Современное воздушное отопление – преимущества и недостатки

Современное воздушное  отопление – преимущества и недостатки

На сегодняшний день существует как минимум три различных  подхода к организации автономной системы отопления для нежилых  помещений (склады, спортивные объекты, производственные помещения и сельскохозяйственные постройки): классическая система водяного отопления, система воздушного отопления  и лучистое (инфракрасное) отопление. В последнее время все большую  популярность приобретают системы  воздушного отопления. Вызвано это  тем, что как показывает практика, система воздушного отопления обладает рядом преимуществ классической водяной системы отопления и имеет гораздо меньше ограничений по применению по сравнению с системой лучистого отопления.

Зачастую капитальные  затраты на приобретение оборудования для организации системы воздушного отопления и его монтаж, равно  как и стоимость эксплуатации такой системы, значительно ниже стоимости организации и эксплуатации системы водяного отопления. Это  является следствием отсутствия необходимости  применения в системе воздушного отопления агрегатов, обеспечивающих подготовку и циркуляцию теплоносителя, сложной системы теплопроводов  и отопительных приборов, ну и, соответственно, самого теплоносителя, роль которого, для обеспечения безопасности эксплуатации в зимний период, зачастую исполняет  дорогостоящий и канцерогенный (в  случая применения гликоля) антифриз. Система воздушного отопления, как  правило, состоит либо из одного или  двух мощных теплогенераторов и системы воздухораспределительных каналов, либо из множества отдельно стоящих подвесных или напольных воздухонагревателей свободнорассеивающего действия.

Важно отметить, что в  летнее время, в отличие от простаивающей  системы водяного отопления, система  воздушного отопления легко справляется  с функцией вентиляции помещения. В  случае применения свободнорассеивающих моделей, за счет работы воздухонагревателей в данном режиме, обеспечивается циркуляция воздуха внутри помещения, в случае применения канальных теплогенераторов в этом режиме - возможна организация притока свежего воздуха в помещение.

За счет отсутствия промежуточного теплоносителя при использовании  нагревателей воздуха повышается коэффициент  полезного действия системы отопления  в целом, кроме этого системы  воздушного отопления могут похвастаться очень низкой, по сравнению с водяными системами, инерционностью. Это позволяет  практически моментально прогревать помещение до рабочей температуры  после длительного простоя (например, после выхода из “дежурного” режима). В отличие от классической системы  водяного отопления, системе воздушного отопления не грозит риск «размораживания», а высокая скорость воздухообмена  и постоянное движение воздуха внутри обогреваемого помещения обеспечивают быстрый и равномерный прогрев  всего отапливаемого объема. Важно  отметить, что системы водяного и  парового отопления требуют значительно больших расходов на текущую эксплуатацию по сравнению с любыми системами воздушного отопления. Также системы водяного отопления не могут обеспечить работу в периодичном тепловом режиме. При необходимости коррекции рабочей температуры воздуха в помещении, системы водяного отопления показывают склонность к сильно замедленной реакции, а после снижения температуры и последующем разогреве повышается риск появления течей и снижается ресурс системы в целом. Примерно те же проблемы преследуют системы водяного отопления при холодных пусках. При этом системы воздушного отопления этих бед лишены, что позволяет запускать их без специальной подготовки и подобные режимы не влияют на их ресурс.

Система воздушного отопления  отличается гораздо более простым  и менее трудоемким монтажом по сравнению  с традиционной системой водяного отопления, что позволяет существо сократить  время монтажа системы и, как  следствие, его стоимость, даже в  случае организации централизованной системы на основе канальных воздухонагревателей. Как правило, монтаж системы воздушного отопления занимает в 2-3 раза меньше времени, чем монтаж системы водяного отопления. Если же говорить о системах на основе свободнорассеивающих воздухонагревателей, монтаж, как правило, занимает всего несколько дней.

Из объективных недостатков  систем воздушного отопления стоит  отметить большой диаметр или  сечение воздуховодов при организации  автономных канальных систем, что  обуславливает необходимость организации  достаточно крупных технологических  отверстий в стенах и других ограждающих  конструкциях, и часто делает невозможным  применение системы воздушного отопления  в уже построенных жилых, офисных  и общественных зданиях. В связи  с вышесказанным системы воздушного отопления являются наиболее приемлемыми  для однообъемных помещений или для интеграции во вновь строящиеся здания.

Системы воздушного отопления бывают двух типов: централизованные – на базе генераторов теплого воздуха канального типа и децентрализованные –  на базе свободнорассеивающих моделей воздухонагревателей.

Для первого типа характерно расположение генераторов теплого  воздуха в специально отведенном отдельном помещении (как и в  случае с традиционными системами  водяного отопления). Распространение  теплого воздуха в таких системах происходит через разветвленную  систему воздуховодов, а возврат  воздуха для нагрева – через  систему возвратных воздуховодов, которая  традиционно значительно проще  и короче распределительной системы. При отключении горелочного устройства каналы будут исполнять роль системы  вентиляции, а сами нагреватели выполнять  функцию вентиляторной установки.

Децентрализованные системы  чаще применяются для организации  отопления крупных однообъемных объектов. Система состоит из нескольких независимых друг от друга воздухонагревателей. Нагреватели в таких системах могут быть расположены на полу (вертикальные и горизонтальные напольные воздухонагреватели), на стенах (воздухонагреватели консольного размещения, например VRA) или даже могут быть подвешены под потолком (нагреватели с нисходящим направлением тепловой струи VRE и уникальные для Российского рынка двунаправленные модели серии VRBD).

Применение децентрализованной системы автоматики в таких случаях  позволяет организовать зональный  контроль температуры воздуха в  обогреваемой зоне, рационализируя таким образом эксплуатационные затраты. В этом случае каждый воздухонагреватель может быть снабжен электронным блоком управления, контролирующим температуру в непосредственной близости от нагревателя и в зоне вокруг него. Такой подход позволяет нагревателям включаться, в случае понижения температуры в контролируемой зоне, или выключаться, в случае ее соответствия заданному показателю.

Самый просто пример – складское  однообъемное помещение. Представим себе такую ситуацию, происходит погрузка или выгрузка товара – въездные ворота открыты, температура воздуха в зоне ворот начинает стремительно падать, тем не менее, в другой части склада воздух все еще имеет комфортную температуру. Вследствие понижения температуры в зоне ворот включаться только те нагреватели, в контролируемой зоне которых произошло падение температуры ниже установленной отметки, тогда как остальные нагреватели будет оставаться выключенными. Такая система позволяет обеспечить максимальную гибкость системы, ведь подача горячего воздуха происходит когда это нужно и в том месте, где это действительно необходимо

Если сравнивать рассматриваемые  типы систем воздушного отопления на предмет сопоставления их стоимости, необходимо отметить, что категорически  невозможно заявить, что та или иная система является более дешевой, а как следствие и более  выгодной. Очень много зависит от специфики каждого отдельно взятого объекта, поэтому основной вопрос, который необходимо решить при выборе типа системы воздушного отопления, - это соотношение стоимости производства и монтажа воздуховодов и системы автоматики для канальной системы, и стоимости организации подвода газа, электропитания и дымохода к каждому из свободнорассеивающих воздухонагревателей, применяемым в альтернативу централизованной системе.

Помимо приведенной выше классификации существует еще одна важная классификация систем воздушного отопления – по характеру организации  воздухообмена. Речь идет о  трех типах систем:

Рециркуляционные – в таких системах происходит постоянная циркуляция и нагрев внутреннего воздуха помещения, при этом система вентиляции может быть организованная либо по принципу естественной вентиляции, либо принудительно с использованием соответствующего дополнительного оборудования. Как правило, такие системы построены на основе свободнорассеивающих воздухонагревателей, при этом системы отопления и вентиляции являются совершенно независимыми. Также существует возможность организации рециркуляционной системы на базе канальных теплогенераторов;

Системы с частичным  притоком – в основе таких систем лежит использование исключительно канальных воздухонагревателей. Основным отличием от рециркуляционных систем является совмещение системы воздушного отопления с системой приточной вентиляции. В таких системах на ветке возвратных (вытяжных) воздуховодов организуется ответвление за пределы здания для забора свежего воздуха. Соотношение рециркуляционного и приточного воздуха в системе может варьироваться в широком диапазоне. В зависимости от компоновки системы смешение рециркуляционного и свежего воздуха может происходить до или после (в случае применения дополнительного вентилятора) нагревателя. Первый вариант на наш взгляд является предпочтительным, поскольку позволяет избежать применения дополнительных вентиляторов в системе, и существенно снижает нагрузку на основной. Тем не менее, существуют системы, в которых точка смешения воздуха находится за нагревателем. В этом случае нагретый до большей температуры внутренний воздух смешивается с холодным уличным, образуя смесь необходимой температуры, если же подмес осуществляется до нагревателя, свежий воздух нагревается непосредственно в воздухонагревателе. В летнее время такие системы легко справляются с функцией системы приточной вентиляции. Кроме того, могут быть дополнительно предусмотрены секции охлаждения и увлажнения воздуха, которые позволяют превратить систему в полноценное средство климатического контроля здания;

Система воздушного отопления с рекуперацией теплоты отработанного воздуха наиболее совершенна в гигиеническом и технико-экономическом отношении. 
Системы воздушного отопления рекомендуется совмещать с вентиляцией, если вентиляция работает две или три смены. При остановке технологического оборудования предусматривается дежурное отопление, работающее при полной рециркуляции. 
В центральных системах подача воздуха в помещения может осуществляться: сосредоточенно и с помощью воздуховодов.

Отопление с сосредоточенной  подачей воздуха получило широкое применение в производственных зданиях больших объемов и общественных, таких, как кинотеатры на 300-600 зрителей, плавательные бассейны, гимнастические, торговые и выставочные залы. При этом способе возможно равномерное достижение распределения температур в помещении, а отсутствие воздуховодов делает систему экономически выгодной. Выпуск воздуха при сосредоточенной подаче осуществляется компактными или веерными струями.

Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, экономично, так как для отопления используется все оборудование механической системы вентиляции – вентилятор, электродвигатели, воздуховоды, и только поверхность нагрева калориферов несколько больше, чем для вентиляционной установки. 
До настоящего времени воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, устанавливается в больших производственных и общественных зданиях, но пока практически не нашло применения в строительстве жилых, гостиничных, административных зданиях, но имеется зарубежный опят строительства таких зданий.

Комбинированные системы отопления в последнее время широко применяются в зданиях с кратковременным пребыванием людей. Они состоят из централизованной водяной части упрощенной конструкции с приборами уменьшиной и одинаковой мощности, создающее устойчивое «фоновое» отопление, рассчитанное на температуру 5-10 гр.С, и периодически действующего воздушного отопления для обогрева помещений перед началом работы и во время работы. В настоящее время системами воздушного отопления оборудованы многочисленные здания школ. При введении прерывистого обогревания учебных помещений сократились теплозатраты зданий.

Воздушно-тепловая завеса в открытом проеме входа является одним из мероприятий по пресечению холодного воздушного потока извне, который возникает при движении людей или транспорта через входные двери и ворота, когда в здание поступает холодный наружный воздух, переохлаждая прилегающие помещения. 
В проемах ворот промышленных зданий создаются высокоскоростные воздушные завесы шиберующего типа, ограничивающие или даже предотвращающие попадание внутрь холодного воздуха.  
Во входах гражданских зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий устраивают низкоскоростные (скорость выпуска воздуха не более 5 м/с) воздушно-тепловые завесы смесительного типа, рассчитанные на нагревание холодного воздуха, проникающего снаружи. Завесы предусматриваются также во входах в помещения, оборудованных системами кондиционирования воздуха, в помещения со значительным выделением влаги или с близким к входам расположением постоянных рабочих мест.  
Воздушно-тепловые завесы применяют: при tн= -15….-25 гр.С и проходе в течение 1 ч более 400 человек; при tн= - 25….-45 гр.С и проходе в 1 ч более 200 человек; при tн= -45 гр.С и проходе в 1 ч более 100 человек. Воздушно-тепловая завеса создается рециркуляционной установкой местного или централизованного воздушного отопления. Внутренний воздух забирается обычно из верхней зоны помещения и подогревается до температуры не выше 50 гр.С. 
Воздухопроницание обычного входа можно сократить на 30% путем замены его обычными двойными дверями с тамбуром, в 2 раза – при замене его входом с тройными дверями – в 7-7,5 раза при установке на входе вращающейся (турникетной) двери.

Приточные системы – системы, в которых происходит нагрев только свежего наружного воздуха. Они характерны для помещений с высокими требованиями к вентиляции. При организации таких систем необходимо также предусмотреть мощную систему вытяжной вентиляции.

Естественно, самой простой  и дешевой является система, построенная  по принципу рециркуляции внутреннего  воздуха, однако применение такой системы  не всегда является возможным в связи  с требованием санитарных норм, строительных нормативов и правил. В любом случае при проектировании системы важно  учитывать не только тепловые потери от ограждающих конструкций здания, но и тепловые потери, связанные  с организацией активной вентиляции здания, а также динамические переохлаждения вызываемые, например, открытием въездных ворот.

Вне зависимости от способа  и типа организации системы воздушного отопления  обогрев помещения происходит по принципу циркуляции воздушных масс в помещении. И здесь важным фактором является высота помещения и кратность воздухообмена в нем. Предлагаем рассмотреть следующий пример: в традиционных системах воздушного отопления воздух после нагрева в теплогенераторе попадает в помещение с более высокой температурой, по сравнению со средней в рабочей обогреваемой зоне. Попадая в помещение, более теплый и легкий воздух за счет гравитации устремляется вверх. При этом всем известно, что перегрев потолочной зоны вызывает повышенные тепловые потери в зоне кровли и верхней части стен, и в следствии происходит нерациональное расходование тепла. Именно поэтому горячий воздух следует подавать в нижнюю или среднюю область помещения, в противном случае горячий воздух будет скапливаться в потолочной зоне, и прогрев помещения будет неравномерным. Эти проблемы традиционно свойственны системам водяного отопления, так как они не обеспечивают достаточной циркуляции воздушных масс внутри обогреваемого помещения и работают исключительно в конвекционном режиме. Для систем воздушного отопления эти проблемы не страшны. Даже при суммарном воздухоизмещении в один объем обогреваемого помещения в час и высоте потолков не белее 5 метров разница температур между рабочей зоной и потолком не будет выше 3*С. Для решения проблемы перегрева потолочной зоны в помещениях с высотой от 5 до 8 метров достаточно увеличить показатель воздухоизмещения до 3 крат от отапливаемого объема. К сожалению, дальнейшее увеличение объема циркуляции не приведет к повышению энергоэффективности, и при высоте в 8 метров и кратности циркуляции 3 разница температур между рабочей зоной и потолком будет примерно 5-8*С. Для более высоких помещений (от 8 до 24 метров) повышать объем циркуляции также не эффективно. Лучше дополнительно применить потолочные рассеивающие вентиляторы (дистратификаторы). Также следует отметить, что подобные устройства могут успешно применяться дополнительно к любой системе отопления. Положительный эффект при правильном размещении и настройке может позволить снизить разницу температур между рабочей зоной и потолком на 45%, что в свою очередь создаст реальную экономию средств затрачиваемых на теплоснабжение.