Кпд систем отопления дома
Обновлено: 02.05.2024
Все правда о тепловых насосах
За спиной уже 3 года полноценной эксплуатации теплового насоса по его прямому назначению и сейчас я хочу поделиться своими впечатлениями. Я провел расчеты и был шокирован — такого результата никто не ожидал!
2. Коротко напомню предысторию. Четыре года назад был куплен участок 6 соток в садовом товариществе, на котором, я, своими руками, без привлечения наемной рабочей силы, построил современный энергоэффективный загородный дом. Предназначение дома — вторая квартира, расположенная на природе. Круглогодичная, но не постоянная эксплуатация. Требовалась максимальная автономность в совокупности с простой инженерией. В районе расположения СНТ отсутствует магистральный газ и на него рассчитывать не стоит. Остается привозное твердое или жидкое топливо, но все эти системы требуют сложной инфраструктуры, стоимость возведения и содержания которой сопоставимо с прямым отоплением электричеством. Таким образом выбор уже был частично предопределен — электрическое отопление. Но здесь возникает второй, не менее важный момент: ограничение электрических мощностей в садовом товариществе, а также достаточно высокие тарифы на электроэнергию (на тот момент — не «сельский» тариф). По факту на участок выделено 5 квт электрической мощности. Единственный выход в данной ситуации — использовать тепловой насос, который позволит сэкономить на отоплении примерно в 2,5-3 раза, по сравнению с прямой конвертацией электрической энергии в тепловую.
Итак, переходим к тепловым насосам. Они различаются по тому, откуда они забирают тепло и по тому, куда его отдают. Важный момент, известный из законов термодинамики (8 класс средней школы) — тепловой насос не производит тепло, он его переносит. Именно поэтому его КОП (коэффициент преобразования энергии) всегда больше 1 (то есть тепловой насос всегда отдает тепла больше, чем потребляет из сети).
Классификация тепловых насосов следующая: «вода - вода», «вода - воздух», «воздух - воздух», «воздух - вода». Под «водой» указываемой в формуле слева подразумевается отбор тепла от жидкого циркулирующего теплоносителя проходящего по трубам находящимся в земле или водоеме. Эффективность таких систем практически не зависит от времени года и температуры окружающего воздуха, но они требуют дорогостоящих и трудоемких земляных работ, а также наличие достаточных свободных площадей под укладку грунтового теплообменника (на котором, впоследствии будет плохо что-либо расти летом, ввиду вымораживания грунта). Под «водой» указываемой в формуле справа подразумевается отоплительный контур, находящийся внутри здания. Это может быть как система радиаторов, так и жидкостные теплые полы. Такая система также потребует сложных инженерных работ внутри здания, но при этом имеет и свои плюсы — с помощью такого теплового насоса можно заодно получить горячую воду в доме.
Но самым интересной выглядит категория тепловых насосов класса «воздух — воздух». По сути это самые обычные кондиционеры. Во время работы на обогрев они забирают тепло из уличного воздуха и переносят его на воздушный теплобменник находящийся внутри дома. Несмотря на некоторые недостатки (серийные модели не могут работать при температурах окружающего воздуха ниже -30 градусов по Цельсию), они имеют колоссальное преимущество: такой тепловой насос очень легко установить и его стоимость сопоставима с обычным электрическим отоплением с помощью конвекторов или электрокотла.
3. На основании этих рассуждений был выбран канальный полупромышленный кондиционер Mitsubishi Heavy, модель FDUM71VNX. По состоянию на осень 2013 года, комплект состоящий из двух блоков (внешний и внутренний) стоил 120 тысяч рублей.
4. Внешний блок установлен на фасаде с северной стороны дома, там где меньше всего ветра (это важно).
5. Внутренний блок установлен в холле под потолком, от него с помощью гибких шумоизолированных воздуховодов обеспечена подача горячего воздуха во все жилые помещения внутри дома.
6. Т.к. подача воздуха находится под потолком (организовать подачу горячего воздуха около пола в каменном доме решительно невозможно), то очевидно, что забирать воздух нужно на полу. Для этого с помощью специального короба забор воздуха был опущен на пол в коридоре (во всех межкомнатных дверях также установлены переточные решетки в нижней части). Рабочий режим — 900 кубометров воздуха в час, за счет постоянной и стабильной циркуляции совершенно нет разницы по температуре воздуха между полом и потолком в любой части дома. Если быть точным, то разница составляет 1 градус по Цельсию, это даже меньше, чем при использовании настенных конвекторов под окнами (с ними перепад температуры между полом и потолком может достигать 5 градусов).
7. Кроме того, что внутренний блок кондиционера за счет мощной крыльчатки способен прогонять в режиме рециркуляции большие объемы воздуха по дому, не нужно забывать о том, что для людей наобходим свежий воздух в доме. Поэтому система отопления также выполняет роль системы вентиляции. По отдельному воздушному каналу с улицы в дом подается свежий воздух, который при необходимости подогревается (в холодное время года) с помощью автоматики и канального ТЭНа.
8. Раздача горячего воздуха осуществляется через вот такие решетки, расположенные в жилых комнатах. Также стоит обратить внимание на то, что в доме нет ни одной лампы накаливания и используются исключительно светодиоды (запомните этот момент, это важно).
9. Отработанный «грязный» воздух удаляется из дома через вытяжку в санузле и на кухне. Горячая вода готовится в обычном накопительном водонагревателе. Вообще, это достаточно большая статья расходов, т.к. колодезная вода очень холодна (от +4 до +10 градусов по Цельсию в зависимости от времени года) и кто-то может резонно заметить, что можно использовать солнечные коллекторы для нагрева воды. Да, можно, но стоимость вложений в инфраструктуру такова, что за эти деньги можно греть воду напрямую электричеством в течение 10 лет.
10. А это — «ЦУП». Главный и основной пульт управления воздушным тепловым насосом. У него есть различные таймеры и простейшая автоматика, но мы используем только два режима: вентиляция (в теплое время года) и нагрев (в холодное время года). Построенный дом оказался настолько энергоэффективным, что кондиционер в нём ни разу не использовался по прямому назначению — для охлаждения дома в жару. В этом большую роль сыграло и светодиодное освещение (теплоотдача от которого стремится к нулю) и очень качественное утепление (шутка ли, после обустройства газона на крыше нам даже пришлось этим летом использовать тепловой насос для обогрева дома — в дни, когда среднесуточная температура опускалась ниже +17 градусов по Цельсию). В доме круглогодично поддерживается температура не ниже +16 градусов по Цельсию, независимо от наличия в нём людей (когда в доме люди, то температура устанавливается +22 градуса по Цельсию) и никогда не выключается приточная вентиляция (потому, что лень).
11. Счетчик технического учета электроэнергии был установлен осенью 2013 года. То есть ровно 3 года назад. Нетрудно подсчитать, что среднегодовое потребление электрической энергии составляет 7000 квтч (на самом деле сейчас эта цифра немного меньше, т.к. в первый год расход был большим из-за использования осушителей во время отделочных работ).
12. В заводской комплектации кондиционер способен работать на обогрев при температуре окружающего воздуха не ниже -20 градусов по Цельсию. Для работы при более низких температурах требуется доработка (на самом деле она актуальна при эксплуатации даже при температуре -10, если на улице высокая влажность) — установка греющего кабеля в дренажный поддон. Это необходимо для того, чтобы после цикла разморозки внешнего блока вода в жидком состоянии успела покинуть дренажный поддон. Если она не успеет это сделать, то в поддоне будет намерзать лед, который впоследствии выдавит раму с вентилятором, что, вероятно, приведет к обламыванию лопастей на нём (можете посмотреть фотографии обломанных лопастей в интернете, я сам с этим чуть не столкнулся т.к. положил греющий кабель не сразу).
13. Как я уже упоминал выше — в доме везде используется исключительно светодиодное освещение. Это важно, когда речь заходит о кондиционировании помещения. Возьмем стандартную комнату, в которой расположено 2 светильника, по 4 лампы в каждом. Если это лампы накаливания мощностью 50 ватт, то суммарно они потребляют 400 ватт, в то время как светодиодные лампы будут потреблять менее 40 ватт. А вся энергия, как мы знаем из курса физики, в конечном итоге все равно превращается в тепловую. То есть освещение на лампах накаливания это такой неплохой обогреватель средней мощности.
14. Теперь поговорим о том, как работает тепловой насос. Всё, что он делает — переносит тепловую энергию из одного места в другое. Именно по такому принципу работают и холодильники. Они переносят тепло из холодильной камеры в помещение.
Есть такая хорошая загадка: Как изменится температура в комнате, если в ней оставить включенный в розетку холодильник с открытой дверцей? Правильный ответ — температура в комнате будет расти. Для просты понимания это объяснить можно так: комната это замкнутый контур, в него по проводам поступает электричество. Как мы знаем энергия в конечном итоге превращается в тепловую. Именно поэтому температура в комнате и будет расти, ведь в замкнутый контур извне поступает электричество и в нём же остается.
Немного теории. Теплота это форма энергии, которая передается между двумя системами из-за разницы температур. При этом тепловая энергия переходит из места с высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это естественный процесс. Перенос тепла может осуществляться за счет теплопроводности, теплового излучения или путём конвекции.
Существует три классических агрегатных состояния вещества, преобразование между которыми осуществляется в результате изменения температуры или давления: твердое, жидкое, газообразное.
Для изменения агрегатного состояния тело должно либо получить, либо отдать тепловую энергию.
• При плавлении (переход из твердого состояния в жидкое) поглощается тепловая энергия.
• При испарении (переход из жидкого состояния в газообразное) поглощается тепловая энергия.
• При конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое) выделяется тепловая энергия.
• При кристаллизации (переход из жидкого состояния в твердое) выделяется тепловая энергия.
Тепловой насос использует в работе два переходных режима: испарение и конденсацию, то есть оперирует веществом, находящимся либо в жидком, либо в газообразном состоянии.
15. В качестве рабочего тела в контуре теплового насоса используется хладагент R410a. Это фторуглеводород, закипающий (переход из жидкого состояния в газообразное) при очень низкой температуре. А именно, при температуре — 48,5 градусов по Цельсию. То есть, если обычная вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре +100 градусов по Цельсию, то фреон R410a кипит при температуре почти на 150 градусов ниже. Более того, при сильно отрицательной температуре.
Именно это свойство хладагента используется в тепловом насосе. Путем целеправленного измерения давления и температуры ему можно придать необходимые свойства. Либо это будет испарение при температуре окружающей с поглощением тепла, либо конденсации при температуре окружающей среды с выделением тепла.
16. Вот как выглядит контур циркуляции теплового насоса. Его основные компоненты: компрессор, испаритель, расширительный клапан и конденсатор. Хладагент циркулирует в замкнутом контуре теплового насоса и попеременно меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Именно хладагент передает и переносит тепло. Давление в контуре всегда избыточно по сравнению с атмосферным.
Как это работает?
Компрессор всасывает холодный газообразный хладагент низкого давления поступающий из испарителя. Компрессор сжимает его под высоким давлением. Температура повышается (тепло от работы компрессора также добавляется к хладагенту). На этом этапе мы получается газообразный хладагент высокого давления и высокой температуры.
В таком виде он поступает в конденсатор, обдуваемый более холодным воздухом. Перегретый хладагент отдает свое тепло воздуху и конденсируется. На этом этапе хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и со средней температурой.
Далее хладагент поступает в расширительный клапан. В нём происходит резкое снижение давления, вследствие расширения объема, который занимает хладагент. Уменьшение давления приводит к частичному испарению хладагента, что в свою очередь снижает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды.
В испарителе давление хладагента продолжает снижаться, он еще сильнее испаряется, а необходимое для этого процесса тепло отбирается от более теплого наружного воздуха, который при этом охлаждается.
Полностью газообразный хладагент снова поступает в компрессор и цикл замыкается.
17. Попробую еще раз объяснить попроще. Хладагент кипит уже при температуре -48,5 градусов по Цельсию. То есть, условно говоря при любой более высокой температуре окружающей среды он будет иметь избыточное давление и в процессе испарения забирать тепло из окружающей среды (то есть уличного воздуха). Есть хладагенты используемые в низкотемпературных холодильниках, у них температура кипения еще ниже, вплоть до -100 градусов по Цельсию, но его не получится использовать для работы теплового насоса на охлаждение помещения в жару из-за очень высокого давления при высоких температурах окружающей среды. Хладагент R410a это некий баланс между возможностью работы кондиционера как на нагрев, так и охлаждение.
Вот, кстати, хороший документальный фильм снятый в СССР и рассказывающий о том, как устроен тепловой насос. Рекомендую.
18. Любой ли кондиционер можно использовать для работы на обогрев? Нет, не любой. Хотя на фреоне R410a и работают почти все современные кондиционеры, не менее важны и другие характеристики. Во-первых кондиционер должен иметь четырехходовой клапан, позволяющий так сказать переключиться на «реверс», а именно поменять местами конденсатор и испаритель. Во-вторых, обратите внимание, что компрессор (он расположен справа снизу) находится в теплоизолированном кохуже и имеет электрический подогрев картера. Это нужно для того, чтобы всегда поддерживать положительную температуру масла в компрессоре. По факту, при температуре окружающей среды ниже +5 градусов по Цельсию даже в выключенном состоянии кондиционер потребляет 70 ватт электрической энергии. Второй, важнейший момент — кондиционер должен быть инверторным. То есть и компрессор и электромотор крыльчатки должны иметь возможность изменять производительность в процессе работы. Именно это позволяет тепловому насосу эффективно работать на обогрев при наружной температуре ниже -5 градусов по Цельсию.
19. Как мы знаем, на теплообменнике внешнего блока, который является испарителем во время работы на обогрев, происходит интенсивное испарение хладагента с поглощением тепла из окружающей среды. Но в уличном воздухе находятся пары воды в газообразном состоянии, которые конденсируются, а то и кристаллизуются на испарителе из-за резкого снижения температуры (уличный воздух отдает свою теплоту хладагенту). А интенсивное обмерзание теплообменника приведет к снижению эффективности теплоосъема. То есть, по мере снижения температуры окружающей среды необходимо «притормозить» и компрессор и крыльчатку, чтобы обеспечить наиболее эффективный теплосъем на поверхности испарителя.
Идеальный тепловой насос работающий только на обогрев должен иметь площадь поверхности внешнего теплообменника (испарителя) в несколько раз превышающую площадь поверхности внутреннего теплообменника (конденсатора). На практике мы возращаемся к тому самому балансу, что тепловой насос должен уметь работать как на обогрев, так и охлаждение.
20. Слева можно видеть практически полностью покрытый инеем внешний теплообменник, кроме двух секций. В верхней, не замерзшей, секции фреон имеет еще достаточно высокое давление, что не позволяет ему эффективно испаряться с поглощением тепла из окружающей среды, в нижней же секции он уже перегрет и не может больше забирать тепло извне. А фотография справа дает ответ на вопрос почему внешний блок кондиционера был установлен на фасаде, а не спрятан от глаз на плоской кровле. Именно из-за воды, которую нужно отводить от дренажного поддона в холодное время года. Отводить эту воду с кровли было бы значительно сложнее, чем с отмостки.
Как я уже писал, во время работы на обогрев при отрицательной температуре на улице испаритель на внешнем блоке обмерзает, на нём кристаллизуется вода из уличного воздуха. Эффективность обмерзшего испарителя заметно снижается, но электроника кондиционера в автоматическом режиме контролирует эффективность теплосъема и периодически переключает тепловой насос в режим разморозки. По сути режим разморозки это прямой режим кондиционирования. То есть из помещения забирается тепло и переносится на внешний, обмерзший теплообменник, что растопить на нём лед. В это время вентилятор внутреннего блока работает на минимальной скорости, а из воздуховодов внутри дома поступает прохладный воздух. Цикл разморозки обычно длится 5 минут и происходит каждые 45-50 минут. Ввиду высокой тепловой инерционности дома, никакого дискомфорта во время разморозки не ощущается.
Практика показывает, что средний коэффициент конвертации с учетом потерь в самые холодные зимние месяцы в Московской области составляет 2,5. Но не забывайте про межсезонье и даже лето. А как я уже писал выше, если у вас энергоэффективный, хорошо теплоизолированный дом, без паразитных источников тепла, то даже летом солнце не способно его прогреть до комфортной температуры +22 градуса и в холодние летние дни потребуется также использовать тепловой насос для обогрева. А при уличной температуре более +10 градусов мы получим пятикратную (!) экономию электроэнергии по сравнению с электрическими конвекторами.
Кстати, есть еще один интересный момент. Ресурс у кондиционера при работе на обогрев в разы выше, чем при работе на охлаждение.
22. Осенью прошлого года я установил счетчик электрической энергии Smappee, который позволяет вести статистику энергопотребления по месячно и предоставляет более менее удобную визуализацию проведенных измерений.
23. Smappee был установлен ровно год назад, в последних числах сентября 2015 года. Он также пытается показать стоимость электрической энергии, но делает это исходя из заданных вручную тарифов. А с ними есть важный момент — как известно, у нас повышают цены на электроэнергию 2 раза в год. То есть за представленный период измерений тарифы менялись 3 раза. Поэтому не будем обращать внимание на стоимость, а подсчитаем количество потребленной энергии.
На самом деле с визуализацией графиков потребления у Smappee есть проблемы. Например, самый короткий столбец слева это потребление за сентябрь 2015 года (117 квтч), т.к. у разработчиков что-то пошло не так и на экране за год почему-то 11, а не 12 столбцов. Но суммарные цифры потребления подсчитаны безошибочно.
А именно, 1957 квтч за 4 месяца (включая сентябрь) в конце 2015 года и 4623 квтч за весь 2016 год с января по сентябрь включительно. То есть суммарно было израсходовано 6580 квтч на ВСЁ жизнеообеспечение загородного дома, который круглогодично отапливался, независимо от нахождения в нём людей. Напомню, что летом этого года впервые пришлось использовать тепловой насос для обогрева, а на охлаждение летом он не работал ни разу за все 3 года эксплуатации (кроме автоматических циклов разморозки, разумеется). В рублях, по текущим тарифам в Московской области это менее 20 тысяч рублей в год или около 1700 рублей в месяц. Напомню, что в эту сумму входит: отопление, вентиляция, нагрев воды, плита, холодильник, освещение, электроника и техника. То есть это фактически в 2 раза дешевле, чем ежемесячная плата за квартиру в Москве аналогичной площади (разумеется без учета взносов на содержание, а также сборов на капитальный ремонт).
24. А теперь давайте подсчитаем сколько же денег позволил сэкономить тепловой насос в моём случае. Сравнивать будем электрическим отоплением, на примере электрокотла и радиаторов. Считать буду по докризисным ценам, которые были на момент установки теплового насоса осенью 2013 года. Сейчас тепловые насосы подорожали из-за обвала курса рубля, а техника вся импортная (лидеры по производству тепловых насосов — японцы).
Электрическое отопление:
Электрический котел - 50 тыс рублей
Трубы, радиаторы, фитинги и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 80 тысяч рублей.
Тепловой насос:
Канальный кондиционер MHI FDUM71VNXVF (внешний и внутренний блок) - 120 тыс. рублей.
Воздуховоды, адаптеры, теплоизоляция и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 150 тысяч рублей.
Установка своими руками, но в обоих случаях по времени это примерно одинаково. Итого «переплата» за тепловой насос по сравнению с электрокотлом: 70 тысяч рублей.
Но это не всё. Воздушное отопление с помощью теплового насоса это заодно кондиционер в теплое время года (то есть кондиционер все равно нужно ставить, так ведь? значит добавим еще минимум 40 тысяч рублей) и вентиляция (обязательна в современных герметичных домах, еще минимум 20 тысяч рублей).
Что имеем? «Переплата» в комплексе составляет всего 10 тысяч рублей. Это еще только на стадии ввода системы отопления в эксплуатацию.
А дальше начинается эксплутация. Как я уже писал выше, в самые холодные зимние месяцы коэффициент преобразования составляет 2,5, а в межсезонье и летом можно принять его равным 3,5-4. Возьмем усредненный годовой СОР равный 3. Напомню, что за год в доме расходуется 6500 квтч электрической энергии. Это суммарное потребление на все электрические приборы. Возьмем для простоты расчетов по минимуму, что тепловой насос потребляет из этой суммы всего лишь половину. То есть 3000 квтч. При этом в среднем за год он отдал 9000 квтч тепловой энергии (6000 квтч «притащил» с улицы).
Переведем перенесенную энергию в рубли, предположив, что 1 квтч электрической энергии стоит 4,5 рубля (усредненный дневной/ночной тариф в Московской области). Получаем 27000 рублей экономии, по сравнению с электрическим отоплением только за первый год эксплуатации. Вспомним, что разница на стадии ввода системы в эксплуатацию составляла всего 10 тысяч рублей. То есть уже за первый год эксплуатации тепловой насос СЭКОНОМИЛ мне 17 тысяч рублей. То есть он окупился в первый же год эксплуатации. При этом напомню, что это не постоянное проживание, при котором экономия была бы еще больше!
Но не забываем про кондиционер, который конкретно в моем случае не потребовался ввиду того, что построенный мною дом оказался переутепленным (хотя и используется однослойная стена из газобетона без дополнительного утепления) и он просто не нагревается летом на солнце. То есть скинем 40 тысяч рублей из сметы. Что имеем? ЭКОНОМИТЬ на тепловом насосе в таком случае я стал не с первого года эксплуатации, а со второго. Не велика разница-то.
Но если мы возьмем тепловой насос класса «вода-вода» или даже «воздух-вода», то цифры в смете будут совершенно иными. Именно поэтому тепловой насос «воздух-воздух» это лучшее соотношение цена/эффективность на рынке.
25. И напоследок несколько слов про электрические отопительные приборы. Меня замучали вопросами о всяких инфракрасных обогревателях и нано-технологиях не сжигающих кислород. Отвечу коротко и по делу. Любой электрический обогреватель имеет КПД 100%, то есть вся электрическая энергия переходит в тепловую. На самом деле это касается любых электрических приборов, даже электрическая лампочка дает тепло ровно в том количестве, в котором она его получила из розетки. Если же говорить про инфракрасные обогреватели, то их преимущество заключается в том, что они греют предметы, а не воздух. Поэтому самое разумное применение для них — обогрев на открытых верандах в кафе и на автобусных остановках. Там, где есть необходимость передать тепло напрямую предметам/людям, минуя нагрев воздуха. Аналогичная история про сжигание кислорода. Если где-то в рекламном проспекте вы видите эту фразу, знайте — производитель держит покупателя за лоха. Горение это реакция окисления, а кислород это окислитель, то есть он сам себя сжечь не может. То есть это все бред дилетантов, прогулявших уроки физики в школе.
Что в итоге? Тепловой насос в виде низкотемпературного кондиционера класса «воздух-воздух» это самый простой и доступный способ экономии на отоплении, что вдвойне может быть актуально при существовании лимита электрических мощностей. Я полностью доволен установленной отопительной системой и не испытываю какого-либо дискомфорта от её эксплуатации. В условиях Московской области использование воздушного теплового насоса полностью себя оправдывает и позволяет окупить инвестиции не позднее, чем через 2-3 года.
Все материалы про строительство загородного дома своими руками в хронологическом порядке можно посмотреть здесь.
Что такое эффективная система отопления
Котел как раз и должен работать в прерывистом режиме, если не ошибаюсь, это сделано для увеличения его КПД. Ваша автоматика, если не ошибаюсь, называется "Арбат". Единственное, что горит в перерывах между включениями основной горелки - запальник. Если покрутить винтик на верхней части блока автоматики (есть там такой, рядом с ручкой регулирования температуры), т.е. завернуть его до упора, то основная горелка будет гаснуть полностью и через какое-то время загораться снова (когда горячая вода в теплообменнике заменяется холодной). Низ теплообменника котла почти всегда холоднее верха, т.к. туда поступает более холодная вода (это не касается систем с принудительной циркуляцией - там может быть и по-другому
КПД, если говорить по простому, показывает, сколько энергии сгоревшего газа пошло на нагрев воды по отношению к той энергии, которая пошла на другие цели, например, на нагрев дымохода, воздуха в нем и т.д. Газовый котел со 100-процентным КПД - это такой котел, который не греет ничего кроме воды. Это, как вы понимаете, утопия. КПД электрического котла значительно, более чем в два раза выше КПД газового котла. Это естественно, электричество греет почти только воду. Совсем мало энергии тратится на побочные цели, например, на нагрев провода от котла к розетке.
Однако, есть КПД и у системы отопления в целом. КПД системы отопления в целом показывает, сколько энергии горячей воды тратится на отопление воздуха в том помещении, которое вы отапливаете, по отношению к энергии, которая отапливает стены, воздух, который не нужно отапливать и т.д. КПД системы отопления можно увеличить, например, теплоизолировав котел отопления и те участки труб, которые проходят по не отапливаемым помещениям.
Когда мы говорим о том, насколько быстро система отопления нагревает наши площади, мы говорим не о КПД, а об эффективности системы отопления. Эффективность системы отопления тем больше, чем быстрее, эффективнее производится теплообмен между водой и воздухом. Для теплообмена служат радиаторы отопления. С другой стороны, чем быстрее тепло воды передается воздуху помещения, тем холоднее получится вода на выходе из радиатора, а, значит, для поддержания эффективности системы отопления нам необходимо повысить скорость циркуляции воды и скорость ее нагрева в котле. Мы сделали круг и вернулись к котлу.
Однако, наше положение спасает тот факт, что наша система стремится к равновесию. Равновесие достигается тогда, когда у нас высокий КПД котла сочетается с высоким КПД и эффективностью системы отопления и высоким качеством теплоизоляции жилища. В этом случае температура на выходе котла очень мало отличается от температуры на его входе, поскольку энергия тратится не на нагрев жилища, а только на компенсацию теплопотерь. Это, конечно, ситуация, близкая к идеальной и трудно достижима. Однако, к ней нужно стремиться.
Описанной ситуации невозможно достичь при реализации схемы отопления без циркуляционного насоса. В этом случае скорость циркуляции напрямую зависит от температуры воды и физика процесса порождает циклическое включение и выключение насоса. Упрощенно, это выглядит следующим образом. В верхней части котла происходит нагрев воды. Пока нагрев слаб, слаба и скорость перемещения воды из котла вверх по стояку. Но, поскольку процесс нагрева воды происходит непрерывно, температура воды в верхней части котла увеличивается и скорость ее ухода в стояк увеличивается. Дальше - больше, и вот у нас температура воды в верхней части котла достигла той, на которую рассчитан нагрев. Горелка котла тухнет (или гаснет, кому как нравится), и мы ждем, когда горячая вода переместится в стояк. Поскольку у нас система замкнутая, на место горячей воды приходит холодная и процесс нагрева повторяется.
Почему же процесс циркуляции такой медленный? Да потому, что в радиаторах отопления процесс идет еще менее эффективно. В радиаторе движение идет сверху вниз. Горячая вода в радиаторе находится наверху. Она не попадет вниз, пока не остынет. Если у нас в радиаторах не будет остывать вода, то она будет пробкой и циркуляция остановится. То есть, условием прохождения воды по радиатору является разница температуры между верхом и низом радиатора и разница температуры воды в верхней части радиатора и на выходе из котла.
Вывод. Если в самотечной системе отопления температура воды на выходе из котла не выше температуры в верхней части радиатора, а та, в свою очередь не выше температуры в нижней части радиатора то и циркуляции не будет.
Мне могут возразить, что это же, дескать, стандартные условия, других не бывает. Я соглашусь, но добавлю свою ложку дегтя. Предположим, у нас есть хорошо теплоизолированное помещение в 100 кв.м. Для отопления этого помещения мы установили, скажем, 5 радиаторов мощностью 2 кВт каждый, и общей мощностью 10 кВт. Однако, поскольку верх каждого радиатора горячее его низа, скажем в два раза, мы имеем неприятную ситуацию, когда двухкиловаттный радиатор отдает всего полтора киловатта мощности. Получается, что мы имеем не 10 кВт на 100 кв.м., а 7,5. Нам становится холодновато, мы увеличиваем температуру, а это тоже плохо, поскольку уменьшает эффективность нашего котла (больше тепла начинает уходить в трубу), системы отопления (больше тепла начинает расходоваться не по адресу).
Есть у нас в случае самотечного отопления равновесие? Есть, только оно имеет вид качелей.
Вот. Кто не понял, прошу вернуться в начало статьи, а я начну светлую повесть о том, что происходит, когда мы вносим в нашу систему циркуляционный насос.
Включив циркуляционный насос, мы устраняем все естественные пробки, связанные с разницей температур. В нашей системе циркулирует теперь любая вода. Холодная, горячая - любая. Если вода не успела нагреться - она все равно уходит в систему. Так начинается путь к нашему равновесию. Предположим, мы отрегулировали котел на 60 градусов. Пока вода в системе, а не в котле (. ), холодная, наш котел работает на полную мощность. Потом температура повышается, поскольку вода не успевает полностью остыть за один цикл прохода по системе. Когда температура в системе достигает 50 градусов, котел начинает работать уже слабее, но все так же стабильно, без ярко выраженных циклов нагрева и остывания.
А вот тут ВНИМАНИЕ. С этого момента все зависит от наших теплопотерь. Если теплопотери велики, то вода возвращается в котел значительно остывшей, скажем те же 50 градусов. Наш котел при этом работает довольно сильно. Мы достигли равновесия, просто оно не слишком хорошее с точки зрения расхода газа и нашего кошелька. Однако, если теплопотери не велики, помещение замечательно теплоизолировано, то мы достигаем другого равновесия, когда температура на входе равна, скажем, 55 или 56 градусам. В этом случае котел тоже работает, но уже не ревет, а шуршит.
Теперь об эффективности. Если на выходе котла наша температура составляет 60 градусов, а на входе - 56 градусов, то это значит, что в каждом радиаторе верх разогревается до 59, а низ остывает до 57 градусов. Числа, естественно, условные. Это значит, что радиаторы отдают полную мощность, котлу не приходится при этом нагревать воду до 70 и выше градусов и тратить на это дополнительную энергию. Кроме этого, мы получаем замечательную возможность регулировать температуру каждого радиатора в любой комнате. Это значит, что, сделав на кухне и в спальне температуру воздуха пониже, мы имеем дополнительную, и судя по книжкам, существенную экономию газа.
Дополнительно, мы имеем удобство подогрева радиаторов, скажем до 35 градусов, что совершенно невозможно при самотечной системе и, таким образом, имеем комфортную температуру в осенние и весенние месяцы, когда прохладно, но не холодно. И, наконец, мы прокладываем систему отопления трубами малого диаметра. Вы думаете, что это не существенно? Ошибаетесь! Мы уменьшаем количество воды в системе и теплопотери через поверхность труб. Ее становится легче и быстрее нагревать, увеличивается скорость ее оборачиваемости в системе и мы опять же увеличиваем эффективность нашей системы отопления и уменьшаем расходы на газ.
Таким образом, мы тратим жалкие 60 ватт энергии на циркуляционный насос и, тем не менее, экономим на газе. Теория, конечно, очень красивая, но чтобы подсчитать прибыли-убытки нужно быть специалистом, которым я не являюсь. Однако, аспектов экономии очень много. Я уверен, что экономия есть.
Вывод. Нет никакой связи между старт-стопным функционированием газового котла и увеличением его КПД. Для увеличения КПД котла нужно покупать хороший котел, а для увеличения эффективности отопления нужно хорошенько теплоизолировать помещение, грамотно спроектировать систему с тонкими трубами и циркуляционным насосом.
Теперь о горелке, которая не гаснет, а продолжает гореть, когда температура достигла необходимой величины. Тут два аспекта. Во-первых, у меня, как следует из вышеизложенного, температура никогда не достигает предельной величины, и горелке нет смысла выключаться совсем. Во-вторых, полное выключение горелки яркий фактор понижения эффективности (и, кстати, КПД котла). Объясняю. Предположим, у нас горит запальник, а основная горелка выключена. Теперь, предположим, пришло горелке время включиться. В любом случае она не включится сразу. Хотя бы потому, что горелка относительно большая, а запальник горит только с одной стороны. Причем, газ - не электричество. Он зажигается не мгновенно.
Что это значит? Это значит, что в момент включения большое количество газа уйдет в трубу в виде газа, а не огня. Первая порция газа просто не успеет воспламениться или воспламенится прямо в трубе (ее просто догонит пламя). Ну что же в этом хорошего? А если эта первая порция газа попадет в помещение из-за недостаточно хорошей тяги? Я не голословен! Сходите к собственной газовой плите и потренируйтесь со спичкой. Все увидите сами.
Нет уж! Не убеждайте меня! Газовая горелка должна всегда тлеть вместе с запальником.
Маленькое отступление. У меня котел производства города Жуковского. Сам он безымянный и автоматика в нем безымянная. Есть модификации с автоматикой Хонивелл, но она, по отзывам самих же производителей работает хуже штатной и стоит как сам котел, то есть котел с автоматикой Хонивелл в два раза дороже обычного котла. Я котлом очень и очень доволен. Никакого обслуживания он уже много лет не требует. Единственное, что приходится менять - это термопара. Она банально прогарает, где-то за три года.
А вот и про радиаторы и воздух, который по ним гуляет. Тоже подтверждение, что котел не очень правильно работает. Воздух откуда появляется? Как я понимаю, это просто закипает вода, и образовавшийся пар пытается подняться к самой верхней точке системы. Т.к. в системе присутствует насос, то он разгоняет этот пузырь по всей системе. У меня прошлую зиму котел как раз на максимуме работал, постоянно в системе булькало, но у меня расширительный бак на втором этаже как раз над котлом стоит, поэтому этот пузырь поднимался сразу к расширительному баку.
Как вы уже, наверное, поняли, описанная ситуация у меня не возможна, хотя бы потому, что котел отрегулирован на 60 градусов. Так откуда же берется воздух в системе отопления? Я уверен, что воздух берется из самой воды. Возможно, вы знаете, а кто не знает, скажу, что обычная вода из водоема, скважины или водопровода на самом деле является газированной. Налейте воду в трехлитровую банку и поставьте на некоторое время. На стенках образуются пузырьки. Это воздух, который находится в воде в растворенном состоянии. Именно этот воздух, высвобождается из воды и образует пузыри. Когда весь воздух из воды выходит, она становится мертвой и с этого момента ваши котел, трубы и радиаторы перестают корродировать.
На счет закипания скажу следующее. Закипание - это плохо. Закипание возможно в системах с открытым расширительным баком. У меня система закрыта, поэтому, я думаю, что мог бы разогреть свою систему и выше ста градусов без закипания. В ней выросло бы давление, и пар бы не образовывался. Но экспериментировать не буду.
И опять о котлах и еще о ГВС. Я вот свой котел как раз хочу менять на двухконтурный, чтобы была возможность его подключения, как раз, к обычному электрическому накопительному водонагревателю . Летом будет горячая вода от электричества, зимой - от газового котла . Долго искал магазин, где продаются теплообменники для того, чтобы подключиться к имеющемуся котлу, так и не нашел, зато в одном магазине мне рассказали о уже реализованной схеме: газовый котел, через его контур вода поступает в накопительный бак, из бака - к потребителям. До этого у меня уже была мысль так сделать, но останавливало то, что у таких котлов обещали переключение работы котла с отопления на ГВС, т.е. отопление просто отключалось в момент открытия крана с горячей водой. Как оказалось, в наших котлах это не так.
Кстати, какая регистрация может потребоваться для двухконтурного котла в случае замены старого на новый? Это же будет один аппарат. Про газовую колонку я такого же мнения, этого добра в доме не надо, лучше накопительного (но газового!) пока ничего не существует, а на лето будет хватать электрической части. Счетчик на газ в любом случае надо ставить, многие подтверждают, что это выгоднее, чем платить круглый год большие суммы за газ, который идет на отопление.
Скажу свое мнение. Я всю жизнь считал, что двухконтурный котел является комбинацией обычного котла и газовой колонки. Идея эта мне абсолютно не нравится. Во-первых, потому, что я не люблю газовые колонки, во-вторых, потому, что если вдруг система отопления не замкнута и в ней постоянно меняется состав воды, то это значит, что вся система будет подвержена коррозии и не прослужит больше 5-ти лет. Говорю это на основе того, что видел в магазинах и читал в книгах и инструкциях.
Действительно, есть варианты повышения КПД котла отопления, при которых разогрев системы ведется, например, котлом на солярке мощностью 20-30 кВт, а потом поддержание температуры осуществляется тенами значительно меньшей мощности. Мне эта идея начнет очень и очень нравиться уже очень скоро, когда цены на газ будут еще выше и встанет реальная задача повышения КПД котла и системы. Скажу только, что такая комбинированная система в большом почете на западе, где беднягам приходится экономить буквально на всем.
Теперь о системах с дополнительным баком. Это тоже классическая схема, описанная во многих и многих книжках, особенно, ранних годов выпуска. Дополнительный бак называется теплоаккумулятором. Он очень хорошо утеплен и используется в системах с отоплением на твердом топливе для того, чтобы топить только один раз в день. В такой системе два контура. Во время топки происходит нагрев как радиаторов, таки и воды в теплоаккумуляторе. Когда топка заканчивается, вода в системе забирается из теплоаккумулятора. Его должно хватать минимум на 8 часов. Теплоаккумулятор, конечно, должен быть значительного объема и, как я уже говорил, хорошо утеплен. Кроме того, такие системы дороги из-за необходимости использования котлов повышенной мощности (чтобы хватало и на дом, и на теплоаккумулятор), дороговизны утепленного металлического бака и, кстати, в такой схеме необходимо использовать циркуляционные насосы.
Такие схемы не получили должного распространения поскольку были довольно оперативно придуманы дровяные (угольные, торфяные) котлы с топками продолжительного горения.
На счет регистрации ничего не скажу, поскольку процедура зависит от местных властей. Сходите в свою контору, которая вам газ поставляет, и узнайте все доподлинно. Если у вас счетчик, то, как я понимаю, никакой регистрации вообще не требуется, поскольку поставщика газа волнует только показания счетчика и ничего больше.
То, что вы считаете накопительный газовый котел самым удачным решением горячего водоснабжения, поверьте, ваше сугубо личное мнение и оно не является самым распространенным.
Ёмкость системы отопления и её КПД
Как на Ваш взляд: влияет-ли количество теплоносителя(воды) в системе отопления с двухконтурным котлом и встроенным в него циркуляционным насосом на КПД системы в целом, то есть, в конечном итоге на расход газа? Кол-во воды в системе можно уменьшить, скажем, установив вместо чугунных батарей старого типа новые алюминиевые или из другого металла. С точки зрения физики КПД не должен измениться, ведь при большем количестве воды она дольше будет нагреваться до заданной температуры но и после будет дольше остывать! Так-ли это? Очень прошу ответить на мой вопрос или хотя бы высказать личную точку зрения.
Заранее благодарен Вам, Павел.
19531953195319531953 Вопрос задан 11.02.2008Автор: Дмитрий Белкин
Моя точка зрения состоит в том, что Вы абсолютно правильно сами ответили на свой вопрос. Только несколько микроскопических поправочек.
Количество воды в системе зависит от типа радиаторов и от диаметра труб и общей ёмкости котла. При этом играет роль не материал радиаторов, а только их тип и конфигурация.
Я совершенно согласен с тем, что количество воды влияет только на инерционность системы отопления, и никак не влияет на расход газа. На расход газа влияет только количество теплопотерь дома. Чем больше теплопотери - тем больше и расход газа.
Расход газа можно уменьшить только дополнительной качественной теплоизоляцией жилища, ветрозащитой стен и увеличением КПД системы в целом. КПД системы можно трактовать как отношение энергии, выделенной при сгорании газа к энергии употребленной только на нагрев воздуха в доме. Увеличить КПД отопления можно, используя более современный котел, теплоизолировав трубы отопления и усилив теплоизоляцию стен за радиаторами, ибо нагреваться должен воздух, а не стены.
В качестве дополнительных материалов по теме могу предложить статью об эффективности системы отопления и вопросы в этом же разделе.
Читайте также: