Поверхностное отопление по температурным параметрам
Обновлено: 28.05.2024
Радиаторы в низкотемпературных системах отопления
Радиаторы традиционно считаются атрибутами систем отопления с высокими температурными параметрами (в литературе термины «высокотемпературный» и «радиаторный» нередко даже используются как синонимы, в частности, когда речь идет о контурах отопительных систем). Но постулаты, на которых базировалась такая точка зрения, устарели. Экономия металла и строительной теплоизоляции не ставится сегодня выше экономии энергоресурсов. А технические характеристики современных радиаторов позволяют говорить не только о возможности их применения в низкотемпературных системах, но и о преимуществах такого решения. Это доказывают научные исследования, в течение двух лет осуществлявшиеся по инициативе компании Rettig ICC, владельца брендов Purmo, Radson, Vogel&Noot, Finimetal, Myson.
Снижение температуры теплоносителя – основная тенденция развития отопительной техники последних десятилетий в европейских странах. Это становилось возможным по мере улучшения теплоизоляции зданий, совершенствовании отопительных приборов. В 1980-х стандартные параметры были снижены до 75/65 ºC (подача/«обратка»). Основной выгодой от этого стало уменьшение потерь при выработке, транспортировке и распределении тепла, а также бóльшая безопасность для пользователей.
С ростом популярности напольного и других видов панельного отопления в системах, где они применяются, температура подачи уменьшена до уровня 55 ºC, что учтено конструкторами теплогенераторов, регулирующей арматуры и т.д.
Сегодня температура подачи в высокотехнологичных системах отопления может составлять 45 и даже 35 ºC. Стимул к достижению указанных параметров – возможность наиболее эффективно использовать такие источники тепла, как тепловые насосы и конденсационные котлы. При температуре теплоносителя вторичного контура 55/45 ºC коэффициент эффективности COP для теплового насоса типа «грунт–вода» составляет 3,6, а при 35/28 ºC уже – 4,6 (при работе только на обогрев). А эксплуатация котлов в конденсационном режиме, требующая охлаждения дымовых газов водой обратной линии ниже «точки росы» (при сжигании жидкого топлива – 47 ºC), дает выигрыш в КПД порядка 15 % и более. Таким образом, снижение температуры теплоносителя обеспечивает существенную экономию энергоресурсов, и, соответственно, сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу.
До сих пор основным решением, обеспечивающим обогрев помещений при низкой температуре теплоносителя, считались «теплый пол» и конвекторы с медно-алюминиевыми теплообменниками. Инициированные Rettig ICC исследования позволили добавить в этот ряд стальные панельные радиаторы. (Впрочем, практика в данном случае идет впереди теории, и такие отопительные приборы достаточно давно используются в составе низкотемператруных систем в Швеции, рис. 1).
Поверхностное отопление и кондиционирование помещений
Многим из нас хорошо знакомы системы отопления, выполненные в виде так называемых тёплых полов. Такой способ отопления имеет ряд преимуществ: комфортный микроклимат, экологичность, эстетическая привлекательность (отсутствуют радиаторы отопления, блоки кондиционеров и другие видимые элементы).
Дальнейшее логическое развитие идея тёплых полов получила в виде систем настенного и потолочного отопления и кондиционирования. В самом деле, почему стены и потолок должны простаивать без дела? Неудивительно, что для них был разработан ряд практических решений систем поверхностного отопления и кондиционирования. Такие решения предлагают компании Clina, REHAU, Uponor, Viega и некоторые другие. В Европе подобные системы получили достаточно широкое распространение и встречаются в 10-20 % всех современных зданий.
В чём же главное преимущество настенного и потолочного отопления и кондиционирования? Дело в том что комплексный подход к отоплению позволяет добиться идеального теплообмена между человеком и окружающей средой.
В настенных и потолочных системах передача тепла от нагретого тела к нагреваемому (скажем, от стен и потолка к человеку при отоплении и наоборот при кондиционировании) происходит в значительной мере (40-45 %) в виде излучения. Остальная часть энергии переносится конвекционными потоками воздуха. В то же время в привычных системах радиаторного отопления теплопередача на 90-95 % осуществляется конвекционными потоками воздуха. Большая площадь теплообмена даёт возможность снизить рабочую температуру нагревателя, что позволяет отказаться от применения сильно нагретых поверхностей, к которым «пригорает» пыль, а при неосторожном обращении обжечься может и человек.
В ТЕПЛЕ РОДНЫХ СТЕН
Настенные системы поверхностного отопления обычно выполнены на основе полимерных труб, заполненных теплоносителем (водой). Их используют и в качестве основных, и в качестве дополнительных источников тепла. Чаще всего они применяются в комплексе с водяными тёплыми полами. Создание общей системы водяного отопления для стен и полов выглядит экономически целесообразным, поскольку в ней используется один источник горячей воды и единый распределительный коллектор.
Читать: Тепловые насосы, принцип работы, разновидности, плюсы и минусыСистема «тёплый пол плюс стены» с водяным теплоносителем имеет свои преимущества по сравнению с исключительно напольным отоплением. Поскольку площадь стен в наших квартирах в несколько раз больше площади пола (например, в комнате 3 х 4 х 2.5 м площадь стен составит 35 м² при площади пола равной 12 м²). увеличение поверхности теплообмена позволяет изменять интенсивность нагрева и понижать температуру теплоносителя. Это даёт возможность совмещать систему отопления с низкотемпературными источниками тепла, такими, например, как тепловые насосы. Увеличивается и вариабельность: систему проще проектировать с учётом элементов интерьера, препятствующих теплообмену.
Электрические нагреватели для обогрева стен не рекомендуют использовать сами производители. Их применяют только для локального подогрева, например, зеркал в ванной комнате, чтобы они не запотевали. Связано это с тем что при монтаже на вертикальной плоскости верхние витки нагревательного кабеля сами будут достаточно интенсивно нагреваться от поступающего снизу тёплого воздуха, поэтому такая система не будет работать эффективно при саморегулирующемся кабеле. А резистивный кабель от перегрева может вообще выйти из строя до истечения срока службы.
Несмотря на то что настенные поверхностные системы водяного отопления известны довольно давно, в России они пока что широкого распространения не получили. Ассортимент тоже небогат. На рынке можно найти системы в виде гипсоволокнистых плит с интегрированными в них полимерными трубами (система Fonterra Side 12 компании Viega), гипсокартонных сэндвич-панелей со встроенными медными трубами либо в виде отдельных кондиционирующих элементов из металла (продукция Zehnder). а также комплектов полимерных труб, аналогичных используемым в тёплых полах (единая система REHAU. Fonterra Side 12 Clip (Viega), Plaster (Uponor). Панели устанавливаются способом «сухого» монтажа на каркас из деревянных брусков или металлических профилей и подключаются к распределительному коллектору. Стыки между панелями зашпаклёвывают.
При «мокром» монтаже трубы обычно монтируют, вдавливая в пазы на пластиковой направляющей ленте, закреплённой саморезами на поверхности стены (в соответствии с разработанной проектировщиком схемой укладки), затем спрессовывают, после чего вся конструкция покрывается штукатуркой. Толщина слоя цементно-известкового раствора над трубой должна получиться в пределах 20-30 мм. минимальньй слой делают не менее 10 мм с использованием армирующей сетки для предотвращения появления трещин.
Читать: Система рекуперации теплаПотолок не очень хорошо подходит для систем обогрева, но идеален для размещения систем панельно-лучистого охлаждения. В этих системах охлаждённые панели поглощают какую-то часть теплового излучения от всех более тёплых предметов интерьера и поверхностей помещения и из окружающего воздуха (за счёт теплопередачи и конвекции), тем самым уменьшая их температуру, то есть охлаждая их. В системах лучистого охлаждения применяется холодоноситель (вода) с температурой 15-16 °С, циркулирующий в замкнутом контуре. В традиционных же системах кондиционирования воздуха необходим холодоноситель с температурой 5-7 °С. Такая разница температур означает, что в первом случае достигается более высокая эффективность работы холодильной машины — примерно на 30 %. Кроме того, лучистое охлаждение более комфортно, нежели традиционное кондиционирование с помощью потоков охлаждённого воздуха, особенно в тех случаях, когда человек находится в комнате без одежды.
Для монтажа систем панельно-лучистого охлаждения используются капиллярные маты Clina и ВЕКА, гипсокартонные панели Uponor Gypsum. Каждый мат состоит из двух магистральных труб подачи и возврата воды, а также из гибких капиллярных трубок диаметром 3,6 и 4,3 мм. приваренных к магистральным трубам. Размеры мата могут быть различными: ширина — до 1 м. длина — от 30 см до 6 м. Гипсокартонные панели монтируются «сухим» способом, как описано выше, а капиллярные маты—несколькими методами: «мокрым» — в штукатурке на бетонное основание, на гипсокартон в гипсонартонную панель (такие панели изготавливаются фабричным способом), в запотолочном пространстве между основанием и декоративными потолочными панелями либо в кассетный потолок.
Читать: Как правильно расположить внутренний блок кондиционераТакое количество вариантов обеспечивает возможность монтажа в самых разных условиях. В частности, «мокрый» монтаж даёт возможность разместить системы охлаждения на потолочных конструкциях сложной формы, например сводчатых; монтаж в запотолочном пространстве позволяет обустраивать помещения с акустическими потолками и т. д.
Капиллярные системы охлаждения Clina отличаются от поверхностных систем отопления рядом конструктивных моментов. Здесь используется замкнутый контур с чистой водой, охлаждающейся от хладоносителя с помощью специальной теплообменной станции. Последняя включает пластинчатый теплообменник, разделяющий первичный и вторичный контуры, а также насос, расширительный бак, манометры, термометры, предохранительную и запорную арматуру.
Почему в устройства охлаждения нельзя подавать теплоноситель из водопровода? Во-первых, тогда со временем в трубках могут образоваться отложения. Во-вторых, в городских квартирах это недопустимо по экономическим и санитарным соображениям.
Основной проблемой, ограничивающей применение поверхностных систем охлаждения, является дорогостоящее оборудование. Для подготовки холодной воды требуется водоохлаждающая машина (чиллер), стоимость которой может составлять несколько сотен тысяч рублей. Кроме того, нужна система автоматики, призванная не допустить появления на холодных плоскостях конденсата, способного испортить отделку. Как известно, когда температура поверхности какого-либо предмета опускается ниже точки росы, на ней начинает конденсироваться влага из воздуха. Для предотвращения образования конденсата на охлаждающих панелях требуется, чтобы температура поступающей в них воды была выше температуры точки росы воздуха помещения. Например, для обеспечения в комнате температуры 26 °С и относительной влажности 50 %, при которых точка росы будет 15 °С, следует настроить термостат, регулирующий температуру поступающей в систему воды, либо регулятор водоохлаждающей машины на значение не ниже 17 °С. Ориентировочно для помещения площадью 100 м² общая стоимость системы может составить 1,5-2 млн руб. из расчёта 15-20 тыс. руб. на 1 м; потолочной конструкции.
Особенности единой системы обогрева и охлаждения поверхностей
В последние годы в нашей стране, за счёт своих высоких эксплуатационных характеристик, широкое распространение получила система отопления «тёплый пол». Ещё одно преимущество этой системы, а также систем «тёплые стены» и «тёплый потолок» — возможность их использования как для отопления помещений в холодное время года, так и для охлаждения летом.
В данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж» мы, с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:
- В чём заключается принцип работы системы обогрева и охлаждения поверхностей.
- Преимущества системы по сравнению с обычными системами отопления и кондиционирования воздуха.
- На какие нюансы необходимо обратить внимание при монтаже и эксплуатации системы обогрева и охлаждения поверхностей.
Принцип работы единой системы обогрева и охлаждения поверхностей
Прежде, чем мы расскажем об особенностях единой системы обогрева и охлаждения поверхностей, напомним, как работает водяной «тёплый пол». Итак, основу этой системы составляют регистры из греющих труб, по которым циркулирует теплоноситель, например, вода. Трубы уложены в хорошо теплоизолированной снизу бетонной стяжке, что, за счёт её высокой теплопроводности, обеспечивает равномерное распределение температур по поверхности пола.
Отметим, что по СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», температура воздуха в жилых помещениях должна составлять 20 °С. Но понятие «комфортная температура» весьма субъективно. Человек может воспринимать температуру в помещении за счёт теплообмена с воздухом (конвективное тепло), а также за счёт лучистой энергии (лучистый теплообмен).
Важный нюанс: лучистое тепло воспринимается человеком как более комфортное, а главное — тепловой комфорт ощущается при более низкой температуре воздуха. Это позволяет понизить температуру воздуха в помещении на 1–2 °C. И, уменьшая температуру воздуха, можно снизить годовые затраты энергии от 6 до 12%.
Система «тёплый пол» обеспечивает повышенный тепловой комфорт за счет низкотемпературного лучистого теплообмена между человеком и окружающими поверхностями, а также за счёт оптимального распределения температур по высоте помещения. Благодаря низкой величине конвективных потоков, в отличие от радиаторной системы отопления, обеспечивается минимальная подвижность воздуха в помещении. Также в воздухе нет циркуляции мелкодисперсной пыли, что особенно важно для людей, подверженных аллергии.
Теперь, вооружившись этими знаниями, рассмотрим принцип работы единой системы обогрева и охлаждения поверхностей.
Конструктивно такие системы представляют собой контур из труб, заложенных в ограждающие конструкции или закреплённых на них панелей, системы управления (автоматики), источника тепла и холода. Системы могут быть:
- напольными;
- стеновыми;
- потолочными.
Система работает следующим образом — есть источник тепла и источник холода, которые готовят воду. Вода запускается в одни и те же регистры (трубы), совмещённые со строительными конструкциями. Для холодного периода (зимой) вода запускается подогретая, для жаркого (лета) – охлаждённая.
Таким образом, используя один и тот же контур, можно как обогревать, так и охлаждать помещение, преимущественно за счёт лучистой составляющей. А, т.к. человек чувствует себя наиболее комфортно, если, минимум, 50% его теплоотдачи осуществляется за счет излучения, то в доме создаётся наиболее благоприятный микроклимат.
Преимущества системы обогрева и охлаждения поверхностей
Т.к. обогрев и охлаждение в единой системе происходит благодаря большой площади поверхностей, повышается эффективность её работы. Это связано с тем, что температура на поверхности пола, стены или потолка всего на несколько градусов отличается от температуры воздуха в помещении. Это обеспечивает оптимальные и комфортные условия для человека, потому что происходит интенсивный обмен лучистой энергией между человеком и нагревающими/охлаждающими поверхностями.
Система является энергосберегающей как в режиме охлаждения, так и в режиме обогрева. Например, зимой нам не требуется сильно нагревать воздух помещения, а в холодный – сильно переохлаждать его. За счет этого зимой уменьшаются теплопотери, а летом – теплопоступления в помещение.
Охлаждение (по стоимости из-за энергозатрат) обходится в 6 раз дороже, чем отопление.Единые системы обогрева и охлаждения работают бесшумно. При их работе также отсутствуют: сквозняки, вызванные высокой скоростью движения воздуха в обычных системах кондиционирования, т.к. в фанкойлах, чиллерах, сплит-системах присутствует аэродинамический шум от движения воздуха. Также нет источников холодного или перегретого воздуха.
Добавим, что отопление и охлаждение помещения осуществляется единой системой, имеющей хорошие эксплуатационные характеристики. Также снижаются капитальные затраты, т.к. отпадает необходимость монтировать систему отопления и систему кондиционирования воздуха.
Подбор компонентов такой системы делается только на основании расчета специалиста, имеющего профильное образование.
Особенности монтажа и эксплуатации единой системы обогрева и охлаждения поверхностей
В целом, монтаж систем «тёплые стены» и «тёплый потолок» аналогичен монтажу системы «теплый пол». В «тело» ограждающих конструкций закладываются трубы, которые образуют греющий/охлаждающий контур. Т.к. трубы закладываются в стяжку или в слой штукатурки, для устройства системы следует использовать качественные материалы, обладающие долгим сроком службы. Это гарантирует надёжность работы системы.
Чтобы уменьшить расход штукатурки, в стенах используются трубы малого диаметра — 10 мм. Итого: 1 см штукатурки, чтобы закрыть ею трубы заподлицо + 1 см отделочного слоя поверх них = слой в 2 см. Кроме этого, есть готовые гипсоволоконные панели для стен и потолков, толщиной 15 мм, в которых уже заложены трубы. Такие панели монтируются на каркас, как листы гипсокартона.
Важный нюанс: регистры из труб, которые заложены в пол, на 30% эффективнее работают на обогрев и на 30% хуже на охлаждение. И, наоборот, потолок на 30% лучше работает на охлаждение и на 30% хуже на обогрев.
Это связано с тем, что у пола в режиме охлаждения и у потолка в режиме обогрева пропадает конвективная составляющая, которая как раз и составляет 30% в общем тепловом балансе. Холодный воздух опускается с потолка, а на его место приходит нагретый. А когда мы включаем систему на обогрев, то теплый воздух под потолком образует «тепловую подушку», которая никуда не уходит. 30%, которые идут на конвекцию, теряются, но остается 70% лучистого тепла, которое и работает.
Стены одинаково эффективны работают как на обогрев, так и на охлаждение.Важный нюанс: чтобы сократить теплопотери и не отапливать через ограждающие конструкции улицу, наружные ограждающие конструкции следует хорошо утеплить. В хорошо утеплённом здании поверхностей потолка, стен, пола, в которые будет встроена единая система обогрева и охлаждения наверняка хватит для компенсации всех теплопотерь и теплопоступлений.
Следует отметить, что система единого обогрева и охлаждения поверхностей проектируется так, чтобы исключить возможность выпадения конденсата при её эксплуатации в режиме охлаждения. Но, на всякий случай, в систему автоматического регулирования включается контроллер точки росы. Он монтируется на металлических элементах — деталях системы, на которых в первую очередь начинает образовываться конденсат. В случае его появления, срабатывает контрольная система и прекращается циркуляция воды.
Аварийная система делается обязательно. Датчик прижимается к поверхности коллектора и, когда на нем образуется влага, изменяется электропроводность, и он даёт сигнал по проводам на перекрытие вентиля.
Во влажном климате в систему добавляются осушители воздуха. Они также автоматически включаются по датчику влаги. Добавим, что системы обогрева и охлаждения дополняются системой автоматического регулирования, которая управляет всеми процессами и автоматически переключает режимы.
Такая система с высокой точностью автоматически поддерживает заданные текущие параметры микроклимата в помещении, а также автоматически осуществляет переход с режима обогрева на режим охлаждения по окончании отопительного сезона.
Система водяного теплого пола: особенности, управление
В нашей стране системы напольного отопления появились сравнительно недавно, и длительное время оставались нестандартным способом отопления и одним из признаков состоятельности. Сегодня же они получили повсеместное распространение в сфере частного загородного домостроения, как в комбинированных системах отопления, так и в качестве альтернативы радиаторам. В обоих случаях наиболее востребован водяной теплый пол, при помощи специалиста компании Uponor и участников нашего портала разберемся, на чем основан все возрастающий спрос на эти системы и как их автоматизировать.
- Почему так популярны теплые полы
- Хватит ли теплого пола, чтобы отопить дом
- Управление системой водяного теплого пола
Почему так популярны теплые полы
Главным отличием систем водяного теплого пола от радиаторных является не столько скрытая прокладка контура с теплоносителем, хотя и это база для массы преимуществ, сколько пониженная температура теплоносителя. В европейских странах эти системы успешно прошли проверку временем – более полувека даже в северной части континента именно их используют в качестве основного источника тепла. Естественно, такой выбор обусловлен исключительно практичностью, а не менталитетом.
Ввиду особенностей напольных систем, можно сказать, что они экономичны, экологичны и эстетичны. Низкотемпературные системы поверхностного отопления вырабатывают мягкое лучистое тепло и воздействуют напрямую на человека, без промежуточного прогрева воздушных масс в помещении. Это позволяет снизить температуру в комнатах, при этом сохранить необходимый уровень комфорта и снизить затраты на отопление.
И речь не только о комфорте, но и о предпочтительном микроклимате.
Тепло, излучаемое теплым полом, воспринимается во много раз лучше конвекционного. Это обусловлено биологическим строением нашего тела. По результатам исследований ученых, ощущение комфорта и тепла возникает у человека тогда, когда температура на уровне его ног несколько выше температуры уровня его головы. Оптимальное состояние, когда температура поверхности пола составляет от 20 до 29°C, а на уровне головы – от 19 до 24°C.
Кроме того, что «в здоровом теле здоровый дух», отопление теплым полом еще и выгодно.
- С точки зрения затрат – хотя теплый пол на этапе монтажа обходится дороже, при эксплуатации он выгоднее, за счет меньшего нагрева теплоносителя и равномерного распределения тепла, экономия на энергоносителях варьируется в пределах 12-15 %.
- С точки зрения декоративности – стать украшением интерьера могут только эксклюзивные дизайнерские радиаторы, доступные типовые модели в лучшем случае, не испортят вид. Но и тогда создадут определенные ограничения при оформлении интерьера, в то время как скрытая отопительная система напротив, «развязывает руки».
- С точки зрения практичности – конвективная система отопления, базирующаяся на циркуляции воздушных масс, сопровождается и циркуляцией пыли, оседающей на все поверхности. А это не только лишняя уборка, особенно, если интерьер в темных тонах (не говоря о самих радиаторах и пространстве за ними), но и неблагоприятный фактор для астматиков и аллергиков.
Напольное отопление выбирают и чтобы эстетику сохранить, особенно, когда остекление панорамное, и чтобы «ноги в тепле, а голова в холоде», и в надежде с годами остаться в плюсе. Эффективность же водяного теплого пола доказана практикой – основная масса построенных или реконструированных загородных домов сегодня отапливается преимущественно комбинированной системой, теплый пол и радиаторы, либо только теплым полом. Мало того, подобными системами в качестве единственного источника тепла начали оснащать и многоэтажные дома в жилых комплексах.
Чтобы повысить уровень комфорта жильцов, создать оптимальный микроклимат и сократить затраты на отопление, для одного из ЖК в Санкт-Петербурге была выбрана система водяного теплого пола. В среднем, это позволило снизить потребление энергии в квартирах на 20 %.
- Используемые трубы – сшитый полиэтилен PE-Xa 17×2,0 (с антидиффузионным слоем).
- Укладка – спираль (для обеспечения равномерной теплоотдачи).
- Шаг укладки петель – 200 мм и 100 мм (над окнами и торцевыми стенами).
Для максимальной отдачи системы укомплектованы управляющей автоматикой.
Основная же масса проблем, приписываемых водяному теплому полу (зебра, горячо/холодно, протечки и т. д.), связана не с недостатками системы как таковой, а с ошибками при проектировании, некачественными комплектующими или нарушениями технологии монтажа.
Хватит ли теплого пола, чтобы отопить дом
Как чисто не там, где чаще метут, а там, где не сорят, так и тепло не там где сильнее топят, а там, где теплопотери меньше. Чтобы температура в доме была комфортной для жильцов, подача тепла должна покрывать его отток через ограждающие конструкции. В домах предыдущего поколения этого добивались преимущественно за счет увеличения мощности и просто сильнее «кочегарили» печи или котлы. Теперь с такой системой можно в прямом смысле «вылететь в трубу» на счетах за энергоносители, и все силы брошены на сокращение оттока. А в домах с герметичным контуром тип отопительной системы практически не играет роли, так как за счет утепления теплопотери минимальны и для их восполнения может быть достаточно и обогрева только полом. Однако в каждом конкретном случае необходим точный теплотехнический расчет с учетом индивидуальных параметров дома.
Поддерживать комфортную температуру в доме – задача всей, правильно спроектированной системы отопления. Если по тепловому расчету выходит так, что теплого пола, с нормированной температурой поверхности, хватает для достижения комфортной температуры, значит, больше ничего не нужно. Если нет, то необходимо добавить другие отопительные приборы.
Низкотемпературные системы отопления
Несмотря на суровый климат, низкотемпературные системы отопления все чаще применяются и в России. Их преимущества постепенно завоевывают признание и в нашей стране.
Г лавная особенность низкотемпературных систем отражает температуру теплоносителя. Он может нагреваться в такой системе до температуры не более 70°С (обычно 50-55°С), а разность температур теплоносителя в прямой и обратной линиях зачастую не превышает 14°С. В отличие от высокотемпературных систем, где температура теплоносителя может достигать 95°С.
К преимуществам низкотемпературных систем относят:
- равномерную и комфортную температуру воздуха в помещении, что обеспечивает пользователю более высокий уровень температурного комфорта;
- большую гибкость и экологичность, за счет возможности создания многовалентных (от нескольких источников энергии, в том числе возобновляемых) систем теплоснабжения.
Источники тепла и особенности комплектации
При использовании альтернативных источников энергии периодического действия (солнечная энергия, сбросная теплота технологического процесса) в системе низкотемпературного водяного отопления используются теплоаккумуляторы. В бытовых системах отопления эту функцию обычно выполняют баки-аккумуляторы, которые устанавливаются практически во всех поливалентных системах (рис. 1). Такой теплоаккумулятор представляет собой хорошо изолированную, например, слоем полиуретана толщиной 80-100 мм емкость, в которую встроено несколько теплообменников, в том числе от солнечного коллектора и/или теплового насоса.
Рис. 1. Бивалентная система отопления (схема) с баком-аккумулятором
Современные решения для относительно больших зданий предполагают использование в качестве одного из источников тепла сеть централизованного теплоснабжения. При этом появляется возможность дополнить такую систему тепловыми и солнечными насосами.
Пиковым теплогенератором поливалентных низкотемпературных систем и единственным моновалентным часто является конденсационный котел (рис. 2), в котором дополнительным источником энергии служит утилизируемая энергия фазового перехода пара, содержащегося в продуктах реакции горения, в воду. При этом можно получить еще 6 и 11 % тепловой энергии, соответственно, при использовании жидкого и газообразного топлива.
Рис. 2. Принцип работы конденсационного котла (схема)
Конденсационный режим работы котла в значительной степени зависит от температурных параметров системы отопления. Чем ниже температура теплоносителя в обратном котловом контуре, тем более полно происходит конденсация пара, больше тепла будет утилизировано, выше КПД. Для газовых котлов пороговая температура конденсационного режима 57°С. Поэтому и система отопления должна быть рассчитана на использование теплоносителя с более низкой температурой в обратном контуре.
При средних для зимнего периода температурах она по проектному расчету с учетом максимальной эффективности конденсационного режима не должна превышать 45°С. Такие параметры обеспечиваются низкотемпературными системами отопления, в которых конденсационные котлы работают преимущественно в «штатном» для них режиме.
Из-за малого перепада температуры теплоносителя на входе и выходе низкотемпературные системы отопления обычно выполняются двухтрубными с расширительным баком, который хорошо изолирован и снабжен циркуляционной линией.
Для удаления воздуха из систем с нижней разводкой предусматривают воздушную линию и воздушные краны непосредственно у отопительных приборов.
Отопительные приборы низкотемпературных систем
В общем случае, низкотемпературные системы отопления имеют и более низкие, по сравнению с высокотемпературными, удельные тепловые потоки от поверхности отопительного прибора. Необходимый объем передачи энергии может обеспечиваться в таком случае за счет увеличения поверхности теплосъема, которая в значительной степени определяется габаритными размерами (длиной и высотой) отопительного прибора или количеством секций, либо теплосъем должен интенсифицироваться с теплообменных поверхностей.
Соответственно приборы водяного отопления, рассчитанные на применение в низкотемпературных системах, должны иметь более развитые и сложные поверхности теплообмена. Этому соответствует применение конвекторов с большой площадью оребрения при качественном контакте с коллектором. Увеличить эффективность теплосъема в таких приборах позволяет режим принудительной конвекции. Это же реализуется и в ряде приборов, позиционируемых как радиаторы.
Значение имеет и материал, из которого изготовлены приборы. Так, эффективные в высокотемпературных системах отопления чугунные радиаторы характеризуются большой тепловой инерцией. Система отопления, созданная на их основе, хуже поддается регулировке средствами современной автоматики. Даже ставшие уже привычными терморегуляторы не столь эффективны.
В отличие от чугунных, стальные панельные радиаторы (рис. 3), большинство из которых по принципу теплоотдачи правильнее называть конвекторами, имеют малую инерционность, то есть быстро нагреваются и остывают, что позволяет автоматически регулировать их работу, экономя энергию, и сравнительно простую конструкцию. Большая площадь панелей обеспечивает высокий уровень теплоизлучения, а наличие оребрения в межпанельном пространстве увеличивает конвективную часть теплоотдачи, повышая комфортность отопления.
Рис. 3. Стальной панельный радиатор
Широкий модельный ряд стальных панельных радиаторов и большое число компаний-производителей и дистрибьюторов позволяют без труда подобрать оптимальный прибор для любого помещения.
Многорядные (с несколькими панелями) стальные радиаторы хорошо подходят для эксплуатации в низкотемпературных системах отопления, практически идеально соответствуя возможностям устанавливаемой на них терморегулирующей арматуре.
Стальные трубчатые радиаторы имеют привлекательный дизайн и характеризуются низким гидравлическим сопротивлением и гигиеничностью. В низкотемпературном комфортном отоплении они заняли собственную нишу дизайн-приборов. Однако они характеризуются более высокой тепловой инерцией по сравнению со стальными панельными радиаторами.
При переходе на более низкие температурные параметры теплоносителя возрастает доля конвективного переноса тепла. Наиболее полно такой механизм реализуется в конвекторах, отличающихся от радиаторов конструкцией, обеспечивающей преимущественную реализацию такого механизма теплопереноса. При этом режим принудительной конвекции позволяет его увеличить в разы.
Отдельного упоминания заслуживают встраиваемый в пол конвекторы (рис. 4), которые почти невидимые, на поверхности пола только декоративная решетка, позволяют эффективно отапливать большие помещения, в том числе с большими площадями остекления фасадов. Эти приборы характеризуются большой поверхностью теплообмена, теплосъем с которой может усиливаться с помощью принудительной вентиляции. Установленные в пол по периметру помещения, оснащенные терморегулирующей автоматикой, они могут очень гибко регулировать уровень теплового комфорта.
Рис. 4. Встраиваемый в пол конвектор
Главным требованиям, предъявляемым к приборам для организации низкотемпературного отопления, отвечают конвекторы, реализующие концепцию Low H2O, разработанную компанией Jaga. Очень низкий объем воды в радиаторе обеспечивает быстрое реагирование на управляющее воздействие. Объем теплоносителя в таком приборе мощностью 2 кВт, по другим характеристикам аналогичном традиционному, не превышает 1 дц3 при общей его массе 3 кг. Это создает возможность очень быстро реагировать температурой развитых теплообменных поверхностей на изменения температуры теплоносителя, которые в свою очередь соответствуют малейшим изменениям температуры в атмосфере отапливаемого помещения. В итоге пользователь получает преимущество управления тепловым комфортом в автоматическом режиме. Такие приборы рассчитаны на работу в системах с конденсационными котлами, тепловыми насосами, солнечными коллекторами и другими источниками с низкими температурными режимами, позволяя снизить потребление энергии без ущерба для комфортности.
Плюс «теплые полы»
«Теплый пол» и панельное отопление также можно рассматривать в ряду технических средств, успешно применяемых составе низкотемпературных отопительных систем. Теплый пол позволяет получить вертикальное распределение температур в помещении, близкое к идеальному, наиболее соответствующему физиологическим требованиям человека: более высокая температура внизу помещения, а не в зоне головы, при небольшом перепаде температур. На высоте головы температура в помещениях с теплым полом составляет около 18°C, что близко к оптимуму теплового комфорта (рис. 5).
Рис. 5. Градиент температур по вертикали в помещении при напольном отоплении: коричневым цветом показана идеальная кривая, красным – действительная для теплого пола
Оптимальная результирующая температура, отражающая состояние теплового комфорта человека, регламентируется ГОСТ 30494-2011 для жилых и административных зданий на уровне значений 20-22˚С. Благодаря более комфортному градиенту температур в помещении напольное отопление обеспечивает тепловой комфорт при температуре на 1-2°С ниже регламентируемого, чего не позволяет добиться конвективное радиаторное. Следствием этого является более экономный расход энергии.
Преимущества в достижении комфорта с помощью теплых полов объясняются особенностями теплоотдачи при данном способе отопления.
Теплый пол, также как и любой отопительный прибор, отдает тепло преимущественно излучением и конвекцией. Доля радиационной составляющей в теплоотдаче теплого пола несколько ниже конвекционной из-за невысокой температуры поверхности, которая регламентируется СНиПом 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» для жилых помещений с постоянным пребыванием людей не выше 26°С и не выше 31°С в помещениях с временным пребыванием.
В соответствии с этим ограничением температура теплоносителя в системе водяного теплого пола регламентируется не выше 45ºC (с перепадом на входе и выходе 10-12ºC), что соответствует значению данного параметра в низкотемпературных системах отопления.
Удельный теплосъем с поверхности любых напольных систем составляет порядка 100 Вт/м2. Преимущества же комфортности этого способа обогрева объясняются прежде всего равномерной теплоотдачей со всей площади поверхности пола. Именно поэтому тепло распределяется также равномерно по всему объему помещения, и даже относительно небольшой вклад радиационной составляющей становится заметным.
Способствует равномерному распределению тепла без локальных зон перегрева и то, что при теплоотдаче с поверхности теплого пола не образуется стойких конвекционных потоков, которые, к тому же, разносят пыль в атмосфере помещения. Как следствие, теплый пол оказывается более выигрышным способом обогрева и с гигиенической точки зрения.
Низкотемпературный вакуум
Особое место среди отопительных приборов занимают низкотемпературные вакуумные радиаторы отопления, использующие схему тепловой трубки (рис. 6 а, б). Это герметичные емкости с небольшим количеством хладагента внутри, в которых создается разряжение, обеспечивающее переход жидкости в пар при 30-35°С (при понижении давления соответственно понижается и температура фазового перехода). В основании прибора проходит труба с циркулирующим теплоносителем. При контакте с ее поверхностью, нагретой выше 35°С хладагент в разряженном воздухе превращается в пар, поднимается вверх, конденсируется на стенках прибора, нагревая их, и стекает вниз, где вновь превращается в пар. Затем цикл повторяется.
Рис. 6. Вакуумный радиатор отопления: а – установленный в системе отопления, б – принцип работы (схема)
При этом разность температур нагретой трубы с теплоносителем и поверхностью прибора составляет 15-20°С. У таких низкотемпературных отопительных радиаторов температура поверхности прибора не превышает 65°С, при температуре теплоносителя 85°С и температуре воздуха в помещении 20-22°С.
Важное преимущество таких приборов – сокращение объема теплоносителя в системе отопления в десятки раз. Поэтому при запуске системы отопления происходит сокращение сопоставимое сокращение энергозатрат. Например, для разогрева теплоносителя при работе котла мощностью 20 кВт при регистрах Æ0,16 м и длиной 50 м требуется время около четырех часов, а при аналогичных вакуумных регистрах – три минуты. При прочих равных параметрах такой эффект достигается за счет практически стократного снижения массы теплоносителя в отопительной системе.
Читайте также: