Отопление. Классификация и сравнительная оценка различных систем отопления

Отопление в сочетании с конструктивными решениями зданий призвано обеспечивать нормируемые температурные условия в рабочих зо­нах производственных помещений.

Комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, перено­са и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения, на­зывают системой отопления. В систему отопления входят: — отопительные приборы, — магистральные трубопроводы для подачи и отвода теплоносителя, — стояки, — соеди­нительные трубы, — регулирующая арматура, — воздухосборники,

— котел или теплооб­менник при централизованном теплоснабжении, — смесительные установки и цирку­ляционные насосы.

Санитарно-гигиенические требования к отопительным системам направлены на поддержание в холодное время года определенной и равномерной температуры в помещениях, ограничение температуры поверхности отопительных приборов и обеспечение бесшумности их работы.

Системы отопления подразделяют на две группы: 1) местные и 2) центральные. К местным относят системы, в которых тепло получается и используется в одном помещении, а к центральным — системы, предназначенные для ото­пления нескольких помещений или зданий из единого теплового центра.

В зависимости от используемого теплоносителя различают: паровое, воздуш­ное, водяное и электрическое отопление.

В системах парового отопления носителем тепла является высокотем­пературный пар, подаваемый под повышенным давлением. Недостатками парового отопления являются высокая температура нагревательных приборов до 373 К (100 С) и высокие уровни шума. Поэтому применение его допускается в помещениях с кратковременным пребыванием в них людей. В помещениях с производствами ка­тегорий А, В и Е устройство парового отопления не допускается.

В системах воздушного отопления в качестве теплоносителя использо­ван воздух, нагретый до температуры, более высокой, чем температура обогре­ваемых помещений. Основными конструктивными элементами воздушной системы являются калорифер — источник тепла, вентилятор и воздухораспределительные устройства. Для воздушного отопления характерны меньшие первоначальная стои­мость и металлоемкость по сравнению с паровым и водяным отоплением, быстрый нагрев помещений, возможность совмещения с вентиляцией. Воздушное отопление целесообразно применять в помещениях большого объема (вокзалы, большие цехи локомотивных и вагонных депо).

Водяное отопление получило наибольшее распространение, как самое гигиеничное, бесшумное, экономичное и совершенное в эксплуатации. Оно обеспе­чивает возможность в широких пределах регулировать теплоснабжение помещений в зависимости от температуры наружного воздуха.

Системы водяного отопления разделяют на низкотемпературные с температу­рой горячей воды t_r до 378 К (105 °С) и высокотемпературные с t_r от 378 К до 423 К (150°С). Расчетная температура обратной воды 343 К (70 °С).

Различают системы водяного отопления с естественной и насосной циркуля-циями воды. Естественную циркуляцию применяют редко и только в небольших отдельно стоящих зданиях.

В зависимости от схемы питания системы водяного отопления разделяют на вертикальные и горизонтальные, однотрубные и двухтрубные с нижней и верхней разводкой. На предприятиях железнодорожного транспорта для отопления про­изводственных помещений в основном применяют горизонтальные однотрубные системы с насосной циркуляцией.

Перечень систем отопления, допустимых к применению в зданиях различного назначения, дан в СНиП 11-33-75 (приложение 6).

Электрическое отопление в виде электропечей применяют для обо­грева электропоездов, кабин локомотивов и путевых машин, а также отдельно стоящих зданий небольших объемов (посты дежурных по переезду, помещения для обогрева и отдыха и т. п.). В последнее время находит применение электроводяное отопление, в котором теплоноситель — вода подогревается в котле электронагревательными элементами.

ПЛЭН — шаг в большую экономику

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Для сравнительного анализа применения различных систем отопления помещений, используемых на территории г. Челябинска, Челябинской области и всей России, нами были рассмотрены следующие системы отопления:

Центральная система отопления.

Система отопления на угле.

Система отопления с использованием электродных котлов.

Система отопления с использованием ТЭНов.

Для удобства расчетов нами было взято помещение, соответствующее МСН «Тепловая защита зданий», общей площадью 100 квадратных метра, с высотой потолков не более 3 метров.

Центральная система отопления

Монтаж центральной системы отопления состоит из монтажа элеваторного узла (примерная стоимость 70 000 рублей), собственно системы отопления (примерная стоимость 70 000 рублей), стоимости теплового счетчика с монтажом (примерно 25 000 рублей) и врезки в действующую систему центрального отопления. Всего стоимость монтажа данной системы без врезки в действующую систему центрального отопления составляет 165 000 рублей.

Преимущества данной системы в отсутствии обслуживания, основной недостаток – практическая невозможность регулирования температуры в помещении.

Стоимость эксплуатации на сегодняшний день, при цене 28 рублей в месяц (в не коммерческом использовании помещения) за квадратный метр отапливаемых помещений составляет 19 320 рублей за отопительный сезон.

Срок эксплуатации данной системы 8-10 лет.

Система отопления на угле

Монтаж системы на угле состоит из монтажа угольного котла (примерная стоимость 30 000 рублей) и собственно системы отопления (примерная стоимость 70 000 рублей). Всего стоимость монтажа данной системы составляет 100 000 рублей.

Преимущества данной системы в дешевизне монтажа, основной недостаток – необходимость постоянного обслуживания, необходимость помещении для хранения угля, грязь и копоть.

Стоимость эксплуатации на сегодняшний день, при цене 3000 за тонну при сезонной потребности примерно 9 тонн, составляет 27 000 рублей за отопительный сезон, плюс к этому заработная плата кочегаров.

Срок эксплуатации данной системы 8-10 лет.

Система отопления с использованием электродных котлов

Монтаж системы отопления с использованием электродных котлов состоит из монтажа блока управления и электрокотла (примерная стоимость 130 000 рублей), собственно системы отопления (примерная стоимость 60 000 рублей), и подключения к электросети с применением электросчетчика (примерно 10 000 рублей) Всего стоимость монтажа данной системы составляет 200 000 рублей.

Преимущества данной системы в отсутствии обслуживания, возможности регулирования температуры в помещении, существенные недостатки отсутствуют.

Стоимость эксплуатации на сегодняшний день, при цене 1,7 (при не коммерческом использовании помещения) за кВт потребленной электроэнергии, при потребности примерно 15000 кВт в отопительный сезон составляет 25 500 рублей за отопительный сезон.

Срок эксплуатации данной системы 10-15 лет.

Система отопления с использованием ТЭНов

Монтаж системы отопления с использованием электродных котлов состоит из монтажа блока управления и ТЭНов (примерная стоимость 10 000 рублей), собственно системы отопления (примерная стоимость 60 000 рублей), и подключения к электросети с применением электросчетчика (примерно 15 000 рублей) Всего стоимость монтажа данной системы составляет 85 000 рублей.

Преимущества данной системы в отсутствии обслуживания, возможности регулирования температуры в помещении, существенные недостатки – очень низкий срок службы ТЭНов, в среднем не более 2 лет.

Стоимость эксплуатации на сегодняшний день, при цене 1,7 рублей за кВт потребленной электроэнергии, при потребности примерно 20000 кВт в отопительный сезон составляет 34000 рублей за отопительный сезон.

Срок эксплуатации данной системы 10-15 лет, с учетом постоянной замены ТЭНов.

Лучистая система отопления ПЛЭН

Монтаж лучистой системы отопления состоит из собственно монтажа самой системы. Всего стоимость монтажа данной системы составляет 130 000 рублей ( Калькулятор ).

Преимущества данной системы в отсутствии обслуживания, возможности регулирования температуры в помещении, низкое энергопотребление, невозможность размораживания системы ввиду отсутствия теплоносителя, существенные недостатки отсутствуют.

Стоимость эксплуатации на сегодняшний день, при цене 1,7 рублей за кВт потребленной электроэнергии, при потребности примерно 15 Вт в час на один квадратный метр отапливаемой площади составляет 7560 кВт или 12850 рублей за отопительный сезон.

Срок эксплуатации данной системы 25-50 лет, при этом гарантийный срок завода-изготовителя 25 лет. Действующая система инфракрасного отопления подтверждена 10 годами безотказной работы .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из рассмотренных систем отопления наиболее перспективной является система лучистого отопления ПЛЭН .

При самом низком энергопотреблении данная система не нуждается в регулярном обслуживании, пожаровзрывобезопасна (степень защиты IP-67) чему соответствует пожарный сертификат № НСОПБ,RU.ПРЩ72.Н.00008, электробезопасна, не боится влаги и низких температур.

В отличии от других рассматриваемых систем, которые основаны на конвекции воздуха, система отопления ПЛЭН не инертна, помещение нагревается равномерно, при самой высокой температуре у поверхности пола. Так же, у лучистой системы отопления ПЛЭН срок эксплуатации в 4-6 раз выше, чем у всех рассмотренных систем отопления, что позволяет значительно экономить на обслуживании и капитальном ремонте. Наши нагреватели закрываются любым декором, кроме металла и зеркала.

Все расчеты приведены для частного использования. Коммерческая цена за электроэнергию (2,5–8 рублей за кВт).

Окупаемость системы отопления ПЛЭН 2–3 года.

Статьи

Сравнительный анализ систем отопления и обогрева.

Основной и наиболее распространенной на данный момент системой отопления является традиционное водяное отопление с централизованной подачей горячей воды, или так называемое центральное отопление.

Все плюсы и минусы центральной системы отопления хорошо известны, поэтому остановимся более подробно на экологической составляющей вопроса. Кроме исторически сложившегося широкого распространения центральное отопление не имеет других заметных преимуществ. Столь широкое распространение центральное отопление получило еще с XIX в. лишь по причине отсутствия в то время достойной альтернативы в виде дешевой электроэнергии и экономичных систем электроотопления.

Основными недостатками центрального отопления являются:

• большой износ теплосетей и систем центрального отполения, что вызывает многочисленные аварии, протечки, внеплановые отключения отопления и т. п.;
• затраты на ремонтно-восстановительные работы, которые раньше покрывались в основном государством, теперь будут ложиться на плечи потребителей;
• высокие теплопотери при доставке тепла потребителю, высокая стоимость прокладки трубопроводов горячего водоснабжения. Вследствие этого ТЭЦ приходится строить в относительной близости к потребителям тепла, т.е. к жилым и промышленным зонам, что, безусловно, не улучшает экологическую ситуацию в этих районах. К тому же из-за достаточно низкого КПД всей системы центрального отопления (от ТЭЦ до радиаторов в квартире) приходится сжигать гораздо большее количество топлива и соответственно многократно увеличивать выброс в атмосферу продуктов горения;
• практическая невозможность регулировки температуры в помещениях по желанию потребителя.

В последнее время стало модным устанавливать комнатные термостаты для радиаторов (терморегуляторы), которые якобы позволяют регулировать теплоотдачу радиаторов, однако при этом замалчиваются некоторые проблемы:

• увеличивается риск засорения из-за попавших примесей и низкого качества теплоносителей;
• отложения на деталях термостатов со временем изменяют их характеристики и ухудшают работу;
• возможно появление шума в клапанах;
• нелинейная зависимость между изменениями температуры в помещении и теплоотдачей (для некоторых радиаторов изменение потока в 2 раза изменяет теплоотдачу всего на 7-12%) может привести к нестабильности в работе системы отопления.

Следует заметить, что термостаты чаще всего измеряют не температуру воздуха при центральной системе отопления, а температypy теплоносителя, а это приводит к снижению точности контроля температуры в комнате, перегреву, снижению комфортности. Гидравлическая система центрального отопления, как правило, не позволяет отключить отдельные помещения или существенно изменить их тепловые характеристики. Все это вместе с достаточно высокой стоимостью подобных устройств (до 30 долл. США/шт.) и работ по их установке вряд ли позволяет считать данную конструкцию пригодной для массового применения.

Если же абстрагироваться от внешних проблем и рассмотреть конкретный радиатор в конкретной жилой комнате, то с точки зрения экологии здесь возникает много серьезных вопросов.

Во-первых, при работе радиатора с высокой рабочей температурой (60-70°С) происходит гибель находящейся в воздухе микрофлоры («омертвление» воздуха).

Во-вторых, возникающие конвективные потоки создают в помещении постоянно движущиеся воздушные массы, поднимающие пыль и разносящие ее по всему помещению.

В-третьих, возникает большой разброс температур по высоте помещения (холодный пол — горячий потолок), что, как известно, отнюдь не полезно для организма человека.

ЧАСТЬ 2

В настоящее время наблюдается тенденция перехода от централизованной системы отопления к различного вида автономным системам отопления. Уже сегодня автономные системы отопления используются в интенсивно развивающемся дачно-коттеджном строительстве, что, кстати, полностью соответствует и общемировым тенденциям.

По принципу действия альтративные системы отопления делятся на три основные группы:
• Традиционное отопление, когда жидкий теплоноситель нагревается, а затем, проходя по системе трубопроводов и радиаторов, отдает тепло отапливаемым помещениям;
• Воздушное отопление, когда в качестве теплоносителя используется воздух, подаваемый после подогрева в отапливаемые помещения по воздуховодам;
• Прямое электрическое отопление, когда нагрев помещения осуществляется без теплоносителя, и электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую.

Первая группа — традиционное отопление — не имеет каких либо принципиальных отличий от центрального отопления, но за счет более современных технологий и материалов может несколько компенсировать некоторые из его недостатков. Так, например, отпадают все проблемы с внешними водными коммуникациями, так как вся система начинается и заканчивается внутри отапливаемого здания. По этой же причине увеличивается эффективность системы отопления, снижается потребление топлива. За счет применения современных, как правило, металлопластиковых трубопроводов и специальных теплоносителей — антифризов существенно уменьшается вероятность засорения системы отопления, образования отложений и накипи и т. п.;

Но у традиционных автономных систем отопления из первых двух групп (традиционное отопление и воздушное отопление) имеются и минусы:

• Расположение помещения с отопительным котлом внутри здания определяет наличие в той или иной степени специфического запаха топлива (особенно при использовании солярки) и продуктов его сгорания.
• Сохраняется возможность аварийных протечек, устранение которых, при заполнении систем антифризом, требует значительных затрат, т.к. вытекающая жидкость является ядовитым химикатом, который может испортить мебель, интерьер и строительные материалы конструкции дома, а также крайне вреден для людей в случае вдыхания его паров.
• Периодическое включение отопительного котла и циркуляционного насоса, даже при использовании дорогого импортного малошумного оборудования, создает дополнительный шум и вибрацию.
• Для длительной и надежной эксплуатации традиционных автономным системам отопления также совершенно необходима профилактика котельного оборудования.
• По мере эксплуатации снижается эффективность системы: камера, дымоходы, горелка покрываются сажей и пылью; теплоноситель из системы вытекает, частично испаряется, газы попадают в систему, создавая воздушные пробки.
• Отрицательно сказывается на работе пониженное давление газа в российских магистралях.
• Некачественное жидкое топливо приводит к преждевременному износу топливного насоса, засорению форсунок, образованию кислотных и сернистых компонентов.

Необходимо выполнение сервисных работ, и для их проведения нужен квалифицированный персонал и соответствующая аппаратура. В зависимости от объема работ цена на сервисное обслуживание одного отопительного котла за год составляет от 100 до 600 долл. США, при этом запчасти и ремонт оцениваются отдельно. Остановка и сбои в работе традиционной системы могут привести к серьезным материальным затратам, так как выходит из строя сразу вся система. Поэтому специализированными фирмами организуется круглосуточное дежурство и диспетчерская помощь с выездом на место аварии, что проводится, безусловно, также за счет потребителя.

Воздушные автономные системы отопления требуют также установки отопительного котла и, следовательно, получают «в наследство» уже упомянутые проблемы. Гарантийное и послегарантийное обслуживание воздушного отопления связано, в основном, с работой котлов . Однако, даже при наличии специальных фильтров, в воздухе, проходящем через нагревательный котел, остаются мельчайшие частички пыли и другой органики, которые выгорают или частично разлагаются на горячих поверхностях котла, заметно увеличивая количество угарного газа (СО).

Наиболее перспективным и экологически безопасным из всех известных систем отопления является прямое электрическое отопление.

ЧАСТЬ 3

Наиболее перспективным и экологически безопасным из всех известных систем отопления является прямое электрическое отопление. Оно свободно от проблем, связанных со сжиганием в непосредственной близости от жилых помещений какого-либо вида топлива и применением каких-либо теплоносителей.

Подвод электроэнергии или выделение дополнительной электрической мощности на отопление не требует значительных капитальных затрат, а при применении систем прямого электрического отопления в сочетании с современными технологиями теплоизоляции зданий дополнительные мощности могут быть незначительными. Тогда как подвод газовой магистрали требует большого количества различных согласований, разработки проектной и исходно-разрешительной документации, материальных затрат, значительно превышающих затраты на подвод электроэнергии. При прямом электрическом отоплении отсутствие потребности в котельном помещении, покупке котлов, насосов, труб и радиаторов и работах по их монтажу существенно снижает начальные капитальные затраты на устройство отопления.

С точки зрения эксплуатации, при прямом электрическом отоплении выход из строя одной единицы отопительного оборудования не приводит к отказу всей системы отопления, а вышедшее из строя отопительное оборудование заменяется предельно просто и быстро.

Если говорить о контроле температур и гибкости управления системой прямого электрического отопления, а также возможности экономии энергии, то у прямого электрического отопления здесь самые лучшие показатели. В каждом отапливаемом помещении имеются термостаты (терморегуляторы), и все они работают независимо, контролируя температуру в диапазоне 5-30°С с точностью ±0,1-1,0°С. При желании могут быть установлены программируемые термостаты, позволяющие задать любой график изменения температуры в течение суток в каждый день недели. Это экономит, например для загородных домов, эксплуатируемых зимой по выходным дням, 50-80% электроэнергии. Именно этот вид отопления легко интегрируется в единую систему управления зданием типа «интеллектуальный дом».

ЧАСТЬ 4

Все существующие в настоящий момент системы прямого электрического отопления можно разделить на два основных класса:

• Конвекционные настенные или напольные отопительные приборы.
• Инфракрасные потолочные электрические приборы.

К конвекционным относятся конвекторы различного исполнения, которые в свою очередь делятся на:
1. конвекторы естественного притока воздуха
2. конвекторы принудительного продува (тепловентиляторы и тепловые завесы).

Электроконвекторы по своей сути являются теми же радиаторами, за исключением того, что каждый из них при включении в электросеть может работать автономно. Следовательно, все ранее указанные недостатки (конвективные потоки, «омертвление» воздуха, высокий температурный градиент по высоте помещения, малая экономичность) сохраняются в полном объеме. Заметным шагом вперед при применении электроконвекторов стала их способность, благодаря наличию встроенного или выносного термостата (терморегулятора), самостоятельно поддерживать заданную температуру помещения в достаточно широком диапазоне (от 0 до 30°С) с весьма неплохой точностью ( 0,1°С — электронные, 0,5-1°С — электромеханические термостаты). Современные электроконвекторы выполняются с герметично запаянными электронагревательными элементами, вследствие чего допускается их эксплуатация во влажных и сырых помещениях, просты в монтаже и установке.

Электрические конвекторы принудительного продува воздуха известны потребителю в основном благодаря широко распространенным бытовым тепловентиляторам типа «Ветерок» и ему подобным. Все аналогичные устройства, от простейших бытовых до промышленных, различаются лишь мощностью (от 1,5 до 70-100 кВт), производительностью (от 200 до 7000 м3/ч), габаритами, весом и стоимостью.

В современных моделях, как правило, устанавливаются термостаты, но они контролируют температуру нагрева корпуса электрического конвектора, автоматические системы аварийного отключения, основанные на измерении температуры ТЭНов и воздуха внутри и вне корпуса, а мощные тепловые завесы могут иметь также выносной пульт управления.

Из-за наличия высокотемпературных ТЭНов, сильных потоков воздуха, высокого уровня шума и достаточно большой потребляемой мощности данные устройства едва ли можно представить в жилых или офисных помещениях (за исключением разве что всевозможных внештатных ситуаций, ремонта и т. п.). Их место скорее в цехах, на складах, в автосервисах, автомойках и тому подобных зданиях и сооружениях промышленного назначения. Вследствие этого говорить об экологии и экономичности в данном случае также не слишком уместно, но, впрочем, эти системы отопления и не претендуют на лидерство в данных областях.

ЧАСТЬ 5

К излучательным системам прямого электрического отопления относятся инфракрасные длинноволновые обогреватели ЭкоЛайн, которые соответствуют оптимальной для человека длине волн. В силу своей конструкции подобные инфракрасные обогреватели являются абсолютно влагостойкими, электро- и пожаробезопасными, т. е. позволяют организовать отопление в помещениях даже с влажной и агрессивной средой (автомойки, производственные цеха, химические производства и т.п.). Также их отличает высокая механическая и ударопрочность, т.е. применение в местах массового пользования и прохода больших потоков людей не является проблемой.

Примущества инфракрасных электрических систем отопления:

• Невысокая температура нагревательных элементов является гарантией их длительной и надежной службы.
• Экономия электропотребления на отоплении, по сравнению с отопителями конвективного типа и другими подобными системами, составляет не менее 30%.
• При использовании современных автоматов защиты от короткого замыкания и перегрузок, а также устройств защитного отключения по току утечки вероятность пожара или поражения электрическим током близка к нулю.

Необходимо также сказать и еще об одном, очень важном преимуществе инфракрасных обогревателей. Во всех отопительных системах, где используются заземленные металлические детали корпусов и воздуховодов (например, конвекторы, радиаторы, канальные вентиляторы, тепловентиляторы и тепловые завесы), через которые идут постоянные конвективные потоки, происходит так называемая «деионизация» воздуха. Как известно, нормальный уровень содержания в атмосфере отрицательно заряженных ионов составляет приблизительно 600-700 ед./см3. На морском побережье или высоко в горах это количество гораздо выше, и нахождение в таких местах благотворно действует на организм. Недаром в арсенале современных физиотерапевтов существует даже такое средство, как «кабинеты горного воздуха», где пациенты специально дышат сильно ионизированным воздухом. Так вот, при использовании металлических конвекторов количество ионов в воздухе снижается в 8-10 раз, т. е. до 50-100 ед./см3! Чтобы как-то компенсировать эту недостачу, приходится применять разнообразные дополнительные устройства ионизации воздуха, самым известным из которых, очевидно, является «люстра Чижевскского», применение имеющихся на сегодняшнем рынке некоторых модификаций которой может быть сопряжено с вредным для здоровья сопутствующим эффектом озонирования воздуха. В свете всего сказанного вне всякой конкуренции находятся инфракрасные обогреватели ЭкоЛайн , при использовании которых процесс деионизации либо отсутствует вовсе, либо снижается на практически неощутимые 1-2%.

Широкие возможности по экономии и рациональному использованию энергоресурсов в сочетании с улучшением теплоизоляции зданий превращают прямое электрическое отопление в серьезную альтернативу традиционному отоплению с жидкотопливными и газовыми котлами, одновременно обеспечивая уникальные возможности по экологии и безопасности.