Воздушная система отопления: обогрев и кондиционирование

Строение и принцип работы системы

Для полноценной работы современной воздушной системы отопления необходимо использование теплогенератора. В теплообменник нагнетается воздух. Оптимальная температура нагрева 50-60 градусов. Далее по воздуховоду горячий воздух перемещается в помещение, где равномерно распределяется, нагревая комнату. Далее через специальные отверстия (решетки, вмонтированные в пол, или стены) остывший воздух вновь возвращается к теплогенератору. Нередко для подачи остывшего воздуха используются воздуховоды обрата.

Принцип работы теплогенератора

При рассмотрении схемы становится понятно, что основными элементами теплогенератора выступают вентилятор, обеспечивающий перемещение воздуха, и теплообменник. Сегодня существует много видов воздушных отопительных систем. Одним из отличий можно выделить метод нагрева воздуха. Это возможно несколькими способами, которые показывает такая классификация систем воздушного отопления:

посредством применения теплового насоса;
использование газовой горелки. При этом допустимо как подключение к основной газовой магистрали, так и использование газового баллона.
горячей водой из централизованной системы;
использованием дизельной горелки, или воздушное отопление на отработанном масле.

Следует учитывать, что если воздуховод имеет достаточно большую протяженность (в больших помещениях), то это может вызвать некоторую теплопотерю. Чтоб ее избежать, можно внедрить в систему несколько вспомогательных теплогенераторов

Важно помнить, оптимальная длина воздуховода (при которой уровень теплопотери минимален) составляет 30 м, а продолжительность ответвлений воздуховода не должна превышать 15 м

Группа воздуховодов системы воздушного отопления

Для получения максимального эффекта от эксплуатации системы рациональным является решение дополнить ее блоком кондиционирования. Таким образом, в прохладное время года с ее помощью вы будете совершать обогрев дома, а в жаркое – производить некоторое охлаждение. Это позволит круглый год поддерживать в доме наиболее комфортную температуру. Кроме того, вы сможете дополнить воздушное отопление на твердом топливе такими полезными устройствами, как, допустим, увлажнитель или стерилизатор воздуха.

Вентиляция системы может быть двух типов:

естественная. Горячий воздух в системе просто поднимается вверх и произвольно перемещается по воздуховоду, нагревая его. Весомые минусы воздушного отопления в таком случае – то, что в случае попадания холодного воздуха в помещение (через окна, двери) он оседает в нижней части комнаты, создавая существенный дискомфорт. А в это время горячий воздух согревает потолок.
принудительная. Более эффективная модель работы системы, поскольку циркуляция воздуха значительно ускоряется посредством применения мощных вентиляторов. Система работает прекрасно, но шум вентилятора, доносящийся из воздуховода, может создавать определенный дискомфорт.

Естественная и принудительная системы вентиляции частного дома

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух

Общий принцип работы ТН во многом напоминает тот, что используется в кондиционере, в режиме «обогрев помещения», с единственным отличием. Теплонасос «заточен» на отопление, а кондиционер на охлаждение комнат. Во время работы используется низкопотенциальная энергия воздуха. В результате расход электроэнергии сократился более чем в 3 раза.Принцип действия тепловой насосной установки воздух-воздух, если не вдаваться в технические подробности, следующий:

Воздух, даже при отрицательной температуре, сохраняет определенное количество тепловой энергии. Это происходит до тех пор, пока температурные показатели не достигнут абсолютного нуля. Большинство моделей ТН способны извлекать тепло при достижении температуры -15°С. Несколько известных производителей выпустило станции, сохраняющие работоспособность при -25°С и даже -32°С.
Забор низкопотенциального тепла происходит благодаря испарению фреона, циркулирующего по внутреннему контуру ТН. Для этого используется испаритель – блок, в котором создаются оптимальные условия для преобразования хладагента из жидкого в газообразное состояние. При этом, согласно физическим законам, поглощается большое количество тепла.
Следующим блоком, расположенным в системе теплоснабжения воздух-воздух, является компрессор. Именно сюда подается хладагент в газообразном состоянии. В камере нагнетается давление, что приводит к резкому и существенному нагреву фреона. Через форсунку, хладагент впрыскивается в конденсатор. Компрессор для теплового насоса имеет спиралевидное исполнение, что облегчает запуск при низких температурах.
Во внутреннем блоке, располагающемся непосредственно в помещении, находится конденсатор, выполняющий одновременно функцию теплообменника. Газообразный разогретый фреон, целенаправленно конденсируется на стенках модуля, отдавая при этом тепловую энергию. ТН распределяет полученное тепло, подобным к сплит-системе образом. Допускается канальное распределение нагретого воздуха. Особенно практично такое решение при нагреве больших многоквартирных зданий, складских и промышленных помещений.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух и его эффективность напрямую связаны с температурой окружающей среды. Чем холоднее «за окном», тем ниже производительность станции. Работа теплового насоса воздух-воздух при температуре минус -25°С (в большинстве моделей) полностью прекращается. Чтобы компенсировать недостаток тепла, устанавливают резервный котел. Оптимально одновременное использование электрического тэна.

Тепловые насосы воздух-воздух состоят из двух блоков наружного и внутреннего размещения. Конструкция во многом напоминает сплит-систему и устанавливается подобным образом. Внутренний блок монтируется на стену или потолок. Настройки выставляются с помощью дистанционного управления.

Чем отличается ТН воздух-воздух от кондиционера

ТН воздух-воздух работает как кондиционер, но имеет существенные отличия, заключающиеся в особенностях конструкции и производительности

Хотя существует внешнее сходство, на самом деле, отличия, если обратить внимание на технически характеристики, существенны:

Производительность – тепловой насос воздух-воздух для отопления дома, максимально эффективно работает на нагрев помещения. Некоторые модели способны охлаждать воздух. Во время кондиционирования помещения, энергоэффективность существенно уступает обычным кондиционерам.
Экономичность – даже инверторные кондиционеры, во время работы тратят больше электроэнергии, чем требует отопление тепловым насосом типа воздух – воздух. При переходе в режим обогрева, затраты электричества еще больше увеличиваются. У ТН коэффициент энергоэффективности определяется согласно СОР. Средние показатели станций равняются 3-5 единицам. Затраты электричества в таком случае составляют 1 кВт на каждые 3-5 кВт полученного тепла.
Сфера применения – кондиционеры используют для вентиляции и дополнительного обогрева помещения, при условии, что температура окружающей среды не будет меньше +5°С. Тепловые насосы воздух-воздух, применяются в качестве основного источника отопления в течение всего года в средних широтах. При определенной модификации, могут использоваться для охлаждения комнат.

Мировой опыт использования тепловых отопительных насосов системы воздух-воздух, убедительно доказал, что использование возобновляемых источников энергии не только возможно, но и экономически выгодно, несмотря на необходимость первичных капиталовложений.

Устройство воздушного отопления

В состав системы воздушного отопления входят следующие основные элементы:

Теплогенератор;
Сеть воздуховодов;
Вентилятор;
Решетки, диффузоры, воздухораспределители;
Устройства регулирования;
Воздушный фильтр.

В воздушном отоплении применяются воздухонагреватели прямого и косвенного нагрева. Воздухонагреватели прямого действия – теплогенераторы.

В их конструкцию входит камера сгорания закрытого типа с воздушным теплообменником. Воздух нагнетается вентилятором, проходит через теплообменник (чугунный или стальной), нагревается до температуры 20 – 60С (в зависимости от типа системы) и поступает в сеть распределения.

Теплогенераторы выпускаются в настенном и напольном вариантах размещения, некоторые модели могут размещаться вне помещений.

Устройства мощностью до 400 кВт производятся в моноблочном исполнении, от 400 до 1000 кВт – в секционном (секции отопления и вентиляции).

Теплогенераторы работают на следующих видах топлива:

Природный газ;
Жидкое топливо – керосин, дизтопливо, сжиженный газ, отработанное масло;
Твердые типы топлива – уголь, древесина и так далее.

Тепловую мощность теплогенератора можно определить укрупненным методом по формуле:

Q = V_п х ∆t х M / 860

где V_п – внутренний объем помещения;

∆t – разница между низшей наружной температурой для конкретного региона (справочные данные) и требуемой температурой воздуха в помещении;

M – показатель качества тепловой изоляции строения;

M = 3 – 4 (очень слабая изоляция); 2 – 2,9 (слабая изоляция); 1 – 2 (средняя изоляция); 0,5 – 0,9 (высококачественная изоляция)

860 – коэффициент перевода тепловой мощности из ккал в кВт.

Формула дает тепловую мощность для прямоточной системы. В соответствии с выбранным типом воздушного отопления (прямоточным, рециркуляционным, комбинированным) в тепловую мощность вносятся поправки. Для этого требуется точный расчет, провести который может только опытный специалист.

Воздухонагреватели косвенного нагрева – калориферы.

Калориферы получают тепло от горячей воды систем водяного отопления, пара, электрических ТЭНов и отдают его нагреваемому воздуху. По КПД системы воздушного отопления с калориферами уступают комплексам с собственными теплогенераторами.

Сети воздуховодов обычно монтируются из оцинкованной стали различного профиля – прямоугольного и круглого. В большинстве случаев воздуховоды утепляют для предотвращения образования конденсата и снижения скорости коррозии материала.

Важным моментом при разработке проекта сети является расчет сечения воздуховодов. Для проведения качественного аэродинамического расчета необходимо привлечь специалистов. Самостоятельный подбор размеров воздуховодов может негативно сказаться на эффективности последующей работы отопления.

Решетки, диффузоры, воздухораспределители предназначены для подачи, забора, распределения и придания необходимого направления теплому воздуху сети.

Устройства регулирования – заслонки, клапана – выполняют регулирование величины потоков по различным веткам системы.

Воздушный фильтр устанавливается на входе в напорный вентилятор, производит первичную очистку воздуха от пыли, небольших частиц и так далее.

Кроме основных элементов системы воздушного отопления могут оснащаться дополнительными блоками – кондиционирования, увлажнения воздуха, тонкой очистки, ионизации и другими.

Схема обогрева частного дома воздухом

Основной узел системы, как правило, устанавливается в подвале дома в его центре и включает в себя все основное оборудование:

воздухонагреватель (теплогенератор);
вентилятор;
фильтр и очиститель;
увлажнитель воздуха;
внутренний блок кондиционера;
различные датчики.

Не все перечисленные виды оборудования обязательны к установке. В минимальном наборе не будет вентилятора, очистителя, увлажнителя, кондиционера и датчиков. От главного узла системы, зачастую по центру дома, проходит вверх основной, магистральный воздуховод. По нему нагретый воздух подаётся на все уровни здания.

Фото 1. Схема воздушного отопления двухэтажного частного дома. Стрелками обозначены части отопительной конструкции.

Горизонтальные уровни нагревающих воздуховодов, как правило, находятся под полом каждого этажа, а также в потолке верхнего уровня, таким образом, охватывая здание как снизу, так и сверху. Отдельно монтируется система сбора воздуха внутри дома и снаружи. Внутренний воздух проходит очистку и увлажнение в основном узле, а внешний служит для дополнительной вентиляции и обновления.

Как установить

В установке подобной системы есть работы, для которых необходимо привлечь профессионалов, и те, что некоторые домовладельцы делают самостоятельно. К первым относятся:

расчёт и проектирование системы;
установка газового оборудования.

Ко второй категории относится монтаж некоторых частей системы (воздуховодов, датчиков). Это позволяет удешевить организацию обогрева. Проектирование и монтаж такого отопления оптимально начинать вместе с планированием дома, так как все части лучше скрыть в полах и потолках, а также сразу выделить место для установки основного узла.

Последовательность установки воздушного отопления дома:

проектирование системы;
закупка оборудования;
установка оборудования основного узла;
монтаж магистрального воздуховода;
монтаж остальных воздуховодов и решёток;
установка дополнительного оборудования (датчики температуры, влажности);
пусконаладочные работы;
отделочные работы, в результате которых составляющие отопительной системы закрываются.

Из чего состоит система

Теплогенератор

В качестве такового могут выступать устройства, работающие на разных видах топлива. Наиболее простой и экономичный вариант – газовая горелка. Причем наличие магистрального газа необязательно: горелка способна работать и от баллона.
Не менее популярны и твердотопливные котлы. К подобному оборудованию можно отнести всем известную печь «Булерьян». Ее конструкция уже предусматривает разводку труб, что очень удобно. Остается лишь подсоединить воздуховоды.
Также генератором тепла может быть дизельная установка. Ее эксплуатация с учетом стоимости топлива обойдется дороже, чем использование газового котла. Кроме того, дизель нуждается в периодической чистке.Изготовленная на базе «Булерьяна» воздухогрейная печь «Сибирь». Фото с сайта pechmir.ru
Электрический котел, пожалуй, самое дорогое оборудование из всех указанных. В основном – благодаря большому расходу электроэнергии. Исключением могут быть электрогенераторы, работающие в составе сложных воздушных систем с рекуперацией тепла.

Воздуховоды

Для транспортировки воздуха в разные части дома используют воздуховоды круглого или квадратного сечения. Считается, что последние лучше вписываются в жилой интерьер.
В то же время конструкции круглой формы обладают лучшей аэродинамикой, что повышает эффективность всей системы отопления в целом. Выбор диаметра труб зависит от общей площади помещений и мощности теплогенератора. Обычно это 100-200 мм.В качестве воздуховодов могут использоваться гофрированные трубы круглого сечения

Вентиляторы

Строго говоря, присутствие в системе этих устройств не является обязательным условием: теплый воздух в любом случае будет подниматься вверх по воздушным каналам, обеспечивая комнаты необходимым теплом. Правда, воздуховоды при этом лучше устанавливать ближе к полу.
Работа канальных вентиляторов позволит создать необходимое давление, благодаря которому перемещение воздушных масс будет более быстрым. В итоге обогрев дома тоже будет происходить намного быстрее. К тому же в системе с принудительной циркуляцией воздуха проще управлять температурным режимом.

Виды воздушного отопления

По типу теплогенератора существует:

газовое;
на твёрдом топливе;
работающее на электричестве воздушное отопление.

Использование газа имеет преимущество благодаря низкой стоимости топлива и возможности полной автоматизации системы. Однако не все частные дома в России газифицированы. В этом случае имеет смысл рассмотреть установку на участке газгольдера — хранилища газа, заполняемого один-два раза в год. Весомые первичные затраты позволят экономить на отоплении долгие годы.

Твердотопливный котёл позволит организовать более бюджетное отопление при его оборудовании.

А вот установка полностью электрифицированных систем воздушного отопления в частных домах в РФ затруднена небольшими выделяемыми на такие домовладения мощностями, которых часто недостаточно для работы электрических теплогенераторов.

К тому же это более затратно в эксплуатации, чем система на газе.

По варианту циркуляции воздуха выделяют:

Прямоточное

Это известная сотни лет схема обогрева, при которой нагрев воздуха производился в нижнем помещении постройки путём сжигания твёрдого топлива, далее по каналам в полах и стенах горячий воздух доходил до верха здания и выходил наружу через отверстия вверху.

Особенности

В этом случае в большей степени прогреваются стены и полы здания. Значительны теплопотери, так как весь объем нагретого воздуха выходит наружу.

Принципы работы

Движение воздуха происходит из-за того, что его нагретые массы естественным образом поднимаются вверх.

Как сделать

Изначально, согласно приводимым в интернете схемам, сжигание топлива в данной системе обогрева производилось непосредственно в помещении без использования какого-либо оборудования.

При этом температуры нагрева воздуха, очевидно, предполагали строительство здания только из негорючих материалов. Это самая простая схема воздушного обогрева, но реализуют её редко, так как она затратна, а параметры отопления слабо контролируемы.

Рециркуляционные системы

Эта схема предполагает не потерю нагретого воздуха, как в прямоточных системах, а его циркуляцию внутри здания, что значительно более экономично.

Использование таких систем стало возможно с началом обогрева природным газом. С этим более экологически чистым топливом и с помощью специального оборудования подавать нагретый воздух начали непосредственно в обогреваемые помещения.

Принцип работы

Воздух, которым обогревалось помещение, не выводится наружу, а через каналы вентиляции возвращается обратно к теплогенератору. Так он многократно циркулирует внутри здания, что экономически выгодно, но негигиенично. В помещениях скапливается СО2 и пыль. Есть два варианта подобных систем:

естественной циркуляции (воздушные массы перемещаются в зависимости от своей температуры: тёплые вверх, холодные вниз, другое название — гравитационная);
принудительной циркуляции с использованием приточно-вытяжной вентиляции.

Второй вариант создаёт более комфортную среду, позволяя равномернее прогреть помещения на разной высоте от пола. В целом полностью рециркуляционные системы более пригодны для обогрева нежилых помещений, так как они не обеспечивают чистого свежего воздуха внутри зданий.

Как сделать

Внизу здания устанавливается теплогенератор, к нему делается разводка воздуховодов во все помещения здания, на которых устанавливаются вентиляционные решётки под потолком. Тёплый воздух из них выходит в комнаты.

Другая система воздуховодов устанавливается под полом, в её вентиляционные решётки поступает более холодный воздух, который скапливается внизу под действием силы тяжести. По этим воздуховодам воздушные массы снова поступают к теплогенератору и начинается новый цикл. Наличие вентиляторов для принудительного перемещения воздуха помогает оптимизировать температурный режим.

С частичной рециркуляцией

Этот подвид наиболее пригоден для жилых домов. Часть нагретого воздуха циркулирует внутри здания, а часть заменяется на свежий воздух.

Особенности

В такой вариант отопления включают различное оборудование для полного контроля за климатом: датчики температуры и влажности, кондиционеры, увлажнители, осушители, вентиляторы.

Принцип работы

Основное отличие от рециркуляционных систем — наличие внешних воздухозаборов, а также выводящих воздух отверстий. Плюс, в схему встраивается дополнительное оборудование для контроля за перемещением воздуха и его характеристиками.

Как сделать

Это наиболее сложные системы, для проектирования которых имеет смысл приглашать профессионалов. Самостоятельно некоторые домовладельцы осуществляют частичный монтаж.

Внимание! Обязательно привлечение профильных специалистов при установке газового оборудования

Преимущества и недостатки

Прежде чем отдавать предпочтение той или иной отопительной системе, нужно внимательно ознакомиться с ее особенностями, преимуществами и недостатками.

К основным достоинствам воздушной системы следует отнести:

Благодаря тому, что воздух – это самый контролируемый теплоноситель, удается регулировать температурный режим в помещениях с высокой точностью.
Система кондиционирования универсальна в своем использовании, поскольку зимой работает на обогрев помещения, а летом на его охлаждение. Также такой подход позволяет существенно экономить пространство в комнате, поскольку достаточно одной установки.
Нет необходимости устанавливать воздушное отопление около окон.
Отсутствие классических отопительных приборов (батареи, радиаторы). Пространство выглядит более эстетично, появляется возможность реализовать большое количество различных дизайнерских решений.

Несмотря на большое количество преимущественных особенностей, забывать о недостатках нельзя. Их, к сожалению, немало.

Если для работы системы требуется непрерывное функционирование энергоресурса в виде газа, ежемесячно расходы на оплату коммунальных платежей будут высокими.
Плохая инерция. Система отопления воздухом, в сравнении с альтернативными методами обогрева, наиболее неинерционная. Это указывает на то, что при включении системы, человек ощущает выделяемое им тепло, но стоит его отключить, помещение быстро начнет охлаждаться. Это один из основных недостатков системы.
Для обогрева помещения требуется большое количество воздуха, следовательно, нужно позаботиться об установке широких воздуховодов с большим сечением. Преимущественно их скрывают в потолочном пространстве, что часто мешает спроектировать интересный дизайн.

Пуско-наладочные работы

После завершения монтажных работ наступает самый сложный в самостоятельном исполнении этап – пуско-наладочные работы системы. Имеется в виду необходимость отрегулировать попадающие в помещение объемы воздуха.

Чтобы это вычислить необходимо узнать скорости потоков воздуха (в идеале она должна соответствовать расчетной). Скорость мы измеряем с помощью анемометра. Зная скорость мы легко можем найти и расход воздуха (напоминаем формулу: Q=V•S, то есть перемножив скорость на площадь поперечного сечения мы получим расход).

Этапы наладочных работ

Рассмотрим наладку поэтапно:

При помощи анемометра измеряется скорость в подающем воздуховоде и находится среднее значение
Среди помещений выбираются помещения с максимальной скоростью
При помощи заслонок регулируем в этих помещениях скорость потока, чтоб она стала равна рассчитанному среднему значению, или отличатся от него не больше чем на 3%

Не смотря на простоту описания процесса регулировки, он не так-то прост и занимает в среднем от 2 до 6 часов.

Установка воздушного отопления

Планировка отопления должна проектироваться ещё в начале строительства жилищного помещения. Начинается она, прежде всего с выбора продукта нагревания. Зачастую, выбирают тепло-генераторы, которые работают на природном и жидком газе. Марка, размеры и технические характеристики генератора подбираются, в зависимости от площади помещения. Высококачественные тепло-генераторы производятся в Финляндии, Норвегии и Швеции.

К тепло-генератору, также необходимо приобрести следующие дополнительные устройства для безопасного и экономного отопления помещения:

Воздуховоды. Это специальные трубы, созданы для циркуляции теплого воздуха. Они бывают жесткие и гибкие. Жесткие воздуховоды производятся с высококачественной оцинкованной стали. Их разделяют на прямоугольные (дает возможность уменьшить размер вентиляционных каналов при установке подвесных потолков) и круглые (из-за отсутствия фланцевых соединений стоят немного дешевле, чем прямоугольные). Гибкие воздуховоды разделяют на изолированные (изолированы они специальным материалом из полиэфирных волокон, толщиной 25 мм.) и неизолированные (толщина стенки — от 180 до 200 мм.), которые изготовлены из специальных металлизированных элементов.
Специальные металлические решетки, которые будут служить для подачи и забора теплого воздуха.
Скотч, сделанный из алюминия. Он предназначен для герметизации воздуховодов.
Специальные инструменты для монтажа и работы с оцинкованной сталью.

Ну и, в заключении хотелось бы ещё раз подчеркнуть основные преимущества системы воздушного отопления для загородного дома и других жилищных помещений:

поддерживает все условия комфорта, тепла и уюта в доме, выполняя поддержку температуры, влажности и чистоты воздуха в помещении, с помощью автоматизированной системы;
отсутствие труб и радиаторов, теплый воздух подается только в встроенных системах отопления в потолках и стенах дома, маленькие решетки лишь дополнят красоту любого помещения;
экономия денежных средств, выполняется, благодаря отсутствию в таких системах промежуточного носителя тепла, воды;
надёжная эксплуатация, с гарантией в 20 лет;
дополнительная установка ультрафиолетового ионизатора позволит утилизировать вредные для здоровья, бактериологические организмы;
установка специальных, дополнительных угольных фильтров даст возможность поглощать различные неприятные запахи;
очистка воздуха может осуществляться обычным, или же электронным фильтром;
высокий уровень автоматизации, которая позволит только то количество тепла, которое задаст владелец дома.

СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ

Это тоже обязательное к установке оборудование. Вопрос только в виде и характере формируемых сигналов. Всего существует пять типов СОУЭ от 1-го, требующего установки звукового оповещателя до 5-го – речевого оповещения со множеством дополнительных опций и возможностей.

Помимо сирен и громкоговорителей в состав СОУЭ могут входить световые указатели “Выход”, направления движения, а при наличии в здании системы пожаротушения – соответствующие информационные табло.

Управление осуществляется АУПС. Стоит заметить, что первый и второй тип оповещения настолько привычен, что, зачастую, рассматривается как неотъемлемая часть противопожарной сигнализации.

Состав, типы, требования к выбору и монтажу СОУЭ описаны здесь.