Автономні системи опалення: досліджуємо джерела тепла

Тема цієї статті - системи автономного опалення. Ми постараємося з'ясувати, якими вони бувають і що може використовуватися в якості джерела теплової енергії для них. Крім того, ми маємо провести порівняльний аналіз економічності і зручності використання тих чи інших рішень.

Класифікація

Почнемо з того, за якими ознаками можна класифікувати автономне опалення.

За джерела теплової енергії.

Ось список можливих рішень:

• Газ (магістральний і скраплений - в газгольдерах і балонах).
• Вугілля.
• Дрова.
• Пелети (гранульовані відходи деревообробки).
• Дизпаливо.
• Електроенергія.

За способом перенесення тепла від котла до периферійних приміщень.

Їх всього два.

1. Водяне опалення найбільш популярно через високу теплоємності води.

Зауважте: поряд з водою можуть використовуватися теплоносії з більш низькою температурою кристалізації, що дозволяють не боятися розморожування при зупинці нагріву і циркуляції. В основній масі це суміші води з етилен- і пропіленгліколь.

1. Повітряне опалення часто поєднується з вентиляцією. Для обігріву приміщення використовується потік повітря.

економічність

Давайте порівняємо витрати, які обіцяє власнику кожен з перерахованих джерел тепла.

Нюанс: у окремих регіонах країни конкретні ціни можуть відрізнятися. Втім, їх співвідношення збережеться.

Особливий випадок

Дослідження експлуатаційних витрат принесло нам несподіване відкриття: в 21 столітті дрова як і раніше залишаються найдешевшим джерелом тепла за відсутності магістрального газу. Мало того: для жителів сільської місцевості витрати на них можуть і зовсім звестися до нуля - збір хмизу і обрізка дерев на ділянці способи покрити потребу в паливі. А ось самий, здавалося б, прогресивний джерело тепла - електроенергія - виявився внизу списку.

Однак цей розклад буде вірним лише для приладів прямого нагріву, що перетворюють кіловат електричної потужності в кіловат потужності теплової. Для теплового насоса картина принципово інша: його пристрій дозволяє на кожен витрачений кіловат-годину електроенергії отримати від 2 до 5 кіловат-годин тепла.

За рахунок чого?

Секрет простий: енергія витрачається не на вироблення тепла, а на його переміщення від низько потенційного джерела до високопотенційний. Простіше кажучи, пристрій теплового насоса дозволяє охолодити і без того холодне середовище ще сильніше і нагріти отриманим теплом будинок.

Як досягається цей ефект?

• Летючий холодоагент стискується компресором і переходить в рідку фазу з виділенням великої кількості тепла.
• Це тепло віддається теплообміннику і використовується для нагріву приміщення.
• Після теплообмінника віддав тепло холодоагент проходить розширювальний клапан і переходить в газоподібний стан, різко охолоджуючись при розширенні.
• Потім він направляється в другий теплообмінник. Оскільки той при проходженні холодоагенту охолоджується до температури, куди більш низькою, ніж у навколишнього середовища, виникає постійний тепловий потік: холодоагент нагрівається і, нагрівшись, повертається до компресора на повторний цикл.

Теплові насоси з найбільш високим COP (coefficient of performance, параметр, яким позначається відношення теплової та електричної потужності насоса в режимі нагріву) зменшують вартість кіловат-години тепла до 3,6 / 5 = 0,72 рубля, що практично зрівнює їх економічність з газовим обладнанням і залишає далеко позаду конкуруючі рішення.

Втім: для більшості теплових насосів реальніший середній протягом сезону COP, рівний 3 - 3,5.

Зручність використання

На економічності список важливих для споживача якостей не закінчується. Як мінімум не менш важливий ще один параметр - зручність використання.

А з цієї точки зору вибудовується зовсім інша табель про ранги.

1. Усе електрообладнання (як прилади прямого нагріву, так і теплові насоси) повністю автономні і не вимагають догляду або обслуговування. Відведення продуктів згоряння їм по очевидним причин теж ні до чого.

1. Газові і солярні котли опалення теж здатні на тривалу автономну роботу. Однак по зручності експлуатації вони дещо поступаються електроприладів: всім їм потрібне відведення продуктів згоряння; для соляри додається необхідність обладнати для неї ємність об'ємом в кілька кубів і терпіти шум пальника, мало поступається реву літака на зльоті.

Використання балонного газу вимагає додаткової уваги: ​​балон доведеться міняти від рази на добу до пари раз у тиждень.

1. Термін автономної роботи пеллетного котла може досягати тижні за рахунок автоматизованої подачі палива з бункера. Втім, як і всім твердопаливним пристроїв, йому потрібна періодична чистка зольника.

1. Нарешті, дров'яні і вугільні котли і печі вимагають постійної уваги: ​​їх доводиться розтоплювати кілька разів на добу.

водяне опалення

Давайте ближче познайомимося з тим, які джерела тепла можуть використовувати автономні опалювальні системи.

Газові та соляровим котли

Їх пристрій цілком зрозуміло: газовий пальник гріє теплообмінник і передає тепло циркулюючому через нього теплоносія.

Що ще потенційному покупцеві корисно знати про газове обладнання?

• Енергонезалежні пристрої оснащуються пьезорозжігом і використовують для займання основного пальника при падінні температури теплоносія так звану пілотну. Котли з електророзпалом її не мають і за рахунок цього забезпечують приблизно 20-відсоткову економію газу.

Зверніть увагу: електророзжіг погано поєднується з нестабільністю подачі електроенергії в сільській місцевості. Почасти, втім, проблема вирішується установкою джерел безперебійного живлення, здатних підтримувати роботу котла протягом 4-6 годин.

• Атмосферний пальник відбирає повітря в приміщенні і відводить продукти згорання в вентканал або димар. Закрита пальник має на увазі відбір повітря з вулиці і відведення продуктів згоряння по тій же коаксіальної (з подвійними стінками) трубі.

• Конденсаційні котли забезпечують 9-11% економії газу в порівнянні з класичними. Вони не тільки відбирають тепло в продуктів згоряння, а й конденсируют їх на додатковому теплообміннику. До слова, температура обратки в 30С, характерна для систем теплої підлоги, для них оптимальна; в звичайному казані вона викликає випадання конденсату на непристосованому для цього теплообміннику і його достроковий вихід з ладу.
• Газові котли часто уніфікуються з соляровим. Існує багато конструкцій, що дозволяють змінити вид палива простою заміною пальника.

твердопаливні котли

Класичне пристрій цього типу складається з топки з сорочкою-теплообмінником, вхідного і вихідного патрубків, зольника з піддувалом і нехитрої системи автоматизації. При перегрів теплоносія найпростіший механічний термостат прикриває піддавали, обмежуючи доступ повітря і зменшуючи теплову потужність приладу.

Така схема проста, виключно відмовостійкості, але має пару серйозних недоліків:

1. Завантаження топки потрібно кожні 2-4 години.
2. Обмеження припливу повітря призводить до катастрофічного падіння ККД через те, що через димохід випаровуються продукти неповного згоряння. При обмеженому доступі кисню дрова і вугілля утворюють чадний газ (до слова, токсичний) і леткі вуглеводні.

У спробах вирішити ці проблеми була створена пара вельми цікавих конструкцій.

газогенератор

Газогенераторний (піролізний) котел розбиває процес спалювання палива на два етапи.

1. Воно тліє при обмеженому притоці повітря, прогорить до стану золи і виробляючи піролізний газ - ті самі летючі вуглеводні.
2. Потім піролізний газ надходить в розташовану під основний топкою камеру допалювання, де через інжектори до нього надходить нова порція повітря. При високих температурах це призводить до миттєвого займання газоповітряної суміші.

Що в результаті?

• Гнучке регулювання потужності без втрати ККД.
• Тривале (до 12 годин) горіння на одній закладці палива.

верхнє горіння

Ще більш цікава модифікація газогенератора - піч верхнього горіння. Принцип її роботи зводиться до перенесення процесу тління дров або вугілля з нижньої на верхню поверхню закладки.

Як це працює?

1. У завантажену і розпалену зверху топку опускається рухливий повітропровід, який закінчується потужним диском - повітророзподільником.
2. Приплив повітря забезпечується по всій поверхні шару палива. Він дозується регульованим вручну або автоматично клапаном.
3. Камера над диском-розподільником повітря використовується для допалювання продуктів неповного згоряння. При цьому висхідним потоком повітря повністю несеться зола, здатна перешкодити тління.

Максимальна тривалість автономної роботи, показана котлом верхнього горіння від литовської компанії Stropuva - 31 година.

електрокотли

Прилади прямого нагріву теж діляться на кілька категорій. ТеНові використовують для нагрівання трубчасті нагрівачі, поміщені в проточний бак. Потужність регулюється ступінчасто. Конструкція досить відмовостійкості, недорога і не має якихось серйозних недоліків, крім типової для всіх приладів прямого нагріву низькою економічності.

Електродні котли використовують проходження безпосередньо через воду змінного струму. Їх головна перевага - компактність. Недоліки - поступове розчинення електродів і здатність працювати лише в воді з певним мінерально-сольовим складом.

Індукційний котел являє собою поміщений в трубу з діелектрика феромагнітний сердечник і обмотку, що збуджують в ньому нагрівають метал вихрові струми. Головне достоїнство індукційного котла - його феноменальна відмовостійкість і необмежений ресурс роботи: в ньому просто-напросто немає зношуються з часом деталей.

Важливо: будь-які заяви про те, що якийсь електричний котел економічніший, ніж конкуруючі рішення - першорядна брехня. Будь-прилад прямого нагріву перетворює в тепло 100% витраченої електроенергії. Навіть якщо теплова енергія в силу конструктивних особливостей не повністю передається теплоносію, а частково розсіюється в повітрі - вона все одно гріє ваш будинок.

теплові насоси

Вони можуть використовувати кілька типів джерел низько потенційного тепла.

геотермальні

Теплообмінники поміщаються нижче рівня промерзання і відбирають теплову енергію у грунту. Головна проблема цих насосів - дорогий монтаж.

Можливі два його варіанти.

1. Зонди опускаються в вертикальні свердловини глибиною 30 - 100 метрів.

1. Колектор укладається горизонтально.

Другий варіант привабливий тим, що траншею під горизонтальний колектор можна вирити своїми руками, що помітно скоротить витрати на монтаж. Однак площа землі під колектор має приблизно втричі перевищувати опалювальну; при цьому під посадки її використовувати не можна - рослини не перенесуть температурного режиму колектора.

водяні

Вони можуть бути реалізовані двома способами:

1. Колектор поміщається на дно незамерзаючого водойми.

1. Для теплообміну використовується дві свердловини - дебетні та дренажна. Віддала тепло вода зливається назад у водоносний горизонт.

повітряні

Вони можуть стати ідеальним варіантом для теплих кліматичних зон. Невисока вартість рішення, дешевий і простий монтаж роблять їх дуже привабливими джерелом тепла за відсутності магістрального газу.

Варто, однак, врахувати пару тонкощів.

• Навіть найкращі пристрої цього типу зберігають працездатність при температурах вуличного повітря до-25С.
• З падінням температури падає COP приладу. Якщо при +10 він дорівнює п'яти, то при 25С знизиться до двох.

Важливий момент, актуальний для всіх типів теплових насосів: чим нижче температура теплоносія, тим менше дельта між нею і навколишнім середовищем, а значить - тим вище COP приладу. Саме тому з тепловими насосами всіх видів використовуються радіатори з великим кількість секцій, а температура теплоносія не піднімається вище + 45С.

повітряне опалення

Газові, соляровим та твердопаливні котли повітряного опалення повністю дублюють особливості своїх побратимів, призначених для нагріву води. Окремо варто виділити лише пару конструкцій.

Булерьян

Під цією назвою, узятим у одного з перших виробників, ховається конвекційна піч-газогенератор. Її головна особливість - в тому, що топка оточена відкритими знизу і зверху сталевими трубами великого діаметру, в яких при нагріванні виникають стійкі конвекційні потоки. Криволінійність труб сприяє ефективному перемішуванню повітря в приміщенні.

Зауважте: нагріте повітря може бути розведений системою повітропроводів. Для його примусової подачі можуть використовуватися звичайні канальні вентилятори.

інверторний кондиціонер

Будь-кондиціонер являє собою окремий випадок теплового насоса, що працює за схемою повітря-повітря. Саме інвертор відрізняється тим, що використовує перетворення змінного струму в постійний, що дозволяє гнучко управляти потужністю компресора. При нагріванні повітря до потрібної температури компресор не зупиняється, а знижує обертів.

Побічний наслідок того, що компресор постійно в роботі - здатність інвертора виконувати свої функції при низьких (аж до вже згаданих 25С) температурах. Власне, багато моделей позиціонуються виробниками саме як побутові теплові насоси.

Опалення инверторами - безсумнівно, краще рішення в регіонах, де зимові температури не опускаються нижче -10 - -20 градусів. Щоб інструкція по вибору схеми опалювання не була голослівною, автор поділиться власним досвідом використання інверторного кондиціонера для обігріву мансарди минулої зими.

висновок

Сподіваємося, що наш мініатюрний огляд допоможе читачеві вибрати оптимальний для його умов рішення. Додаткову інформацію про те, якою може бути автономна система опалення, запропонує прикріплене відео. Успіхів!