Автономные системы отопления: исследуем источники тепла

Тема данной статьи — системы автономного отопления. Мы попытаемся узнать, какими они бывают и что может употребляться в качестве источника тепловой энергии для них. Помимо этого, нам предстоит совершить удобства использования и сравнительный анализ экономичности тех либо иных решений.

Красивый дом. А чем его отапливать?

Классификация

Начнем с того, по каким показателям возможно классифицировать автономное отопление.

По источнику тепловой энергии.

Вот перечень вероятных решений:

  • Газ (магистральный и сжиженный — в баллонах и газгольдерах).
  • Уголь.
  • Дрова.
  • Пеллеты (гранулированные отходы деревообработки).
  • Дизтопливо.
  • Электричество.

По методу переноса тепла от котла к периферийным помещениям.

Их всего два.

  1. Водяное отопление наиболее популярно из-за высокой теплоемкости воды.

Увидьте: наровне с водой смогут употребляться теплоносители с более низкой температурой кристаллизации, разрешающие не опасаться разморозки при циркуляции и остановке нагрева. В главной массе это смеси воды с этилен- и пропиленгликолем.

  1. Воздушное отопление довольно часто совмещается с вентиляцией. Для обогрева помещения употребляется поток воздуха.
Разводка воздушного отопления.

Экономичность

Давайте сравним затраты, каковые сулит обладателю любой из перечисленных источников тепла.

Источник тепловой энергии Цена киловатт-часа тепла, рубли
Газ (магистральный) 0,7
Дрова 1,1
Каменный уголь 1,3
Пеллеты 1,4
Газ (газгольдер) 1,8
Газ (баллоны) 2,8
Солярка 3,2
Электричество 3,6
Газовый котел - лидер экономичности.

Нюанс: в некоторых регионах страны конкретные стоимости смогут различаться. Но, их соотношение сохранится.

Особенный случай

Изучение эксплуатационных затрат принесло нам неожиданное открытие: в двадцатьпервом веке дрова так же, как и прежде остаются самым недорогим источником тепла в отсутствие магистрального газа. Кроме того: для обитателей сельской местности затраты на них смогут и вовсе свестись к нулю — обрезка деревьев и сбор валежника на участке методы покрыть потребность в горючем. А вот самый, казалось бы, прогрессивный источник тепла — электричество — был внизу перечня.

Но  данный расклад будет верным только для устройств прямого нагрева, преобразующих киловатт электрической мощности в киловатт мощности тепловой. Для теплового насоса картина принципиально другая: его устройство разрешает на любой израсходованный киловатт-час электричества получить от 2 до 5 киловатт-часов тепла.

За счет чего?

Секрет несложен: энергия тратится не на выработку тепла, а на его перемещение от низкопотенциального источника к высокопотенциальному. Несложнее говоря, устройство теплового насоса разрешает охладить и без того холодную среду еще посильнее и нагреть взятым теплом дом.

Как достигается данный эффект?

Принципиальная схема теплового насоса.
  • Летучий хладагент сжимается компрессором и переходит в жидкую фазу с выделением громадного количества тепла.
  • Это тепло отдается теплообменнику и употребляется для нагрева помещения.
  • По окончании теплообменника давший тепло хладагент проходит расширительный клапан и переходит в газообразное состояние, быстро охлаждаясь при расширении.
  • После этого он направляется во второй теплообменник. Потому, что тот при прохождении хладагента охлаждается до температуры, куда более низкой, чем у внешней среды, появляется постоянный тепловой поток: хладагент нагревается и, нагревшись, возвращается к компрессору на повторный цикл.

Тепловые насосы с наиболее высоким COP (coefficient of performance, параметр, которым обозначается отношение тепловой и электрической мощности насоса в режиме нагрева) уменьшают цена киловатт-часа тепла до 3,6/5=0,72 рубля, что фактически уравнивает их экономичность с газовым оборудованием и оставляет на большом растоянии сзади соперничающие решения.

Но: для большинства тепловых насосов более настоящ средний в течение сезона  COP, равный 3 — 3,5.

Удобство применения

На экономичности перечень ответственных для потребителя качеств не заканчивается. Как минимум не меньше ответствен еще один параметр — удобство применения.

А с данной точки зрения выстраивается совсем другая табель о рангах.

  1. Все электрооборудование (как устройства прямого нагрева, так и тепловые насосы) всецело автономны и не требуют ухода либо обслуживания. Отвод продуктов сгорания им по очевидным обстоятельствам также ни к чему.
Электрокотел требует минимума внимания.
  1. Газовые и солярные котлы отопления также способны на долгую автономную работу. Но по удобству эксплуатации они пара уступают электроприборам: всем им требуется отвод продуктов сгорания; для соляры добавляется необходимость оборудовать для нее емкость объемом в пара кубов и терпеть шум горелки, мало уступающий реву самолета на взлете.

Применение баллонного газа требует дополнительного внимания: баллон нужно будет менять от раза в день до пары раз в неделю.

  1. Срок автономной работы пеллетного котла может быть около семь дней за счет автоматизированной подачи горючего из бункера. Но, как и всем твердотопливным устройствам, ему нужна периодическая чистка зольника.
Подача пеллет из бункера обеспечивает относительную автономность.
  1. Наконец, дровяные и печи и угольные котлы требуют постоянного внимания: их приходится растапливать пара раз в день.

Водяное отопление

Давайте ближе познакомимся с тем, какие конкретно источники тепла смогут применять автономные отопительные системы.

Газовые и соляровые котлы

Их устройство ясно: газовая горелка греет теплообменник и передает тепло циркулирующему через него теплоносителю.

Что еще потенциальному клиенту полезно знать о газовом оборудовании?

  • Энергонезависимые устройства оснащаются пьезорозжигом и применяют для воспламенения главной горелки при падении температуры теплоносителя так именуемую пилотную. Котлы с электророзжигом ее не имеют и за счет этого снабжают приблизительно 20-процентную экономию газа.

Обратите внимание: электророзжиг не хорошо сочетается с нестабильностью подачи электричества в сельской местности. Частично, но, неприятность решается установкой источников бесперебойного питания, талантливых поддерживать работу котла в течение  4-6 часов.

  • Атмосферная горелка отбирает воздушное пространство в помещении и отводит продукты сгорания в вентканал либо дымоход. Закрытая горелка подразумевает отбор воздуха с улицы и отвод продуктов сгорания по той же коаксиальной (с двойными стенками) трубе.
Коаксиальный дымоход.
  • Конденсационные котлы снабжают 9-11% экономии газа если сравнивать с классическими. Они не только отбирают тепло у продуктов сгорания, но и конденсируют их на дополнительном теплообменнике. К слову, температура обратки в 30С, характерная для систем теплого пола, для них оптимальна; в простом котле она приводит к выпадению конденсата на не приспособленном для этого теплообменнике и его досрочный выход из строя.
  • Газовые котлы довольно часто унифицируются с соляровыми. Существует большое количество конструкций, разрешающих поменять вид горючего несложной заменой горелки.

Твердотопливные котлы

Классическое устройство этого типа складывается из топки с рубахой-теплообменником, входного и выходного патрубков, зольника с поддувалом и нехитрой системы автоматизации. При перегреве теплоносителя несложный механический термостат закрывает поддувало, ограничивая доступ воздуха и уменьшая тепловую мощность прибора.

На фото хорошо виден термостат, регулирующий положение поддувала.

Такая схема несложна, только отказоустойчива, но имеет несколько больших недочётов:

  1. Загрузка топки требуется каждые 2-4 часа.
  2. Ограничение притока воздуха ведет к катастрофическому падению КПД по причине того, что через дымоход улетучиваются продукты неполного сгорания. При ограниченном доступе кислорода уголь и дрова образуют угарный газ (к слову, токсичный) и летучие углеводороды.

В попытках решить эти неприятности была создана пара очень любопытных конструкций.

Газогенератор

Газогенераторный (пиролизный) котел разбивает процесс сжигания горючего на два этапа.

  1. Оно тлеет при ограниченном притоке воздуха, прогорая до состояния золы и создавая пиролизный газ — те самые летучие углеводороды.
  2. После этого пиролизный газ поступает в расположенную под главной топкой камеру дожигания, где через инжекторы к нему поступает новая порция воздуха. При больших температурах это ведет к мгновенному воспламенению газовоздушной смеси.

Что в следствии?

  • Гибкая регулировка мощности без утраты КПД.
  • Долгое (до 12 часов) горение на одной закладке горючего.
Так работает газогенератор.

Верхнее горение

Еще более любопытна модификация газогенератора — печь верхнего горения. Принцип ее работы сводится к переносу процесса тления дров либо угля с нижней на верхнюю поверхность закладки.

Как это работает?

  1. В загруженную и разожженную сверху топку опускается подвижный воздуховод, заканчивающийся массивным диском — воздухораспределителем.
  2. Приток воздуха обеспечивается по всей поверхности слоя топлива. Он дозируется регулируемым вручную либо машинально клапаном.
  3. Камера над диском-воздухораспределителем употребляется для дожигания продуктов неполного сгорания. Наряду с этим восходящим потоком воздуха всецело уносится зола, талантливая помешать тлению.
Схема верхнего горения.

Большая длительность автономной работы, продемонстрированная котлом верхнего горения от литовской компании Stropuva — 31 час.

Электрокотлы

Устройства прямого нагрева также делятся на пара категорий. ТЭНовые применяют для нагрева трубчатые нагреватели, помещенные в проточный бак. Мощность регулируется ступенчато. Конструкция достаточно отказоустойчива, недорога и не имеет каких-то больших недочётов, не считая обычной для всех устройств прямого нагрева низкой экономичности.

Электродные котлы применяют прохождение конкретно через воду переменного тока. Их основное преимущество — компактность. Недочёты — способность и постепенное растворение электродов работать только в воде с определенным минерально-солевым составом.

Схема работы электродного котла.

Индукционный котел представляет собой помещенный в трубу из диэлектрика ферромагнитный сердечник и обмотку, возбуждающие в нем нагревающие металл вихревые токи. Основное преимущество индукционного котла — его неограниченный ресурс и феноменальная отказоустойчивость работы: в нем просто-напросто нет изнашивающихся со временем  подробностей.

Принципиально важно: каждые заявления о том, что какой-то электрический котел более экономичен, чем соперничающие решения — первостатейная неправда. Любой прибор прямого нагрева превращает в тепло 100% израсходованной электричества. Кроме того в случае если тепловая энергия в силу конструктивных изюминок не всецело передается теплоносителю, а частично  рассеивается в воздухе — она все равно греет ваш дом.

Тепловые насосы

Они смогут применять пара типов источников низкопотенциального тепла.

Геотермальные

Теплообменники помещаются ниже уровня промерзания и отбирают тепловую энергию у грунта. Основная неприятность этих насосов — дорогостоящий монтаж.

Вероятны два его варианта.

  1. Зонды опускаются в вертикальные скважины глубиной 30 — 100 метров.
Вертикальные теплообменники.
  1. Коллектор укладывается горизонтально.

Второй вариант привлекателен тем, что траншею под горизонтальный коллектор возможно вырыть своими руками, что заметно сократит затраты на монтаж. Но площадь земли под коллектор обязана приблизительно в три раза быть больше отапливаемую; наряду с этим под посадки ее применять запрещено — растения не перенесут температурного режима коллектора.

Водяные

Они смогут быть реализованы двумя методами:

  1. Коллектор помещается на дно незамерзающего водоема.
Укладка теплообменника на дно пруда.
  1. Для теплообмена употребляется две скважины — дебитная и дренажная. Давшая тепло вода сливается обратно в водоносный горизонт.

Воздушные

Они смогут стать совершенным вариантом для теплых климатических территорий. Низкая цена решения, недорогой и несложный монтаж делают их весьма привлекательным источником тепла в отсутствие магистрального газа.

Стоит, но, учесть несколько тонкостей.

  • Кроме того лучшие устройства этого типа сохраняют работоспособность при температурах уличного воздуха до -25С.
  • С падением температуры падает COP прибора. В случае если при +10 он равен пяти, то при -25С снизится до двух.

Принципиальный момент, актуальный для всех типов тепловых насосов: чем ниже температура теплоносителя, тем меньше дельта между ней и окружающей средой, соответственно — тем выше COP прибора. Как раз исходя из этого с тепловыми насосами всех видов употребляются радиаторы с громадным количество секций, а температура теплоносителя не поднимается выше +45С.

Внешний  блок теплового насоса

Воздушное отопление

Газовые, соляровые и твердотопливные котлы воздушного отопления всецело дублируют изюминке своих собратьев, предназначенных для нагрева воды. Раздельно стоит выделить только несколько конструкций.

Булерьян

Под этим заглавием, забранным у одного из первых производителей, прячется конвекционная печь-газогенератор. Ее основная изюминка — в том, что топка окружена открытыми снизу и сверху металлическими трубами громадного диаметра, в которых при нагреве появляются устойчивые конвекционные потоки. Криволинейность труб содействует действенному перемешиванию воздуха в помещении.

Печь-булерьян.

Увидьте: нагретый воздушное пространство возможно разведен системой воздуховодов. Для его принудительной подачи смогут употребляться простые канальные вентиляторы.

Инверторный кондиционер

Любой кондиционер представляет собой частный случай теплового насоса, работающего по схеме «воздух-воздух». Как раз инвертор отличается тем, что применяет преобразование переменного тока в постоянный, что разрешает гибко руководить мощностью компрессора. При нагреве воздуха до нужной температуры компрессор не останавливается, а снижает обороты.

Побочное следствие того, что компрессор неизменно в работе — свойство инвертора делать свои функции при низких (впредь до уже упомянутых -25С) температурах. Фактически, многие модели позиционируются производителями как раз как бытовые тепловые насосы.

Отопление инверторами — без сомнений, лучшее решение в регионах, где зимние температуры не опускаются ниже -10 — -20 градусов. Дабы инструкция по выбору схемы отопления не была бездоказательной, создатель поделится собственным опытом применения инверторного кондиционера для обогрева мансарды прошедшей зимний период.

Параметр Значение
Модель кондиционера Cooper&Hunter CH-S12FTXN
Цена с установкой 27000 рублей
Тепловая мощность в режиме нагрева 4,12 КВт
COP 4,2
Потребляемая мощность в режиме нагрева 0,22 — 1,55
Отапливаемая площадь 60 м2
Поддерживаемая температура +22С
Средняя температура месяца +2С
Нижний пик температуры -21С
Фактический расход электричества кондиционером за месяц 400 КВт*ч
Размещение Севастополь, Крым
Инвертор серии Nordic способен работать при температурах до -25С.

Заключение

Сохраняем надежду, что наш миниатюрный обзор окажет помощь читателю выбрать оптимальное для его условий решение. Дополнительную данные о том, какой возможно автономная система отопления, предложит прикрепленное видео. Удач!

Добавить комментарий