Разновидности новых технологий в отоплении частных домов

Постоянный рост цен на отопление способствует тому, что люди прибегают к использованию альтернативных источников. Разработки в этой области позволяют применять природные ресурсы, такие как солнце, вода и земля. Также новые технологии внедряют целые комплексы по отоплению дома.

Какую отопительную систему выбрать? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо изучить все особенности работы и определить условия для правильного функционирования. Также немаловажным фактором является рентабельность и целесообразность выбранного вида.

Новые технологии с применением альтернативных теплоносителей приходят на смену привычным для всех газовых и электрических отопительных установок. Различают четыре вида систем в зависимости от источника:

• гидротермальные;
• геотермальные;
• солнечные;
• инфракрасные.

Рассмотрим их подробнее.

Гидротермальная

В основе этого метода лежит использование природной воды. Из нее будет извлекаться необходимая тепловая энергия. Если в пределах досягаемости вашего дома находится озеро или водоем, тогда задача по установке оборудования значительно упрощается. Но это скорее исключение из правил, в большинстве случаев приходится бурить скважины до уровня грунтовых вод.

Принцип действия

Установку можно разбить на три составляющие:

• внешний контур;
• внутренняя разводка;
• геотермальный насос.

Внешний контур представляет собой конструкцию труб, проложенную под землей на уровне подземных вод. Глубина их залегания должна быть ниже глубины промерзания. Внешний контур представляет собой отопительные коммуникации дома.

Принцип действия установки заключается в следующем. Тепло подземных вод передается теплоносителю внешнего контура. При помощи насоса он поступает в теплообменник. После чего осуществляется передача тепла на внутреннюю разводку. Всех сложностей монтажа можно избежать, если поблизости находится водоем. Теплообменник погружается в воду и подключается к отоплению. Площадь водоема должна быть не менее 200 м².

Преимущества устройства

Конструкция имеет следующие преимущества:

• универсальность — система может работать не только как отопительная, но и охлаждающая;
• низкий расход электроэнергии — она необходима только для питания насоса и составляет порядка 1 кВт в час;
• пожарная безопасность обеспечивается за счет отсутствия процесса горения;
• высокий коэффициент полезного действия — из 1 кВт электроэнергии выход составляет 5 кВт тепла;
• простота эксплуатации и технического обслуживания.

Недостатком является высокая стоимость теплового насоса и монтаж оборудования. Для дома площадью 100 м² и потребляемой мощности 5 кВт*ч, монтаж отопительной системы составит примерно 440 тыс. рублей. Этот расчет берется для домов, находящихся в радиусе 50 метров от водоема, в который будет погружаться теплообменник.

Геотермальная установка

Ее принцип работы схож с гидротермальным вариантом. Разница заключается в том, что используется тепло земли, а не воды.

Особенности оборудования

Укладка внешнего контура может осуществляться как вертикально, так и горизонтально. Вертикальное расположение обусловлено рядом сложностей в процессе монтажа. Для труб необходимо бурить скважины на большую глубину. Но с горизонтальной укладкой связаны два отрицательных момента:

• необходима большая площадь частного участка для размещения контура;
• невозможность посадки растений, потому что коллектор будет охлаждать их корни.

Забор тепла в обоих случаях осуществляется непосредственно из почвы поблизости частного строения. Отвечающий за перекачку теплоносителя геотермальный насос располагают в самом доме. Шахта с теплообменником должна располагаться в непосредственной близости к строению.

Достоинства использования тепла земли

Данная система имеет следующие преимущества:

• тепловая энергия земли является неисчерпаемым источником энергии;
• автономная работа системы;
• абсолютная пожаробезопасность, отсутствует вероятность возгорания;
• минимальный расход электроэнергии;
• нет необходимости в доставке и хранении топлива;
• длительный срок эксплуатации.

Высокая стоимость объекта – вот главный минус. Геотермальная установка для такой же квадратуры, как в предыдущем случае увеличится до 600 тыс.рублей.

Солнечные батареи

Использование энергии солнца для отопления является самым недорогим и доступным способом. Главной задачей является преобразование солнечных лучей в тепло с минимальными потерями.

Устройство системы

Главным элементом такой системы является солнечный коллектор. Это устройство, состоящее из трубок, которые ведут к резервуару с теплоносителем. Коллекторы бывают вакуумные, воздушные и плоские. Кроме них в состав входят следующие узлы:

• теплообменник;
• накопительный бак;
• трубопровод;
• аванкамера.

Накопительный бак – это емкость с нагретым теплоносителем. Из верхней части емкости жидкость подается в отопительные приборы. После прохождения всего отопительного контура остывший теплоноситель вновь поступает в бак.

Аванкамера служит для предотвращения задержки воздуха в отопительном трубопроводе. Она представляет собой бак, который располагается в самой высокой точке системы. Устанавливать коллекторы необходимо под углом в 35–40°. Такой уклон обеспечит максимальную эффективность. Чтобы свести к минимуму тепловые потери, все трубопроводы, ведущие от коллектора к теплообменнику, необходимо изолировать.

Достоинства и недостатки

Стоит отметить основные преимущества солнечной батареи:

• высокая эффективность;
• длительный срок службы — более 25 лет;
• простота обслуживания;
• независимость от низких температур воздуха.

Но все же батареи лучше использовать как дополнительный источник тепла для частных домов. В зимнее время энергии солнца будет недостаточно, чтобы аккумулировать необходимое количества тепла. Во время повышенной облачности, ваше жилище также может остаться холодным. Новые технологии позволяют объединять несколько видов отопления в один комплекс, и солнечные батареи могут быть совмещены с геотермальной установкой или инфракрасным излучением.

Также к недостаткам можно отнести очень высокие цены на солнечные коллекторы и оборудование. Для отопления дома в 100 м² монтаж солнечных батарей обойдется примерно в 900 000 рублей.

Инфракрасное излучение

Суть этого метода заключается в использовании свойств инфракрасных лучей. Направленный поток нагревает твердые предметы, находящиеся под излучением, а они в свою очередь повышают температуру воздуха дома.

Особенности оборудования

Инфракрасное излучение может исходить от точечных элементов или от поверхностей. Производится расчет необходимого количества приборов. Излучатели могут быть двух видов:

Стационарные излучатели фиксируются на потолке и стенах в тех местах, где необходимо произвести нагрев. Мобильный вариант на опоре можно перемещать в пределах частного дома, его даже можно использовать на открытом воздухе.

Также инфракрасное излучение может исходить от поверхностей. Для этого используется специальная пленка, которая располагается под облицовочным слоем на потолке, стенах и потолке. Эта технология является новинкой в разработке отопительных комплексов.

Плюсы и минусы

Эксплуатация инфракрасных излучателей связана как с положительными, так и с отрицательными моментами. К плюсам можно отнести:

• быстрый прогрев помещения;
• экономный расход электроэнергии;
• возможность перемещения прибора;
• автоматическая регулировка режима отопления;
• использование источника тепла на открытых площадках;
• невысокая стоимость инфракрасного оборудования.

Покупку и установку излучателей для домов площадью 100 м² можно ограничить 30000 рублей. Если предусмотрено пленочное инфракрасное отопление, стартовым порогом расходов будет сумма в 160000 рублей.

Минусы инфракрасной системы отопления состоят в том, что располагаться приборы должны не ниже чем на 1,5 метра от уровня пола. Это необходимо для того, чтобы не повредилось напольное покрытие дома. Длительная работа излучателя может привести к его перегреву.

Современные отопительные системы – новые и традиционные способы обогрева

Выбор способа обогрева зависит от финансовых возможностей домовладельца. Горожан с достатком выше среднего больше интересуют современные системы отопления и новейшее энергосберегающее оборудование. Сельские жители с невысокими доходами ставят задачу иначе: экономно обогреть квартиру либо частный дом, понеся минимальные затраты на монтаж.

Обе группы домовладельцев объединяет вполне понятное желание – меньше платить за коммуналку. Вариантов решения проблемы тоже два: пользоваться новыми технологиями или уходить / уменьшать потребление дорогостоящих энергоносителей.

Высокотехнологичные решения

Обогрев жилых и производственных помещений – сфера довольно консервативная, здесь сложно изобрести что-то новое, кардинально отличающееся от традиционных вариантов. Поэтому современные принципы отопления остаются прежними – перенос тепла от источника водяной системой либо прямой нагрев воздуха.

Как правило, инновации в отоплении затрагивают теплосиловое оборудование. Производители стремятся повысить КПД твердотопливных и газовых котлов, а также предлагают разнообразные альтернативные варианты:

• тепловые насосы;
• солнечные коллекторы;
• напольный и панельный электрический обогрев с помощью инфракрасной пленки.

Так выглядят наружные блоки теплового насоса «воздух-воздух», напоминающие внешние модули сплит-систем

За последние 10 лет видоизменились тепловые сети загородных и многоквартирных домов (новостроек). Появились новейшие средства автоматизации, безопасности и дистанционного управления обогревом. Рассмотрим применяемые технологии по порядку.

Справка. За прошедший 10-летний период очень мало изменились отопительные приборы. В квартирах по-прежнему используется 4 типа водяных радиаторов – чугунные, алюминиевые, стальные и биметаллические. Аналогичная картина наблюдается в сфере электрообогрева, где применяются конвекторы, тепловентиляторы и приборы инфракрасного отопления.

Традиционные тепловые установки

Котлы, сжигающие различное топливо и использующие электричество, постоянно совершенствуются. Модернизируются и традиционные установки воздушного отопления, которые 20 лет назад встречались лишь в производственных зданиях. Мы однозначно относим к новинкам следующее оборудование:

• котлы газовые конденсационные;
• автоматические теплогенераторы на пеллетах и каменном угле;
• установки нагрева воздуха с регенерацией теплоты – рекуператоры.

Газовый конденсационный (слева) и пеллетный автоматический котел (справа)

Примечание. Казалось бы, ассортимент классических электрообогревателей тоже дополнился новыми изделиями, например, микатермические и кварцевые модели. Эти приборы нельзя назвать инновационными, поскольку их принцип действия и КПД идентичен инфракрасным обогревателям.

Разберемся, за счет чего повышена эффективность котельного оборудования:

1. В оптимальном режиме работы конденсационный котел использует скрытую теплоту сгорания природного газа, КПД достигает 96%. В обычных условиях при сжигании образуется вода, которая испаряется и улетает в дымоход. Цилиндрический теплообменник нашего агрегата заставляет пар сконденсироваться и отнять обратно теплоту парообразования.
2. Автоматическая подача твердого топлива в горелку позволяет увеличить КПД сжигания угля и пеллет до 86%. Решающую роль играет четкая дозировка горючего и объема воздуха, нагнетаемого вентилятором. Заметьте: теплообменная часть котла мало отличается от дровяных «собратьев» прямого горения.
3. Теплообменник рекуператора умеет подогревать приточный воздух, отнимая теплоту вытяжного потока. На практике удается передать 50…70%, остальные 30…50 процентов догревает отопительная установка.

Особенность классического рекуператора с перекрестными воздушными потоками – энергонезависимость и абсолютная изоляция вытяжки от притока. С другой стороны, для перемещения воздуха нужны вентиляторы, потребляющие электричество.

Самое лучшее теплосиловое оборудование стоит больших денег. Конденсационные теплогенераторы дороже обычных газовых на 40—80%, а стоимость 1 ретортной пеллетной горелки превышает цену простого котла с цепочкой. Но с течением времени и по мере распространения котельные установки дешевеют, становясь доступнее с каждым годом.

Оборудование для альтернативного отопления

Выше мы привели список нетрадиционных источников тепла, теперь раскроем секреты их эффективности:

Тепловые насосы (ТН), используя принцип работы кондиционера, переносят энергию внутрь жилых помещений. Агрегат отнимает низкопотенциальное тепло грунта, воды либо воздуха. Соотношение потребленного электричества к перенесенной тепловой энергии составляет 1 : 3 у воздушных и 1 : 5 у геотермальных установок.

Способы отбора теплоты геотермальным ТН
Расположенные на открытом участке солнечные коллекторы греют воду напрямую либо посредством вещества, заключенного внутри прозрачных вакуумных трубок. Энергия достается практически даром, но с перебоями – ночью и в зимний период гелиосистемы сильно теряют эффективность.

Солнечные коллекторы не могут отапливать дом самостоятельно, поэтому отдают энергию в буферную емкость или бойлер косвенного нагрева

Тонкая полимерная пленка с нагревательным углеродным слоем не экономит электричество напрямую. Но будучи заложена под напольное покрытие (потолок, стены) по всей площади комнаты, она позволяет уменьшить затраты на электроотопление за счет невысокой температуры нагрева.

Уточнение. Тепловые агрегаты различных типов греют непосредственно воздух комнат или теплоноситель, направляемый к приборам отопления. Самая лучшая по эффективности – современная геотермальная установка, добывающая энергию земли. На каждый затраченный киловатт электричества она приносит 4—5 кВт теплоты.

Из-за высокой стоимости оборудования и монтажа перечисленные способы отопления дома реализуются немногими пользователями. Исключение – инфракрасная пленка, доступная благодаря низкой цене и простоте укладки.

Постепенно дешевеют и тепловые насосы – некоторые фирмы уже показывают удобоваримые цифры, например, 300 у. е. за 1 кВт отопительной мощности вместе с монтажом (бурение скважин считается отдельно). При большом желании грунтовый ТН можно собрать самостоятельно, используя старую сплит-систему.

Отопительные сети

Водяные системы не собираются сдавать позиции воздушному отоплению и прямому электрическому нагреву, оставаясь наиболее распространенным методом передачи тепла в помещения. Выделим 3 схемы отопления, постепенно вытесняющие классическую двухтрубную систему закрытого типа:

• радиаторная сеть, подключенная коллекторным (лучевым) способом;
• контуры напольного отопления;
• панельный обогрев — так называемые теплые стены.

Пример лучевой разводки к батареям от гребенки

Примечание. По-хорошему, только лучевую схему следует считать современной. Греющие полы и стены описаны еще в советских учебниках по отоплению и вентиляции, но широкую популярность обрели в середине 2000-х годов.

Суть коллекторной разводки заключается в скрытой прямой прокладке труб к каждой батарее индивидуально. Регулировка производится на гребенке, куда подсоединяются все трубопроводы, спрятанные в полу, за подшивкой потолков либо замурованы в стенах. Схема позволяет максимально автоматизировать работу отопления и управлять температурой каждой комнаты отдельно.

Проект греющих напольных контуров одноэтажного здания

Преимущества теплых полов (сокращенно – ТП) хорошо известны домовладельцам – комфортный обогрев нижней зоны помещений теплоносителем низкой температуры (30—50 °С), отсюда экономия топлива 10—30%. Существенный недостаток – инерционность (длительный прогрев и остывание бетонного монолита).

Справка. В санузлах и коридорах малой площади лучше устраивать электрические теплые полы, где нагревательным элементом служит резистивный кабель или та же пленка. Причина – меньшие затраты на монтаж.

Панельный обогрев – это аналог теплого пола, только труба крепится к стене и заделывается штукатуркой. При подключении к тепловому насосу либо чиллеру настенный контур может охлаждать комнату в летний период. Подробнее о современном варианте отопления смотрите на видео.

Средства автоматизации и арматура безопасности

В современных системах отопления применяются следующие устройства автоматики:

1. Терморегуляторы–программаторы подключаются к газовым и электрокотлам, снабженным электронными «мозгами». Фиксируя температуру воздуха, прибор управляет горением/нагревом отопителя и таким образом поддерживает микроклимат в доме. Следуя установкам пользователя, регулятор меняет температуру в зависимости от присутствия людей в разное время суток.
2. Радиаторные термоголовки + термостатические вентили ограничивают проток теплоносителя через батареи, не позволяя нагревать помещение выше заданной температуры.
3. Термоголовки RTL управляют расходом теплоносителя в петлях ТП, ориентируясь по нагреву обратного потока.
4. Смесительные узлы на базе двух– и трехходовых клапанов ограничивают температуру теплоносителя в любой магистрали – греющих напольных контурах, тупиковых ветвях с радиаторами, в малом кольце циркуляции твердотопливного котла.
5. Система зонального контроля включает электронный блок, комнатные терморегуляторы и сервоприводы, установленные на вентилях распределительного коллектора. Контроллер регулирует расход воды в контурах и автоматически поддерживает в помещениях разную температуру, задаваемую пользователем.
6. Дистанционное управление обогревом через GSM-канал либо интернет. К котлу подключается электронный блок, например, «Кситал», обменивающийся информацией с сотовым телефоном домовладельца. Последний всегда видит состояние отопителя, температуру в доме и может дистанционно отдавать различные команды.

Справка. В последние годы появились приложения для смартфона, взаимодействующие с котлом в режиме реального времени через интернет.

Настоящей новинкой в сфере безопасности отопления мы считаем клапаны теплового сброса, применяемые в закрытых системах с ТТ-котлами. В отличие от обычных предохранительных клапанов, срабатывающих по давлению, эти устройства реагируют на превышение температуры воды и быстро охлаждают рубашку котла в случае закипания.

Принцип следующий: через один патрубок клапан сбрасывает кипяток в канализацию, а по второму подает в котловой бак холодную воду из водопровода. Вероятность взрыва твердотопливного котла сводится к нулю.

Варианты бюджетного отопления

В сельской местности и отдаленных регионах отопительные системы частных домов монтируются с учетом усложняющих факторов:

• при перебоях с подачей электроэнергии любые инновации и технологичные решения превращаются в груду бесполезного хлама, после отключения света помещения остывают;
• нередко приходится рассматривать варианты обогрева без газа, поскольку подключение к магистрали слишком дорогое либо невозможно технически;
• цена сжиженного газа и соответствующего оборудования не позволяет хозяину с небольшими доходами устроить автономное отопление;
• ограниченный бюджет.

Замечание. Если отключения света или перепады напряжения наблюдаются постоянно, покупать блок бесперебойного питания либо электрогенератор бессмысленно. У первого может не хватить заряда, второй без помощи хозяина не запустится. Результат: вы приходите с работы и попадаете в холодный дом.

В подобных условиях современной считается энергонезависимая схема обогрева, реализуемая 2 способами:

1. Монтируется самотечная разводка из труб увеличенного диаметра с соблюдением уклонов на горизонтальных участках, как сделано выше на схеме двухэтажного дома. Теплоноситель нагревает печка с водяным контуром или котел, не нуждающийся в электричестве.
2. Строится кирпичная печь с выходом в 3—4 комнаты. В небольшом дачном домике ставится металлическая либо чугунная печка на дровах.

Небольшую плиту с баком-котлом можно сложить своими руками

Источником тепла может выступать напольный газовый котел с энергонезависимой автоматикой типа «Житомир», «Лемакс», АОГВ и тому подобные. Если газ на участке отсутствует, можно установить твердотопливный теплогенератор прямого горения, управляемый цепным регулятором тяги.

Во времена СССР, когда населенные пункты массово газифицировались, владельцы жилых домов разрушали кирпичные печки, напрасно занимающие площадь. Теперь наблюдается обратная тенденция – печи восстанавливаются либо выкладываются с нуля.

Многие современные застройщики предпочитают заложить в проект добротный отопитель из кирпича и не зависеть от внешних факторов. Если же старая печка в доме сохранилась, восстановите ее, как показано в видеосюжете:

Заключение

Современная система отопления в нашем понимании – это эффективный способ обогрева, соответствующий нынешним условиям. Нет смысла вкладывать средства и городить автоматику, которая отключится вместе с сетевым напряжением, покупать одни аппараты (генераторы, бесперебойники), чтобы работали другие (насосы, контроллеры, приводы). Исповедуйте принцип экономической целесообразности.