Воздушное отопление. Виды и устройство. Работа и применение. Выбор

Сравнительно недавно появился такой способ обогрева дома, как воздушное отопление. Если раньше этот вариант применялся для отопления больших помещений, складов, офисов и магазинов, то сейчас его все чаще используют для обогрева частных домов.

Благодаря тому, что данный вид отопления подходит как для небольшого дома, так и для производственных помещений и стоимость такого оборудования будет меньше, по сравнению с другими типами обогрева, воздушное отопление быстро приобретает популярность.

Виды воздушного отопления

В этом случае основным теплоносителем является воздух, его нагрев происходит за счет первичного теплоносителя, это может быть горячая вода, пар или газ.

Разделение данного типа отопления на виды проводится по параметрам:

• Способ циркуляции воздуха. Это может происходить механическим путем, когда для движения воздуха используются вентиляторы или естественным, в этом случае воздушные массы перемещаются за счет разницы температуры.
• Тип устройства. Могут использоваться центральные устройства, которые находятся вне дома и воздух в помещении подается по специальным воздуховодам, или локальные – они находятся непосредственно в помещении и помогают поддерживать температуру в заданной зоне.
• Способ воздухообмена. Есть системы, использующие только воздух, находящийся внутри обогреваемого помещения, они называются рециркуляционные. Могут быть системы с частичной рециркуляцией и приточные – в них приток воздуха происходит с улицы.
• Тип расположения. Такие устройства могут располагаться на полу или быть подвесными.

Устройство воздушной системы отопления

Если в системе обогрева используются воздуховоды, то к ней относится:

• Установка, при помощи которой нагревают воздух.
• Вентилятор, он необходим для перемещения воздуха по воздуховодам.
• Система воздуховодов.

Такой тип обогрева позволяет не только отапливать помещение. Летом можно установить охлаждающую систему и таким образом, поддерживать в доме комфортную температуру. При использовании системы естественной циркуляции воздуха воздуховодов нет, и нагретый воздух сразу попадает в помещение.

Теплогенератор, который используется для нагрева воздуха, должен его разогревать не выше 70 градусов. Это надо для того, чтобы при смешивании его с воздухом в комнате, он оставался пригодным для дыхания.

Теплогенератор может быть нескольких видов:

• Прямого нагрева – нагрев воздуха происходит за счет сгорания топлива (газ, уголь, дизтопливо и др.).
• Электрическое оборудование прямого нагрева – используются мощные тепловентиляторы, которые одновременно нагревают и перемещают воздушные массы.
• Косвенного нагрева – есть теплообменник, в нем циркулирует вода и уже она нагревает воздух.
• Комбинированные устройства — оборудование нескольких типов объединяют в единую систему, что позволяет получить качественный и эффективный обогрев.

Кроме описанных элементов, такая система обогрева может включать в себя фильтры для очистки воздуха, увлажнители, ионизаторы, осушители, стерилизаторы и другое оборудование. Для управления могут использоваться автоматические системы, при помощи которых в помещении создаются комфортные условия.

Принцип действия

Воздух нагревается в теплогенераторе, после чего подается в помещение. Перед подачей нагретого воздуха, он проходит очистку при помощи системы фильтров, а после этого, по воздуховодам разводится в разные комнаты. На воздуховодах есть диффузоры, которые используются для регулировки подачи воздуха и таким образом, в помещении поддерживается заданная температура.

Обычно циркуляция воздушных масс проводится принудительно, то есть при помощи мощных вентиляторов. Воздуховоды могут иметь круглое или прямоугольное сечение. В интерьер лучше вписываются те, которые имеют прямоугольное сечение, но аэродинамическое сопротивление меньше у круглых. После охлаждения воздуха, он по возвратным воздуховодам снова попадает в теплогенератор и за счет его циркуляции происходит обогрев дома.

Область применения

Воздушное отопление широко применяется как в промышленных и общественных помещениях, так и в жилых домах. Если радиус действия системы не более 10 метров, то можно использовать системы отопления с естественной циркуляцией. Когда он будет больше, необходимо устанавливать вентиляторы, которые смогут обеспечить принудительную циркуляцию воздуха.

Рециркуляционные системы можно использовать только там, где воздух не загрязняется различными выделениями. Если он загрязняется, например, вредными микроорганизмами или другими источниками, то необходимо устанавливать прямоточную систему отопления, которая связана с приточной вентиляцией.

Воздушное отопление экономически более выгодное, чем паровое или водяное, так как для его создания требуется меньше металла, а монтаж проводится намного проще и быстрее.

Как выбрать воздушное отопление

Если решено установить в доме воздушное отопление, надо сначала определиться с источником тепла, который используется в теплогенераторе:

• Твердотопливный котел, этот вариант нагрева является самым простым и доступным. При нагреве булерьяна происходит естественная циркуляция воздуха, что позволяет обогревать небольшой дом, если организовать принудительную циркуляцию воздуха по воздуховодам, то обгорев, проводится еще более эффективно.
• Газовыйкотел, во время сжигания газа в теплообменнике нагревается воздух, после чего он принудительно разводится по комнатам.
• Электрические системы, такое решение реализуется при помощи тепловентиляторов, тепловых пушек или электрических конвекторов с обдувом теплообменника.
• Тепловой насос, самым простым вариантом является оконный кондиционер, особенностью теплового насоса является то, что он берет тепло из воздуха, воды или грунта и отдает его для нагрева помещения.

Во время проведения расчета такой системы отопления, надо учитывать следующее:

• Из каких материалов построен дом.
• Какими материалами и насколько качественно выполнена его теплоизоляция.
• Размер и число окон.
• Сколько в доме постоянно проживает людей.
• Используются ли дополнительные источники тепла и какая у них мощность.

Специалисты рекомендуют при проведении расчета учитывать, что на кубический метр отапливаемого объема надо затратить 40 Ватт тепловой мощности, для северных районов с суровыми зимами этот показатель увеличивают в 1,5-2 раза.

Проще планировать такое отопление на стадии строительства дома, так как воздуховоды можно спрятать в стенах или оставить для них пустоты. В готовом здании это сделать сложнее и не всегда получается сделать их незаметными.

Достоинства и недостатки

Воздушное отопление используется очень часто, что указывает на его популярность, которая объясняется следующими преимуществами такого обогрева:

• Низкие затраты энергии.
• Нет радиаторов и труб, что позволяет экономить на материалах и на времени создания такой системы обогрева.
• Высокий КПД, он часто больше, чем у систем водяного отопления.
• Такой теплоноситель, как воздух не замерзает и не протекает.
• Есть возможность совмещать в одной системе отопление дома и системы вентиляции, кондиционирования.
• Быстрый нагрев помещения, достаточно 20-40 минут, чтобы нагреть помещение, в котором была отрицательная температура.
• При установке автоматической управляющей системы, можно настроить необходимую температуру, в момент нахождения людей в доме и когда их в нем нет.
• Так как нет труб и радиаторов, экономится пространство комнаты и не портится ее эстетичный вид.
• Быстрая окупаемость.
• Большой срок службы, при правильной эксплуатации, такая система будет работать минимум 30-40 лет.
• Доступная стоимость.

Но нельзя сказать, что воздушное отопление является идеальным вариантом, как и у других способов обогрева, есть у него и ряд недостатков:

• Во время работы вентиляторов создается определенный шум, чтобы его уменьшить, их надо устанавливать в отдельных помещениях.
• На уровне пола и потолка будет значительная разница температуры и чтобы ее уменьшить, надо увеличивать мощность используемого оборудования.
• Если забор воздуха происходит с улицы, и нет фильтров или они загрязнились, то в дом будет попадать пыль.

Особенности расчета

Для самостоятельного расчета такой системы обогрева, надо иметь специальные знания и навыки, поэтому лучше воспользоваться услугами специалистов. Заказчик может только проконтролировать выполнение расчетов, в их число входят такие этапы:

• Расчет тепловых потерь в каждой комнате.
• Выбор типа отопительного оборудования и определение его мощности.
• Какое необходимо количество подогретого воздуха, с учетом выбранного оборудования.
• Длина и сечение воздуховодов.

В таком случае заказчик получает несколько вариантов расчетов, сделанных специалистами, и сможет выбрать тот, который полностью удовлетворит его требованиям.

Теплоносители и способы теплоснабжения

М ожно выделить три основных вида теплоносителя:

• жидкость
• воздух;
• лучи (инфракрасное излучение);

В настоящее время отопление малоэтажных зданий производят с помощью воды, воздуха либо электричества. Самым доступным является электрическое отопление. Оно удобно в регулировании тепловой нагрузки. Оно гигиенично. И, что немаловажно, электрическое отопление не требует громоздких приборов. Единственным недостатком прямого электрического отопления является относительная дороговизна электроэнергии в пересчёте на количество киловатт тепла. В печах и котлах тепло получают дешевле раза в 2

Вода как теплоноситель

Как правило, индивидуальные дома построены в 1-2 этажа. Следовательно, для них подойдёт простейшая однотрубная система отопления. Вследствие отсутствия регуляторов, а также небольшого расхода сетевой воды (для горячего водоснабжения), применяются, типично, накопительные ёмкостные водонагреватели. Вода из теплосети нагревает в таком случае воду в ёмкости через некоторую поверхность, которая разделяет эти две жидкости. Вода из теплосети течёт через змеевик.

С учётом количества тепла, которое содержится в единице объёма, вода наделена значительными преимуществами. К примеру, отопление с помощью обычной для отопительной системе температуре воздуха (+70 градусов) и воды (+60 градусов), теплоёмкость воздуха ниже, чем теплоёмкость воды, в 3900 раз. [Теплоемкость воды составляет:c = 4,19 кДж/(кг • K) или c = 1,16 Втч/(кг • K)]. Следовательно, объём расхода воды, который нужен для того, чтобы отопить одно и то же помещение, в тысячи раз превышает расходование воздуха. Вследствие этого системе отопления потребуется меньшее сечение соединительных коммуникаций, которые транспортируют нагретый теплоноситель в помещения.

Добиться достаточно интенсивного переноса тепла в водных системах отопления можно и без применения насосов. При этом применяется естественная циркуляция теплоносителя, которая поддерживается как процессом нагревания воды в котле, так и процессом охлаждения воды в отопительных приборах.

Воздух как теплоноситель

При средней температуре в +70 градусов плотность воздуха где-то в 1000 раз меньше, нежели плотность воды. Следовательно, коэффициент теплопередачи (нагревающая способность) воздуха в 30-50 раз меньше, чем аналогичный показатель для воды. Итак, в огневоздушных теплообменниках (калориферах) присутствует опасность перегрева той стенки, которая отделает нагреваемый прибор либо сгорающее топливо от воздуха-теплоносителя. Дабы исключить это негативное влияние, применяют принудительную циркуляцию воздуха в теплоносителе: размещают вентиляторы.

Отопление значительными объёмами нагретого воздуха делают его транспортировку теплоносителя, а также распределение по помещениям, более трудной. Вентилятор, который нагнетает нагретый воздух, из-за значительного диаметра распределительных воздуховодов, нужно располагать близко к отапливаемому помещению. Такое отопление связано с проникновением в комнаты шума от работающей вентиляционной системы.

Однако у воздуха, как теплоносителя, нашлись и неоспоримые преимущества по сравнению с водой. Во-первых, воздух способен передавать тепло в помещение непосредственно. Следовательно, не нужна установка отопительных приборов. У воздуха высокая проникающая способность. Ведь за счёт высокой конвекции осуществляется интенсивное отопление помещений. Кроме того, не нужны устройства канализации (обратного движения) теплоносителя (воздух сам выравнивают разность в давлении).

Человеком давно оценены преимущества воздушного отопления. Небезызвестно, что отопление горячими газами — это первый изобретённый человечеством способ обогрева жилья. Этот древний и простой способ обогрева путём сжигания горючего внутри помещения долго ещё соседствовал с агрегатами для воздушного и водяного отопления.

В нынешних системах отопления воздухом для малоэтажных зданий, воздух, типично, нагреваем в теплообменниках-калориферах либо печах. В этих устройствах тепло транспортируется по воздуху продуктами сгорания через стенку. Иногда отопление не предполагает сжигание топлива. В таком случае отапливаемое помещение получает нагретый воздух, который нагревается электрообогревателем в централизованном электрическом калорифере. Нагретая изнутри кирпичная (металлическая) поверхность печи (калорифера) охлаждается извне и передаёт тепло воздуху. Теплоотдача такой печи будет тем выше, чем большей является поверхность теплообмена. Из-за этого нужно искусственно увеличивать либо скорость движения воздуха, либо поверхность теплообменника.

Лучи как теплоноситель

Инфракрасные лучи распространяются в пространстве по прямой линии, воздухом не поглощаются, а поглощаются (или отражаются) твердыми телами, которые при этом нагреваются. Фактически тепловые потери в воздухе отсутствуют. Системы лучистого отопления монтируют в полу, потолке, стенах. Применяют такое отопление очень успешно для обогрева больших помещений с высокими потолками.

В доме, который отапливается лучистым теплом, самочувствие улучшается, потому что ноги всегда теплые. Этого нет в случае с системой принудительного воздушного отопления, где воздуховоды располагаются чаще под потолком, а если и ниже, то теплый воздух поднимается вверх, а холодный скапливается внизу.

Выдуваемый из воздуховодов теплый воздух содержит пыль, грязь, споры плесени и другие загрязненные частицы. Принудительное воздушное отопление не может приблизиться по гибкости к лучистой системе отопления. Допустим, чтобы обогреть гостиную эффективно, необходимо нагреть весь воздух в помещении, а это дополнительный расход топлива.

Итак, инфракрасное излучение не поглощается воздухом, поэтому такое отопление идеально подходит для зданий, которые имеют высокий уровень обмена воздуха. Инфракрасное излучение обеспечивает значительную экономию энергии по сравнению с системами «теплый воздух», особенно при прочих сложных условиях.

Применяя инфракрасное отопление можно обогреть отдельные области до разных температур по мере надобности. Лучистое отопление сводит к минимуму потери тепла через крышу. Тепло сохраняется на уровне пола и вокруг объектов, которые будут нагреваться, температура же на уровне потолка остается ниже, т.е. значительно снижаются потери тепла. Инфракрасное излучение нагревает холодную поверхность напрямую, без отопления всего здания, следовательно, реагирует на потребности отопления быстрее, чем теплый воздух при принудительном воздушном отоплении. Кроме того, быстрое движение воздуха оказывает охлаждающий эффект на тело. Лучистое отопление не требует циркуляции воздуха, поэтому содержание частиц грязи в помещении снижается.