Тепловые насосы
При использовании в низкотемпературных системах отопления источника тепла, температура которого ниже температуры воздуха в помещении, а также для снижения материалоемкости отопительных приборов, в систему могут включаться тепловые насосы (рис. 6). Самыми распространенными устройствами этой группы являются компрессионные тепловые насосы, дающие при конденсации температуру от 60 до 80˚С.
Рис. 6. Принцип работы теплового насоса
Эффективную работу теплового насоса в низкотемпературной системе отопления обеспечивает включение в контур испарителя теплового аккумулятора, который способствует стабилизации температуры испарения «холодного» пара. Регулировка этой системы осуществляется путем изменения теплоотдачи самого насоса.
Преимущества и недостатки
Низкотемпературные системы отопления завоевывают своих сторонников тем, что создают более комфортные условия в помещении, нежели традиционные – с высоким нагревом отопительных приборов. Не происходит излишнее «осушение» воздуха, отсутствует – опять-таки излишняя – запыленность помещения вследствие неизбежного перемещения воздуха при очень горячих отопительных приборах.
Использование теплоаккумуляторов в системе дает возможность накапливать тепло и моментально использовать его в случае необходимости.
Низкий разброс температур – выходной из теплопроизводящего устройства и воздуха в помещении – позволяет легко регулировать систему, используя программируемые термостаты.
А что касается недостатков, то он, по существу, один – стоимость законченной системы несколько, а то и в разы выше, нежели традиционной высокотемпературной.
Читайте статьи и новости в Telegram-канале
AW-Therm . Подписывайтесь на
YouTube-канал .
Просмотрено: 14 617
Влияние температуры на свойства теплоносителя
Кроме вышеописанных факторов температура воды в трубах теплоснабжения влияет на ее свойства. На этом основан принцип работы гравитационных систем отопления. При увеличении уровня нагрева воды происходит ее расширение и возникает циркуляция.
Теплоносители для системы отопления
Однако в случае использования антифризов превышение нормы температура в батареях отопления может привести к другим результатам. Поэтому для теплоснабжения с теплоносителем, отличным от воды, следует сначала узнать допустимые показатели его нагрева. Это не касается температуры радиаторов централизованного теплоснабжения в квартире, так как в подобных системах не применяются жидкости на основе антифризов.
Антифриз используется в том случае, если будет вероятность влияния низкой температуры на батареи отопления. В отличие от воды он не начинает переходить из жидкого состояния в кристаллообразное при достижении 0°С. Однако если работа теплоснабжения входит за нормы таблицы температур для отопления в большую сторону – могут происходить следующие явления:
- Пенообразование. Это влечет за собой увеличение объема теплоносителя и как следствие – возрастание давления. Обратный процесс при остывании антифриза наблюдаться не будет;
- Формирование известкового налета. В состав антифриза входит некоторое количество минеральных компонентов. При нарушении нормы температуры отопления в квартире в большую сторону начинается их выпадение в осадок. Со временем это приведет к засору труб и радиаторов;
- Повышение показателя густоты. Могут наблюдаться сбои в работе циркуляционного насоса, если его номинальная мощность не была рассчитана на возникновение таких ситуаций.
Поэтому намного проще следить за температурой воды в системе теплоснабжения частного дома, чем контролировать степень нагрева антифриза. Кроме этого составы на основе этиленгликоля при испарении выделяю вредный для человека газ. В настоящее время их практически не применяют в качестве теплоносителя в автономных системах теплоснабжения.
Перед заливкой в отопление антифриза следует заменить все резиновые прокладки на паранитовые. Это связано с повышенным показателем проницаемости этого типа теплоносителя.
Классификация
Системы низкотемпературного отопления можно условно разделить – по способу приготовления тепла – на монолитные, бивалентные и комбинированные. Монолитные системы характеризуются использованием одной или нескольких теплопроизводящих установок. В бивалентных используются два теплогенератора, имеющих различные принципы работы, один из которых может включаться как дополнительный источник тепла при очень низких температурах наружного воздуха. Несколько теплопроизводящих установок, включенных параллельно, образуют комбинированную систему отопления.
Нагрев теплоносителя во всех системах отопления может осуществляться прямым способом или косвенным. Примером прямого нагрева являются водонагревательные котлы различного типа, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе, а также и электрические котлы. Косвенным способом нагревают теплоноситель в теплообменниках (бойлерах) или теплоаккумуляторах. Данный способ очень широко используется в системах, работающих на возобновляемых источниках энергии – ветряных и солнечных.
Также системы низкотемпературного отопления можно разделять по типу теплоносителя – жидкие, газовые, воздушные и электрические, и по виду отопительных приборов – поверхностные, конвекционные и панельно-лучевые.
Принцип действия и составные элементы
Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.
Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.
Тепловой насос
Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.
Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.
Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.
Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.
Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.
Самый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.
Внешний контур
Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.
Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.
Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.
Монтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.
Внешний контур
Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.
Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.
Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.
Особенности низкотемпературного отопления зданий
Также необходимо следить, чтобы в каждом помещении дома был свой замкнутый цикл воды: это поможет индивидуально в каждой комнате регулировать температуру. Ведь, например, температура в спальной комнате должна быть ниже, чем в других комнатах. Летом низкотемпературные системы отопления можно использовать и для охлаждения: достаточно пропускать по трубам холодную воду.
Как правило, отопление устанавливается в самых холодных стенах. Также нужно заранее продумать, какая стена будет отапливаться, ведь такую стену тогда меблировать не целесообразно. И последнее – необходимо помнить, что трубы во время нагревания будут расширяться, поэтому необходимо подобрать соответствующую штукатурку и другие материалы.
Согласование температуры теплоносителя и котла
Согласовать температуру теплоносителя и котла помогают регуляторы. Это – устройства, которые создают автоматический контроль и корректирование температуры обратки и подачи.
Температура обратки зависима от количества прошедшей по ней жидкости. Регуляторами прикрывают подачу жидкости и увеличивают разницу обратки и подачи до того уровня, который нужен, а необходимые указатели устанавливают на датчике.
Если нужно увеличить поток, то в сеть может быть добавлен насос повышения, который управляется регулятором. Для снижения нагрева подачи применяют «холодный пуск»: ту часть жидкости, какая прошла по сети, из обратки опять переправляют на вход.
Регулятор перераспределяет потоки подачи и обратки соответственно данным, которые снял датчик, и обеспечивает строгие температурные нормы сети отопления.
Выбор точного количества секций биметаллических батарей
Они бывают нескольких видов, каждый из них имеет свою мощность. Минимальное выделение тепла достигает – 120 Вт, максимальное – 190 Вт. При расчете количества секций нужно учитывать необходимое потребление тепла в зависимости от места расположения дома, а также с учетом теплопотерь:
- Сквозняки, которые происходят из-за некачественно выполненных оконных проемов и профиля окон, щелей в стенах.
- Растраты тепла по пути следования теплоносителя от одной батареи к другой.
- Угловое расположение комнаты.
- Количества окон в помещении: чем их больше, тем больше теплопотери.
- Регулярное проветривание комнат зимой также накладывает отпечаток на количество секций.
Для примера, если нужно обогреть комнату в 10 м2, расположенную в доме, находящемся в средней климатической полосе, то нужно приобрести батарею с 10 секциями, мощность каждой из них должна быть равна 120 Вт или ее аналог на 6 секций при теплоотдаче в 190 Вт.
Принудительные системы отопления
И второй тип систем водяного отопления относиться к системам с принудительной циркуляцией теплоносителя. То есть для циркуляции теплоносителя в системе используется циркуляционный насос. Без него данная система отопления работать не будет.
Так же в любой момент из системы с естественной циркуляцией теплоносителя можно сделать систему с принудительной циркуляцией, врезав в нее циркуляционный насос.
После такого разделения на системы с естественной и принудительной циркуляцией системы отопления можно разделить на высокотемпературные и низкотемпературные системы водяного отопления дома.
Так же необходимо знать, что можно комбинировать четыре вышеперечисленные системы водяного отопления дома.
И только после этого можно переходить к названиям и принципам работы этих четырех систем отопления.
Паровое отопление
Этот тип отопления характеризуется использованием в качестве теплоносителя «насыщенного» пара, что приводит к необходимости обеспечить соответствующий сбор конденсата. И если в системе отопления присутствует один отопительный прибор, что не создает проблем, то при увеличении их количества конденсат отводить становится все труднее и труднее. Решение этой проблемы нашлось в использовании в качестве теплоносителя «холодного» пара. Его роль в современных системах низкотемпературного парового отопления играет, в частности, хладон-114 – негорючее, неядовитое, без запаха и химически устойчивое неорганическое соединение.
Система на «холодном» паре работает за счет использования тепла, выделяемого при конденсации насыщенных паров, которое и нагревает приборы отопления. Конденсатопроводы работают в «мокром» режиме, что обусловлено подпором конденсата. Конденсатоотводчики в этом случае не нужны – конденсат самотеком возвращается в испаритель. Подпиточный насос также не требуется. И паропроводы, и конденсатопроводы монтируются как горизонтально, так и вертикально. Причем совершенно необязательно соблюдать уклон. В случае вертикального монтажа подающий паропровод может размещаться как сверху, так и снизу.
Регулировка системы, работающей на «холодном» паре, осуществляется воздействием на давление пара и его температуру, для чего систему рассчитывают на давление, соответствующее максимально возможной температуре пара.
В качестве отопительных приборов в системе низкотемпературного парового отопления обычно используются секционные радиаторы и конвекторные панели. Для регулировки теплоотдачи каждый прибор отопления снабжают мембранным клапаном.
Как рассчитывается?
Выбирается метод регулирования, затем делается расчёт
Во внимание берётся расчётно-зимний и обратный порядок поступления воды, величина наружного воздуха, порядок в точке излома диаграммы. Существуют две диаграммы, когда в одной из них рассматривается только отопление, во второй отопление с потреблением горячей воды
Для примера расчёта, воспользуемся методической разработкой «Роскоммунэнерго».
Исходными данными на теплогенерирующую станцию будут:
- Тнв – величина наружного воздуха.
- Твн – воздух в помещении.
- Т1 – теплоноситель от источника.
- Т2 – обратное поступление воды.
- Т3 – вход в здание.
Мы рассмотрим несколько вариантов подачи тепла с величиной 150, 130 и 115 градусов.
При этом, на выходе они будут иметь 70°C.
Полученные результаты сносятся в единую таблицу, для последующего построения кривой:
Итак, мы получили три различные схемы, которые можно взять за основу. Диаграмму правильней будет рассчитывать индивидуально на каждую систему. Здесь мы рассмотрели рекомендованные значения, без учёта климатических особенностей региона и характеристик здания.
Если в доме автономное отопление, то здесь расчёт диаграммы не требуется. Наличие уличных и комнатных датчиков, дают возможность передавать информацию на программное управление котла.
Чтобы уменьшить расход электроэнергии, достаточно выбрать низкотемпературный порядок в 70 градусов и будет обеспечиваться равномерное распределение тепла по отопительному контуру. Котёл следует брать с запасом мощности, чтобы нагрузка системы не влияла на качественную работу агрегата.
Принцип работы комбинированного отопления дома
Комбинированное отопление частного дома сегодня очень популярно. Благодаря тому, что в отопительную систему входит не один, а несколько типов агрегатов, при необходимости можно легко и просто переключиться с одного топлива на другое. Для этого достаточно сменить горелку в общем наборе. К примеру, если закончился газ, можно включить электрический котел и продолжить обогревать дом без потерь тепла.
И для смены топлива не нужно полностью менять настройки, переносить устройства с одной комнаты в другую или вызывать мастеров. Все делается легко, просто и быстро. Процесс переключения осуществляется самостоятельно согласно инструкции и не занимает много времени.
С учетом мощности оборудования, площади нагреваемого помещения и потребностей отопления смешанная система обогрева функционирует по таким принципам:
- добыча тепловой энергии осуществляется из нескольких источников;
- после образования теплоэнергии, она сохраняется и аккумулируется, после чего рационально израсходуется;
- обустраивать комбинированное отопление можно как на этапе строительства дома, так и уже в ходе его эксплуатации.
Такое комбинированное отопление позволяет использовать по периметру одного жилого дома несколько разных тепловых источников, которые подключены к одному отопительному контуру. Также можно обустроить 2 или более независимых систем отопления здания, каждая из которых будет отвечать за обогрев определенного помещения и при необходимости заменять друг друга.
Конструктивные особенности комбинированного отопления
Комбинированные котлы для отопления частного дома оснащены несколькими камерами сгорания для разных типов топлива. Обычно оборудование имеет 2 топки. То есть, в одной из них, к примеру, сжигается газ, а в другой – уголь. Данная комбинация позволяет подсоединить несколько автономных линий и выставить желаемую температуру. При этом температура в каждой комнате может быть разной. Нередко комбинированное отопление дома осуществляется таким образом, что одна автономная линия поступает на радиаторы, а другая – на теплые полы.
Многие современные модели оборудуются встроенными ТЭНами для обогрева электричеством. А некоторые агрегаты оснащаются отсеками под газ и солярку. Для перехода с одного топлива на другое достаточно отрегулировать переключатель. Для того чтобы тепло израсходовалось рационально, рекомендуется дополнительно применять теплоаккумулятор. Он отводит и консервирует избыток тепла, а если возникает его недостаток – теплая вода поступает в систему или на ГВС. Особенно актуален теплоаккумулятор при твердотопливном отоплении.
Обустраивать комбинированное отопление частного дома должен опытный специалист, самостоятельно сделать этого не получится, так как необходимо учитывать целый ряд правил и знать особенности использования оборудования. Комбинированное отопление обустраивается по предварительно составленному и одобренному проекту. Если комбинированное отопление включает в себя газовые приборы, потребуется еще получить разрешительные документы.
Что такое комбинированная (совмещенная) система отопления
Вообще, комбинированным называют отопление в двух случаях. Первый — это когда совмещены две системы обогрева дома — радиаторная и теплый пол. Второй — использование двух котлов, которые подключены параллельно. И работать они могут по очереди или одновременно. Зависит от способа подключения.
Чтобы гарантированно всегда было тепло, ставят два котла
Но два котла в одной системе отопления чаще называют резервированным или гарантированным отоплением. В большинстве случаев под комбинированной системой понимают именно использование теплого пола вместе с радиаторами. Причем теплый пол — водяной, который подключается в одну систему с радиаторами. Это вносит свои коррективы и особенности в схему. Так что именно о такой системе дальше и пойдет речь.
Каким бывает комбинированное отопление
Водяное отопление на сегодняшний день есть двух типов — привычное нам радиаторное и водяной теплый пол. Причем чаще всего, обе системы подключены к одному источнику тепла. Под источником тепла обычно подразумевают отопительные котлы. Так что комбинированная система отопления устанавливается обычно в частных домах. Тут можно делать все (или почти все), что вы захотите.
Обычно под комбинированным отоплением имеют в виду радиаторы и теплый пол в одной системе
В квартирах с централизованным отоплением установить водяной теплый пол почти невозможно. Эта система имеет слишком большое гидравлическое сопротивление и попросту остановит циркуляцию в стояке (если к нему подключиться). Ни вам тепла, ни соседям. А если не остановит, то на выходе из теплого пола будет абсолютно холодная вода, что точно не устроит ваших соседей.
Но есть и исключения — это новые дома, в которых есть стояки для подключения батарей (высокотемпературный стояк) и теплого пола (низкотемпературный). В таком случае каждая система подключается к своему отводку. Если очень хочется, есть способ подключить водяной пол и в квартире — поставить котел для обеспечения работы этой системы. Решение дорогое, но его хоть можно каким-то образом реализовать.
Что дает комбинированное отопление
Зачем делать комбинированную систему отопления? Ведь даже радиаторное отопление сделать недешево, а если монтировать две разные системы, затраты вырастут почти вдвое. Причины есть. Почему делают теплый пол? Потому что по ощущениям, более комфортно находится в помещениях с теплым полом. А зачем тогда радиаторы? Во-первых, они быстрее нагреваются и остывают. Теплый пол — трубы, залитые в бетон. Пока бетон прогреется, будет холодно. Вот на этот период и требуются радиаторы. Они быстро нагреют воздух.
В коттедже часто стараются сделать теплый пол на первом этаже и радиаторы поставить выше
Вторая причина, по которой предпочитают делать комбинированную систему отопления — не так много покрытый, которые эффективно работают при укладке на теплый пол. Идеально подходит только плитка, камень или керамогранит. Но такое покрытие в жилых комнатах мы не используем, а другие (хоть есть и совместимые виды) не слишком эффективно передают тепло. Так что, чтобы было тепло и комфортно, нужны и радиаторы, и трубы в полу.
Монтаж потолочного отопления
Капиллярные маты можно монтировать непосредственно на нижние поверхности монолитных потолков. Установка потолочного отопления крепится к железобетонному перекрытию, его можно спрятать в штукатурке такой же толщины, как если бы на нем были только электрические провода. Капиллярные маты можно крепить к железобетонному потолку напрямую, без дополнительной теплоизоляции, если над ним находится жилая комната.
Большим преимуществом капиллярных матов является то, что их без проблем можно установить на чердаке, как на скатной крыше, так и на уровне воротника. На скатах кровли капиллярные маты следует отделить от её утеплителя пароизоляцией с отражающим слоем или тонкой светоотражающей пленкой.
После установки отдельных модулей нагрева подающий и обратный трубопроводы последовательно соединяются между собой и подключаются к нагревательному устройству (в случае теплового насоса – также к охлаждающему устройству).
Система потолочного отопления на чердаке встраивается гипсокартоном так же, как и в случае другого типа отопления на чердаке. Капиллярные маты, используемые для потолочных систем отопления, также могут быть установлены на стены, на потолки и полы вместо традиционных нагревательных кабелей с большого диаметра.
Низкотемпературные источники
Как уже было сказано, низкотемпературное отопление ориентировано на потребление тепловой энергии, вырабатываемой тепловыми насосами, а также, тепла, полученного от солнца и геотермального тепла. Именно эти источники являются оптимальными для низкотемпературных систем. Если решено использовать низкотемпературное отопление без применения возобновляемых источников энергии, то проще и экономичнее установить конденсационный котел.
Отопительные приборы для низкотемпературных систем
Обычные радиаторы для низкотемпературных систем отопления не подходят. Они просто не смогут работать на полную мощность, и в доме будет холодно. Обогревать дом при низкотемпературной системе отопления придется с помощью греющих поверхностей. Это могут быть теплые полы или теплые стены. Соотношение простое: чем больше греющая поверхность, тем теплее будет в доме.
Следует отметить, что низкотемпературные отопительные системы имеют ряд достоинств:
- Греющие поверхности с температурой примерно 35-40С излучают тепло в наиболее комфортном для человека диапазоне волн
- Теплые полы позволяют перераспределить тепло в помещении. Если при установке обычных радиаторов самый теплый воздух в помещении (а вместе с ним и самая прогретая зона) находится под потолком, то при использовании теплого пола она расположена под ногами, что более естественно и комфортно для человека.
- Использование геотермального тепла и солнечной энергии позволяет снизить расходы на отопление и положительно сказывается на экологии.
Что дороже?
К сожалению, на сегодняшний день говорить о реальной экономии при использовании низкотемпературного отопления преждевременно.
В нашей стране дешевле топить газом, используя для этого традиционные котлы в комплекте с конвекторами и радиаторами отопления.
Для тех, кто хочет наслаждаться мягким теплом от греющих поверхностей, лучше установить конденсационный котел. Он стоит дороже, но позволяет сократить расход газа на 15-20%.
Оптимальная температура для котельной
Для обеспечения эффективной теплоотдачи в котлах отопления должна быть более высокая температура, поскольку, чем больше тепла может перенести определенный объем воды, тем лучше степень обогрева. Поэтому на выходе из теплогенератора стараются приблизить температуру жидкости к максимально допустимым показателям.
Помимо этого, минимальный нагрев воды или другого теплоносителя в котле нельзя опускать ниже точки росы (обычно данный параметр равен 60-70 градусов, но он во многом зависит от технических особенностей модели агрегата и вида топлива). В противном случае при горении теплогенератора появляется конденсат, который в соединении с агрессивными веществами, имеющимися в составе дымовых газов, приводит к повышенному износу прибора.
