатации.

Будем считать, что для отопления двухэтажного коттеджа площадью 300 м2 с кухней нужен автоматический котел мощностью 15 кВт.

Стоимость такого оборудования от известных производителей на сегодняшний день составляет примерно 30 000 руб. Менять его нужно раз в 10 лет, то есть за 50 лет в сегодняшних ценах «набежит» 150 000 руб. С учетом стоимости ежегодного обслуживания (примерно 5 000 руб.) — 400 000 руб., или 8000 руб. в год.

При стоимости магистрального газа 5,14 руб./м3 (для Московской области) и удельной теплоте его сгорания 33 500 кДж/м3 стоимость 1 кВт*ч тепла будет не более 59 копеек (с учетом реального КПД котла, который примерно равен 92%). За отопительный сезон, который, к примеру, в Московском регионе официально длится 215 дней, для коттеджа площадью 300 м2 потребность в тепле составит 85 000 кВт*ч, что обойдется примерно в 50 300 руб. Итого, с учетом эксплуатационных расходов, получим 58 300 руб.

Итого в общем случае получим 58 300 руб. в год (при условии, что газ к поселку уже подведен).

Какой выбрать котёл?

Когда речь идёт о выборе, то следует отталкиваться от 4 основных вариантов. Рассматривая каждый, надо учитывать, какое топливо доступное и дешёвое в определённой местности.

Газовый

Газовый котёл является самым популярным, за счёт доступности этого топлива. Если говорить о его сильных сторонах, то можно отметить следующее:

• долгий срок службы,
• высокий КПД, а значит экономия средств,
• простота в обслуживании,
• не нужно тратить силы на заготовку топлива, когда есть доступ к магистрали.

Теперь о некоторых слабых сторонах:

• обязательно разрешение на установку котла,
• для подключения необходимо вызывать специальные службы,
• из-за скачков давления в газопроводе, агрегат отключается,
• при сгорании газ шумит.

В целом экономичный и надёжный вид отопления, требующий только правильного монтажа.

Электрический котёл

Этот аппарат тоже довольно популярный. Здесь нагрев теплоносителя происходит благодаря электричеству. Так как оно повсеместно доступно, стоит рассмотреть такой способ с разных сторон. Плюсы электрического оборудования:

• работает без шума,
• сравнительно невысокая стоимость,
• не вредит здоровью или окружающей среде,
• простота в управлении.

К минусам можно отнести:

• при скачках напряжения происходит отключения аппарата, а также выводится из строя автоматика,
• расход электричества,
• для мощного агрегата нужна 3-х фазная сеть на 380 В.

Такой котёл особенно подойдёт, когда недорогая цена электроэнергии.

Твёрдотопливные котлы

Довольно известный вид котлов. Здесь в виде топлива используются уголь, дрова и так далее. Говоря о преимуществах такого оборудования, следует вспомнить о таких моментах:

• недорогой вид топлива,
• простота в эксплуатации,
• не требует каких-либо документов для установки,
• легко ремонтируется.

А вот некоторые минусы:

• расходуется немало времени и сил на заготовку топлива и обслуживание котла,
• обязательно должен быть дымоход.

Этот способ отопления довольно часто используется в населённых пунктах без газовой магистрали.

Жидкотопливные котлы

Здесь используется жидкое топливо, такое как мазута, керосин и так далее. Перечисляя достоинства жидкотопливного оборудования, следует назвать такие области:

• независимое от коммуникаций отопление,
• простота в использовании,
• высокий КПД,

Говоря о минусах, необходимо вспомнить такие нюансы:

• обязательно отдельное помещение для котла,
• дорогостоящее оборудование,
• высокая стоимость топлива,
• потребность в больших баках для топлива.

Обычно, отопительные агрегаты на жидком топливе используются не часто.

Основные варианты отопления коттеджа 2. Газгольдер

Если нет магистрального газа — можно запасать сжиженный. Многие так и поступают, хотя этот способ предполагает, что у вас на участке будет постоянно зарыта огромная емкость со взрывоопасным сжиженным газом. Как минимум это требует наличия довольно большой огороженной площади, где нельзя ничего сажать или строить, и специальных мер безопасности. Кроме того, необходим доступный источник сжиженного газа с возможностью доставки до участка.

Стоимость и КПД котлов для сжиженного газа примерно такие же, как и для магистрального. Установка газгольдера будет стоит около 400 000 руб. В пересчете на 50 лет получим 800 000 руб., или 16 000 руб. в год.

При стоимости сжиженного газа 15 рублей за литр (с доставкой в пределах 100 км от крупного города) и удельной теплоте сгорания пропан-бутановой смеси порядка 12,8 Квт*ч/л получим стоимость 1 кВт*ч тепла в 1,23 руб., что равносильно затратам в объеме 104 550 руб. в год.

А с учетом стоимости эксплуатации — 120 550 руб. в год.

Виды энерго- и теплоносителей

Системы теплоснабжения можно классифицировать следующим образом:

• традиционные, использующие жидкостные теплоносители, передающие тепло от отопительного агрегата по трубопроводу к отопительным приборам;
• воздушные, использующие теплоносителем воздух, который подогревается и подается в отапливаемое помещение;
• прямые электрические, обходящиеся без теплоносителя, а напрямую преобразующие электроэнергию в тепло.

(См. также: Отопление деревянного дома твердотопливным котлом)

Традиционные системы могут использовать в качестве теплоносителя газ, жидкие виды топлива – дизтопливо, мазут, электричество, твердое топливо.

Наиболее экономичным и оптимальным видом топлива является газ. Самым большим недостатком данных систем является значительная стоимость и сложность документального оформления присоединения к централизованной системе.

Использование жидкого топлива несет в себе массу неудобств: сложность доставки и хранения энергоносителя, необходимость в повышенных мерах безопасности. (См. также: Котёл отопительный с водяным контуром)

Недостатком традиционных систем теплоснабжения является возможность аварийных протечек теплоносителя, особенно если используется антифриз, ядовитое и опасное соединение. Периодическое включение отопительных агрегатов и насосов создает шум и вибрацию. Для безаварийного функционирования отопительной системы необходима периодическая профилактика котлов.

Для работы воздушных отопительных систем также необходима установка котельного оборудования, что влечет все вышеперечисленные недостатки. Но с экологической точки зрения данная система является более приемлемой и перспективной. Использующая воздух в качестве теплоносителя отопительная система является надежной и легко регулируемой. Однако даже при использовании специальных фильтров не предохраняет помещение от попадания в воздух частиц пыли и другой органики, которые сгорают на поверхности котельного оборудования и образуют угарный газ.

Прямое электрическое отопление является малозатратным при установке, но использует крайне дорогой источник тепловой энергии – электричество. (См. также: Схема и монтаж разводки отопления металлопластиком)

Основные варианты отопления коттеджа 3. Дизтопливо

Дизельное топливо предпочтительнее использовать в отдаленных населенных пунктах, поскольку его обычно проще купить и доставить на участок. К тому же, перевозить его можно самостоятельно. КПД у дизельного котла на несколько процентов ниже, стоит он чуть дороже (15-киловаттный около 40 000 руб.), а служит чуть дольше — до 15 лет. Подземная емкость для топлива с системой подачи и установкой обойдется примерно в 200 000 руб. Кроме того, дизельный котел зависим от электроэнергии: при частом отключении света придется позаботиться о покупке генератора. Стоимость обслуживания мы будем везде считать примерно одинаковой — 5 000 руб. в год. Если оперировать этими цифрами, то эксплуатационные расходы за 50 лет в текущих ценах составят 610 000 руб. или 12 200 руб. в год. Стоимость дизельного топлива для котельных с учетом доставки возьмем равной 36 руб. за литр (варьируется в зависимости от региона). Удельная теплота его сгорания — 10,3 кВт*ч/л. Т.е. стоимость 1 кВт*ч тепла с учетом КПД дизельных котлов составит 3,93 руб., а затраты на отопительный сезон — 333 800 руб.

С учетом эксплуатационных расходов — 346 000 руб. в год.

Основные варианты отопления коттеджа 4. Твердое топливо

В этом качестве могут использоваться дрова, пеллеты (брикеты) или уголь. Однако нужно понимать, что твердотопливный котел не бывает полностью автоматическим. Значит, кто-то постоянно должен работать кочегаром. В случае с пеллетными котлами уровень автоматизации выше, но выше и уровень опасности возгорания топлива.

Это нужно учитывать и при использовании угольных котлов. Поэтому в обоих случаях потребуются дополнительные меры безопасности. Стоимость оборудования разнится очень сильно. Например, 15-киловаттный котел с ручной загрузкой обойдется примерно в 25 000 руб., однако вряд ли вам улыбается перспектива постоянно бегать в котельную и подбрасывать дрова или уголь вручную. Котел же с автоматической подачей топлива может стоить от 100 000 (пеллетный) до 200 000 руб. (угольный). Правда, служат они все по 20–25 лет.

В итоге эксплуатация дровяного котла обойдется в 6250 руб. в год, автоматического пеллетного — в 10 000, а автоматического угольного — в 15 000 (все — с учетом стоимости ежегодного обслуживания).

Стоимость топлива существенно зависит от региона. Например, в Московской области 1 кубометр (в среднем 650 кг) березовых дров по оптовой цене на сегодняшний день обойдется в 1400 руб. (считаем, что при заказе сразу большого объема доставка будет бесплатной), каменный уголь приемлемого качества — в 6000 руб. за тонну, топливные брикеты — примерно в такую же цену.

Если принять, что удельная теплота сгорания дров приблизительно равна 3,4 кВт*ч/кг, угля — 7,5 кВт*ч/кг и брикетов — 5,6 кВт*ч/кг; что КПД дровяного котла примерно равен 75%, а автоматического — 80%; то получим стоимость 1 кВт*ч тепла, соответственно равную 0,84, 0,64 и 0,85 руб. (дрова, уголь и брикеты). То есть в год отопление дровами обойдется в 71 400 руб., углем — в 54 060 руб. и брикетами — в 72 420 руб.

А с учетом эксплуатационных расходов: дрова — 77 650 руб. в год; уголь — 69 060 руб. в год; брикеты — 82 420 руб. в год.

Угольное отопление, как видим, обходится дешевле обогрева другими видами твердого топлива, а вот дрова в 2020 году стали выгоднее брикетов. Но любое твердое топливо выходит дороже магистрального газа.

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 оС). 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 оС, охлаждаясь воздух опускается вниз, постепенно теряя свою температуру. В районе ступней температура воздуха составляет 17-20 оС. Температура пола при этом – 16-17 оС. 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 оС), 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 оС, уровень пола от 1,5 м до 2,5 м (40% помещения) – средняя температура около +26 оС. Таким образом, средняя фактифеская температура в помещении объемом V определится по уравнению:

Тсррад. = (0,6×22 +0,4×26) = 24 оС.

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 оС. 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 оС, благодаря достаточно равномерному ее распределению по объему. Среднюю температуру с небольшим приближением можно принять порядка 19 оС. 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.

Основные варианты отопления коттеджа 5. Электрический котел

Стоимость автоматического электрокотла нужной нам мощности (30 кВт) составит примерно 50 тыс. рублей (менять его придется каждые 10 лет). Еще придется доплатить за дополнительную мощность ввода, а это как минимум 10 тыс. рублей за киловатт (мы берем в расчет самые разумные цены на рынке). Итого стоимость подключения составит 300 тыс. рублей.

Стоимость киловатт-часа электроэнергии в Московской области — 4,81 руб./кВт*ч, КПД котла — 99%. Итого получим ежегодную стоимость отопления — 413 000 руб.

А с учетом стоимости оборудования — 424 000 руб. в год.