Структура и классификация водяной системы отопления

Поскольку водяная система отопления является наиболее распространенной, применяемой в современных жилых, общественных и промышленных зданиях. Мы подробнее рассмотрим её классификацию и подетально разберем все её элементы.

Как было указано ранее централизованная система отопления представляет собой комбинацию 3х основных элементов:

  1. Теплоисточник (котел / генератор тепла) - элемент для получения теплоты;

  2. Теплопроводы - элемент для переноса теплоты от теплоисточника к отопительным приборам;

  3. Отопительные приборы - элемент для передачи теплоты в помещение.

При этом в любой системе отопления присутствуют дополнительные элементы, которые предназначены для устранения возможных неисправностей в системе, а также для улучшения условий использования системы отопления и её автоматизации.

Классификация водяной системы отопленияпо типу теплоисточника - отопительного котла

Рассмотрим классификацию систем отопления в зависимости от теплоисточника, а точнее отопительного котла. В первую очередь отопительные котлы различаются по виду используемого топлива.

Котлы на твердом топливе

Устройства на газу

Устройства на жидком топливе

Электрические устройства

Природные источники тепла

Комбинированные котлы отопления

Отопительные котлы на твердом топливе

Твердотопливный котел – это теплогенератор, использующий в качестве топлива дрова, бурый или черный уголь, кокс, щепу, тырсу, прессованные топливные брикеты, пеллеты, отходы переработки различных продуктов растениеводства. Существуют модели, которые могут работать на всех видах топлива, или такие, которые работают лишь на одном, но дают больший КПД.

Раньше такие котлы были довольно примитивными и почти не имели автоматики. Значительная часть современных котлов может автоматически поддерживать заданную температуру воды. Это достигается за счет опускания и поднимания заслонки, которая замедляет или ускоряет горение.

Обычно такой котел требует правильно организованного дымохода для отведения продуктов сгорания. Тяга зависит, в первую очередь, от высоты дымохода. Для работы котла требуется регулярная загрузка топлива, иногда и до нескольких раз в день, а также периодическая очистка зольника от образующейся в результате сгорания топлива золы. Поэтому, хотя твердотопливный котел и более экономичен, чем газовый (в регионах, где имеется в избытке твердое топливо), он не получил широкого распространения как основной источник тепла.

Преимущества твердотопливного котла

  • Большой срок эксплуатации;
  • Простота конструкции;
  • Доступность и относительная дешевизна топлива;
  • Многие модели позволяют использование нескольких видов топлива

Недостатки твердотопливного котла

  • Требуется постоянный контроль;
  • Трудоемкий уход;
  • Эффективность сжигания твердого топлива значительно ниже, чем газа или жидкого топлива;
  • Необходимо специальное сухое помещение рядом с домом для хранения запаса топлива;
  • Необходимость периодической чистки зольника и топки, а также ее загрузки топливом;
  • Необходимость соблюдения правил безопасности при обращении с огнем и горячими деталями котла;
  • Трудная регулировка режима обогрева, из-за большой инерционности;
  • Необходимость дымовой трубы, выходящей выше конька дома на 1м;
  • Ограниченная возможность использования незамерзающих теплоносителей

Такой котел поможет создать достаточно комфортное отопление в тех местах, до которых пока не дотянулись ветки газопроводов, а иногда и линии электропередач. Пригодится он и в качестве второго, запасного котла, который поможет справиться с пиковыми нагрузками на систему отопления в морозные дни и в случае возникновения неполадок в основной системе отопления.

Пиролизный котел (газогенераторный котел) - твердотопливный котел, в основу работы которого положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный уголь (кокс).

Пиролиз древесины осуществляется при температуре 1100°С. Причем процесс этот экзотермический, то есть идущий с выделением тепла, за счет чего улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха. Смешение кислорода с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до 3-х раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котел.

Их главным преимуществом является высокий для такого типа котлов коэффициент полезного действия (КПД) - до 85%, и простота регулирования мощности. К положительным особенностям котла также можно отнести то, что его работа поддается достаточно точной регулировке, в отличие от обычных твердотопливных котлов. Терморегулятором, которым укомплектован котел, можно устанавливать требуемую температуру теплоносителя. В процессе пиролизного сгорания не образуется сажа и количество золы минимально, по этому котел реже нуждается в чистке. Воздух, поступающий в зону горения, подогревается, что делает горение более экономичным.

Твёрдотопливный котёл с пиролизным сжиганием имеет один значительный недостаток – это его цена. Она на порядок выше, чем у традиционных твёрдотопливных котлов. Однако эта разница может окупится вследствие более высокого КПД.

Отопительные котлы на газу

Газовый котел предназначен для сжигания газа (природного, сжиженного, биогаза) и передачи тепловой энергии от продуктов сгорания теплоносителю, который прокачивается встроенным насосом через первичный теплообменник.

Газовый котел может быть одноконтурным - работает только на отопление, двухконтурным (или комбинированным) - работает на отопление и на приготовление горячей воды, конденсационным или неконденсационным, с закрытой камерой сгорания (турбокотел) или с естественной тягой.

Газовый котел состоит из горелки с газовой арматурой, первичного теплообменника, циркуляционного насоса, расширительного бака, автоматики управления и устройств безопасности, и контура приготовления горячей воды (для двухконутрного котла). Современные навесные котлы имеют модуляцию мощности, что позволяет им плавно изменять количество генерируемого тепла в зависимости от текущих потребностей системы отопления.

Горелки в газовых котлах атмосферного типа незаменимы. Если в процессе эксплуатации планируется переходить с природного газа на сжиженный, необходимо дополнительно приобрести комплект для перехода на сжиженный газ. Самое главное достоинство таких горелок - бесшумность работы. Все настенные котлы выпускаются с модулируемой горелкой, которая позволяет в зависимости от потребности в тепле регулировать подачу газа, т. е. производить модуляцию пламени.

Преимущества газового котла

  • Простота в эксплуатации: магистральный газ подается постоянно (при подключении к газовой магистрали);
  • Дешевое топливо при высоком КПД;
  • Нет необходимости запасать топливо;
  • Долгий срок службы

Недостатки газового котла

  • Необходимо отдельное, хорошо проветриваемое котельное помещение с отдельным выходом на улицу, площадью не менее 8 м2, для горения фитиля и для работы горелки необходима подача кислорода;
  • Помещение должно быть снабжено газоанализатором, а сам газовый котел должен быть оборудован автоматикой, отсекающей газ в случае его утечки;
  • При подключении газа, необходимо утверждение проектной документации соответствующими службами
  • Относительно высокая стоимость оборудования;
  • Взрывоопасность газа;
  • Многие считают газовый котел опасным, потому что есть открытое пламя и возможна утечка газа;
  • Сезонные скачки давления в газопроводе могут привести к отключению отопительной системы или вывести из строя оборудование

Несомненно, наиболее экономичным энергоносителем остается газ. Устанавливать автономную систему отопления на основе газового котла разумнее всего там, где имеется, хотя бы неподалеку, газопровод. Котлы, которые могут работать и от баллона со сжиженным газом, тоже можно купить, но стоит сжиженный газ дорого и эксплуатация такого котла, как правило, экономически нецелесообразна.

Основной причиной отказа от использования газа может являться отсутствие возможности подключиться к газовой магистрали или отсутствие ее как таковой. Серьезным барьером для использования газа может стать, стоимость работ по подключению дома к магистрали, (даже если она проходит в пяти метрах), стоимость проекта и всех согласований. До мощности 28 кВт чаще используются настенные газовые котлы, как одноконтурные так и двухконтурные. Если Вам требуется большая мощность на отопление применяются напольные газовые котлы.

Отопительные котлы на жидком топливе

Жидкотопливный котел - это котел максимально оптимизированный производителем для работы на дизельном топливе. Такие котлы поставляются с определенной моделью дизельной горелки (уже заранее установленной и настроенной самим производителем) и рассматривается в данном случае, как единое целое вместе с вентиляторной горелкой.

По принципу своей работы жидкотопливные котлы напоминают напольные газовые. По топливным насосам в камеру сгорания подается солярка, распыленная через форсунку при прохождении горелки. Затем ставшее туманообразным топливо смешивается с воздухом, нагнетаемым вентилятором, подается в зону горения и воспламеняется. В результате этого процесса в теплообменнике нагревается жидкость, которая потом переходит в трубы. Горячие батареи в помещении способствуют прогреванию воздуха.

Практически все устройства оснащаются электронным розжигом, который зажигает пламя, когда необходимо нагреть теплообменник. Так, расход топлива получается достаточно экономичным. Когда теплоноситель нагрет, функционирование приостанавливается.

При использовании жидкого топлива вам понадобится контейнер для его хранения. Для этого придется приобрести пластиковый или стальной бак. Как правило, дизельное топливо продают в пластмассовых или стальных емкостях. При этом пластиковые емкости легче и дешевле, однако, при длительном хранении топлива лучше отдавать предпочтение стальным бакам или же пластмассовым емкостям с двойными стенками. Хранить жидкое топливо можно в специально оборудованном помещении или закопанными в землю снаружи дома. Второй способ более гигиеничен, так как даже от закрытого дизельного топлива будет исходить специфический запах (еще один минус по сравнению с газом).

Жидкотопливному котлу требуется периодическое техобслуживание. Так, камера сгорания, дымовые каналы и горелка постепенно покрываются сажей и пылью, в теплообменнике и в трубопроводе образуется накипь; может ржаветь дымоход. Все это сказывается на производительности котла, увеличивается потребление топлива, могут случаться поломки. Чтобы избежать этого, и требуется периодическое обслуживание специалистом.

Преимущества жидкотопливного котла

  • Независимость от газопровода;
  • Высокая степень автоматизации процесса;
  • Высокий КПД до 94%;
  • Бесшумность в работе;
  • Не требуют разрешения на установку

Недостатки жидкотопливного котла

  • Жидкотопливные котлы и горелки к ним стоят дороже, чем котлы, рассчитанные на другие виды топлива;
  • Требуется установка специальной емкости для топлива, пластиковые или стальные баки на 5-20 т (сезонный запас солярки);
  • Необходим фильтр тонкой очистки топлива. Отсутствие фильтра быстро выведет котел из строя;
  • Необходимость отдельного, хорошо проветриваемого котельное помещения с отдельным выходом на улицу, площадью не менее 8 м2;
  • Более высокая стоимость одного киловатт часа, по сравнению с газом;
  • Повышенная пожароопасность данного вида топлива; Сложности по доставке топлива, повышенные требования по его качеству;
  • Необходимость ежегодного дорогостоящего обслуживания котла, покупка топлива, чистка котла, дымоходов, фильтров, замены форсунок;
  • Необходимость дымохода, выходящего выше конька дома на 1м

Для большого загородного дома, где отсутствует возможность подключения к газовой магистрали или электрической сети, наиболее оптимальным вариантом отопления будут жидкотопливные котлы. В частности, самым достойным, а также мощным и производительным типом оборудования является техника, которая работает на дизельном топливе.

Отопительные электрические котлы

Электрический котёл (электрокотел) — прибор, предназначенный для нагрева электрическим током теплоносителя в момент протекания через него. Нагретый теплоноситель поступает в систему отопления, где постепенно остывает в трубах и радиаторах, излучая тепло и нагревая помещение.

По своему устройству электрический котел для отопления значительно проще моделей работающих, например, на твердом или жидком топливе. Кроме того, они экологически безвредны и безопасны. Установить такой котел довольно просто практически в любое помещение. Теплоносителем может выступать обычная вода или незамерзающая жидкость (антифриз) определенной, рекомендованной производителем марки. Регулярную циркуляцию теплоносителя обеспечивает циркуляционный насос.

Электрические котлы подходят для отопления любых помещений: индивидуальных домов, коттеджей, дач, магазинов, складов, гаражей, АЗС и т.п. в качестве основного или резервного источника теплоснабжения.

Преимущества электрического котла

  • Невысокая цена;
  • Низкие затраты на монтаж и обслуживание;
  • Пожаробезопасность (нет открытого пламени);
  • Отсутствие продуктов горения, вредных выбросов;
  • Не требуют специального обслуживания, чистки, замены форсунок;
  • Настенные электрокотлы занимают мало места и не требуют отдельного помещения для размещения котла и топлива;
  • Нет эксплуатационных расходов на доставку, хранение и перевалку топлива;
  • Не требуется дымовая труба;
  • Высокий КПД (около 100 %);
  • Высокая степень автоматизации, возможность точного поддержания комфортной или дежурной температуры в помещении;
  • В некоторых электрокотлах имеется функция дистанционного GSM управления;
  • Возможность ступенчатого регулирования мощности котла

Недостатки электрического котла

  • Относительно высокая цена электроэнергии в некоторых регионах;
  • Возможные перебои с электроснабжением;
  • Необходим фильтр очистки теплоносителя при использовании воды. Отсутствие фильтра может вывести котел из строя;
  • Не всегда есть возможность получить достаточную электрическую мощность;

Очевидно, что если в Вашем регионе цена на электричество невысока и нет возможности подвести газ, а дом имеет подключение к необходимым, оптимальным мощностям, электрические котлы являются лучшим выбором для отопления Вашего дома. Также часто электрический котел, мощностью 60-40% от требуемой устанавливается в паре с газовым как резервный.

Если разрешенной мощности хватает только на обеспечение освещения и домашних электроприборов, то задачу можно решить, только установив либо жидкотопливный, либо твердотопливный котел, в зависимости от финансовых возможностей заказчика и необходимой степени автоматизации всего процесса отопления здания. В том случае, если подведенных мощностей достаточно для обеспечения 20-50% требуемой мощности, самым рациональным решением стала бы установка двух котлов: основного (твердотопливного или жидкотопливного) и, как вспомогательного – электрического котла.

Тэновый электрический котел

ТЭН (Трубчатый Электрический Нагреватель) - представляет собой металлическую трубку, заполненную порошкообразным теплопроводящим электроизоляционным материалом, внутри которого находится спираль из сплава с высоким электрическим сопротивлением. С торцов выводятся резьбовые шпильки-контакты для подключения питающего напряжения. На оболочке ТЭНа отсутствует напряжение, поэтому их можно эксплуатировать при непосредственном контакте с нагреваемой средой. На концах этой трубки часто устанавливают резьбовой фланец для крепления ТЭНа.

Наиболее удобные в эксплуатации - это блок-ТЭНы. Они состоят из 3х ТЭНов, впаянных в общую латунную гайку. Такое крепление ТЭНов значительно надежнее и удобнее фланцевого соединения.

Для нагрева теплоносителя в электрокотлах ТЭНов может быть несколько. Мощность котла при этом является суммарной мощностью ТЭНов. Устанавливаются ТЭНы в специальном баке, называемом теплообменником. Имеется также блок управления с регулированием. В электрических котлах, как правило, используют патронные ТЭНы, т.е. одноконцевые, с контактными выводами расположенными по одну сторону нагревателя. Реже встречаются двухконцевые ТЭНы, у которых контактные выводы расположены с двух сторон. В качестве примера приведем устройство ТЭНового котла российской фирмы «Невский». Внутри емкости теплообменника размещаются один или несколько ТЭНов. Как правило, в качестве материала для емкости производители используют обычную углеродистую сталь, но некоторые предпочитают медь, нержавеющую сталь или другие материалы, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Мощность регулируется ступенчато, включением одного или нескольких ТЭНовых нагревателей. Пользователь при необходимости может принудительно задать максимальную мощность, в пределах которой котел может динамически менять потребление.

Особенность такого электрокотла отопления в том, что теплоноситель нагревается в режиме протока. Этим обеспечивается естественная его циркуляция в системе отопления. Преимущества: относительно невысокая цена; может работать с любыми теплоносителями; присутствует возможность регулировки мощности путем включения/выключения определенного числа нагревательных элементов. Недостатки: производя отопление загородного дома электрическим котлом, нужно периодически удалять образующуюся на ТЭНах накипь, либо достаточно установить блок водоподготовки.

Электродный электрический котел

В электродных котлах вода нагревается не с помощью ТЭНа, а с помощью электродов. Эта деталь передает электричество воде, а она, в свою очередь, нагревается собственным сопротивлением при прохождении по ней тока. Напряжение, прилагаемое к помещенным в воду электродам, ионизирует ее, однако явление электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой электрической сети. Количество выделяющегося при этом тепла пропорционально силе тока и сопротивлению котловой воды.

Вода в электродных котлах одновременно и теплоноситель, и элемент электрической сети. Эта вода должна обладать рядом свойств, важнейшим из которых является достаточное электрическое сопротивление, потому как, например, попытки нагреть дистиллированную воду не будут иметь успеха. Поэтому многие компании, выпускающие электродные котлы, также предлагают к нему специальный свой теплоноситель, представляющий из себя просто солевой раствор. Подготовить теплоноситель можно и самим в домашних условиях из обычной воды.

Для увеличения электрического сопротивления воды, ее подсаливают (поваренной солью), для уменьшения – обессоливают, примешивая дистиллированную воду. Поиск оптимального варианта производится опытным путем. Если недосолить воду – котел не выдаст номинальной мощности. Если воду пересолить – мощность котла может значительно превысить возможности подводящего кабеля и если не сработает автомат токовой защиты, кабель начнет греться и дымиться.

Производители электродных котлов рекомендуют ежегодно отдавать теплоноситель на анализ или менять его один раз в два года. В любом случае подобные “смеси” ограничивают возможности электродных котлов, не позволяя, например, использовать их в комбинированных системах отопления, где помимо электродного котла используется твердотопливный, газовый или жидкотопливный котел, поскольку содержащиеся в «смесях» соли откладываются на теплообменных поверхностях с высокой температурой нагрева.

Другой особенностью применения электродных котлов является не возможность их работы с незамерзамерзающими теплоносителями на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, поскольку из за процесса электролиза, происходящего на электродах котла происходит деструкция теплоносителя и присадок, находящихся в нем.

Главным достоинством электродных котлов их производители называют – отсутствие тэнов и сохранение его работоспособности после временного или случайного слива теплоносителя из включенного котла. Однако, процесс электролиза, происходящий в котле, разрушает электроды, уменьшая площадь их активной поверхности и тем самым, постоянно уменьшая мощность котла. Производители электродных котлов рекомендуют периодически вскрывать котел, очищать электроды от накипи, и при необходимости заменять их.

Соли, находящиеся в воде, вступают в реакцию с элементами системы отопления (трубами и батареями), при электролизе вступают в реакцию с электродами котла и разлагаются. При этом концентрация соли в воде – падает. Соответственно падает и мощность котла. Для поддержания мощности электродного котла необходимо постоянно подсаливать в системе воду, поддерживая необходимую концентрацию соли, и контролируя, при этом рабочие токи.

Следующая особенность электродных котлов, о которой обычно производители и продавцы не говорят, состоит в том, что они набирают мощность постепенно. По мере нагрева теплоносителя его электрическое сопротивление уменьшается, ток между электродами возрастает и увеличивается количество выделяемого тепла. Это означает, что первичный нагрев всей системы из холодного состояния будет осуществляться очень долго – порядка 3х-4х часов. Потребляемая (и отдающая) мощность электродного котла начинает лавинообразно возрастать только после того, как температура воды в обратном трубопроводе поднимется выше 30оС. Из этого следует, что применение электродных котлов для поддержания низких температур в системе отопления (25-35оС) при дежурных режимах – проблематично.

Другой особенностью электродных котлов, - является отсутствие ступеней мощности. Котел осуществляет регулирование и поддержание температуры теплоносителя включением и выключением всей мощностью котла. При этом происходят значительные скачки напряжения по всему дому, что негативно сказывается на работе бытовой техники. При каждом включении контактор издает громкий щелчок, который по трубам передается по всей системе отопления.

Поскольку в корпусе котла вода, практически находится под напряжением 380В, в части электробезопасности электродные котлы требуют к себе особого внимания. Особенно в надежности и правильности выполнения домового контура заземления. Обращает на себя тот факт, что в европейских государствах электродных котлов просто нет как класса.

Индукционный электрический котел

Принцип их работы основан на электромагнитной индукции. Вокруг трубы из диэлектрика намотана обмотка из изолированной проволоки. Протекающий по ней ток генерирует электромагнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает нагрев любого ферромагнетика внутри трубы. Его катушка индуктивности расположена в отдельном герметичном отсеке. Это означает, что контакт с теплоносителем, циркулирующим в контуре аппарата, полностью исключен.

Преимущества индукционного котла

Недостатки индукционного котла

Комбинированные котлы отопления

Комбинированные котлы - это котлы, которые предназначены для теплоснабжения жилых домов топливом для которых может служить либо твердое топливо (уголь, дрова и т.п.), либо природный газ низкого давления при установленной газовой автоматики (для комбинированного газового котла), либо жидкое топливо, а также электричество.

При переходе котла на другой вид топлива, одна горелка демонтируется и монтируется другая горелка. Осуществляется это очень просто. На фронтальной части корпуса комбинированного котла имеется входное фланцевое отверстие для сопла горелки, на крепежный фланец которого и монтируется (в зависимости от того, какое топливо предполагается в данный момент использовать) вентиляторная горелка, соответствующая тепловой мощности котла.

Монтаж горелки в комбинированный котел не представляет труда. Сопло горелки вставляется в отверстие, настраивается на глубину топочной камеры, и затем корпус горелки закрепляется винтами на фланце. Газовая (или жидкотопливная) линия присоединяется к горелке.

После этого проверяется герметичность газовой арматуры и удаляется воздух из топливопровода. Электрические провода подключаются с помощью штекерных разъемов. Пуск горелки, особенно первый, должен производиться специалистом, т.к. при этом горелка регулируется в соответствии с нормами выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, приводимыми в таблице инструкции по монтажу горелки, с применением газоанализатора, датчики которого устанавливаются в патрубок для отвода дымовых газов

Виды комбинированных котлов.

Основной критерий для классификации универсальных котлов– комбинации используемого топлива, то есть значение имеет, что именно будет отдавать свою энергию при сгорании теплообменнику. Возможность такого выбора будет полезна, когда газификация только планируется. До того, как это произойдет, можно отапливать дом соляркой, дизтопливом или дровами. Если по каким-то причинам у Вас нет возможности достать один из перечисленных видов топлива, вы можете воспользоваться альтернативным

  • Газ/дизель – наиболее популярные модели (газ, и солярка относительно недорогие). Такие агрегаты экономичны, безопасны и бесшумны
  • Твердое топливо/газ – когда котел работает в этом режиме, пользователю необходимо добавлять в топку гранулы, брикеты или уголь, так как прогорают они достаточно быстро. Если запасы древесного топлива иссякли, всегда можно заменить горелку и использовать природный газ для отопления помещения.
  • Дизель/твердое топливо – солярка и дизель расходуются экономичнее. Заливается жидкость в специальную канистру, которую подсоединяют к комбинированному котлу. При необходимости ее нужно доливать. Кроме этого, у пользователя есть возможность использовать антрацит, древесный уголь, дрова и торф. Достать такое топливо не сложно, но во время эксплуатации следует следить за его количеством в топке, добавлять по мере необходимости и периодически чистить зольник.
  • Твердое топливо/электричество – такие аппараты отличаются высокой точностью поддержания заданной температуры, их легко программировать, при этом, настройки не придется выставлять заново, даже при сбоях электропитания и нарушениях работы сети.

Многотопливные универсальные котлы позволяют пользователю выбрать оптимальный вариант из трех или четырех видов топлива.

Преимущества комбинированных котлов

  • Могут работать на разных видах топлива, что позволяет выбрать наиболее удобное топливо, исходя из ситуации на данный момент;
  • Гибкий выбор топлива в различных режимах обуславливает существенную экономию;
  • В непредвиденных ситуациях автоматика переводит работу котла с одного вида топлива на другой без вмешательства человека, что даёт возможность безостановочной работы при перебоях газа и т.п.

Недостатки комбинированных котлов

  • Высокая стоимость;
  • Для бесперебойного функционирования необходимо отдельное помещение для хранения жидкого и твердого топлива;
  • Обычно мощность не больше 35 кВт.

Отопительные солнечные коллекторы (гелиосистемы)

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя. Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурит). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком. При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой) Используется также алюминиевый экран.

Вакуумный солнечный коллектор

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности. Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Преимущества солнечных коллекторов

  • Круглый год ваш дом обеспечен необходимым теплом. Также можно регулировать температурный режим в доме по своему усмотрению;
  • Тотальная независимость от жилищно-комунальных служб. Теперь вам не придется платить огромные счета за отопление;
  • Солнечная энергия – это такой запас, который можно использовать на различные нужды бытового характера. У таких батарей очень хороший эксплуатационный срок;
  • Они редко выходят из строя, поэтому не придется беспокоиться о том, что необходим ремонт или замена некоторых компонентов

Недостатки солнечных коллекторов

  • Если вы проживаете в регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными;
  • Солнечные батареи стоят недешево

Отопительные тепловые насосы (геотермальные системы)

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой к теплоносителю с более высокой температурой. Геотермическое отопление дома – это своего рода инновационный способ отопить свой дом, который, однако, существует уже относительно давно.

В доме устанавливают тепловой насос, который превращает энергию грунта, воздуха, воды в тепло, требуемого для подогрева воды системы отопления дома.

Сам геотермальный тепловой насос включен в два контура. Внутри здания находится первый кольцевой контур. Под землей находится второй контур – теплообменник. Для организации второго контура под землей (глубина от двух метров) прокладывают трубы (шланг). На дне рек или озер закладывается скважина глубиной от 30м до 100м. Длина контура может составлять от нескольких сотен до нескольких десятков метров. Внутри контура циркулирует жидкость (вода либо вода, в которую добавлен антифриз).

Во внешнем контуре вода принимает температуру среды, поступает в тепловой насос. Этот насос, в соответствии с установленным режимом работы (на охлаждение либо тепло) при помощи хладагента и компрессора аккумулирует тепло, передает его контуру внешнему (при охлаждении) либо контуру внутреннему (при обогреве).

Затраты на приобретение установки и обустройство геотермального отопления окупаются через 5-8 лет.

Способы работы системы

Принцип работы термального отопления может протекать в трех основных способах

1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.

2. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов.

3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Преимущества геотермальных систем

  • Геотермальные отопительные системы производят энергии в несколько раз больше, чем стоимость ресурсов затраченных для их работы. Для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии;
  • Возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок»;
  • Геотермальная установка не выделяет выбросов, загрязняющих атмосферу;
  • Для работы не требуются химические вещества или углеводороды. Этот факт делает её безопасной для жителей, а также для земли и водоемов;
  • Работа системы исключает возгорание и взрыв;
  • Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен;

Недостатки геотермальных систем

  • Очень большая стоимость установленного оборудования
  • Необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров
  • Недостатком воздушных тепловых насосов является более низкий коэффициент преобразования тепла, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе
  • Сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50°С ÷ +60°С градусов, причем чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность теплового насоса и меньше надежность теплового насоса.

Если вы живете в холодном регионе и готовы вложить в проект с окупаемостью в десятилетия 15-20 тысяч долларов, ваш выбор — геотермальный тепловой насос. Независимо от региона, расположенный рядом незамерзающий водоем можно использовать для обогрева. Расходы уменьшатся относительно предыдущего варианта как минимум вдвое. В теплой климатической зоне наш выбор — тепловой насос, извлекающий энергию из воздуха. При положительной среднемесячной температуре в течение всего года вы обеспечите себя теплом с минимальными затратами.

База знаний «Невский»
База знаний создана для клиентов и партнеров и состоит из лучших статей, накопленных за многие годы нашей компанией позволяет обновить и расширить свои знания по нашей сфере деятельности.