Системы отопления: экология, экономика, перспективы - Инфракрасные панели - Отопительные панели - Каталог статей - КЛИМ.АТ.UA

Каталог статей

Главная » Статьи » Отопительные панели » Инфракрасные панели

Системы отопления: экология, экономика, перспективы

Системы отопления: экология, экономика, перспективы

По оценкам специалистов, 25-35% всех энергоресурсов Украины тратится на отопление, при этом потери достигают 30% (за рубежом в развитых странах - около 2%), а 45-70% теплосетей требуют ремонта или замены. В данной статье проведен небольшой сравнительный анализ различных систем отопления и обогрева, особое внимание уделено такому важному аспекту, как экология.

Основной и наиболее распространенной на данный момент системой является традиционное водяное отопление с централизованной подачей горячей воды, или так называемое центральное отопление (далее - ЦО).

Все плюсы и минусы этой системы хорошо известны, поэтому остановимся более подробно на экологической составляющей вопроса. Кроме исторически сложившегося широкого распространения и относительной дешевизны для потребителя, ЦО не имеет других заметных преимуществ. Да и столь широкое распространение ЦО получило еще с XIX в. лишь по причине отсутствия в то время достойной альтернативы в виде дешевой электроэнергии и экономичных систем электроотопления.

Основными недостатками являются:

  • большой износ теплосетей и систем ЦО, что вызывает многочисленные аварии, протечки, внеплановые отключения отопления и т. п.; затраты на ремонтно-восстановительные работы, которые раньше покрывались в основном государством, теперь будут ложиться на плечи потребителей, тем самым сводя на нет одно из основных преимуществ ЦО - относительно невысокую стоимость его эксплуатации для граждан;
  • высокие теплопотери при доставке тепла потребителю, высокая стоимость прокладки трубопроводов горячего водоснабжения; вследствие этого ТЭЦ приходится строить в относительной близости к потребителям тепла, т. е. к жилым и промышленным зонам, что, безусловно, не улучшает экологическую ситуацию в этих районах. К тому же из-за достаточно низкого КПД всей системы (от ТЭЦ до радиаторов в квартире) приходится сжигать гораздо большее количество топлива и соответственно многократно увеличивать выброс в атмосферу продуктов горения;
  • практическая невозможность регулировки температуры в помещениях по желанию потребителя.

В последнее время стало модным устанавливать комнатные термостаты, которые якобы позволяют регулировать теплоотдачу радиаторов, однако при этом замалчиваются некоторые проблемы: увеличивается риск засорения из-за попавших примесей и низкого качества теплоносителей; отложения на деталях термостатов со временем изменяют их характеристики и ухудшают работу; возможно появление шума в клапанах; нелинейная зависимость между изменениями температуры в помещении и теплоотдачей (для некоторых радиаторов изменение потока в 2 раза изменяет теплоотдачу всего на 7-12%) может привести к нестабильности в работе системы отопления. Следует заметить, что термостаты чаще всего измеряют не температуру воздуха, а температypy теплоносителя, а это приводит к снижению точности контроля температуры, перегреву, снижению комфортности. Гидравлическая система ЦО, как правило, не позволяет отключить отдельные помещения или существенно изменить их тепловые характеристики. Все это вместе с достаточно высокой стоимостью подобных устройств (от 5 до 30 долл. США/шт.) и работ по их установке вряд ли позволяет считать данную конструкцию пригодной для массового применения.

Если же абстрагироваться от внешних проблем и рассмотреть конкретный радиатор в конкретной жилой комнате, то с точки зрения экологии и здесь возникает много серьезных вопросов. Во-первых, при работе радиатора с высокой рабочей температурой (60-70 °С) происходит гибель находящейся в воздухе микрофлоры ("омертвление" воздуха). Во-вторых, возникающие конвективные потоки создают в помещении постоянно движущиеся воздушные массы, поднимающие пыль и разносящие ее по всему помещению. В-третьих, возникает большой разброс температур по высоте помещения (холодный пол горячий потолок), что, как известно, отнюдь не полезно для организма человека.

Выход из этой ситуации просматривается в постепенном переходе к различного вида автономным системам отопления (далее - АСО). Уже сегодня такие системы используются в интенсивно развивающемся дачно-коттеджном строительстве.

И хотя говорить об АСО как о полноценной альтернативе ЦО, особенно в условиях городского строительства, еще рано, они составляют все больший процент в общем количестве различных отопительных систем, что, кстати, полностью соответствует и общемировым тенденциям.

По принципу действия АСО делятся на три основные группы:

  • традиционное отопление, когда жидкий теплоноситель нагревается, а затем, проходя по системе трубопроводов и радиаторов, отдает тепло отапливаемым помещениям;
  • воздушное отопление, когда в качестве теплоносителя используется воздух, подаваемый после подогрева в отапливаемые помещения по воздуховодам;
  • прямое электрическое отопление, когда нагрев помещения осуществляется без теплоносителя, и электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую.

Первая группа не имеет каких либо принципиальных отличий от ЦО, но за счет более современных технологий и материалов может несколько компенсировать некоторые из его недостатков. Так, например, отпадают все проблемы с внешними водными коммуникациями, так как вся система начинается и заканчивается внутри отапливаемого здания. По этой же причине увеличивается эффективность системы, снижается потребление топлива. За счет применения современных, как правило, металлопластиковых трубопроводов и специальных теплоносителей - антифризов существенно уменьшается вероятность засорения системы, образования отложений и накипи и т. п.

Но у традиционных АСО имеются и минусы. Расположение помещения с отопительным котлом внутри здания определяет наличие в той или иной степени специфического запаха топлива (особенно при использовании солярки) и продуктов его сгорания. Сохраняется возможность аварийных протечек, устранение которых, при заполнении систем антифризом, требует значительных затрат, т.к. вытекающая жидкость является ядовитым химикатом, который может испортить мебель, интерьер и строительные материалы конструкции дома, а также крайне вреден для людей в случае вдыхания его паров. Периодическое включение отопительного котла и циркуляционного насоса, даже при использовании дорогого импортного малошумного оборудования, создает дополнительный шум и вибрацию. Для длительной и надежной эксплуатации традиционных АСО также совершенно необходима профилактика котельного оборудования. По мере эксплуатации снижается эффективность системы: камера, дымоходы, горелка покрываются сажей и пылью; теплоноситель из системы вытекает, частично испаряется, газы попадают в систему, создавая воздушные пробки.

Отрицательно сказывается на работе пониженное давление газа в российских магистралях. Некачественное жидкое топливо приводит к преждевременному износу топливного насоса, засорению форсунок, образованию кислотных и сернистых компонентов. Следует добавить, что скачки напряжения (150-280 В), колебания частоты тока, длительная работа на пониженном напряжении выводят из строя автоматику.

Необходимо выполнение сервисных работ, и для их проведения нужен квалифицированный персонал и соответствующая аппаратура. В зависимости от объема работ цена на сервисное обслуживание одного отопительного котла за год составляет от 100 до 600 долл. США, при этом запчасти и ремонт оцениваются отдельно. Остановка и сбои в работе традиционной системы могут привести к серьезным материальным затратам, так как выходит из строя сразу вся система. Поэтому специализированными фирмами организуется круглосуточное дежурство и диспетчерская помощь с выездом на место аварии, что проводится, безусловно, также за счет потребителя.

Примерные затраты на создание различных отопительных систем для коттеджа общей площадью 200 кв. м (из расчета 100 Вт/кв. м)

Традиционное отопление Длинно волновые ИК-излучатели Электроотопительные панели
  • Необходимая мощность - 20 кВт
  • Котел отопительный многотопливный импортного производства - 1500-3500 долл. США
  • Котел отопительный газовый отечественного производства типа АОГВ - 150-250 долл. США
  • Горелка газовая/солярная - от 500 до 1 500 долл. США за шт.
  • Радиаторы традиционной системы отопления - 10-15 долл. США за секцию (150 Вт).
  • Трубы металлопластиковые - 1 ,5-2,5 долл. США за п. м
  • Запорно-регулирующая арматура - 2-30 долл. США за шт.
  • Сантехнические и монтажные работы - от 40 до 60% от общей стоимости материалов и оборудования
  • Необходимая мощность - 20 кВт
  • ИК-излучэтели отечественного и импортного производства - 100-300 долл. США за шт. (~120 долл. США/кВт)
  • Термостаты комнатные - 15 долл. США за шт.
  • Потребность - 10 шт.
  • Электромонтажные работы - ~1 500 долл. США (с учетом стоимости силового щита, проводов и пр. материалов)
  • Необходимая мощность - 1 5 кВт
  • Электроотопительные панели - ~120 долл. США/кВт.
  • Термостаты комнатные - 15 долл. США за шт.
  • Потребность - 10 шт.
  • Электромонтажные работы - - 1500 долл. США (с учетом стоимости силового щита, проводов и пр. материалов)
Примечание. По данным опыта эксплуатации совокупное снижение теплопотерь составляет 25-30%.
Итого: от 3 до 1 5 тыс. долл. США Итого: около 4 тыс. долл. США Итого: около 3,5 тыс. долл. США

Воздушные АСО требуют также установки отопительного котла и, следовательно, получают "в наследство" уже упомянутые проблемы, хотя с точки зрения экологии эта система заметно отличается в лучшую сторону от вышеперечисленных. Использование в качестве теплоносителя воздуха повышает надежность системы отопления, количество поступающего в каждое отдельное помещение воздуха легко дозировать простым поворотом задвижки воздуховодов, гарантийное и послегарантийное обслуживание воздушного отопления связано, в основном, с работой котлов и поэтому дешевле и проще. Однако, даже при наличии специальных фильтров, в воздухе, проходящем через нагревательный котел, остаются мельчайшие частички пыли и другой органики, которые выгорают или частично разлагаются на горячих поверхностях котла, заметно увеличивая количество угарного газа (СО).

Но наиболее перспективным и экологически безопасным из всех известных систем отопления, на наш взгляд, является прямое электрическое отопление (далее - ПЭО). Оно, в принципе, свободно от проблем, связанных со сжиганием в непосредственной близости от жилых помещений какого-либо вида топлива и применением каких-либо теплоносителей.

Подвод электроэнергии или выделение дополнительной электрической мощности на отопление, как правило, не требует значительных капитальных затрат, а при применении систем ПЭО в сочетании с современными технологиями теплоизоляции зданий дополнительные мощности могут быть незначительными. Тогда как подвод газовой магистрали требует большого количества различных согласований, разработки проектной и исходно-разрешительной документации, материальных затрат, значительно превышающих затраты на подвод электроэнергии. При ПЭО отсутствие потребности в котельном помещении, покупке котлов, насосов, труб и радиаторов и работах по их монтажу существенно снижает начальные капитальные затраты на устройство отопления (см. таблицу).

С точки зрения эксплуатации, при ПЭО выход из строя одной единицы оборудования не приводит к отказу всей системы, а вышедшее из строя оборудование заменяется предельно просто. Если говорить о контроле температур и гибкости управления системой отопления, а также возможности экономии энергии, то у ПЭО здесь самые лучшие показатели. В каждом отапливаемом помещении имеются термостаты, и все они работают независимо, контролируя температуру в диапазоне 5-30 °С с точностью ±0,1-1,0 °С. При желании могут быть установлены программируемые термостаты с таймером (70-100 долл. США), позволяющие задать любой график изменения температуры в течение суток в каждый день недели. Это экономит, например для загородных домов, эксплуатируемых зимой по выходным дням, 50-80% электроэнергии. Именно этот вид отопления легко интегрируется в единую систему управления зданием типа "интеллектуальный дом".

Все существующие в настоящий момент системы ПЭО можно разделить на два основных класса - конвекционные и излучательные (радиационные).

К конвекционным относятся конвекторы различного исполнения, которые в свою очередь делятся на конвекторы естественного протока воздуха и конвекторы принудительного продува (тепловентиляторы и тепловые завесы).

Электроконвекторы по своей сути являются теми же радиаторами, за исключением того, что каждый из них при включении в электросеть может работать автономно. Следовательно, все ранее указанные недостатки (конвективные потоки, "омертвление" воздуха, высокий температурный градиент по высоте помещения, малая экономичность) сохраняются в полном объеме. Заметным шагом вперед при применении электроконвекторов стала их способность, благодаря наличию встроенного или выносного термостата, самостоятельно поддерживать заданную температуру помещения в достаточно широком диапазоне (от 0 до 30 °С) с весьма неплохой точностью ( 0,1 °С - электронные, 0,5-1 °С - электромеханические термостаты). Современные электроконвекторы выполняются с герметично запаянными электронагревательными элементами, вследствие чего допускается их эксплуатация во влажных и сырых помещениях, просты в монтаже и установке.

Конвекторы принудительного продува воздуха известны потребителю в основном благодаря широко распространенным бытовым тепловентиляторам типа "Ветерок" и ему подобным. Все аналогичные устройства, от простейших бытовых до промышленных, различаются лишь мощностью (от 1,5 до 70-100 кВт), производительностью (от 200 до 7000 м3/ч), габаритами, весом и стоимостью. В современных моделях, как правило, устанавливаются термостаты для автоматического поддержания заданной температуры в помещении (диапазон регулировок - от 0 до 30 °С), автоматические системы аварийного отключения, основанные на измерении температуры ТЭНов и воздуха внутри и вне корпуса, а мощные тепловые завесы могут иметь также выносной пульт управления. Из-за наличия высокотемпературных ТЭНов, сильных потоков воздуха, высокого уровня шума и достаточно большой потребляемой мощности данные устройства едва ли можно представить в жилых или офисных помещениях (за исключением разве что всевозможных внештатных ситуаций, ремонта и т. п.). Их место скорее в цехах, на складах, в автосервисах, автомойках и тому подобных зданиях и сооружениях промышленного назначения. Вследствие этого говорить об экологии и экономичности в данном случае также не слишком уместно, но, впрочем, эти системы и не претендуют на лидерство в данных областях. Их задача - быстрый и мощный прогрев воздуха, а все "побочные" эффекты при этом всеми признаются, но считаются все же второстепенными.

К излучательным системам ПЭО относятся инфракрасные (ИК) обогреватели, которые можно условно разбить на высокотемпературные (температура поверхности излучателя свыше 300 °С), длинноволновые ИК-излучатели (температура поверхности Излучателя от 100 до 200 °С) и низкотемпературные ИК-отопительные панели (температура излучающей поверхности от 25 до 50 °С).

У ИК-обогревателей с температурой излучающей поверхности выше 300 °С максимум интенсивности ИК-излучения лежит в диапазоне волн короче 7,5 мкм. Такое излучение по классификации относится к "жесткому" и при длительном воздействии оказывает негативное влияние на кожные покровы (аналогично тому, как лица и руки у людей, часто и подолгу просиживающих у костра, преждевременно стареют и увядают). К тому же при такой высокой температуре в полной мере проявляется эффект "выжигания" кислорода, да и пожарная безопасность оставляет желать лучшего. Применение ИК-нагревателей, таким образом, можно считать удачным решением в основном в тех случаях, когда необходимо создать небольшой обогреваемый участок при высоких потолках, где человек будет находиться не постоянно, а время от времени, например в цехах..

Отопительные панели мягкого ИК-излучения характеризуются гораздо более низкой температурой излучающей поверхности (порядка 40 - 50 °С), что, как было сказано ранее, соответствует оптимальной для человека длине волн. Благодаря различным вариантам исполнения (плоские панели с металлической поверхностью либо панели, предназначенные для покрытия керамической плиткой и другими отделочными материалами) их применение и способ установки могут быть самыми разнообразными - крепление на стену, устройство теплых подоконников и оконных проемов, теплые полы и т. д. В силу своей конструкции подобные панели являются абсолютно влагостойкими, электро- и пожаробезопасными, т. е. позволяют организовать отопление в помещениях даже с влажной и агрессивной средой (автомойки, производственные цеха, химические производства и т. п.). Также их отличает высокая механическая и ударопрочность, т. е. применение в местах массового пользования и прохода больших потоков людей не является проблемой.

Невысокая температура нагревательных элементов является гарантией их длительной и надежной службы. Экономия электропотребления на отоплении, по сравнению с отопителями конвективного типа, ИК-нагревателями и другими подобными системами, составляет не менее 20-30%. При использовании современных автоматов защиты от короткого замыкания и перегрузок, а также устройств защитного отключения по току утечки вероятность пожара или поражения электрическим током близка к нулю.

Необходимо также сказать и еще об одном, очень важном диалогическом аспекте. Во всех отопительных системах, где используются заземленные металлические детали корпусов и воздуховодов (например, конвекторы, радиаторы, канальные вентиляторы, тепловентиляторы и тепловые завесы), через которые идут постоянные конвективные потоки, происходит так называемая "деионизация" воздуха. Как известно, нормальный уровень содержания в атмосфере отрицательно заряженных ионов составляет приблизительно 600-700 ед./см3. На морском побережье или высоко в горах это количество гораздо выше, и нахождение в таких местах благотворно действует на организм. Недаром в арсенале современных физиотерапевтов существует даже такое средство, как "кабинеты горного воздуха", где пациенты специально дышат сильно ионизированным воздухом. Так вот, при использовании металлических конвекторов количество ионов в воздухе снижается в 8-10 раз, т. е. до 50-100 ед./см3! Чтобы как-то компенсировать эту недостачу, приходится применять разнообразные дополнительные устройства ионизации воздуха, самым известным из которых, очевидно, является "люстра Чижевскского" применение имеющихся на сегодняшнем рынке некоторых модификаций которой может быть сопряжено с вредным для здоровья сопутствующим эффектом озонирования воздуха. В свете всего сказанного вне всякой конкуренции находятся, безусловно, ИК-обогреватели и электроотопительные панели, при использовании которых процесс деионизации либо отсутствует вовсе, либо снижается на практически неощутимые 1-2%.

Сегодня у центрального отопления появились достойные и перспективные конкуренты. Внутри же самих автономных систем традиционное отопление с его большими капитальными и эксплуатационными затратами начинает уступать воздушному и электрическому.

Данные таблицы иллюстрируют разницу в основных капитальных затратах для трех видов отопления.

Эти цифры относятся к стоимости оборудования, его монтажа и не учитывают дополнительных проектных и строительных работ, а именно:

  • при традиционном и воздушном отоплении требуется погашение под котельную с приточно-вытяжной вентиляцией площадью не менее 7,5 м2 с окном и форточкой, вводом электропитания с контуром заземления. Стоимость 1 м2 для загородного строительства в Подмосковье составляет 200-300 долл. США. Если для отопления используется газ, то должен быть выполнен проект ввода, разводки и подключения. Стоимость этих работ - около 2000 долл. США. При строительстве следует предусмотреть проход труб отопления через межэтажные перекрытия и стены. То же самое относится к воздуховодам теплого воздуха. Если эти работы не предусмотреть в проекте, монтаж отопления обойдется значительно дороже. Для загородного дома площадью более 300 м2 сечение дымохода должно быть не менее 250x250 мм, а учитывая, что высота составляет 10-12 м, придется затратить еще 800-1000 долл. США;
  • при газовом отоплении следует учесть, что прокладка трубопровода стоит 6-20 долл. США/п. м и может сразу поставить под сомнение экономическую эффективность независимо от относительной дешевизны самого газа. Следует учитывать, что срок службы металлических труб составляет около 20 лет, полиэтиленовых - более 50 лет;
  • жидкое топливо требует емкости на 7-10 т для хранения и подъездные пути для топливозаправщика; это оценивается примерно в 2000-3000 долл. США;
  • из соображений пожаро- и взрывобезопасности желательно обеспечить резервирование электропитания, а также установить стабилизатор напряжения (220 В ±15) мощностью не менее 0,6 кВт (около 100 долл. США). Для автоматического управления температурными режимами необходимо дополнительно приобрести специальный регулятор и термостат, что обойдется в 500-1500 долл. США;
  • если потребуется перестройка системы на различные режимы: зимний, осенний, отключение отдельных комнат, то желательно систему дополнить балансировочными клапанами и регулятором давления. Каждый клапан стоит 25-65 долл. США, а регулятор давления - 120-140 долл. США.

Таким образом, капитальные затраты для традиционного отопления возрастают еще на 7-10 тыс. долл. США.

Вывод

Широкие возможности по экономии и рациональному использованию энергоресурсов в сочетании с улучшением теплоизоляции зданий превращают ПЭО в серьезную альтернативу традиционному с жидкотопливными и газовыми котлами, одновременно обеспечивая уникальные возможности по экологии и безопасности.

Категория: Инфракрасные панели | Добавил: demmien (07.09.2009)
Просмотров: 2193 | Рейтинг: 5.0/3 |