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.
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.
- 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.
- Воздушное отопление довольно часто совмещается с вентиляцией. Для обогрева помещения употребляется поток воздуха.
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 |
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?
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Такая схема несложна, только отказоустойчива, но имеет несколько больших недочётов:
- Загрузка топки требуется каждые 2-4 часа.
- 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.
- Оно тлеет при ограниченном притоке воздуха, прогорая до состояния золы и создавая пиролизный газ - те самые летучие углеводороды.
- 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.
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?
- В загруженную и разожженную сверху топку опускается подвижный воздуховод, заканчивающийся массивным диском - воздухораспределителем.
- Приток воздуха обеспечивается по всей поверхности слоя топлива. Он дозируется регулируемым вручную либо машинально клапаном.
- Камера над диском-воздухораспределителем употребляется для дожигания продуктов неполного сгорания. Наряду с этим восходящим потоком воздуха всецело уносится зола, талантливая помешать тлению.
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.
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.
- Зонды опускаются в вертикальные скважины глубиной 30 - 100 метров.
- 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:
- Коллектор помещается на дно незамерзающего водоема.
- 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.
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.
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 |
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!