Издательский Центр Аква-Терм
ferroli
jaga

Низкотемпературные системы отопления

Несмотря на суровый климат, низкотемпературные системы отопления все чаще применяются и в России. Их преимущества постепенно завоевывают признание и в нашей стране.

Главная особенность низкотемпературных систем отражает температуру теплоносителя. Он может нагреваться в такой системе до температуры не более 70°С (обычно 50-55°С), а разность температур теплоносителя в прямой и обратной линиях зачастую не превышает 14°С. В отличие от высокотемпературных систем, где температура теплоносителя может достигать 95°С.

К преимуществам низкотемпературных систем относят:

- равномерную и комфортную температуру воздуха в помещении, что обеспечивает пользователю более высокий уровень температурного комфорта;

- большую гибкость и экологичность, за счет возможности создания многовалентных (от нескольких источников энергии, в том числе возобновляемых) систем теплоснабжения.

Источники тепла и особенности комплектации

При использовании альтернативных источников энергии периодического действия (солнечная энергия, сбросная теплота технологического процесса) в системе низкотемпературного водяного отопления используются теплоаккумуляторы. В бытовых системах отопления эту функцию обычно выполняют баки-аккумуляторы, которые устанавливаются практически во всех поливалентных системах (рис. 1). Такой теплоаккумулятор представляет собой хорошо изолированную, например, слоем полиуретана толщиной 80-100 мм емкость, в которую встроено несколько теплообменников, в том числе от солнечного коллектора и/или теплового насоса.

Рис. 1. Бивалентная система отопления (схема) с баком-аккумулятором

Бивалентная система отопления (схема) с баком-аккумулятором

Современные решения для относительно больших зданий предполагают использование в качестве одного из источников тепла сеть централизованного теплоснабжения. При этом появляется возможность дополнить такую систему тепловыми и солнечными насосами.

Пиковым теплогенератором поливалентных низкотемпературных систем и единственным моновалентным часто является конденсационный котел (рис. 2), в котором дополнительным источником энергии служит утилизируемая энергия фазового перехода пара, содержащегося в продуктах реакции горения, в воду. При этом можно получить еще 6 и 11 % тепловой энергии, соответственно, при использовании жидкого и газообразного топлива.

Рис. 2. Принцип работы конденсационного котла (схема)

Принцип работы конденсационного котла (схема)

Конденсационный режим работы котла 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. 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.

Из-за малого перепада температуры теплоносителя на входе и выходе низкотемпературные системы отопления обычно выполняются двухтрубными с расширительным баком, который хорошо изолирован и снабжен циркуляционной линией.

Для удаления воздуха из систем с нижней разводкой предусматривают воздушную линию и воздушные краны непосредственно у отопительных приборов.

Отопительные приборы низкотемпературных систем

В общем случае, низкотемпературные системы отопления имеют и более низкие, по сравнению с высокотемпературными, удельные тепловые потоки от поверхности отопительного прибора.  Необходимый объем передачи энергии может обеспечиваться в таком случае за счет увеличения поверхности теплосъема, которая в значительной степени определяется габаритными размерами (длиной и высотой) отопительного прибора или количеством секций, либо теплосъем должен интенсифицироваться с теплообменных поверхностей.

Соответственно приборы водяного отопления, рассчитанные на применение в низкотемпературных системах, должны иметь более развитые и сложные поверхности теплообмена. Этому соответствует применение конвекторов с большой площадью оребрения при качественном контакте с коллектором. Увеличить эффективность теплосъема в таких приборах позволяет режим принудительной конвекции. Это же реализуется и в ряде приборов, позиционируемых как радиаторы.

Значение имеет и материал, из которого изготовлены приборы. Так, эффективные в высокотемпературных системах отопления чугунные радиаторы характеризуются большой тепловой инерцией.  Система отопления, созданная на их основе, хуже поддается регулировке средствами современной автоматики. Даже ставшие уже привычными терморегуляторы не столь эффективны.

В отличие от чугунных, стальные панельные радиаторы (рис. 3), большинство из которых по принципу теплоотдачи правильнее называть конвекторами, имеют малую инерционность, то есть быстро нагреваются и остывают, что позволяет автоматически регулировать их работу, экономя энергию, и сравнительно простую конструкцию. Большая площадь панелей обеспечивает высокий уровень теплоизлучения, а наличие оребрения в межпанельном пространстве увеличивает конвективную часть теплоотдачи, повышая комфортность отопления.

Рис. 3. Стальной панельный радиатор

Стальной панельный радиатор

Широкий модельный ряд стальных панельных радиаторов и большое число компаний-производителей и дистрибьюторов позволяют без труда подобрать оптимальный прибор для любого помещения.

Многорядные (с несколькими панелями) стальные радиаторы хорошо подходят для эксплуатации в низкотемпературных системах отопления, практически идеально соответствуя возможностям устанавливаемой на них терморегулирующей арматуре.

Стальные трубчатые радиаторы имеют привлекательный дизайн и характеризуются низким гидравлическим сопротивлением и гигиеничностью. В низкотемпературном комфортном отоплении они заняли собственную нишу дизайн-приборов.  Однако они характеризуются более высокой тепловой инерцией по сравнению со стальными панельными радиаторами.

При переходе на более низкие температурные параметры теплоносителя возрастает доля конвективного переноса тепла. Наиболее полно такой механизм реализуется в конвекторах, отличающихся от радиаторов конструкцией, обеспечивающей преимущественную реализацию такого механизма теплопереноса. При этом режим принудительной конвекции позволяет его увеличить в разы.

Отдельного упоминания заслуживают встраиваемый в пол конвекторы (рис. 4), которые почти невидимые, на поверхности пола только декоративная решетка, позволяют эффективно отапливать большие помещения, в том числе с большими площадями остекления фасадов. Эти приборы характеризуются большой поверхностью теплообмена, теплосъем с которой может усиливаться с помощью принудительной вентиляции. Установленные в пол по периметру помещения, оснащенные терморегулирующей автоматикой, они могут очень гибко регулировать уровень теплового комфорта.

Рис. 4. Встраиваемый в пол конвектор

Встраиваемый в пол конвектор

Главным требованиям, предъявляемым к приборам для организации низкотемпературного отопления, отвечают конвекторы, реализующие концепцию Low H2O, разработанную компанией Jaga.  Очень низкий объем воды в радиаторе обеспечивает быстрое реагирование на управляющее воздействие. Объем теплоносителя в таком приборе мощностью 2 кВт, по другим характеристикам аналогичном традиционному, не превышает 1 дц3 при общей его массе 3 кг. Это создает возможность очень быстро реагировать температурой развитых теплообменных поверхностей на изменения температуры теплоносителя, которые в свою очередь соответствуют малейшим изменениям температуры в атмосфере отапливаемого помещения. В итоге пользователь получает преимущество управления тепловым комфортом в автоматическом режиме. Такие приборы рассчитаны на работу в системах с конденсационными котлами, тепловыми насосами, солнечными коллекторами и другими источниками с низкими температурными режимами, позволяя снизить потребление энергии без ущерба для комфортности.

Плюс «теплые полы»

«Теплый пол» и панельное отопление также можно рассматривать в ряду технических средств, успешно применяемых составе низкотемпературных отопительных систем.  Теплый пол позволяет получить вертикальное распределение температур в помещении, близкое к идеальному, наиболее соответствующему физиологическим требованиям человека: более высокая температура внизу помещения, а не в зоне головы, при небольшом перепаде температур. На высоте головы температура в помещениях с теплым полом составляет около 18°C, что близко к оптимуму теплового комфорта (рис. 5).

Рис. 5. Градиент температур по вертикали в помещении при напольном отоплении: коричневым цветом показана идеальная кривая, красным – действительная для теплого пола

Градиент температур по вертикали в помещении при напольном отоплении: коричневым цветом показана идеальная кривая, красным – действительная для теплого пола

Оптимальная результирующая температура, отражающая состояние теплового комфорта человека, регламентируется ГОСТ 30494-2011 для жилых и административных зданий на уровне значений 20-22˚С. Благодаря более комфортному градиенту температур в помещении напольное отопление обеспечивает тепловой комфорт при температуре на 1-2°С ниже регламентируемого, чего не позволяет добиться конвективное радиаторное. Следствием этого является более экономный расход энергии.

Преимущества в достижении комфорта с помощью теплых полов объясняются особенностями теплоотдачи при данном способе отопления.

Теплый пол, также как и любой отопительный прибор, отдает тепло преимущественно излучением и конвекцией. Доля радиационной составляющей в теплоотдаче теплого пола несколько ниже конвекционной из-за невысокой температуры поверхности, которая регламентируется СНиПом 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» для жилых помещений с постоянным пребыванием людей не выше 26°С и не выше 31°С в помещениях с временным пребыванием.

В соответствии с этим ограничением температура теплоносителя в системе водяного теплого пола регламентируется не выше 45ºC (с перепадом на входе и выходе 10-12ºC), что соответствует значению данного параметра в низкотемпературных системах отопления.

Удельный теплосъем с поверхности любых напольных систем составляет порядка 100 Вт/м2. Преимущества же комфортности этого способа обогрева объясняются прежде всего равномерной теплоотдачей со всей площади поверхности пола. Именно поэтому тепло распределяется также равномерно по всему объему помещения, и даже относительно небольшой вклад радиационной составляющей становится заметным.

Способствует равномерному распределению тепла без локальных зон перегрева и то, что при теплоотдаче с поверхности теплого пола не образуется стойких конвекционных потоков, которые, к тому же, разносят пыль в атмосфере помещения. Как следствие, теплый пол оказывается более выигрышным способом обогрева и с гигиенической точки зрения.

В помещениях с высокими потолками (производственные корпуса, культовые сооружения, спортзалы) экономия становится еще больше, достигая 30%, так как нагрев воздуха до комфортной температуры (18-20°С) необходим только на высоте 2-2,5 м от пола.

Низкотемпературный вакуум

Особое место среди отопительных приборов занимают низкотемпературные вакуумные радиаторы отопления, использующие схему тепловой трубки (рис. 6 а, б). Это герметичные емкости с небольшим количеством хладагента внутри, в которых создается разряжение, обеспечивающее переход жидкости в пар при 30-35°С (при понижении давления соответственно понижается и температура фазового перехода). В основании прибора проходит труба с циркулирующим теплоносителем. При контакте с ее поверхностью, нагретой выше 35°С хладагент в разряженном воздухе превращается в пар, поднимается вверх, конденсируется на стенках прибора, нагревая их, и стекает вниз, где вновь превращается в пар. Затем цикл повторяется.

Рис. 6. Вакуумный радиатор отопления: а – установленный в системе отопления, б – принцип работы (схема)

Вакуумный радиатор отопления: а – установленный в системе отопленияВакуумный радиатор отопления: б – принцип работы (схема)

При этом разность температур нагретой трубы с теплоносителем и поверхностью прибора составляет 15-20°С. У таких низкотемпературных отопительных радиаторов температура поверхности прибора не превышает 65°С, при температуре теплоносителя 85°С и температуре воздуха в помещении 20-22°С.    

Важное преимущество таких приборов – сокращение объема теплоносителя в системе отопления в десятки раз. Поэтому при запуске системы отопления происходит сокращение сопоставимое сокращение энергозатрат. Например, для разогрева теплоносителя при работе котла мощностью 20 кВт при регистрах Æ0,16 м и длиной 50 м требуется время около четырех часов, а при аналогичных вакуумных регистрах – три минуты. При прочих равных параметрах такой эффект достигается за счет практически стократного снижения массы теплоносителя в отопительной системе.

Статья из журнала "Аква-Терм" № 6/2019, рубрика "Отопление и ГВС"




Поделиться:

Опубликовано: 15 января 2020 г.

вернуться назад

дкм
вестер
hp20