Популярные системы отопления — виды и особенности
Для большинства жителей умеренного климатического пояса расходы за отопление являются самой крупной статьей затрат в семейном бюджете. Грамотно подобранный тип системы отопления виды которых будут рассмотрены в статье, может оказать значительное влияние на годовые затраты семьи, связанные с оплатой энергоресурсов.
Учитывая то, что среднестатистические виды систем отопления рассчитаны на минимальный срок службы, превышающий двадцать лет, а их используют на протяжении 5-6 месяцев в году, то важно подобрать наиболее эффективную и продуктивную систему, которая поддержит в доме комфортный и здоровый микроклимат. Выбрав наиболее обдуманную и взвешенную систему отопления владелец сможет на протяжении последующих десятилетий рассчитывать на дивиденды в виде низких эксплуатационных затрат и высокого уровня комфорта в доме, обусловленных экономичной и бесперебойной работой устройств.
Для того чтобы корректно произвести выбор подходящей системы отопления, необходимо базовое понимание работы различных типов систем, а также изучение их рейтинга эффективности и надежности.
Осуществляя подбор системы, стоит брать в расчет не только стоимость оборудования и расходы на его монтаж и подключение, но и учитывать долгосрочные затраты, связанные с дальнейшей эксплуатации приборов.
Содержание
- 1 Принудительное воздушное и водяное отопление
- 1.1 Отопление водяного типа
- 1.2 Отопление воздушного типа
- 1.3 Преимущества и недостатки обоих типов отопления
- 2 Плинтусное отопление
- 3 Нетрадиционные виды отопления
Принудительное воздушное и водяное отопление
Большинство систем отопления жилых помещений используют принцип принудительной циркуляции воздуха или горячей воды для того, чтобы распределять тепло по всему дому. Принудительное воздушное отопление является наиболее популярным вариантом в регионах с мягким климатом, при этом в процессе отопления тепло, сгенерированное тепловым насосом, распределяется по всему дому через воздуховоды, вентиляционные каналы и дефлекторы. В более холодных регионах с морозными зимами системы отопления воздух воздух используют реже, и для обогрева применяется система отопления закрытая водяного типа.
Отопление водяного типа
Водяная замкнутая система отопления предполагает наличие закрытого контура, состоящего из радиаторов, трубопроводов, котла или печи. Принцип ее работы состоит в том, чтобы использовать котел для нагрева воды, которая впоследствии циркулирует через медные, чугунные, стальные или алюминиевые трубопроводы и радиаторы, установленные во всех ключевых помещениях дома. При этом по типу подключения водяных радиаторов выделяется однотрубная схема, система отопления тупиковая, предполагающая наличие двухтрубной магистральной линии, а также трехтрубная система отопления, в которой циркуляционные контуры уравновешены.
По расходу материалов самыми экономичными являются однотрубные и двухтрубные контуры. Среди них система Тихельмана отопления, предполагающая наличие магистральных линий с двумя трубами. Несмотря на низкие затраты в процессе монтажа, такие системы имеют существенный недостаток – неравномерный прогрев радиаторов и трубопроводов, подсоединенных к системе.
В однотрубных и двухтрубных схемах довольно часто обратка в системе отопления холодная или же радиаторы в разных комнатах имеют различную температуру, поэтому жильцы вынуждены мириться с дискомфортом. Трехтрубная система более рациональная, однако она предполагает трудоемкость работ и высокие затраты на монтаж.
Отопление воздушного типа
При принудительной системе гидравлического обогрева также практикуется водяная система отопления с бойлером косвенного нагрева схема которой предполагает наличие змеевика-теплообменника. По нему в процессе работы циркулирует горячая вода из радиаторов отопления.
Для того чтобы вода циркулировала по радиаторам наиболее эффективно, в системах водяного отопления может использоваться электрический насос. Такой прибор необходим в домах, имеющих несколько этажей, поскольку он обеспечивает нагнетание воды и исключает возможность неравномерного прогрева или появления холодных пятен.
Прибор работает от электричества и потребляет сравнительно мало ресурсов, при этом качественно увеличивает эффективность работы системы водяного отопления.
Также существует система отопления без насоса, в которой перемещение подогретой воды по контуру достигается за счет разницы давления в холодном и подогретом теплоносителе, особой схемы подключения радиаторов и трубопроводов под уклоном и пр. При этом работать эффективно система отопления гравитационная будет лишь в том случае, если соблюдены все нюансы при ее проектировании и обеспечена наиболее эффективная естественная циркуляция теплоносителя по трубам.
Преимущества и недостатки обоих типов отопления
Оба типа систем принудительного отопления имеют свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом принудительной воздушной системы является то, что воздуховоды могут использоваться летом для центрального кондиционирования, фильтрации и увлажнения воздуха. А ее недостаток состоит в недостаточной мощности, шумной работе, распространении запахов и пыли по всему дому.
Преимущества водяной системы включают в себя возможность использовать котел с высоким КПД, гарантирующий эффективность обогрева, а также плюсы в виде равномерного отопления дома, низких эксплуатационных затрат, надежности и долговечности приборов, подсоединенных к контуру.
Среди недостатков стоит выделить довольно высокие первоначальные затраты, необходимые для покупки котла и разводки радиаторов по дому.
Плинтусное отопление
В настоящий момент плинтусная система отопления не так популярна, как рассмотренное выше принудительное отопление, но ее не следует преждевременно сбрасывать со счетов, поскольку она сулит собственникам дома ряд преимуществ. В первую очередь они состоят в том, что плинтусное отопление — это недорогая система с простым монтажом, предполагающим установку металлических отопительных приборов вдоль плинтусов в каждой комнате дома.
При этом плинтусная система определенной комнаты отличается автономностью и при необходимости владелец жилья может отключить неиспользуемые помещения от отопления и сэкономить на этом немалые деньги. Современные системы плинтусного отопления могут работать с использованием электроэнергии или горячего теплоносителя. При этом владелец волен самостоятельно выбрать для себя более доступный и наиболее приемлемый вариант источника обогрева.
Про недостатки метода также не стоит забывать, они состоят в конструктивных особенностях системы, не позволяющей владельцам расставлять мебель и предметы быта близко к стенам, поскольку для эффективной работы плинтусного обогрева отопительные приборы не должны вплотную соприкасаться с посторонними предметами. Это правило касается не только мебели, а и штор, элементов декора, любых легковоспламеняющихся предметов и пр.
Нетрадиционные виды отопления
Довольно популярна среди собственников система плэн отопления, предполагающая быстрый монтаж, легкую регулировку настроек и отсутствие дополнительных затрат на приобретение сопутствующего оборудования и дополнительных приборов.
Для работы системы плэн требуется пленочный инфракрасный нагреватель, вырабатывающий инфракрасное излучение.
Также среди нетрадиционных типов обогрева встречается анодно капиллярная система отопления, принцип работы которой состоит в поляризации воды под действием тока. Система экономична в работе, долговечна и надежна, однако ее монтаж довольно трудоемкий и требует немалых капиталовложений.
В качестве альтернативных вариантов обогрева дома собственники могут рассмотреть также самодельные системы отопления, солнечные коллекторы, геотермальные насосы, дровяные печи, пеллетные котлы и прочие инновационные приборы.
Однако окончательный выбор стоит принимать после того, как произведена оценка тепловой потребности дома. Это позволит корректно подобрать систему по критериям номинальной мощности, энергоэффективности, коэффициенту полезного действия и величине теплоотдачи.
Назад к основам: системы VRF | Consulting
Алекс Янкович, PE, CEM, LEED AP, JBA Consulting Engineers, Лас-Вегас 27 сентября 2016 г.
Цели обучения
- Обобщить различные типы доступных систем с переменным расходом хладагента (VRF).
- Объясните преимущества и недостатки использования систем VRF в коммерческом здании.
- Описание кодов и стандартов, определяющих проектирование и использование систем VRF.
Системы с переменным потоком хладагента (VRF) приобретают все большую популярность и используются в качестве усовершенствованной версии мульти-сплит-систем, обеспечивающих одновременный нагрев и охлаждение, а также возможность рекуперации тепла.
Современные системы VRF обладают некоторыми важными преимуществами, такими как зонирование, индивидуальный контроль температуры, минимизация воздуховодов, исключение необходимости во вторичных жидкостях (распределение охлажденной или горячей воды) и связанные с этим затраты. Эта полностью электрическая технология состоит из одного наружного конденсаторного блока, нескольких внутренних блоков, обслуживающих различные зоны, трубопровода хладагента с переключателями ответвлений и соответствующих элементов управления.
Системы VRF используют хладагент R-410A в качестве теплоносителя и рабочей жидкости, обеспечивая очень высокий коэффициент энергоэффективности (EER) от 15 до 20 и интегрированный коэффициент энергоэффективности (IEER) от 17 до 25.
Они составляют 20 От % до 30% более эффективны, чем обычные системы HVAC, благодаря работе с частичной нагрузкой, модуляции скорости, возможностям зонирования и технологии рекуперации тепла.
В последние годы технология газовых тепловых насосов все чаще используется в определенных приложениях, где коммунальные предприятия, работающие на природном газе, предлагают льготы. В результате, системы VRF могут дать большое количество баллов для получения сертификата LEED Совета по экологическому строительству США.
Эксплуатация системы VRFСистемы VRF являются нетрадиционными системами HVAC по сравнению с обычными канальными системами, обеспечивающими циркуляцию воздуха или охлажденной воды по всему зданию. Термин VRF указывает на способность системы изменять и контролировать поток хладагента через несколько змеевиков испарителя для обеспечения индивидуального контроля температуры в различных зонах механического комфорта.
Используя прямое расширение (DX) как часть основного холодильного цикла, системы VRF передают тепло из помещения непосредственно в змеевики испарителя, расположенные в кондиционируемом помещении.
Теплоносителем в данном случае является хладагент, обеспечивающий нагрев и охлаждение различных зон с меньшими затратами энергии по сравнению с воздухом или водой.
Системы VRF действуют как мульти-сплит-системы, соединяя несколько внутренних блоков с одним централизованным наружным блоком конденсации, обеспечивая одновременный нагрев, охлаждение и рекуперацию тепла в различных зонах следующим образом:
- Система VRF с тепловым насосом обеспечивает обогрев и охлаждение всех внутренних блоков в определенное время (см. рис. 1)
- Система VRF обеспечивает неодновременное охлаждение и обогрев в любое время
- Системы рекуперации тепла обеспечивают одновременное охлаждение и обогрев, как а также рекуперация тепла, передача энергии из зон охлаждения в зоны обогрева здания.
Все вышеперечисленные функции реализованы с помощью технологии VRF с использованием:
- Инверторные компрессоры с регулируемой скоростью и производительностью
- Наружные вентиляторы с частотно-регулируемыми двигателями
- Внутренние блоки с двигателями с электронной коммутацией (ECM).
Существует два различных типа систем VRF:
С воздушным охлаждением , где несколько компрессоров подключены к контуру трубопровода хладагента. Особое внимание следует уделить выбору оборудования в местах с повышенными климатическими условиями — температура наружного воздуха выше 95°F. Например, в Лас-Вегасе при температуре окружающей среды 115°F и выше снижение номинальных характеристик оборудования может достигать 30%.
С водяным охлаждением , где несколько компрессоров подключены к контуру источника воды, что обеспечивает рекуперацию тепла между компрессорными блоками.
Различные производители разработали системы контуров трубопроводов хладагента для различных применений, например:
Двухтрубные системы , которые обычно используются в системах VRF с тепловым насосом для обеспечения охлаждения или обогрева только в одном и том же рабочем режиме (см. 2). Регуляторы ответвления применяются в двухтрубных системах для выполнения следующих функций:
- Разделение хладагента на газообразный и жидкий
- Обеспечение поступления перегретого газа в зоны в режиме обогрева
- Обеспечение поступления переохлажденной жидкости в зоны в режиме охлаждения
- Облегчение отвода тепла из одной зоны и подачи его в другую зону.
Трехтрубные системы , которые состоят из трубы отопления, трубы охлаждения и обратной трубы (см. рис. 3). Селекторы отводов используются в трехтрубных системах для выполнения тех же функций, что и в двухтрубных, за исключением сепараторов.
- Селекторы ответвлений не требуют сепараторов, поскольку они подключены к трехтрубной системе: линия жидкого хладагента, линия всасывания хладагента и газовая линия высокого/низкого давления (ВД/НД).
- Селекторы ответвлений выполняют ту же функцию, что и регуляторы ответвлений, направляя перегретый газ в зоны нагрева, а переохлажденную жидкость — в зоны охлаждения. Смесительная труба высокого/низкого давления направляется обратно к наружному конденсаторному блоку.
Система VRF лучше всего подходит для приложений с одновременными потребностями в охлаждении и обогреве в одном и том же режиме работы. Селекторы ответвлений используются в качестве устройств управления, направляющих жидкий хладагент или газообразный хладагент в определенные зоны, требующие охлаждения или обогрева.
В системах рекуперации тепла контроллер ответвления может отбирать тепло, рекуперированное из зоны охлаждения, и использовать его для обогрева помещения в режиме обогрева. Таким образом, снижается потребность компрессора в охлаждении или обогреве, что позволяет экономить энергию.
Вентиляция наружного воздухаСпециализированные блоки наружного воздуха с рекуперацией энергии используются для подачи приточно-вытяжного воздуха непосредственно в помещение или во внутренний блок.
Стандарт ASHRAE 62.1: Вентиляция для приемлемого качества воздуха в помещении используется для расчета необходимого потока наружного воздуха в каждое помещение.
Для систем VRF требуется гораздо меньше места на потолке, чем для обычных систем, поскольку в них размещаются только трубопроводы хладагента и воздуховоды для наружной вентиляции.
Применение системы VRF Системы тепловых насосов используются в ресторанах, вестибюлях, клубах или религиозных учреждениях, где существует определенный режим работы на охлаждение или обогрев.
Все внутренние блоки будут работать либо в режиме охлаждения, либо в режиме обогрева (неодновременно).
Системы тепловых насосов с рекуперацией тепла используются в исторических зданиях, школах, офисных зданиях, домах престарелых, гостиницах, банках и других коммерческих зданиях, где одновременное охлаждение и обогрев является требованием конструкции.
К преимуществам систем VRF относятся:
- Повышенная энергоэффективность и энергосбережение, в среднем от 20% до 30% экономии энергии по сравнению с системами с переменным расходом воздуха с промежуточным подогревом и системами с постоянным расходом воздуха с газовым нагревом
- Очень хорошо производительность при частичной нагрузке благодаря инверторным компрессорам с регулируемой скоростью, регулирующим производительность от 10 % до 100 %
- Хорошее зональное управление, обеспечивающее одновременное охлаждение и нагрев с рекуперацией тепла
- Уменьшение потерь в воздуховодах и воздуховодах ограничивается системой вентиляции (примерно 20% от обычной системы HVAC).
К недостаткам систем VRF относятся:
- Необходимость специальной системы вентиляции для подачи наружного воздуха в различные зоны
- Длинные линии хладагента и большое количество ответвлений могут привести к утечке хладагента линии слива конденсата для каждого внутреннего блока VRF
- Для быстрого прогрева может потребоваться использование дополнительного тепла.
- Соблюдение максимально допустимого количества хладагента в заданном объеме.
Системы VRF должны соответствовать стандарту ASHRAE Standard 15 (вместе со стандартом 34): Стандарт безопасности для холодильных систем и обозначение и классификация хладагентов. Это относится к мощности хладагента и возможной утечке, особенно если система обслуживает небольшие помещения, что может привести к истощению кислорода.
В системах VRF используется хладагент R-410A. Класс безопасности R-410A в стандарте ASHRAE 34 относится к группе A1: нетоксичный и негорючий хладагент с нулевым потенциалом разрушения озонового слоя.
Из-за способности вытеснять кислород, ASHRAE Standard 34-2013 Addendum L установил максимальный предел концентрации хладагента (RCL) в размере 26 фунтов/1000 футов 3 объема помещения для жилых помещений.
В соответствии со Стандартом 15 система VRF классифицируется как система прямого действия/система высокой вероятности, в которой утечка хладагента потенциально может проникнуть в занимаемое помещение.
Требования стандарта ASHRAE Standard 15 должны применяться к каждой системе VRF в следующих шагах:
- Определить класс занятости помещений
- Рассчитать объем помещения
- Определить количество хладагента в системе, включая наружный блок, внутренний блоков и соответствующих трубопроводов
- Убедитесь, что помещение не слишком маленькое, используя следующую формулу:
Минимально допустимая площадь пола (кв. фут) = Общая заправка системы хладагентом (фунты) x 1000 RCL (фунтов/1000 футов3) x потолок высота (футы)
Интегральный коэффициент энергоэффективности (IEER) В соответствии со стандартом Института кондиционирования, отопления и охлаждения (AHRI), AHRI 1230: Рейтинг производительности многосплит-системы кондиционирования воздуха и теплового насоса с переменным потоком хладагента, IEER имеет была установлена как мера произведенного охлаждения для количества энергии, необходимой для его производства, в БТЕ на ватт в час.
IEER рассчитывается как сумма четырех условий частичной нагрузки: IEER = (0,02 x A) + (0,617 x B) + (0,238 x C) + (0,125 x D). Где:
A = EER при 100% полезной мощности при стандартных условиях AHRI (95°F)
B = EER при 75% полезной мощности при пониженной температуре окружающей среды (81,5°F)
C = EER при 50% полезной мощности при пониженной температуре окружающей среды (68°F)
D = EER при 25% полезной мощности при пониженной температуре окружающей среды (65°F)
Пример:
A = 11,0 EER, B = 16,0 EER, C = 19,0 EER, D = 23 EER
IEER = (0,02×11) + (0,617×16) + (0,238×19) + (0,125×23) = 17,4 IEER
. По мере снижения общей мощности EER системы значительно увеличивается (см. рис. 5).
Сертификация LEED Системы VRF оказывают значительное влияние на энергопотребление по сравнению с ASHRAE 90.1: Энергетический стандарт для зданий, кроме малоэтажных жилых зданий-2010 базового здания, обеспечивая высокоэффективную систему ОВК и достигая большого количества баллы по энергии и атмосфере.
Кредит 1: Оптимизация энергоэффективности.
Основные преимущества систем VRF с точки зрения энергоэффективности обусловлены:
- Работа с частичной нагрузкой и оптимизация энергоэффективности
- Возможности зонирования
- Потенциал рекуперации тепла
- Использование компрессоров с инверторным режимом работы
- Снижение потребления энергии в киловаттах на тонну, что приводит к сокращению общего бюджета затрат на энергию.
Пример:
Обычный блок на крыше с EER 13 имеет потребляемую мощность 0,923 кВт/т
Система VRF с IEER 17,4 имеет потребляемую мощность 0,689 кВт/т.
Это приведет к тому, что система VRF будет иметь более благоприятные энергетические характеристики и достичь снижения энергопотребления более чем на 20% (или более) по сравнению с базовым зданием ASHRAE.
Алекс Янкович — инженер-механик проекта JBA Consulting Engineers.
Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете.