Воздушное отопление

Воздушное отопление. При всех своих преимуществах системы водяного отопления имеют один существенный недостаток: монтаж их трудоемок и дорог. Поэтому на рубеже двух тысячелетий не прекращают поиски новых отопительных систем, которые позволили бы с максимальной эффективностью обогревать помещения и в то же время снизить трудоемкость монтажных работ. Эту задачу легко решают газовые воздухонагреватели: они позволяют обойтись без дорогостоящих котлов, радиаторов, трубопроводов, фитингов и многих других элементов классических систем отопления.

Такое ре­шение позволяет уменьшить не только начальные за­траты на приобретение и монтаж оборудования, но и эксплуатационные расходы на обслуживание. Для этого современная промышленность выпускает бытовые газовые воздухонагреватели, которые спо­собны работать как на природном газе от магистрали, так и на сжиженном пропан-бутане.

По принципу действия и конструкции такие приборы условно можно разделить на две группы: прямого и не­прямого действия.

Воздухонагреватели прямого действия

Воздухонагреватели прямого действия основаны на принципе обогрева помещения раскаленной докрасна и испускающей инфракрасное излучение пористой керамической плиткой, в недрах которой и происходит сжигание природного газа. Это не что иное, как газовые камины, возле которых приятно провести время, не­жась под потоком лучистой энергии. Обычно это срав­нительно недорогие приборы мощностью 3-4 кВт, вы­пуск которых освоили некоторые изготовители отопи­тельных приборов (про выбор и размещение отопительных приборов).

Самый большой недостаток приборов такого типа: в отапливаемых помещениях “выгорает” кислород, а продукты сгорания газа остаются в помещении. Поэтому такие приборы больше служат для декоративных целей, и как основной источник тепла их рекомендовать нельзя.

Воздухонагреватели непрямого действия

Частично или полностью устранить эти недостатки позволяют воздухонагреватели непрямого действия. Такое оборудование — конвективно-радиальный теплообменник и теплообменные аппараты со встроенной камерой сгорания. При нагревании воздух становится легче и поднимается вверх, а на его место поступает холодный воздух, который нагревает­ся и т.д. (рисунок 1). Так возникла идея конвектора, который согревает помещение без устройств принудительной циркуляции воздуха.

Рисунок 1. Конвекторный воздухообмен в помещении: 1 - конвектор; (+) - теплый воздух; (+/-) - охлаждающийся воздух; (-) - холодный воздух.

Воздушный конвектор для отопления дома

Главное отличие конвектора от других обогревательных приборов: его можно подобрать для любого помещения — у современных моделей продуманный дизайн, они украшают интерьер и придают ему элегантный вид.

Говоря об отопительных приборах, специалисты от­мечают характерную особенность - развитие конвек­торов идет по пути уменьшения их массы и внутренне­го объема. Более тяжелый прибор дольше сохраняет тепло, то есть имеет большую тепловую инерцион­ность. Будучи нагрет, он не может быть быстро охлаж­ден с помощью терморегулятора и продолжает излу­чать накопленное тепло, делая температуру в помеще­нии излишне высокой.

Тепловые конвекторы - приборы, позволяющие распределять тепло по комнате более равномерно, чем радиаторы или другие отопительные системы. В результате предотвращается образование влаги и грибка. Основная теплоотдача радиатора происходит за счёт излучения. Конвектор же передаёт конвекцией более 90% тепла — весомое преимущество для эффективного, комфортного и здорового климата в помещении. Регуляторы температуры позво­ляют быстро установить и поддерживать температуру с точностью от 0,4 до 1 оС.

Эффективность конвекторов в сочетании с автома­тической регулировкой температуры позволяет полу­чить ровно столько тепла, сколько необходимо. И сов­сем не случайно, конвекторы на территории Западной Европы эффективно и успешно используют уже в тече­ние 20 лет. Там уже давно подсчитано, что обогрев по­мещений конвектором на 30-40% экономичнее по сравнению с традиционными методами отопления. На российском рынке присутствуют различные модели конвекторов, которые отличаются друг от друга, как по нагревательному элементу, так и по дизайну. Но наи­больший успех у газовых конвекторов, выпуск которых освоили многие отечественные и зарубежные произво­дители, поставляющие на российский рынок отопи­тельные приборы.

Газовые конвекторы и калориферы

Газовые конвекторы — независимое отопительное оборудование, реальная альтернатива традиционным отопительным приборам. Они обес­печивают не только возможность поддерживать задан­ную температуру в пределах от 8 до 33°С в отапливае­мом помещении, но и позволяют устанавливать различ­ную температуру в разных комнатах.

Конвекторы работают по принципу сгорания при­родного газа в металлическом теплообменнике, кото­рый обеспечивает высокоэффективную передачу тепла помещению. Одновременно происходит вывод продук­тов сгорания наружу и забор воздуха для горения. Это обеспечивает экологическую чистоту помещения и его эффективную вентиляцию. По сравнению с традицион­ной системой отопления, где нужны котлы, радиаторы, разводки трубопроводов по помещению, фитинги, на­сосы и другие компоненты, при использовании конвек­торов все это оборудование не требуется, так как от­сутствует водяной контур. Именно эта особенность га­зовых конвекторов позволяет использовать их для эф­фективного отопления загородных домов, коттеджей, гаражей, теплиц и т.д. Газовоздушную смесь в этих при­борах поджигают либо искра от электронного блока, либо фитилек запальной пилот-горелки, которая, в свою очередь, воспламеняется при нажатии кнопки встроенной “пьезозажигалки”. В последнем случае не требуется подвод электрической энергии.

Канальное воздушное отопление

В практике коттеджного строительства в регионах с холодным и умеренным климатом нашли широкое применение системы канального воздушного отопле­ния (рисунок 2). Такая система позволяет без традицион­ных трубопроводов и радиаторов отапливать помеще­ния дома теплым воздухом, подаваемым по специаль­ным каналам. Преимущество этого способа перед традиционными — малая инерционность системы: за 35 - 40 минут она поднимает температуру в помещениях дома от -10 до +22°С.

Рисунок 2. Схема воздушного отопления дома: 1 - печь; 2 - фильтры; 3 - труба забора воздуха из помещений; 4 - забор свежего воздуха; 5 - труба подвода свежего воздуха; 6 - подача теплого воздуха в помещения; 7 - забор воздуха из помещений; 8 - дымоход.

После быстрого прогрева помещений включается автоматика, позволя­ющая поддерживать температурный режим на задан­ном уровне. К достоинствам систем воздушного отоп­ления относят:

• равномерный обогрев помещения по всему объе­му с небольшим “подпором” воздуха, который полно­стью устраняет сквозняки и возможность проникновения уличной пыли;
• возможность вентиляции помещений, фильтра­ции подогретого воздуха с устранением запахов, микробов и других посторонних включений;
• низкие эксплуатационные расходы, позволяющие повысить КПД до 93%;
• возможность работы в экономичном режиме.

В качестве теплового генератора используют газо­вые или жидкостные обогреватели с автоматикой безо­пасности. При хорошей тепловой изоляции дома для поддержания заданной температуры обогреватель включается 3-4 раза в сутки, что позволяет экономить топливо, а следовательно, и средства на обогрев жилых помещений. К примеру, для обогрева небольшого дач­ного домика одного баллона сжиженного газа хватает примерно на 8 - 12 дней.

Практически во всех системах ото­пления теплота, выработанная теплогенератором, передаётся потребите­лю воздухом. Даже в системе водяного отопления вода выступает лишь в каче­стве промежуточного теплоносителя, а окончательное распределение тепла от радиаторов всё равно остаётся за воз­духом. Исключение — только отопительные приборы, от которых тепло передаётся излучением: открытые камины, инфракрасные излучатели и т.д. Но они играют ограниченную роль в ото­плении жилых домов в нашей стране.

Воздух нагревается на теплоотдающих поверхностях (поверхности тех же радиаторов водяного отопления, элек­трических нагревателей конвективного типа, «зеркал» печей и т. д.) и поступает в отапливаемое помещение, где остывает, отдавая тепло стенам, потолкам, пред­метам мебели. После этого воздух снова должен нагреться. Такой круговорот воздуха может происходить под действием естественных сил (тёплый воздух легче и поэтому поднимается вверх) или прину­дительно - за счёт вентилятора. В дальнейшем мы будем использовать термин конвекционное отопление (кстати, тут общие сведения об отоплении) для систем с естественной циркуляцией воздуха и воздушное ото­пление (ВО) для систем с принудительной циркуляцией воздуха.

Такое определение ВО не общепринято. Часто систему отопления называют воздушной, если есть система воздуховодов для раздачи нагретого воз­духа от теплогенератора (без вентилятора). Под такое определение подпадают тогда и дровяные печи типа «Булерьян» и «Профессор Бутаков», поскольку у них есть возможность для подсоединения воздухо­водов и раздачи тёплого воздуха по дру­гим помещениям за счёт конвекции.

Если исходить из наших определений, то эти печи следует отнести к системам конвекционного типа.

Системы ВО можно разделить на два вида - канальные и локальные. Для канальных систем требуется система воздуховодов, как подающих, так и возвратных. Для локальных систем воздуховоды чаще всего не нужны. Про­стейшие локальные системы ВО - это тепловентиляторы и тепловые пушки.

Рисунок 3. Теплообменник прямого нагре­ва: 1-горячий воздух; 2- теплооб­менник; 3-вентилятор; 4-холодный воздух; 5-горелка; 6-дымоход.

Рисунок 4. Теплообменник косвенного нагре­ва: 1 - горячий воздух; 2 - теплообмен­ник; 3 - вентилятор; 4 - холодный воздух; 5 - горелка; 6 - контур промежуточного теплоносителя; 7-дымоход.

Читайте также: Подробный материал про все виды теплообменников

Общая характеристика воздушного отопления

Систе­ма ВО в полной комплектации состоит из генератора тепла, теплообменника, вентилятора, воздушного фильтра и системы воздуховодов (рисунок 5). Генератор тепла тесным образом связан с тепло­обменником. Теплообменники можно разделить на два вида: теплообмен­ники прямого нагрева (рисунок 3) и теплообмен­ники косвенного нагрева (рисунок 4). В последних между генератором тепла и теплооб­менником циркулирует промежуточ­ный теплоноситель, например, вода или антифриз. В теплообменниках пря­мого нагрева топливо сгорает в самом теплообменнике или же в качестве теплообменника используются тэны или спиральные электронагреватели.

Рисунок 5. Общая схема СВО дома: 1 - ди­зельный отопительный котёл; 2 - трубы водяной части отопления (для водяного теплообменника воздухонагре­вателя); 3 - дымоход дизельного котла; 4 - вентиляция (для санузла и кухни); 5 - рекуператор; 6 - воздуховод подачи свежего воздуха (подсоединяется к системе воз­вратных воздуховодов СВО); 7 - выброс «грязного» воз­духа (из санузла и кухни) после рекуператора; 8 - ма­гистральный подающий воздуховод; 9 - подающие оконечные воздуховоды; 10 - подающие решётки; 11 - возвратные воздуховоды.

Промышленно производимые тепло­обменники прямого нагрева систем ВО работают на газе (природном или сжи­женном), дизельном топливе или элек­тричестве. Эти воздухонагреватели изначально комплектуются вентилято­рами соответствующей мощности.

Как отмечалось ранее, на твердото­пливных печах типа «Булерьян» и «Про­фессор Бутаков», которые относятся к теплообменникам прямого нагрева, можно создать систему ВО, добавив систему подающих воздуховодов. Вентиляторы таких печей чаще всего не предназначены для прокачки воздуха по воздуховодам. Они не способны создать давление, необходимое для системы ВО. А если и спо­собны, то имеют недопустимо высокие шумовые характеристики. В гараже их ис­пользовать можно, а в спальне - нет.

Воздухонагреватели косвенного на­грева с водяными теплообменниками обычно называют фанкойлами (рисунок 4).

У фанкойлов есть ряд преимуществ перед промышленно выпускаемыми воздухонагревателями прямого нагрева:

• фанкойлы могут работать с любым водяным отопительным котлом, работающим на любом виде топлива, и ко­торый может быть размещён вне отапливаемого здания;
• один котёл может использоваться и для отопления, и для нагрева воды си­стемы горячего водоснабжения (ГВС);
• для нескольких домов (основной, гостевой, баня) можно иметь один ото­пительный котёл (или два, подключён­ных параллельно для надёжности).
• промежуточный теплоноситель позволяет сделать комбинированную систему отопления: те поме­щения, которые имеют специфические свойства воздуха (гараж, баня, конюш­ня и т.п.), отапливаются конвекционной системой отопления (батареями водя­ного отопления), а жилая зона - систе­мой воздушного отопления;

Плюсы и минусы

Системы ВО отно­сительно мало распространены в жилом секторе нашей страны, и на них до сих пор смотрят как на экзотику. Чаще всего система ВО требует пусконаладочных работ «по воздуху» и «по системе автоматики», которые мо­гут сделать только подготовленные спе­циалисты, имеющие соответствующие приборы и инструменты.

Ошибки при проектировании системы и её монтаже могут привести к повышенному уровню шума в помещениях, дисбалансу пода­чи воздуха по помещениям и, как след­ствие - дисбалансу по температуре.

Воздуховоды к тому же занимают определённый объём, и это важно учесть на этапе проектирования дома. При грамотном подходе практически все воздухово­ды удаётся спрятать так, что полезный объём дома почти не уменьшается.

При проектировании системы воздухо­водов важно иметь дизайн-проект расста­новки мебели и бытового оборудования. Крайне нежелательно, чтобы подающие вентиляционные решётки находились в зо­не долговременного пребывания людей.

Система ВО - электрозависима, по­этому в доме желательно иметь систему резервного электроснабжения и систе­му резервного отопления (к примеру камин промышленного изготовления).

Всё вышеперечисленное можно отне­сти к минусам системы ВО. Но есть у неё и неоспоримые преимущества по срав­нению с конвекционными системами.

Главное преимущество этой системы: отопление и вентиляция совмещены в одной. Нужно сказать, что необходимость устройства вентиляции в наших домах, построенных по энергосберегающим технологиям и оснащённых современны­ми герметичными окнами и дверями, всё больше и больше осознаётся застройщи­ками. Отсутствие нормальной приточно-вытяжной вентиляции может привести к накоплению влаги в стенах и появлению плесени. А воздушная система, выполня­ющая сразу функции отопления и венти­ляции, обойдётся дешевле, чем две спе­циализированные системы.

В системе ВО обязательно устанавлива­ют фильтры. Они бывают нескольких типов: обычный механический, который удаля­ет частицы пыли до 0,3 мкм; электронный фильтр - удаляет частицы пыли размером до 0,01 мкм; угольный фильтр - удаляет неприятные запахи. Через электронный фильтр, к примеру, не проходит пыльца растений и табачный дым, а обслуживание его сводится к периодической промывке под струёй воды.

Рисунок 6. Схема размещения системы воздушного отопления: 1 - теплообменник; 2 - подающие воздуховоды; 3 - возвратные воздуховоды; 4 - забор свежего воздуха; 5 - рекуператор; 6 - дымоход.

В системе возвратных воздуховодов в простейшем случае предусматривает­ся рукав, забирающий воздух с улицы и подмешивающий его к внутреннему воз­духу (рисунок 6). Эта смесь воздуха, пройдя через фильтр и теплообменник, нагревается и равномерно распределяется по всем помещениям. Проблема открытых фор­точек и сквозняков при этом снимается. Форточки просто не открывают, а в доме создается небольшое избыточное дав­ление, что препятствует проникновению в помещения «забортного» воздуха и создаёт условия для лучшей вентиляции «грязных» помещений.

При работе ВО на нижнем этаже до­ма основная часть воздуха забирается снизу, а на верхнем этаже - с потол­ка. Тем самым обеспечивается вырав­нивание температуры воздуха по всему объёму отапливаемых помещений.

Ещё в систему воздуховодов можно установить канальный увлажнитель воздуха, который держит влажность в доме под контролем, и кондиционер, который поддержит ком­фортную температуру в жаркие месяцы. Можно установить и ультрафиолетовый стерилизатор воздуха, который включа­ется для профилактики инфекционных заболеваний или в случае, если кто-то из домашних заболел.

Частые вопросы

Что такое воздушное отопление?

Система отопления без жидкого теплоносителя: воздух греется непосредственно от теплогенератора (калорифера, печи, кондиционера) и разносится по помещениям вентиляцией или естественной конвекцией.

Чем воздушное отопление отличается от водяного?

Нет труб с водой и радиаторов: тепло передаётся напрямую воздухом. Воздухонагреватель греет воздух, вентилятор разносит его по помещениям. Не нужно заполнять систему водой и следить за давлением.

Какие бывают воздухонагреватели?

Прямого действия (топливо сгорает в потоке воздуха) и непрямого действия (тепло от нагревателя передаётся воздуху через теплообменник — продукты сгорания не смешиваются с воздухом помещения).

Что такое канальное воздушное отопление?

Система воздуховодов, по которым тёплый воздух от калорифера разносится по помещениям. Калорифер (теплообменник + вентилятор) устанавливается в отдельном помещении или на чердаке; воздух распределяется через решётки в каждой комнате.

Можно ли использовать кондиционер для отопления?

Да: кондиционер в режиме обогрева работает как тепловой насос — COP 2,5–3,5 (на 1 кВт электричества 2,5–3,5 кВт тепла). Эффективнее электроконвектора, но при −15 °C и ниже КПД резко падает.

Список использованных источников

1. Журнал «Дом» №8, 2008.
2. Инженерное оборудование дома и участка. Авт.: В.С. Самойлов; ООО «Аделант», 2004.- 320 с.