Один за другим на планету обрушиваются экономические кризисы, что вкупе со стремительно уменьшающимся количеством ресурсов создаёт потребность в разработке и использовании энергосберегающих технологий. Эта тенденция не обошла стороной и системы отопления, стремящиеся к сохранению или даже увеличению своего КПД при заметно меньшем потреблении ресурсов. Разберёмся же, что представляют собой новые технологии отопления частного дома, квартиры и промышленных помещений, разложив отопительную систему на четыре основных компонента: генератор тепла, отопительный прибор, система отопления и система управления.

Котельная система отопления это наиболее производительная, хотя и самая затратная (после электрообогревателей) из всех современных автономных технологий отопления. Хотя сам по себе котёл - изобретение с древней историей, современные производители сумели модернизировать его, увеличив КПД и приспособив под разные виды топлива. Так, выделяют три основных (работающих на горючем) вида котлов - твердотопливные, газовые, на жидком топливе. Несколько выбивающиеся из этой классификации электрокотлы, а также комбинированные, или многотопливные - совмещают в себе качества сразу двух-трёх разновидностей.

Твердотопливные котлы

Интересна тенденция возвращения к традициям прошлого и активного использования твёрдого топлива: от обычных дров и угля до специальных пеллетов (гранул, спрессованных из побочных продуктов деревообработки) и торфяных брикетов.

Твердотопливные котлы делятся по типу топлива на:

Классические без проблем «принимают» любую разновидность твёрдого топлива, максимально надёжны и просты (по сути, это древнейший генератор тепла в истории человечества), дёшевы. Из недостатков: «капризность» по отношению к влажному топливу, невысокий КПД, невозможность регулировки температуры теплоносителя.

Пеллетный котёл - это устройство отопления, работающее на отходах древесины, спрессованных в маленькие гранулы. Выделяются высоким КПД, продолжительной работой на одной загрузке, крайне удобной системой загрузки пеллетов (засыпаются из мешка или пакета), возможностью настройки котла. Единственный существенный недостаток - достаточно дорогие гранулы для отопления цена которых колеблется от 6900 до 7700 рублей за тонну, в зависимости от зольности и теплотворности.

Следующий тип - котлы отопления пиролизные, работающие на пиролизном газе, извлекаемом из древесины. Топливо в таком котле медленно тлеет, а не сгорает, благодаря чему отдаёт заметно больше тепла. Достоинства: высокие КПД и надёжность, регулировка теплоотдачи, до полусуток работы без повторной загрузки. Единственный недостаток - потребность в подключении к электросети, из-за чего во время перебоев с подачей электроэнергии дом может остаться без тепла.

Стандартные котлы длительного горения загружаются любыми видами твёрдого топлива, за исключением древесины: кокс, бурый и каменный уголь, торфяные брикеты, пеллеты. Существует другая разновидность, разработанная специально для работы на дровах и несколько отличающаяся устройством. Преимущества: работа до пяти суток на нефтепродуктах и до двух суток при загрузке древесиной. Недостатки: относительно невысокий КПД, потребность в постоянной чистке.

Газовые котлы

Магистральный газ - наиболее экономичный из всех видов топлива, а котлы, на нём работающие, считаются самыми удобными в использовании и обслуживании. Объясняется это их полностью автоматизированной работой и абсолютной безопасностью, за что отвечает множество датчиков и контроллеров. Недостатков как таковых не имеют, хотя и нуждаются в наличии газовой магистрали или постоянной доставке новых баллонов.

Котлы на жидком топливе

Нельзя сказать, что такие системы отопления инновационные, однако они стабильно востребованы на протяжении десятилетий и поэтому достойны упоминания. Главные виды жидкого горючего: дизельное топливо и сжиженная пропан-бутановая смесь. Преимущества перед твердотопливными: почти полная автоматизация работы. Недостатки: крайне высокая стоимость отопления, уступающая лишь электричеству.

Электрическое отопление

Отличается широчайшим многообразием отопительных систем и отдельных приборов. Это и электроконвекторы (которые в свою очередь бывают внутрипольными, напольными и настенными), и электрокотлы, и тепловентиляторы, и инфракрасные обогреватели, и масляные радиаторы, и тепловые пушки, и всем известный тёплый пол. Их общий и пока непреодолимый недостаток - крайне высокая стоимость отопления. Самыми экономичными из них считаются инфракрасные радиаторы и тёплые полы.

Тепловые насосы

Эти системы отопления современные в полном смысле слова, несмотря на то, что появились ещё в 80-е годы. Тогда они были доступны лишь зажиточным людям, но теперь многие приноровились собирать их вручную, благодаря чему медленно, но верно завоёвывают популярность. Очень упрощённо принцип их работы заключается в извлечении тепла из воздуха, воды или земли снаружи дома и переносе его в дом, где тепло передаётся или непосредственно в воздух, или сначала в теплоноситель - воду.

Гелиосистемы

Ещё одна развивающаяся быстрыми темпами технология -гелиосистемы отопления, более известные под названием солнечных батарей.

Преимущества:

Недостатки:

Тепловые панели

Представляют собой тонкие прямоугольные (как правило) пластины, закрепляющиеся на стене. Тыльная сторона такой пластины покрыта теплоаккумулирующим веществом, способным нагреваться до 90 градусов и получающим тепло от нагревательного элемента. Энергопотребление составляет всего 50 Ватт на 1 квадратный метр, в отличие от устаревших электрокаминов, требующих по меньшей мере 100 Ватт на ту же площадь. Обогрев происходит за счёт конвекционного эффекта.

Кроме экономичности тепловые панели отличаются:

Недостаток лишь один - тепловые панели становятся нерентабельными весной и ранней осенью, когда жилище нуждается лишь в небольшом обогреве с вечера по утро.

Монолитные кварцевые модули

Уникальная разработка С. Саркисяна - кандидата технических наук. Внешне пластины очень похожи на тепловые панели, однако принцип их действия основан на высокой теплоёмкости кварцевого песка. Нагревательный элемент передаёт песку тепловую энергию, после чего он продолжает обогревать жилище, даже когда устройство отключено от сети. Экономия, как и в случае с тепловыми панелями, составляет 50% от затрат на стандартные электрообогреватели.

ПЛЭН - плёночные лучистые электрические нагреватели

У этой инновационной системы отопления устройство столь же просто, сколь и гениально: кабель питания, нагревательные элементы, диэлектрическая плёнка и отражающий экран. Обогреватель закрепляется на потолке, а производимое им ИК-излучение нагревает располагающиеся ниже предметы. Те в свою очередь передают тепло воздуху.

Главные достоинства ПЛЭН:

Тепловые гидродинамические насосы

Эти устройства, также известные как кавитационные теплогенераторы систем отопления, вырабатывают тепло за счёт нагрева теплоносителя по принципу кавитации.

Теплоноситель в таком насосе вращается в специальном активаторе.

На местах разрыва целостной массы жидкости в результате мгновенного снижения давления появляются пузырьки-каверны, почти моментально лопающиеся. Это вызывает изменение физико-химических параметров теплоносителя и выделение тепловой энергии.

Интересно, что даже при нынешнем уровне научного и технического развития процесс кавитационной выработки энергии плохо изучен. Внятное объяснение тому, почему прирост энергии больше, чем её затраты, пока не найдено.

Кондиционер как обогреватель

Практически все современные модели кондиционеров оснащены функцией обогрева. Как ни странно, кондиционер обладает втрое большим КПД, нежели стандартные электрообогреватели: 3 кВт тепла из 1 кВт электричества против 0,98 кВт тепла из 1 кВт электричества.

Таким образом, кондиционер для отопления зимой способен на короткое время заменить отключенное отопление или вышедший из строя электрокамин. Однако в силу того, что в кондиционерах для нагрева воздуха не используются ТЭНы, их эффективность падает с каждым градусом температуры за окном. Кроме того, сильный мороз перегружает устройство, и работа в таком режиме способна привести к поломке. Лучшим вариантом будет использование кондиционера в межсезонье.

Конвекторы

Поскольку конвекторная система отопления - понятие чрезвычайно широкое, и почти каждый современный отопительный прибор использует конвекционный эффект, заранее оговоримся, что речь здесь идёт только об отдельных водяных и электроконвекторах. Они представляют собой помещённый в металлический корпус ребристый нагреватель.

Циркулирующий между рёбрами устройства воздух нагревается и поднимается ввысь, а на его место затягиваются воздушные массы, уже успевшие за это время охладиться.

Эта бесконечная циркуляция и называется конвекцией. По источнику тепла конвекторные обогреватели делятся на водяные и электрические, а по месту расположения - на внутрипольные, напольные и настенные. Также любой из них может работать по принципу или естественной конвекции, или принудительной (с вентилятором).

Хотя разновидности конвекторов и особенности каждой из них - тема для отдельной статьи, можно выделить общие преимущества использования этих обогревателей:

Так что же выгоднее в финансовом плане?

В качестве итога к этому разделу сравним стоимость отопления на разных видах топлива: на дровах, пеллетах, каменном угле, дизельном топливе, пропан-бутановой смеси, обычном магистральном газе и электроэнергии. При средних ценах на каждый вид топлива и со среднестатистической длительностью отопительного сезона в 7 месяцев за это время придётся потратить:

Лидер очевиден.

Отопительные приборы

В первую очередь радиаторы отопления современные - это биметаллические и алюминиевые модели. Однако наблюдается стабильный спрос и на стальные, и на чугунные изделия, что обусловлено новым подходом производителей к изготовлению устаревших, казалось бы, отопительных приборов. Опишем вкратце достоинства и недостатки каждого типа.

Алюминиевые

Наиболее популярны на постсоветском пространстве за соотношение цена/качество (дешевле биметаллических, во многом надёжнее стальных и чугунных) .

Преимущества:

1. лучшая среди всех аналогов теплоотдача;
2. дорогие модели выдерживают давление до 20 бар;
3. маленький вес;
4. простейшая установка.

Недостатки: плохая сопротивляемость коррозии, особенно заметная на стыке алюминия с другими металлами;

Биметаллические

Общепризнанно лучший тип радиаторов. Название получили благодаря совмещению в своей конструкции стали (внутренний слой) и алюминия (кожух).

Преимущества:

Недостатки: высокая цена.

Стальные

Плохо подходят для многоэтажных домов и централизованной системы отопления в целом, а все свои лучшие свойства проявляют в частных домах, отлично вписываются в системы отопления производственных помещений на заводах и фабриках. Более подробно о стальных радиаторах отопления можно прочитать .

Преимущества:

1. теплоотдача выше среднего;
2. быстрое начало теплоотдачи;
3. низкая стоимость;
4. эстетичный вид.

Недостатки:

Чугунные

Следует понимать, что радиаторы отопления современные чугунные - это уже не бугристые и неподъёмные пережитки прошлого, «украшавшие» собой почти каждый дом во времена СССР. Современные производители значительно улучшили их внешний вид, сделав почти неотличимыми от биметаллических или алюминиевых моделей. Более того, ширится мода на так называемые , формы и узоры которых привносят в дом атмосферу начала XX века.
Преимущества:

Недостатки: огромный вес и вытекающие из-за этого сложности с установкой (зачастую требуются специальные опоры-ножки).

Система отопления

В большинстве современных загородных домов используется горизонтальная система отопления, главное отличие которой от вертикальных разводок - частичное (реже - полное) отсутствие вертикальных стояков.

В России особенно популярна такая разновидность горизонтальной системы, как однопроводная система отопления (или однотрубная).

Она предполагают естественное, без циркуляционного насоса движение воды. От нагревательного прибора теплоноситель поступает по стояку на второй этаж здания, где распределяется по радиаторам и передающим стоякам.

Циркуляция воды без насоса становится возможной благодаря изменению плотности горячей и холодной воды.

Однотрубная система имеет ряд преимуществ перед двухтрубной:

Система управления

Дополнительные преимущества способен обеспечить контроллер системы отопления - миниатюрное компьютерное устройство, способное:

Нагревательными приборами систем центрального отопления называют устройства для передачи тепла от теплоносителя отапливаемому помещению. Нагреватель­ные приборы должны наилучшим образом передавать тепло от теплоносителя в помещение, обеспечивать ком­фортность тепловой обстановки в помещении, не ухуд­шая его интерьера при наименьших затратах средств и материалов.

Виды и конструкции нагревательных приборов могут быть самыми разнообразными. Приборы выполняют из чугуна, стали, керамики, стекла, в виде панелей из бето­на с заложенными в них трубчатыми нагревательными элементами и пр.

Основные виды нагревательных приборов – это ра­диаторы, ребристые трубы, конвекторы и отопительные панели.

Простейшим является нагревательный прибор из глад­ких стальных труб . Обычно он выполняется в виде зме­евика или регистра. Прибор имеет высокий коэффициент теплопередачи, выдерживает высокое давление теплоно­сителя. Однако приборы из гладких труб дороги и зани­мают много места. Они применяются в помещениях со значительными выделениями пыли, для обогрева свето­вых фонарей промышленных зданий и т. д.

Наибольшее распространение из нагревательных приборов получили радиаторы . Их различные типы от­личаются друг от друга габаритами и формой. Радиато­ры собираются из секций, что позволяет собирать при­боры разной площади. Обычно секции отливаются из чугуна, но могут быть стальными, керамическими, фар­форовыми и др.

Довольно широкое распространение в системах отоп­ления получили чугунные ребристые трубы . Ребра на поверхности трубы увеличивают площадь теплоотдающей поверхности, но снижают гигиенические качества прибора (скапливается пыль, которую трудно убирать) и придают ему грубый внешний вид.

Конвекторы представляют собой стальные трубы с оребрением из листовой стали. Наиболее совершен­ным среди конвекторов является конвектор в кожухе, выполненном из стального листа. Прибор снабжен кол­паком для регулирования теплоотдачи. Между оребрен­ными поверхностями прибора и кожухом под влиянием гравитационного давления возникает интенсивная цир­куляция воздуха. Это увеличивает теплосъем с оребрен­ной поверхности на 20 % и более. Конвекторы в кожухе компактны и имеют хороший внешний вид. В некоторых конструкциях конвекторы снабжаются вентилятором специального типа, обеспечивающим интенсивное дви­жение воздуха. Искусственное побуждение движения воздуха значительно увеличивает теплосъем с прибора. Некоторый недостаток конвекторов состоит в необходи­мости и трудности очистки от пыли.

Бетонные отопительные панели представляют собой плиты с заделанными в них змеевиками из стальных труб. Такие панели располагают обычно в конструкциях ограждений помещений. Иногда их свободно устанавли­вают около стен.

В настоящее время для отопления больших промыш­ленных цехов получили распространение подвесные па­нели с отражательными экранами .

Применение панелей для отопления зданий удовле­творяет требованиям полносборного строительства и по­зволяет экономить металл, расходуемый на отопитель­ные приборы. К недостаткам панельного отопления относят: большую тепловую инерцию, осложняющую регулирование теплоотдачи; невозможность изменения поверхности нагрева; опасность засорения труб и слож­ность его устранения; сложность ремонта систем; воз­можность появления внутренней коррозии и, вследствие этого, нарушение гидравлической плотности труб.

Нагревательные приборы - основной элемент систем отопления, служащий для передачи тепла от теплоносителя (пар, вода) к воздуху помещения. Теплоотдача нагревательными приборами осуществляется конвекцией и лучеиспусканием. Нагревательные приборы должны удовлетворять теплотехническим, гигиеническим и технико-экономическим требованиям.

Теплотехнические требования заключаются в том, чтобы нагревательные приборы наилучшим образом передавали тепло от теплоносителя к воздуху отапливаемого помещения, т. е. чтобы имели достаточно высокий коэффициент теплопередачи.

Гигиенические требования - возможность легкого и полного удаления пыли с поверхностей нагрева. Температура поверхности приборов не должна быть выше 95°С. При более высоких температурах пыль пригорает к металлу.

Технико-экономические требования состоят в том, чтобы стоимость нагревательных приборов и затрата металла, отнесенная к единице полезно отдаваемого тепла, были наименьшими; металл, применяемый для их изготовления, был недефицитный; площадь и объем, занимаемые приборами в помещениях, - минимальными.

В системах центрального отопления в качестве нагревательных приборов применяют радиаторы, конвекторы, отопительные панели, ребристые трубы, регистры из гладких труб. Приборы, у которых теплоотдача за счет конвекции составляет более 75%, относятся к группе конвекторов, а приборы, передающие более 25% общего количества тепла лучеиспусканием, - к группе радиаторов.

Поверхность нагрева приборов вычисляют в эквивалентных квадратных метрах - экм.

Радиаторы. Радиаторы собирают из отдельных секций, соединяемых между собой ниппелями, которые имеют с одной стороны левую, а с другой - правую резьбу. Ниппели одновременно ввинчивают в две смежные секции вверху и внизу и специальным ключом стягивают секции между собой. В ниппельные отверстия крайних секций вверху и внизу ввинчивают пробки глухие или с отверстиями диаметром 15 или 20 мм для присоединения прибора к трубопроводу. Радиатор можно использовать для всех видов отопления при рабочем давлении теплоносителя, не превышающим 0,6 МПа, и температуре до 150° С.

Наиболее распространены чугунные радиаторы М-140, М-140-АО, М-140-АО-300, РД-90, М-90, «Стандарт».

Рис. 101. Радиаторы:а -М-140, б -M-140-AO

Радиаторы М-140 ( ,а) и М-140-АО ( , б) - двухколонные, имеют одинаковые размеры. Радиаторы М-140-АО отличаются от радиаторов М-140 тем, что в межколонном пространстве расположены восемь ребер, обеспечивающих увеличение теплоотдачи. Расстояния между центрами ниппельных отверстий радиаторов М-140-АО составляют 500 и 300 мм. Радиаторы РД-90 и М-90 отличаются от радиатора М-140 меньшей глубиной, равной 90 мм. Технические характеристики радиаторов приведены в табл. 19.

Таблица 19

Рис. 102. Радиатор «Стандарт»

Чугунные радиаторы «Стандарт» () отличаются от радиаторов М-140-АО улучшенными гигиеническими и эстетическими качествами. В этих радиаторах отсутствует межколонное оребрение и расстояние между колонками равно 38 мм, что позволяет легко очищать от пыли всю поверхность радиатора.

Радиаторы «Стандарт» выпускают пяти типов: Ст-140-500, Ст-140-300, Ст-90-800, Ст-90-500, Ст-90-300 с поверхностью нагрева приборов в экм соответственно 0,31; 0,2; 0,36; 0,25; 0,17. В обозначении радиаторов первая цифра - глубина в мм, вторая -монтажная высота в мм.

Стальные панельные радиаторы предназначены для систем водяного отопления на давление до МПа и до 0,9 МПа, температурой теплоносителя до 150°С и содержанием кислорода не более 0,05 г на 1 м3 теплоносителя в жилых, общественных и производственных зданиях. Стальные панельные радиаторы выпускают двух типов: РСВ -с вертикальными каналами; РСГ - с горизонтальными каналами. Такие радиаторы имеют верхний распределительный 1 и нижний сборный 3 коллекторы, которые соединяются между собой горизонтальными ( , а) или вертикальными ( , б) каналами.

Рис. 103. Стальные панельные радиаторы с каналами:

а - горизонтальными, б - вертикальными; 1 - верхний коллектор, 2 - вертикальный канал, 3 « нижний коллектор

Радиаторы выпускают по спецификациям в виде готовых отопительных приборов различных типоразмеров в однорядном и двухрядном исполнениях. Штуцера для подключения радиаторов к системе отопления располагаются с торца или тыльной стороны радиатора.

Радиаторы изготовляют из листовой стали толщиной 1,5 мм методом штамповки двух половинок, которые соединяются между собой на сварке.

Системы отопления со стальными радиаторами, которые должны быть постоянно заполнены водой, можно присоединять к тепловым сетям от ТЭЦ, районным и квартальным котельным при наличии в них установок для обескислороживания сетевой воды.

Так как гидравлическое сопротивление радиаторов РСВ и РСГ равно сопротивлению чугунных радиаторов M-I40-AO, то радиаторы М-140-АО можно заменять стальными радиаторами без перерасчета системы отопления.

Конвекторы. Конвекторы выпускают марок «Комфорт» и «Аккорд», рассчитанные на давление до 1 МПа и температуру теплоносителя до 150°С.

Рис. 104. Конвектор «Комфорт»: 1 - кожух, 2 - воздушный клапан, 3 - нагревательный элемент, 4 - штуцер, 5 - балочка воздуховыпускной решетки

Конвекторы «Комфорт» (), предназначенные для систем водяного отопления жилых, общественных и производственных зданий различной этажности, состоят из металлического кожуха, нагревательного элемента, воздушного клапана и штуцеров для присоединения к системе отопления или к другому конвектору. Кожух 1 конвектора состоит из лицевых стальных панелей толщиной 1 мм и боковых стальных щитков толщиной 2 мм. Кожух конвектора изготовляется разборным для возможности очистки нагревательного элемента. Несущую основу кожуха создают трубы нагревательного элемента 3, на которые жестко посажены боковые щитки. Лицевые панели закрепляются за отгибы боковых щитков, по которым легко перемещаются в вертикальном направлении. Внизу лицевая панель примыкает и опирается на нагревательный элемент, вверху - на планки жесткости, закрепленные на балочках 5 воздуховыпускной решетки.

Нагревательный элемент состоит из двух горизонтально расположенных труб диаметром 20 мм, на которые насажены пластины оребрения из листовой стали толщиной 0,5 мм. Размер пластин оребрения 150X75 мм, а расстояние в свету между ними 6 мм.

Воздушный клапан 2 из листовой стали толщиной 1 мм расположен непосредственно над нагревательным элементом и может занимать четыре фиксированных положения, т. е, быть полностью или частично открытым

или закрытым.

Таблица 21 Технические характеристики конвекторов «Комфорт-20»

	Теплоотдача, ккал/ч	Поверхность нагрева, экм	Длина, мм	Масса, кг

Примечание. Проходной и концевой конвекторы в конце марки имеют буквы П и К.

При закрытом клапане теплоотдача нагревательного прибора сокращается в четыре раза.

Конвекторы «Комфорт» выпускают двух типов: настенные, которые крепятся к стене, и напольные, устанавливаемые непосредственно на пол. Напольные конвекторы отличаются от настенных наличием ножек для крепления к полу. Кроме того, у настенных конвекторов отсутствует задняя лицевая панель, которую заменяет стена здания. Конвекторы «Комфорт» изготовляют двух модификаций - проходные и концевые. У проходного конвектора с одной стороны два штуцера с длинной резьбой, с другой - два штуцера с короткой резьбой; у концевого конвектора с одной стороны два штуцера с короткой резьбой, с другой - закрытый коллектор. Технические характеристики конвекторов «Комфорт» приведены в табл. 21.

Регулирование теплоотдачи воздушным клапаном исключает установку регулирующей арматуры, конвекторы «Комфорт-20» можно применять в проточных однотрубных системах отопления.

Рис. 105. Конвектор «Аккорд»: а - однорядный, б - двухрядный

Конвекторы «Аккорд» ( ,а) предназначены для систем водяного отопления зданий различного назначения. Конвектор состоит из двух труб, по которым циркулирует теплоноситель, и плотно насаженных на них П-образных пластин оребрения. Контакт пластин с трубами обеспечивается дорнованием - увеличением диаметра труб после сборки. Конвекторы устанавливают в один или два ряда по высоте ( , б) на стенах и крепят к ним кронштейнами.

Конвекторы «Аккорд»выпускают марок:АШ2А12)*, А16(2А16), А20(2А20), А24 (2А24), А28 (2А28), А32(2А32), А36(2А36), А40(2А40) соответственно размером А в мм (см. рис. 105): 460, 620,780, 940,1100, 1260, 1420, 1580 и поверхностью нагрева вэкм: 0,6: 1,105- 0,8-1,47; 1; 1,84; 1,2; 2,21; 1,4; 2,58; 1,6; 2,94; 1,8; 3,31; 2; 3,681

Ребристые трубы и регистры. Ребристые трубы изготовляют из серого чугуна длиной 500, 750, 1000, 1500 и 2000 мм с круглыми ребрами. Ребристые трубы соединяют с трубопроводами с помощью чугунных фланцев. Несмотря на низкую стоимость, ребристые трубы не находят широкого применения, так как их трудно очищать от пыли, они недостаточно красивы и ребра их хрупки. Установка этих приборов в жилых зданиях запрещена из-за низких гигиенических качеств; используют их преимущественно в промышленных зданиях.

Для отопления промышленных зданий и особенно пыльных производственных помещений, где нельзя устанавливать ребристые трубы, применяют приборы из стальных гладких труб с наружным диаметром 76, 89, 102 и 108 мм.