Низкотемпературная система отопления преимущества и недостатки. Энергоэффективность стальных панельных радиаторов в низкотемпературных системах отопления
Радиаторы, как правило, воспринимаются как элементы систем с высокой температурой. Но уже давно такая точка зрения стала устаревшей, сегодняшние отопительные приборы с легкостью могут устанавливаться в низкотемпературных системах благодаря уникальным техническим характеристикам. Это позволяет сэкономить такие драгоценные энергоресурсы.
Последние десятилетия ведущие европейские изготовители отопительной техники бились над тем, как снизить температуру теплоносителя. Важным фактором для этого стала улучшенная теплоизоляция зданий, а также совершенствование радиаторов. В результате уже в восьмидесятых годах температурные параметры были уменьшены до 75 градусов на подачу и до 65 на «обратку».
В то время, когда стали популярными различные панельные системы отопления, в том числе напольные, температура подачи снизилась до 55 градусов. Сегодня же, на данном этапе технологического развития, система может полноценно функционировать даже при температуре тридцать пять градусов.
Для чего нужно достигать указанные параметры? Это даст возможность использовать новые более экономичные источники тепла. Это позволит существенно сэкономить на энергоресурсах и сократит выброс вредных веществ в атмосферу.
Еще некоторое время назад основными вариантами обогрева помещения носителями с низкой температурой считались теплые полы или конвeкторы с медно-алюминиeвыми теплообмeнниками. Также в этот ряд были включены панельные радиаторы из стали, которые уже довольно давно используют в Швеции в составе низкотeмпературных систем обогрева помещений. Сделано это было после проведения ряда экспериментов и сбора определенной доказательной базы.
Как показали исследования, результаты которых были обнародованы в 2011 году на семинаре в центре Purmо-Radsоn в Австрии, многое зависит от термического комфорта, быстроты и точности реагирования отопительной системы на изменение погодных и других условий.
Обычно человек испытывает температурный дискомфорт тогда, когда в помещении происходит температурная ассиметрия. Она напрямую зависит от того, какая теплоoтдающая поверхность в помещении и где она находится, а также от того, куда сориентирован тепловой поток. Не последнюю роль отыгрывает и температура поверхности пола. Если она выходит за рамки диапазона 19-27 градусов Цельсия, человек может ощущать определенный дискомфорт – будет холодно, или наоборот, слишком жарко. Еще один важный параметр – перепад температур по вертикали, то есть разница температур от ног до головы человека. Эта разница не должна быть больше четырех градусов Цельсия.
Наиболее комфортно человек может чувствовать себя в так называемых движущихся температурных условиях. Если внутреннее пространство включает в себя зоны с разной температурой – это подходящий микроклимат для хорошего самочувствия. Но не нужно делать так, чтобы перепады температур в зонах были значительными – иначе эффект будет прямо противоположным.
По мнению участников семинара, идеальный тепловой комфорт могут создать радиаторы, которые передают тепло как с помощью конвекции, так и способом излучения.
Улучшение изоляции зданий играет злую шутку – в итоге помещения становятся термически чувствительными. Сильно воздействуют на климат в помeщении такие факторы, как солнечный свет, бытовая и офисная техника, скопление людей. Панельные системы отопления не способны так четко реагировать на эти изменения, как это делают радиаторы.
Если устроить теплый пол в бетонной стяжке можно получить систему с большой нагревательной способностью. Но она будет медленно реагировать на регулирование температуры. И даже в том случае, если используются термостаты, система не может быстро отвечать на изменение внешней температуры. Если греющие трубы установлены в бетонную стяжку, напольное отопление даст заметную реакцию на изменение температуры только в течeние двух часов. Термостат быстро реагирует на поступление постороннeго тепла и отключает систему, но вот нагретый пол еще будет отдавать тепло целых два часа. Это очень много. Такая же картина наблюдается в обратном случае, если нужно наоборот нагреть пол – полностью прогретым он будет также спустя два часа.
Действенным в таком случае может быть только саморегулирование. Это сложный динамический процесс, в ходе которого естественным путем регулируeтся подача тепла. В основе этого процесса лежит две закономерности:
Тепло распространяется от болeе нагретой зоны к болeе холодной;
Величина теплового потока напрямую зависит от разницы температур.
Саморегулирование с легкостью может применяться как для батарей, так и для напольного отопления. Но при этом радиаторы куда быстрее реагируют на изменение температурного режима, быстрее остывают и наоборот, нагревают помещение. В результате возобновление заданного температурного режима происходит на порядок быстрее.
Не стоит упускать из виду тот факт, что тeмпература повeрхности радиатора приблизительно такая же, как у теплоносителя. В случае же с напольным покрытием это совершенно не так. Если интенсивное тепло от стороннего носителя будет поступать короткими «рывками», система регуляции тепла в «теплом полу» просто не справится с задачей. Поэтому в результате возникают температурные колебания между полом и помещением в целом. Эту проблему можно попытаться устранить, но как показывает практика, в результате колебания остаются, только становятся немного ниже.
Можно рассмотреть это на примере частного дома, обогреваемого теплым полом и низкотемпературными радиаторами. Допустим, в доме проживает четыре человека, он оснащен естественной вентиляцией. Постороннее тепло может поступать от бытовой техники и непосредственно людей. Комфортная температура для проживания составляет 21 градус Цельсия.
Такую температуру можно поддерживать двумя способами – с помощью перехода на ночной режим или же без него.
При это мне стоит забывать, что оперативная температура является показателем, который характеризирует комбинированное воздeйствие на человека разных температур: радиационной и температуры воздуха, а также скорости движения воздушного потока.
Как показали проведенные опыты, более быстро реагируют на колебания темпeратуры, чем обеспечивают ее меньшие отклонения, именно радиаторы. Теплый пол им значительно проигрывает по всем параметрам.
Но на этом позитивный опыт использования радиаторов не заканчивается. Следующий довод в их пользу – это более эффективный и комфортный температурный прoфиль внутри помещeния.
Еще в 2008 году в международном журнале Enеrgy and Buildings была опубликована работа Джoна Ар Майхрeн и Стюра Холмбeрга «Распредeление темпeратуры и тeпловой комфoрт в комнате с панeльным отопительным прибором, напольным и настенным обогревом». В ней исследователи провели сравнительный анализ эффективности применения радиаторов и теплого пола в обогреве помещений с низкотемпературной системой. Исследователи сравнили распределение температуры по вертикали в идентичных по площади помещениях без мебели и людей.
Как показали результат эксперимента, радиатор, установленный в подоконном пространстве, может гарантировать куда более равномерное распределение теплого воздуха. Кроме этого, он также и предотвращает поступление холодного воздуха в помещение. Но перед тем как принимать решение об установке радиаторов, нужно принимать во внимание качество стеклопакетов, расположение мебели и другие не менее важные нюансы.
Отдельно следует сказать о тепловых потерях. Если для теплого пола процент теплопотери, зависимости от толщины теплоизоляционного слоя, колеблется в рамках от 5 до 15 процентов, то для радиаторов он намного ниже. Высокотемпературный радиатор терпит теплопотери через заднюю стенку в размере 4%, а низкотемпературный и того меньше – всего 1%.
Важно при выборе стального панельного радиатора провести правильные расчеты, так, чтобы при подаче 45 градусов Цельсия в помещении держалась комфортная заданная температура. Нужно учесть и теплоизоляцию здания, и теплопотери, и преобладающую температуру «за бортом».
Предоставленные на семинаре доводы еще раз подтверждают целесообразность применения низкотемпературных регуляторов в системах отопления как отличный вариант экономии на энергоносителях.
Низкотемпературные системы отопления сегодня по-прежнему еще не получили в России широкого распространения, зато успешно практикуются в Европе, в том числе, в странах с не самым мягким климатом, но там где активно используются для теплоснабжения и климатизации зданий ресурсы возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Г лавными и очевидными достоинствами таких систем является экономия энергоносителей на основе ископаемых углеводород в сочетании с минимизированием вреда экологии. Кроме того, низкотемпературные системы предоставляют пользователю дополнительные возможности в достижении теплового комфорта в доме и управлении микроклиматом помещений.
В России сфера применения низкотемпературных систем отопления ограничена не только климатическими особенностями во многих ее регионах, но и нормативами. В частности, этот фактор действует при массовой застройке, на объектах типа многоквартирных домов, для которых нормативы разработаны под другие режимы теплоснабжения зданий. Поэтому низкотемпературные системы отопления, если и применяются, то в таких учреждениях социального назначения, как поликлиники и детские сады, а также более широко в частном коттеджном секторе. Кроме того, их обычно проектируют и устанавливают для теплоснабжения и климатизации энергосберегающих домов, прежде всего «активных», которые в последние годы тоже стали строится в России. Минимизация теплопотерь через ограничивающие конструкции и вентиляцию здания - вообще одно из главных условий успешного применения там низкотемпературных систем отопления.
Создаются низкотемпературные системы отопления на основе высокоэффективных теплогенераторов и трансформаторов энергии ВИЭ, а также с применением современных моделей отопительных приборов и электронной автоматики, объединяющейся в системы интеллектуального управления.
Генерация с аккумуляцией
По существующим нормативным документам температурный режим системы отопления характеризуется тремя параметрами: температурой теплоносителя на выходе из теплогенератора, на входе в него и температурой воздуха в помещении. Режим, где на выходе из теплогенератора температура теплоносителя не превышает 55 °С, а на входе составляет до 45 °С, считается присущим низкотемпературным системам. Температура воздуха в помещении принимается обычно равной 20 °С. Наиболее распространенные температурные режимы в таких системах - 55/45/20 °С, 45/40/20 °С или даже 35/30/20 °С.
Низкотемпературные системы отопления могут быть моновалентными, где тепло вырабатывается одним теплогенератором, или, чаще, поливалентными, в которых совмещается работа нескольких теплогенераторов или трансформаторов в тепло энергии ВИЭ (рис. 1 ). Такие поливалентные системы еще принято называть гибридными.
Рис.1
Как для моно-, так и для поливалентных систем (в качестве пикового теплогенератора) удачно подходит конденсационный котел. Его режим работы наиболее близок к указанному выше и в значительной степени зависит от температурных параметров системы отопления. Чем ниже температура теплоносителя в обратном котловом контуре, тем более полно происходит конденсация пара, больше тепла будет утилизировано, выше КПД конденсационного котла. Для газовых котлов пороговая температура конденсационного режима - 57 °С. Поэтому и система отопления должна быть рассчитана на использование теплоносителя с более низкой температурой в обратном контуре.
При средних для зимнего периода температурах она по проектному расчету с учетом максимальной эффективности конденсационного режима не должна превышать 45 °С. Такие параметры обеспечиваются низкотемпературными системами отопления, в которых конденсационные котлы работают преимущественно в «штатном» для них режиме.
Разумеется, в низкотемпературных системах может использоваться и находит применение не только конденсационная котельная техника. Теплогенератором в такой системе, в том числе пиковым, может быть любой высокоэффективный котел, работающий на любом топливе и, в частности, электрический. В гибридных системах котел включается в работу только при пиковых нагрузках, когда остальные теплогенераторы (трансформаторы энергии ВИЭ - солнечные коллекторы, тепловые насосы) не справляются с обеспечением теплового комфорта в отапливаемых помещениях и нужд ГВС.
При использовании энергии ВИЭ в системы низкотемпературного водяного отопления обычно включают теплоаккумуляторы, которые могут быть с жидкими и твердыми заполнителями, фазовыми (использующими теплоту фазовых превращений) и термохимическими (теплота аккумулируется за счет эндотермических реакций и высвобождается при экзотермических).
В теплоаккумуляторах с жидкими и твердыми заполнителями (вода, низкозамерзающие жидкости (раствор этиленгликоля), гравий и др.) теплота накапливается за счет теплоемкости материала заполнителя. В фазовых теплоаккумуляторах накопление теплоты происходит при плавлении или изменении кристаллической структуры заполнителя, а высвобождение - при его твердении.
Наибольшее распространение в гибридных низкотемпературных системах водяного отопления, устанавливаемых в коттеджах, получили водяные баки-аккумуляторы, успешно демпфирующие пиковые нагрузки ГВС, запасающие тепло от работы солнечного коллектора, теплового насоса или (зимой) пикового теплогенератора. Аккумулируя тепловую энергию от различных источников, такой теплоаккумулятор позволяет оптимизировать их работу с точки зрения максимальной экономической эффективности в конкретный момент, резервируя «дешевое» тепло. Избыток выработанного тепла при этом может использоваться для ГВС. Их применение оправдано также при использовании тепловых насосов для оптимизации работы компрессоров и гидравлической развязки контуров теплового насоса и нагрузки.
Водяной бак теплоаккумулятор представляет собой хорошо изолированную, например, слоем пенополиуретана толщиной 80-100 мм емкость, в которую встроено несколько теплообменников. Теплоаккумулятор объемом 0,25-2 м 3 может накапливать 14-116 кВт·ч тепловой энергии.
Приборы для систем низкотемпературного отопления
Низкая температура теплоносителя определяет выбор приборов для систем низкотемпературного отопления, которые должны эффективно осуществлять теплоотдачу в отапливаемых помещениях, работая в гибком режиме. Если эти приборы устанавливаются в коттедже, где давление теплоносителя в трубопроводах заведомо невелико, то их прочностные характеристики уходят на второй план.
Рис.2
По мнению специалистов, наиболее удачно в низкотемпературных системах применяются настенные, парапетные или встраиваемые в пол конвекторы с принудительной вентиляцией (рис. 2 ) и стальные панельные радиаторы (рис. 3 ). В таких системах должны применяться конвекторы, оснащенные теплообменником с большой поверхностью - многослойные с частым оребрением и вентилятором, обеспечивающим большой теплосъем. Кроме конвекторов, этим условиям удовлетворяют также настенные настенные и потолочные фанкойлы (вентиляторные доводчики).
Рис.3
В системах принудительной конвекции без вентилятора могут применяться эжекционные доводчики. За счет эффективного теплосъема и большой мощности эти приборы будут обладать небольшими габаритами по сравнению с другими видами оборудования.
Преимуществом таких приборов является возможность их использования в комбинированных системах, которые отапливают помещения в холодный период, а летом используются для охлаждения воздуха.
Если же в низкотемпературных системах применяются конвекторы без вентилятора, их высота должна быть не меньше 400 мм.
Панель с теплоносителем стального панельного радиатора находится снаружи отопительного прибора. От нее греются ламели конвективного элемента. Чем дальше от панели, тем ламели холоднее. Конвекции при низкой температуре радиатора мешает вязкость воздуха, зажатого между ламелями. Но тепловому излучению с панели ничто не мешает.
Стальные панельные радиаторы находят удачное применение в системах низкотемпературного отопления еще и потому, что их модельные линейки включают широкий набор типоразмеров, а это важно для оптимального размещения отопительных приборов в таких системах, в частности, в них должны устанавливаться отопительные приборы, которые перекрывают всю длину оконного проема.
Рис.4
Работа конвекторов с принудительной вентиляцией и стальных панельных радиаторов будет удачно сочетаться с теплым водяным полом (рис. 4
), который буквально рассчитан на работу с теплоносителем, характеризующимся низкой температурой. Согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», п. 6.5.12, среднюю температуру поверхности полов со встроенными нагревательными элементами следует принимать не выше 26 °С - для помещений с постоянным пребыванием людей; и не выше 31 °С - для помещений с временным пребыванием людей. Температура поверхности пола по оси нагревательного элемента в детских учреждениях, жилых зданиях и плавательных бассейнах не должна превышать 35 °С. В реальных условиях при существующих технологиях монтажа теплого пола такие температуры его поверхности достигаются при температурах теплоносителя на входе в трубопровод теплого пола не выше 45 °С.
Теплые полы значительно повышают экономичность низкотемпературных систем отопления. Так, при оборудовании теплого пола запаса энергии водяного теплоаккумулятора емкостью 1,2 м 3 достаточно для отопления дома площадью 130-140 м 2 за счет электроэнергии, получаемой по низкому ночному тарифу.
Все приборы водяного отопления в низкотемпературных системах отопления оснащаются терморегулирующей автоматикой.
Интеллектуальное управление
Так как большинство низкотемпературных систем являются гибридными, а также возможно совмещение в одной такой системе функций отопления и кондиционирования, то наибольшей их эффективности и экономичности можно достичь при рациональном управлении всеми составляющими системы. Сегодня для этого применяются системы smart-управления.
Без интеллектуального управления невозможно эффективно и в то же время гибко регулировать систему, основываясь на реальных показаниях датчиков, а не на встроенных графиках, не учитывающих условия конкретно взятого объекта теплоснабжения. Когда в проекте используется smart-управление, необходимо только задать первоначальные настройки, а дальше интеллектуальная автоматика будет автоматически их поддерживать.
Smart-контроллер отвечает за переключение системы с одного источника тепла на другой. Ежесекундно обрабатывая несколько вводных, контроллер выбирает самый экономичный на данный момент источник тепла. Согласно заданной логике сначала используется тепловая энергия от самого дешевого источника.
Применение таких систем интеллектуального управления позволяет дифференцированно задавать температуры в контролируемых помещениях, добиваясь тем самым, кроме экономичности, еще и наивысшего уровня теплового комфорта.
Статья из . Рубрика "Отопление и ГВС"
Особой статистики тут нет, если позволяет высота полов, то выбор однозначно в пользу водяных (жидкостных) теплоносителей. При прочих равных условиях такое отопление ещё долго будет намного дешевле электрического.
Электрические нагреватели тоже используют, они минимальны в обслуживания и дарят широкие возможности в управлении не только климатом, но и отдельными участками встроенного конвертора. Поэтому такие варианты тоже весьма популярны, особенно, учитывая, что они не требуют глубокого канала для монтажа.
Изящное решение, показывающее эффективность встраиваемых конверторов , это примеры обогрева комнат при помощи обратки. Когда остывающий теплоноситель сначала поступает в конвертор и отдаёт остатки тепла нагреваемому воздуху. Такого рода «вторичные» контуры это фактически самые яркие примеры эффективной работы конверторов в низкотемпературных контурах, где температура носителя может составлять и 40 градусов. А температура воздуха и большой объём прогрева обеспечивается физическими размерами конвертора, той самой большой площадью элементов, отдающих тепло.
Так что сейчас наиболее распространенный конвертор – водяной, и в меньшем количестве электрический. На рынке есть комбинированные системы, где электрический нагрев помогает в точной регулировке температур, или в целом направлен на эффективное использование конвертора. В такой системе электронагрев – промежуточное звено повышения температуры теплоносителя, и пока они относятся к экзотическим видам конверторов.
Заметим только, что такая комбинация целесообразна там, где подогревается именно теплоноситель, в других ситуациях разумнее электронагревательным элементом прогревать воздух. И как раз комбинация, в которой электричеством нагревается теплоноситель конвертора, имеет особенное преимущество. Для замкнутого конвертора такого типа (с электроподогревом теплоносителя) не требуется подведение труб, что позволяет модернизировать систему отопления в уже готовых домах с отделкой.
Вне зависимости от используемого типа, встраиваемые конвекторы, кроме обогрева, в целом помогают поддерживать более качественный микроклимат. Не только водяные, но и электрические конвекторы не так «сушат» воздух, так что покупать увлажнитель даже при больших размерах конвертора не придётся.
Есть и другие плюсы, о чём ниже, а с точки зрения выбора того, что будет нагревать ваш конвертор, исходите из эксплуатационных затрат. Электрический обогрев будет стоить дороже, а водяной потребует затрат на обслуживание и уход. Запорная арматура, автоматика (или ручное управление) – всё это соединения, а значит, есть необходимость следить за протечками, и вообще, уделять внимание этой системе.
Некоторые преимущества встраиваемых конверторов в низкотемпературных контурах
Прежде всего, напомним, что конвертор позволяет использовать и горячий, и низкотемпературный теплоноситель, результат всё равно будет хорошим. Но сама конструкция конвертора такова, что исключает ожог при касании горячей поверхности (она закрыта решёткой) и т.н. «лучистую» энергию отопителя. Этот эффект хорошо знаком всем, кто проходил мимо горячего радиатора, когда кажется, что от холодной стены «дует холодом». Дело в том, что часть обогрева радиатор производит при помощи теплового излучения, когда сам нагретый металл греет не воздух, а всё вокруг. Такого неприятного эффекта встраиваемый конвертор не даёт.
Эксплуатация системы отопления с низкой температурой теплоносителя значительно продлевает срок её службы. Довольно очевидный вывод, ведь отсутствуют значительные температурные деформации, теплоноситель не работает в критических режимах и в целом системе более комфортно. Меньше соляных отложений внутри труб, дольше служат все соединения, давление в системе может быть ниже, чем в обычной системе, что снижает риски гидроударов и возникновения аварийных ситуаций.
Защищённость нагревательного элемента конвертора позволяет производителям использовать материалы, которые имеют очень высокую теплоотдачу: медь, алюминий и пр. Ряд современных радиаторов использует аналогичные материалы, но при этом весь радиатор закрывается защитной коробкой, а это снижает эффективность нагрева воздуха. Да и толщина пластин, самых эффективных нагревателей, в радиаторе больше, из соображений общей прочности конструкции.
Эстетика самого прибора отопления тоже имеет значение. Для низкотемпературных контуров применимы декоративные решётки конверторов из камня или иных материалов, что делает этот нагреватель элементом интерьера, а не пятном, которое хочется спрятать.
Установка вентилятора в конверторах с принудительной конвекцией позволяет обеспечить эффективный теплообмен. В низкотемпературном контуре разница температуры теплоносителя на входе и выходе может составить 10-15 градусов, но этой разницы с запасом хватает на прогрев помещения. Вспомните начало статьи, в радиаторах для прогрева комнаты эта разница может составлять 20-25 градусов, без использования дополнительных мер.
Теплоизоляция встраиваемого конвертора снижает потери тепла, и при этом пол вокруг него тоже греется, нагревая воздух. В стандартном размещении радиатор хорошо прогревает только стену, на которой висит, а пол под ним может быть очень холодным.
Конвертор, с точки зрения площади нагрева, близок к тёплому полу, но лишён его недостатка – невысокая температура пола. Если пол прогреть до 25 градусов это полностью решит проблему нагрева воздуха, но ходить по такому полу будет весьма проблематично. И при этом конвертор работает как раз в зоне пола, обеспечивая комфортный нагрев там, где нужно, всегда ведь неприятно ходить по холодному полу даже в тёплой комнате.
И, в конечном счете, в низкотемпературных контурах встраиваемые конвекторы не только успешно и эффективно решают проблемы прогрева помещений, но и делают это мягко. В комнатах, которые обогревает конвертор, нет, так называемых, разнотемпературных зон, когда вблизи радиатора жарко, а около двери прохладно. Равномерность и постоянность прогрева – ещё одно достоинство этого отопительного прибора, на который рекомендуем вам обратить самое пристальное внимание.
Если, конечно, у вас есть возможность спланировать установку именно такого нагревателя.
Радиаторы традиционно считаются атрибутами систем отопления с высокими температурными параметрами (в литературе термины «высокотемпературный» и «радиаторный» нередко даже используются как синонимы, в частности, когда речь идет о контурах отопительных систем). Но постулаты, на которых базировалась такая точка зрения, устарели. Экономия металла и строительной теплоизоляции не ставится сегодня выше экономии энергоресурсов. А технические характеристики современных радиаторов позволяют говорить не только о возможности их применения в низкотемпературных системах, но и о преимуществах такого решения. Это доказывают научные исследования, в течение двух лет осуществлявшиеся по инициативе компании Rettig ICC, владельца брендов Purmo, Radson, Vogel&Noot, Finimetal, Myson.
Если вы хотите купить отопительное оборудование, то Вы можете перейти в соответствюущий раздел:
Снижение температуры теплоносителя - основная тенденция развития отопительной техники последних десятилетий в европейских странах. Это становилось возможным по мере улучшения теплоизоляции зданий, совершенствовании отопительных приборов. В 1980-х стандартные параметры были снижены до 75/65 ºC (подача/"обратка"). Основной выгодой от этого стало уменьшение потерь при выработке, транспортировке и распределении тепла, а также бóльшая безопасность для пользователей.
С ростом популярности напольного и других видов панельного отопления в системах, где они применяются, температура подачи уменьшена до уровня 55 ºC, что учтено конструкторами теплогенераторов, регулирующей арматуры и т.д.
Сегодня температура подачи в высокотехнологичных системах отопления может составлять 45 и даже 35 ºC. Стимул к достижению указанных параметров - возможность наиболее эффективно использовать такие источники тепла, как тепловые насосы и конденсационные котлы. При температуре теплоносителя вторичного контура 55/45 ºC коэффициент эффективности COP для теплового насоса типа «грунт-вода» составляет 3,6, а при 35/28 ºC уже - 4,6 (при работе только на обогрев). А эксплуатация котлов в конденсационном режиме, требующая охлаждения дымовых газов водой обратной линии ниже «точки росы» (при сжигании жидкого топлива - 47 ºC), дает выигрыш в КПД порядка 15 % и более. Таким образом, снижение температуры теплоносителя обеспечивает существенную экономию энергоресурсов, и, соответственно, сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу.
До сих пор основным решением, обеспечивающим обогрев помещений при низкой температуре теплоносителя, считались «теплый пол» и конвекторы с медно-алюминиевыми теплообменниками. Инициированные Rettig ICC исследования позволили добавить в этот ряд стальные панельные радиаторы. (Впрочем, практика в данном случае идет впереди теории, и такие отопительные приборы достаточно давно используются в составе низкотемператруных систем в Швеции.
При участии нескольких научных организаций, включая университеты Хельсинки и Дрездена, радиаторы были протестированы в различных контролируемых условиях. К «доказательной базе» приобщены и результаты других работ по изучению функционирования современных систем отопления.
В конце января 2011 г. материалы исследований представлены журналистам ведущих специализированных изданий Европы на семинаре, состоявшемся в учебном центре Purmo-Radson в Эрпфендорфе (Австрия). С докладами выступили профессор Брюссельского университета (Vrije Universitet Brussels, VUB) Лин Питерс и глава Департамента энергетических систем Института строительной физики им. Фраунгофера (Fraunhofer-Institute for Building Physics, IBP) Дитрих Шмидт.
В докладе Лин Питерс рассматривались вопросы термического комфорта, точности и быстроты реагирования системы отопления на изменение условий, тепловых потерь.
В частности отмечалось, что причинами местного температурного дискомфорта являются: радиационная температурная ассиметрия (зависит от теплоотдающей поверхности и ориентации теплового потока); температура поверхности пола (когда она выходит из диапазона от 19 до 27 ºC); температурный перепад по вертикали (разность температур воздуха - от лодыжки до головы стоящего человека - не должна превышать 4 ºC).
При этом наиболее комфортны для человека не статичные, а «движущиеся» температурные условия (вывод Университета Калифорнии, 2003 г.). Внутреннее пространство с зонами, имеющими незначительный перепад температур, повышает ощущение комфорта. Но большие температурные изменения - причина дискомфорта.
По мнению Л. Питерс, для обеспечения теплового комфорта наиболее подходят именно радиаторы, передающие тепло как конвекцией, так и излучением.
Современные здания все больше становятся термически чувствительными - благодаря улучшению их теплоизоляции. Внешнее и внутреннее тепловые возмущения (от солнечного света, бытовой техники, присутствия людей) способны сильно воздействовать на климат в помещении. И радиаторы реагируют на эти тепловые изменения точнее, чем панельные системы отопления.
Как известно, «теплый пол», особенно устроенный в бетонной стяжке, - система с большой теплоемкостью, медленно реагирующая на регулирующие воздействия.
Даже если «теплый пол» управляется термостатами, быстрая реакция на подвод стороннего тепла невозможна. При укладке греющих труб в бетонную стяжку время реагирования напольного отопления на изменение количества поступающего тепла составляет около двух часов.
Быстро среагировавший на поступление стороннего тепла комнатный термостат отключает напольное отопление, которое продолжает отдавать тепло еще примерно в течение двух часов. При прекращении поступления стороннего тепла и открытии термостатического клапана полное прогревание пола достигается только спустя такое же время. В этих условиях действенным оказывается только эффект саморегулирования.
Саморегулирование - сложный динамический процесс. На практике он означает, что подача тепла от нагревателя регулируется естественным путем благодаря двум следующим закономерностям: 1) тепло всегда распространяется от более нагретой зоны к более холодной; 2) величина теплового потока определяется разностью температур. Понять суть этого позволяет известное (оно широко используется при выборе отопительных приборов) уравнение:
Q = Qном. ∙ (ΔT/ΔTном.)n,
где Q - теплоотдача нагревателя; ΔT - разница температуры нагревателя и воздуха в помещении; Qном. - теплоотдача при номинальных условиях; ΔTном. - разница температуры нагревателя и воздуха в помещении при номинальных условиях; n - экспонента нагревателя.
Саморегулирование характерно как для напольного отопления, так и для радиаторов. При этом для «теплого пола» значение n составляет 1,1, а для радиатора - порядка 1,3 (точные значения приводятся в каталогах). То есть реагирование на изменение ΔT во втором случае будет более «выраженным», и восстановление заданного температурного режима произойдет быстрее.
Важен с точки зрения регулирования и тот факт, что температура поверхности радиатора примерно равна температуре теплоносителя, а в случае с напольным отоплением это совсем не так.
При кратковременных интенсивных поступлениях стороннего тепла система регулирования «теплого пола» не справляется с работой, вследствие чего имеют место колебания температуры помещения и пола. Некоторые технические решения позволяют их снизить, но не устранить.
На рис. 1 показаны графики изменения оперативной температуры в смоделированных условиях индивидуального дома при его обогреве регулируемыми высоко-, низкотемпературными радиаторами и «теплым полом» (исследовательская работа Л. Питерс и Й. Ван дер Векена).
Дом рассчитан на проживание четырех человек и оснащен естественной вентиляцией. Источниками сторонних поступлений тепла являются люди и бытовая техника. В качестве комфортной задана оперативная температура
21 ºC. На графиках рассматривается два варианта ее поддержания: без перехода на энергосберегающий (ночной) режим и с ним.
Отметим: оперативная температура - показатель, характеризующий комбинированное воздействие на человека температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения окружающего воздуха.
Опыты подтвердили, что радиаторы явно быстрее, чем «теплый пол», реагируют на колебания температуры, обеспечивая меньшие ее отклонения.
Следующий довод в пользу радиаторов, приведенный на семинаре, - более комфортный и эффективный с точки зрения использования энергии температурный профиль внутри помещения.
В 2008 г. Джон Ар Майхрен и Стюр Холмберг опубликовали в международном журнале Energy and Buildings работу «Распределение температуры и тепловой комфорт в комнате с панельным радиатором, напольным и настенным отоплением» (F low patterns and thermal comfort in a room with panel, floor and wall heating). В ней, в частности, сравнивается вертикальное распределение температуры в одинаковых по площади и планировке помещениях (без мебели и людей), обогреваемых радиатором и «теплым полом» (рис. 2 ). Температура наружного воздуха составляла -5 ºC. Кратность воздухообмена - 0,8.
Радиаторы традиционно считаются атрибутами систем отопления с высокими температурными параметрами. Но постулаты, на которых базировалась такая точка зрения, устарели. Экономия металла и строительной теплоизоляции не ставится сегодня выше экономии энергоресурсов. А технические характеристики современных радиаторов позволяют говорить не только о возможности их применения в низкотемпературных системах, но и о преимуществах такого решения.
Радиаторы традиционно считаются атрибутами систем отопления с высокими температурными параметрами (в литературе термины «высокотемпературный» и «радиаторный» нередко даже используются как синонимы, в частности, когда речь идет о контурах отопительных систем). Но постулаты, на которых базировалась такая точка зрения, устарели. Экономия металла и строительной теплоизоляции не ставится сегодня выше экономии энергоресурсов. А технические характеристики современных радиаторов позволяют говорить не только о возможности их применения в низкотемпературных системах, но и о преимуществах такого решения. Это доказывают научные исследования, в течение двух лет осуществлявшиеся по инициативе компании Rettig ICC, владельца брендов Purmo, Radson, Vogel&Noot, Finimetal, Myson.
Снижение температуры теплоносителя - основная тенденция развития отопительной техники последних десятилетий в европейских странах. Это становилось возможным по мере улучшения теплоизоляции зданий, совершенствовании отопительных приборов. В 1980-х стандартные параметры были снижены до 75/65 ºC (подача/«обратка»). Основной выгодой от этого стало уменьшение потерь при выработке, транспортировке и распределении тепла, а также бóльшая безопасность для пользователей.
С ростом популярности напольного и других видов панельного отопления в системах, где они применяются, температура подачи уменьшена до уровня 55 ºC, что учтено конструкторами теплогенераторов, регулирующей арматуры и т.д.
Сегодня температура подачи в высокотехнологичных системах отопления может составлять 45 и даже 35 ºC. Стимул к достижению указанных параметров - возможность наиболее эффективно использовать такие источники тепла, как тепловые насосы и конденсационные котлы. При температуре теплоносителя вторичного контура 55/45 ºC коэффициент эффективности COP для теплового насоса типа «грунт-вода» составляет 3,6, а при 35/28 ºC уже - 4,6 (при работе только на обогрев). А эксплуатация котлов в конденсационном режиме, требующая охлаждения дымовых газов водой обратной линии ниже «точки росы» (при сжигании жидкого топлива - 47 ºC), дает выигрыш в КПД порядка 15 % и более. Таким образом, снижение температуры теплоносителя обеспечивает существенную экономию энергоресурсов, и, соответственно, сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу.
До сих пор основным решением, обеспечивающим обогрев помещений при низкой температуре теплоносителя, считались «теплый пол» и конвекторы с медно-алюминиевыми теплообменниками. Инициированные Rettig ICC исследования позволили добавить в этот ряд стальные панельные радиаторы . (Впрочем, практика в данном случае идет впереди теории, и такие отопительные приборы достаточно давно используются в составе низкотемператруных систем в Швеции, рис. 1 ).
Рис.1
При участии нескольких научных организаций, включая университеты Хельсинки и Дрездена, радиаторы были протестированы в различных контролируемых условиях. К «доказательной базе» приобщены и результаты других работ по изучению функционирования современных систем отопления.
В конце января 2011 г. материалы исследований представлены журналистам ведущих специализированных изданий Европы на семинаре, состоявшемся в учебном центре Purmo-Radson в Эрпфендорфе (Австрия). С докладами выступили профессор Брюссельского университета (Vrije Universitet Brussels, VUB) Лин Питерс и глава Департамента энергетических систем Института строительной физики им. Фраунгофера (Fraunhofer-Institute for Building Physics, IBP) Дитрих Шмидт.
В докладе Лин Питерс рассматривались вопросы термического комфорта, точности и быстроты реагирования системы отопления на изменение условий, тепловых потерь.
В частности отмечалось, что причинами местного температурного дискомфорта являются: радиационная температурная ассиметрия (зависит от теплоотдающей поверхности и ориентации теплового потока); температура поверхности пола (когда она выходит из диапазона от 19 до 27 ºC); температурный перепад по вертикали (разность температур воздуха - от лодыжки до головы стоящего человека - не должна превышать 4 ºC).
При этом наиболее комфортны для человека не статичные, а «движущиеся» температурные условия (вывод Университета Калифорнии, 2003 г.). Внутреннее пространство с зонами, имеющими незначительный перепад температур, повышает ощущение комфорта. Но большие температурные изменения - причина дискомфорта.
По мнению Л. Питерс, для обеспечения теплового комфорта наиболее подходят именно радиаторы, передающие тепло как конвекцией, так и излучением.
Современные здания все больше становятся термически чувствительными - благодаря улучшению их теплоизоляции. Внешнее и внутреннее тепловые возмущения (от солнечного света, бытовой техники, присутствия людей) способны сильно воздействовать на климат в помещении. И радиаторы реагируют на эти тепловые изменения точнее, чем панельные системы отопления.
Как известно, «теплый пол», особенно устроенный в бетонной стяжке, - система с большой теплоемкостью, медленно реагирующая на регулирующие воздействия.
Даже если «теплый пол» управляется термостатами, быстрая реакция на подвод стороннего тепла невозможна. При укладке греющих труб в бетонную стяжку время реагирования напольного отопления на изменение количества поступающего тепла составляет около двух часов.
Быстро среагировавший на поступление стороннего тепла комнатный термостат отключает напольное отопление, которое продолжает отдавать тепло еще примерно в течение двух часов. При прекращении поступления стороннего тепла и открытии термостатического клапана полное прогревание пола достигается только спустя такое же время. В этих условиях действенным оказывается только эффект саморегулирования.
Саморегулирование - сложный динамический процесс. На практике он означает, что подача тепла от нагревателя регулируется естественным путем благодаря двум следующим закономерностям: 1) тепло всегда распространяется от более нагретой зоны к более холодной; 2) величина теплового потока определяется разностью температур. Понять суть этого позволяет известное (оно широко используется при выборе отопительных приборов) уравнение:
Q = Qном. ∙ (ΔT/ΔTном.)n,
где Q - теплоотдача нагревателя; ΔT - разница температуры нагревателя и воздуха в помещении; Qном. - теплоотдача при номинальных условиях; ΔTном. - разница температуры нагревателя и воздуха в помещении при номинальных условиях; n - экспонента нагревателя.
Саморегулирование характерно как для напольного отопления, так и для радиаторов. При этом для «теплого пола» значение n составляет 1,1, а для радиатора - порядка 1,3 (точные значения приводятся в каталогах). То есть реагирование на изменение ΔT во втором случае будет более «выраженным», и восстановление заданного температурного режима произойдет быстрее.
Важен с точки зрения регулирования и тот факт, что температура поверхности радиатора примерно равна температуре теплоносителя, а в случае с напольным отоплением это совсем не так.
При кратковременных интенсивных поступлениях стороннего тепла система регулирования «теплого пола» не справляется с работой, вследствие чего имеют место колебания температуры помещения и пола. Некоторые технические решения позволяют их снизить, но не устранить.
