Радиаторы и тёплый пол в современных системах отопления

Жар не тепло

Радиаторы систем отопления

Благодаря повсеместному принятию мер по улучшению теплоизоляции зданий для решения задач экономии топлива на передний план «внезапно» вышла проблема достижения теплового комфорта.

 

Оптимальный вариант устройства системы отопления частного дома

 

Зимой самый главный в доме, безусловно, отопительный котёл. В нашем климате это сравнение не является преувеличением. Однако котёл без радиаторов, как и король без свиты, не стоит ничего.

Привычный радиатор был и остаётся наиболее распространённым источником тепла в наших домах и квартирах. Даже сама техническая идея такого простого на первый взгляд отопительного прибора не потеряла свою актуальность и через полтора века после появления на свет первого радиатора.

 

Россия - родина тепла

Что интересно, радиатор был изобретён именно в России. Владелец небольшого чугунолитейного завода Франц Карлович Сан-Галли в результате длительных (занявших около двух лет) многочисленных проб и ошибок смог отлить из чугуна новейший по тем временам отопительный прибор.

Изначально его завод в Санкт-Петербурге специализировался на чугунном литье - выпускал поражающие современников красотой чугунные решётки, ворота, фонарные столбы, фонтаны. Кстати, легендарные ворота Зимнего дворца и решётка Таврического сада также отлиты на этом заводе. Как и множество других изделий, до сего времени украшающие балконы домов и улицы исторической части Санкт-Петербурга. Однако именно чугунные радиаторы прославили изобретателя на весь мир.

Сами по себе водяные отопительные системы в середине XIX века уже активно применялись, но обогрев помещений в них происходил от обычных или изогнутых в виде змеевиков (наподобие современных полотенцесушителей) труб.

Идея же радиатора как самостоятельного элемента отопительной системы пришла на ум именно российскому промышленнику. Он же придумал и самое популярное название радиатора - «батарея».

Интересно, что Франц Карлович не стал патентовать собственное изобретение. Более того, он активно его пропагандировал и повсеместно распространял. Причём найденные им решения оказались настолько универсальны, что применяются до сих пор. Так выполненные в ретро-стилистике чугунные радиаторы весьма популярны и сегодня.

Конечно, технический прогресс не стоит на месте и время вносит свои коррективы. Появляются новые материалы, развиваются технологии. Всё это оказывает существенное влияние как на саму конструкцию отопительных приборов, так и их внешний вид.

Стоит добавить, что в последние годы и сам подход к организации водяного отопления претерпел существенные изменения. Однако даже активное повсеместное распространение водяных тёплых полов не сильно повлияло на популярность радиаторных систем. Более того, накопленный за последние годы опыт зимней эксплуатации систем обогрева пола показал, что и от привычных радиаторов отказываться пока рано. Тем более в наших широтах.

В этом плане особо интересны изменения, которые наблюдаются в подходе к проблеме отопления в Скандинавских странах, традиционно опережающих нас на десятилетие в области применения различных строительных новинок.

В своё время европейцы начали массово переводить дома на обогрев только тёплыми полами. Однако, если на большей части не отличающейся суровостью климата континентальной Европы подобные решения прекрасно прижились, то избыточный упор на системы тёплого пола в северных регионах выявил целый ряд проблем. Оказалось, что даже при существенном улучшении параметров теплоизоляции зданий, обойтись совсем без радиаторов оказалось проблематично.

Не то чтобы себя полностью исчерпала концепция тёплого пола как единственного в доме источника тепла. Просто разумный компромисс в комплексном использовании обеих систем показал более впечатляющие результаты. При этом, нужно заметить, что и стандарт режимов работы радиаторных систем также был существенно пересмотрен.

 

Радиаторный контур систем отопления

Как правило, «радиаторный» контур системы отопления зачастую считается абсолютным синонимом «высокотемпературного», с достаточно высокой температурой теплоносителя непосредственно на отопительных приборах, порядка 80-90°С. Однако такой подход уже изрядно устарел.

Технические параметры современных отопительных приборов не только позволяют успешно применять их в более экономичных и безопасных для пользователя средне- и низкотемпературных системах отопления, но и доказывают преимущества выбора именно такого решения.

Общемировая тенденция последних десятилетий такова, что тема экономии энергоресурсов поставлена на порядок выше затрат на строительство и теплоизоляцию зданий. Основным результатом такого подхода стало как снижение потерь на выработку, транспортировку и распределение тепла, так и улучшение экологических параметров отопительной техники.

Как следствие, уже с 80-х годов прошлого века стандартные параметры систем отопления (температура подачи и «обратки») в целом ряде европейских стран были снижены до уровня 75/65°С. По мере роста популярности и всё более широкого распространения систем водяного напольного отопления, температура подачи и вовсе была снижена до уровня 55°C. Однако практика показывает, что и это не предел.

Сегодня над вопросами экономии энергоресурсов, снижения тепловых потерь и проблемами эксплуатации систем отопления в новых условиях работают ведущие инженеры Европы. С появлением таких высокотехнологичных источников энергии, как тепловые насосы и конденсационные котлы, температура подачи в системах отопления вообще составляет 45°С, а порой даже ниже.

Так работа теплового насоса с забором тепла из грунта при соотношении температур в обогревающем контуре 55/45°С в 1,5 раза эффективнее, чем при соотношении 35/28°С. Да и эксплуатация конденсационных котлов в низкотемпературном режиме способна дать экономию топлива до 30%.

Конденсационный котёл внешне не особо отличается от привычного газового или жидкотопливного отопительного котла. Его конструкция позволяет возвращать в систему обычно бессмысленно теряемую тепловую энергию сгорающего топлива. Для этого используется охлаждение дымовых газов ниже «точки росы» (с 140-160°С до 35-50°С) водой «обратки». Тепловой насос представляет собой агрегат размером с холодильник, который, по сути, работает как «кондиционер наоборот». Добывает тепло из среды, имеющей температуру ненамного выше нуля (такой, как почва или водоём).

Наиболее плотно подобной тематикой занимаются немецкие, шведские и финские специалисты. Они же тестируют поведение низкотемпературных радиаторных систем в реальных условиях работы.

 

Тёплый пол или радиатор

Оказывается, что внутренний микроклимат прекрасно утеплённого дома становится крайне чувствителен к любым более-менее интенсивным сторонним температурным воздействиям. Например, яркое солнце, работающая бытовая техника или просто решившая совместно скоротать вечер небольшая компания способны существенно изменить баланс тепла в помещении.

И тут без радиаторов, как оказалось, не обойтись. Дело в том, что если хорошо утеплённый дом и способен отапливаться только тёплым полом, то обеспечить желаемый тепловой комфорт в резко изменившихся условиях он не в состоянии.

Конечно, система напольного обогрева обладает свойством саморегулирования. На практике это означает, что по мере приближения температуры в комнате к уровню нагрева поверхности пола, количество отдаваемого в воздух помещения тепла снижается практически до нуля. Однако если подобный эффект саморегулирования и помогает сгладить изменяющиеся внешние условия, то самой проблемы теплового комфорта не снимает.

Всё равно приходится понижать нагрев подаваемого в трубы тёплого пола теплоносителя. За это отвечают различные устройства терморегуляции и контролирующие температуру датчики. Однако система уложенных в бетонную стяжку труб-контуров, за счёт высокой способности аккумулировать тепло, реагирует на все изменения температуры подачи крайне медленно.

Время реагирования такой системы на снижение температуры воды столь продолжительно, что бетонная стяжка продолжает отдавать накопленное тепло ещё в течение примерно двух часов. А значит, какая-либо оперативная реакция, подстройка к изменению внешних температурных условий, попросту невозможна. Становится невыносимо жарко. В результате приходится банально открывать окно и проветривать помещение.

Подобное состояние дел не только снижает степень комфорта, но и ставит резонный вопрос о необходимости вообще что-то делать для достижения каких-то там считанных процентов энергосбережения. Ведь вся накопленная экономия одним движением руки вылетает сквозь открытое окно на улицу.

Кстати, при резком похолодании на полное прогревание системы тёплого пола необходимо столь же продолжительное время. В этом отношении современный радиатор куда быстрее, чем тёплый пол, реагирует на любые изменения параметров теплоносителя и обеспечивает более-менее стабильные температурные условия в комнате.

Как известно, комфорт понятие достаточно условное. Потребности в тепле у всех разные: кто-то чувствует себя комфортно при +21°С, а кому-то нужно +26°С. Однако выяснилось, что основное воздействие на ощущения оказывают температура воздуха, излучаемая нагретыми поверхностями энергия и скорость движения воздушных потоков. Исследования шведских учёных выяснили, что низкотемпературный радиатор создаёт более комфортный и эффективный с точки зрения комфорта температурный профиль (вертикальное распределение температуры) внутри помещения по сравнению с тёплым полом. Внутреннее пространство комнаты, имеющее незначительный перепад температур, повышает ощущение комфорта, а наличие резко выраженных нагретых и холодных зон его снижает.

Параметры микроклимата, которые определяются человеком как дискомфорт:

  1. Резкая температурная асимметрия теплового потока при неправильном расположении обогревающих поверхностей в помещении.
  2. Выход температуры поверхности пола из диапазона от +19°С до +27°С.
  3. Вертикальный температурный перепад от лодыжки до головы стоящего человека выходит за границы диапазона в 4°С.
  4. Кроме того замечено, что наиболее комфортны для человека не статичные, а «движущиеся» температурные зоны.

Для обеспечения всех условий теплового комфорта больше всего подходят именно радиаторы, передающие тепло как способом конвекции, так и излучением. Установленный под окном низкотемпературный радиатор, перекрывая поступление в комнату холодного воздуха, заодно обеспечивает и наиболее равномерное распределение тепла.

Практическое применение подобных решений уже доказало свою эффективность. И обычные радиаторы используются в составе низкотемпературных систем отопления жилых и общественных зданий уже достаточно давно. Подобное стало возможным в том числе и в результате существенного улучшения характеристик самих отопительных приборов.

Что касается тепловых потерь, то для систем тёплого пола, в зависимости от толщины теплоизоляции, они составляют 5-15% (в нижнем от бетонного основания направлении, при температуре воздуха в помещении +21°С). Для высокотемпературного радиатора потери через прилегающую к нему внешнюю стену составляют примерно 4% (это при условии, что тепловая защита здания соответствует действующим нормативам), а вот в случае низкотемпературного радиаторного контура величина таких потерь снижается до 1%.