Отопление частного дома своими руками: 22 вопроса по выбору схем отопления и их реализации

Эта статья адресована тем, кто только собирается строить частный дом или столкнулся с проблемой его обогрева после постройки. В ней я хочу подытожить свой и чужой опыт по реализации различных схем отопления и порекомендовать материалы для нескольких наиболее доступных по стоимости решений. Приступим.

Котельная в цокольном этаже частного дома.

Котельная в цокольном этаже частного дома.

Воздух или вода

  1. Какая система отопления обойдется дешевле — водяная или воздушная?

Безоговорочно водяная. Аргументы? Пожалуйста.

Воздух обладает в 4000 раз меньшей теплоемкостью на единицу объема по сравнению с водой. Соответственно, для обеспечения той же тепловой мощности система воздушного отопления должна перекачивать во столько же раз больший объем теплоносителя.

Что это означает с практической стороны? Давайте разберем простой пример.

Для дома площадью 120 квадратных метров с высотой потолков 2,5 метра, расположенного в умеренной климатической зоне, потребность в тепле составляет примерно 12 КВт. Водяное отопление частного дома такой площади требует наличия циркуляционного насоса с производительностью около 0,5 м3/час.

Этот малыш способен обеспечить транспортировку необходимого объема теплоносителя.

Этот малыш способен обеспечить транспортировку необходимого объема теплоносителя.

При той же тепловой эффективности воздушному отоплению придется ежечасно прогонять через помещения дома 2000 кубометров воздуха, что многократно превышает любые требования к вентиляции помещения. Выбрасывать отработанный воздух на улицу — значит неоправданно увеличить потери тепла, причем не на единицы процентов, а в разы.

Рециркуляция же воздуха подразумевает:

  • Его дозированный отбор из оборота внутри дома;
  • Наличие эффективной системы фильтрации, устраняющей загрязнения воздуха пылью и неприятными запахами;
  • В идеале — еще и систему рекуперации тепла, отбирающую энергию у отработанного воздуха.
Рекуператор тепла в системе воздушного отопления.

Рекуператор тепла в системе воздушного отопления.

Вместе с источником тепла и монтажом воздушное отопление дома указанной площади обойдется в ценах 2016 года как минимум в 500 тысяч рублей.

Мало того: прокладка системы воздуховодов возможна только на стадии строительства или чернового ремонта, а трубы и радиаторы водяного отопления можно смонтировать в любой момент, не нанося никакого ущерба отделке помещений.

Рукава воздушного отопления на фото будут скрыты подвесным потолком.

Рукава воздушного отопления на фото будут скрыты подвесным потолком.

  1. Дает ли воздушное отопления какой-то выигрыш в эксплуатационных расходах?

Если оно совмещено с вентиляцией и использует рекуперацию тепла, расходы тепловой энергии действительно несколько уменьшатся. Именно за счет того, что тепловая энергия будет отбираться у отработанного воздуха.

Однако общие потери тепла за счет вентиляции не превышают 20 — 25% от общего количества теплопотерь дома, а поскольку любой рекуператор имеет ограниченную эффективность, разница в экономичности на практике не превысит 8 — 12%.

Потери тепла через ограждающие конструкции и вентиляцию.

Потери тепла через ограждающие конструкции и вентиляцию.

Дешево и сердито

  1. Можно ли отапливать дом кондиционерами?

В регионах с теплым климатом это практикуется, и ваш покорный слуга является горячим поклонником именно этой схемы отопления.

Начну с небольшого экскурса в теорию.

Любой кондиционер является частным случаем теплового насоса. Этот прибор называется так потому, что он служит для перекачки тепловой энергии; при этом тепло может отбираться у среды с более низкой температурой и отдаваться более теплой среде.

Сплит-система за вашим окном является частным случаем теплового насоса.

Сплит-система за вашим окном является частным случаем теплового насоса.

Как это работает:

  • Компрессор сжимает газообразный фреон. В полном согласии с законами физики тот нагревается при сжатии и, проходя через теплообменник, отдает избыточное тепло в окружающее пространство;
  • Охлажденный жидкий фреон проходит через расширительный клапан и при резком падении давления возвращается в газообразное состояние. При этом он охлаждается на несколько десятков градусов;
  • Пройдя через еще один теплообменник, он отбирает избыточное тепло у окружающей его среды и направляется на повторный цикл.

Меняя направление движения фреона, можно заставить тепловой насос работать на нагрев или охлаждение.

Принцип работы теплового насоса.

Принцип работы теплового насоса.

В этом цикле выглядит наиболее привлекательным тот факт, что количество переносимой фреоном тепловой энергии в киловаттах может заметно превышать расход электрической энергии. Современные инверторные кондиционеры способны перекачивать с улицы в дом 4-6 киловатт тепла на один киловатт потребляемой мощности.

В результате мы получаем ощутимую экономию. Если один киловатт тепловой энергии, полученной прямым нагревом (электрокотлом или электрическим конвектором), обойдется владельцу дома в стоимость киловатт-часа электричества, то кондиционер уменьшит затраты в те самые 4 — 6 раз.

COP - это параметр, указывающий на отношение тепловой мощности к энергопотреблению.

COP — это параметр, указывающий на отношение тепловой мощности к энергопотреблению.

Разумеется, у этой схемы отопления есть ряд ограничений:

  • С падением уличной температуры эффективность работы кондиционера на обогрев падает, поскольку уменьшается дельта температур между охлажденным при прохождении расширительного клапана фреоном и окружающим воздухом;
  • Лучшие образы инверторных кондиционеров способны работать на обогрев при температурах вплоть до -25 — -30С. В регионах с более суровыми зимами стоит обратить внимание на другие источники тепла.
Лучшие образцы воздушных тепловых насосов способны работать на обогрев при -30С.

Лучшие образцы воздушных тепловых насосов способны работать на обогрев при -30С.

  1. Насколько эффективно и экономично отопление кондиционерами?

В Крыму, где я живу, с момента установки инверторов мне ни разу не пришлось переходить на резервный источник тепла — электрический котел. При минимальных за последние несколько лет -20 на улице все кондиционеры исправно работали, поддерживая в доме комфортные +20 — +22С.

В наиболее холодный месяц — январь — на обогрев инвертором с тепловой мощностью 12000 BTU (4,1 КВт на нагрев) мансарды площадью 60 м2 было затрачено около 400 киловатт-часов электроэнергии. Расход электричества всем домом (включая электроплиту, освещение, круглосуточно работающие компьютеры и т.д.) не превышает 2000 КВт-ч в месяц.

Наиболее экономичный из установленных в моем доме кондиционеров имеет COP = 4,95.

Наиболее экономичный из установленных в моем доме кондиционеров имеет COP = 4,95.

  Реклама

Источники тепла

  1. Какие котлы отопления для частного дома обеспечивают минимальные эксплуатационные расходы?

Вот примерная стоимость киловатт-часа тепла, полученного при использовании разных энергоносителей.

Источник тепловой энергии Цена киловатт-часа, рубли
Магистральный газ 0,8
Газ из газгольдера 1,4
Газ из баллонов 2,8
Дрова 1,4
Уголь 1,6
Дизтопливо 3,2
Электроэнергия 3,8

Согласно этой таблице, самым дешевым источником тепла является магистральный газ. Очевидный выбор для любого газифицированного населенного пункта — газовый котел.

Компактные настенные газовые котлы обладают тепловой мощностью до 24 КВт.

Компактные настенные газовые котлы обладают тепловой мощностью до 24 КВт.

Наряду с классическими котлами на рынке присутствуют так называемые газовые конденсационные котлы, для которых заявлен невероятный КПД — до 109%. Как это возможно?

Разумеется, маркетологи лукавят. Броские цифры получаются лишь в том случае, если за 100-процентный КПД принять утилизацию низшей теплоты сгорания газа (то есть остудить продукты его сгорания до комнатной температуры).

Однако одним из продуктов сгорания газа является водяной пар. Если заставить его конденсироваться на холодном теплообменнике, в процессе фазового перехода вода продолжит отдавать тепло. Собственно, именно это и делает конденсационный котел: он утилизирует полную теплоту сгорания газа, включающую тепло его горения и тепло конденсации водяного пара.

Устройство и принцип работы конденсационного газового котла.

Устройство и принцип работы конденсационного газового котла.

  1. Какие котлы требуют минимального обслуживания в процессе эксплуатации?

Этот параметр не менее важен, чем экономичность. Согласитесь, что растапливать дровяной котел каждые 4-6 часов несколько утомительно.

Наибольшей автономностью обладают котлы с непрерывной подачей энергоносителя — электрические, газовые и дизельные. Кроме того, они позволяют управлять температурой в доме в автоматическом режиме, с использованием выносных термодатчиков и программируемым изменением температурного режима в течение суточных и недельных циклов.

Исключение — энергонезависимые газовые котлы. Они снабжаются пьезорозжигом и пилотной горелкой, поддерживающей горение при простое котла. Электронное управление отсутствует как класс.

Энергонезависимый напольный котел с тепловой мощностью 32 киловатта.

Энергонезависимый напольный котел с тепловой мощностью 32 киловатта.

  1. Насколько выгодны геотермальные и водяные тепловые насосы?

Чуть выше я описывал достоинства обогрева дома инверторными кондиционерами. Тепловые насосы, отбирающие тепло у грунта или проточной воды, лишены их главного недостатка — эффективность этих источников тепла не зависит от погоды на улице и времен года, поскольку среда, которая служит источником низкопотенциального тепла, круглый год имеет постоянную температуру.

Раз так, тепловой насос весь год будет отдавать 4 — 5 киловатт тепла на киловатт электрической мощности.

Увы, здесь есть несколько… скажем вежливо, тонкостей:

  • Стоимость насосов, работающих по схеме «грунт-вода» или «вода-вода», при эффективной мощности в 18-24 КВт переваливает за полмиллиона рублей;
  • Для устойчивой работы насоса с водяным теплообменником ваш дом должен быть расположен около незамерзающего водоема. Альтернатива ему — водяная скважина с достаточно большим дебитом и дренажная скважина для сброса отработанной воды, отдавшей свое тепло;
  • Геотермальный тепловой насос требует бурения скважин для вертикального коллектора глубиной до 70-100 метров или наличия придомового участка с площадью как минимум втрое больше площади дома для укладки горизонтального коллектора.
Вертикальный теплообменник погружен в скважины.

Вертикальный теплообменник погружен в скважины.

Геотермальный насос с горизонтальным коллектором.

Геотермальный насос с горизонтальным коллектором.

Заметьте: участок нельзя использовать для нужд садоводства, поскольку охлаждение грунта под корнями убьет любые многолетние растения.

  1. Можно ли увеличить периодичность растопки дровяных и угольных котлов?

Вот несколько решений, направленных на увеличение автономности этих источников тепла.

Пиролизный котел разбивает процесс горения дров на два этапа:

  • Вначале топливо тлеет при ограниченном доступе воздуха с выделением пиролизного газа — смеси угарного газа CO и летучих углеводородов;
  • Затем пиролизный газ дожигается в отдельной камере топки. Часть тепла его сгорания обеспечивает нагрев первичной камеры и тление дров.

Регулируя подачу воздуха, можно плавно менять тепловую мощность котла и время горения закладки топлива. Максимальная продолжительность работы на одной закладке составляет около 10 часов.

Устройство обычного и пиролизного твердотопливных котлов.

Устройство обычного и пиролизного твердотопливных котлов.

Котел верхнего горения — это разновидность пиролизного котла, у которого процесс сгорания дров или угля идет сверху вниз благодаря особой схеме подачи воздуха в зону горения. Опускающийся по мере прогорания закладки топлива подвижный воздуховод в каждый момент времени подает воздух именно к зоне горения. Зола уносится восходящим потоком горячего воздуха в дымовую трубу.

Максимальная продолжительность работы котла верхнего горения на одной закладке топлива зафиксирована у изделия литовской компании Stropuva и составила 31 час.

Твердотопливный котел верхнего горения.

Твердотопливный котел верхнего горения.

Наконец, отопление дома с классическим твердотопливным котлом может быть модифицировано для увеличения его автономности установкой в контур теплоаккумулятора — теплоизолированного бака с водой объемом от 200 до 2000 литров. В контур устанавливается два циркуляционных насоса: один в малое кольцо между котлом и теплоаккумулятором, второй — в кольцо, связывающее бак с отопительными приборами.

Как работает такая схема:

  • Твердотопливный котел растапливается и работает на номинальной мощности, обеспечивающей максимальный КПД. При этом тепловая энергия расходуется преимущественно на нагрев воды в теплоаккумуляторе;
  • После прогорания топлива накопленное тепло постепенно отдается отопительным приборам.
Устройство системы отопления с теплоаккумулятором.

Устройство системы отопления с теплоаккумулятором.

Конвекция и теплый пол

  1. Что это такое — теплый пол?

В качестве источника тепла используется вся поверхность пола или ее часть. Нагрев пола обеспечивается греющим кабелем, пленочным электрическим нагревателем или уложенной под чистовое покрытие трубой с теплоносителем.

Укладка водяного теплого пола.

Укладка водяного теплого пола.

  1. Чем теплый пол лучше радиаторов?

Более рациональным распределением температур в объеме отапливаемого помещения. Если комната отапливается конвекционными отопительными приборами (радиаторами или конвекторами), под потолком всегда теплее, чем на уровне пола — ведь теплый воздух устремляется вверх.

Камрады, часто ли вы проводите свой досуг на потолке? Нет? Тогда, очевидно, нагрев воздуха вверху помещения приводит лишь к одному результату — к увеличению потерь тепла через ограждающие конструкции здания (они, напомню, всегда прямо пропорциональны разнице температур внутри и снаружи).

А вот нагрев пола приводит к совсем другому распределению температуры: она максимальна на уровне пола и чуть выше — на высоте человеческого роста. По мере подъема вверх воздух остывает. В результате с сохранением комфортного температурного режима в комнате расход тепла уменьшается на 20 — 30%.

Распределение температур по высоте отапливаемого помещения в случаях конвекционных приборов и теплого пола.

Распределение температур по высоте отапливаемого помещения в случаях конвекционных приборов и теплого пола.

Не стоит забывать и про субъективное ощущение комфорта. По теплому полу приятно ходить. Кроме того, ваши дети могут играть на полу, не опасаясь простуды.

  1. Какую температуру должен иметь теплоноситель в водяном теплом полу?

25 — 40 градусов. Более высокая температура приведет к дискомфорту: босиком по горячему полу уже не походишь.

Максимальная температура теплоносителя - 40 градусов.

Максимальная температура теплоносителя — 40 градусов.

  1. Хватит ли тепловой мощности теплого пола с учетом ограничений по температуре для того, чтобы организовать полноценное отопление в частном доме в регионах с холодными зимами?

Скажем так: в Хабаровском крае, где я жил до переезда в Крым, многие дома отапливаются только трубами в полу. Радиаторы или конвекторы полностью отсутствуют. Температура в отапливаемых помещениях остается комфортной даже в пик холодов — при -40 С на улице.

Зима в Комсомольске-на-Амуре - городе, в котором я прожил большую часть жизни.

Зима в Комсомольске-на-Амуре — городе, в котором я прожил большую часть жизни.

  1. Можно ли использовать тепловой насос в качестве источника тепла для водяного теплого пола?

Не просто можно — нужно. Чем меньше дельта температур между теплоносителем и источником низкопотенциального тепла (воздухом, грунтом или водой), тем большую тепловую мощность отдает тепловой насос на единицу электрической мощности. Соответственно, низкотемпературное отопление делается наиболее выгодным.

Тепловой насос и теплый пол - идеальное сочетание.

Тепловой насос и теплый пол — идеальное сочетание.

Материалы

Трубы

  1. Какими трубами можно развести водяное конвекционное отопление?

Температура теплоносителя в автономных системах обычно держится в пределах 75С, а давление не превышает 2,5 кс/см2, поэтому требования к прочности труб и их термостойкости минимальны.

Наиболее популярны:

  • Полипропиленовые трубы. Как правило, для нужд отопления приобретается армированный алюминиевой фольгой полипропилен. Армирование уменьшает удлинение труб при нагреве с внушительных 6,5 мм/м.пог. (при нагреве на 50 градусов) до скромных 1,5 мм/м.пог.;

Стальная труба в тех же условиях удлиняется на 0,5 миллиметра.

  • Металлопластик на пресс-фитингах. Компрессионные фитинги с накидными гайками более чувствительны к ошибкам при сборке и нередко дают течи после нескольких циклов нагрева и охлаждения, поэтому я не могу с легким сердцем рекомендовать их для нужд отопления.
Монтаж соединения металлопластиковых труб на пресс-фитингах.

Монтаж соединения металлопластиковых труб на пресс-фитингах.

  1. Какие трубы укладывать в теплый пол?

Для этой цели чаще всего используют сшитый полиэтилен PEX или термомодифицированный PERT.

Труба PERT для теплого пола.

Труба PERT для теплого пола.

Трубы обоих типов стойки к нагреву, обладают приемлемой механической прочностью и достаточной для укладки гибкостью. Шаг между витками трубы варьируется от 15 до 20 см, длина одного замкнутого контура не должна превышать 120 метров.

В помещениях значительной площади укладывается несколько независимых петель, подключенных к общему коллектору.

  1. Каким должен быть наружный диаметр полимерных или металлополимерных труб отопления?

Для дома умеренной площади (до 200 м2) я бы посоветовал придерживаться следующих значений:

  • Подводка к радиатору — 20 мм;
  • Разлив с принудительной циркуляцией теплоносителя — 25 мм,
Подводка к радиатору и розлив.

Подводка к радиатору и розлив.

  • Теплый пол — 16 мм.

В гравитационной системе отопления (работающей за счет естественной циркуляции при нагреве теплоносителя) диаметр розлива нужно увеличить до 40 — 50 мм. Инструкция связана с низким гидравлическим напором в контуре; для того, чтобы обеспечить приемлемую скорость циркуляции воды, гидравлическое сопротивление труб должно быть минимальным. А оно, как известно, обратно пропорционально внутреннему диаметру трубы.

Радиаторы

  1. Какие радиаторы лучше купить для автономного контура?

Алюминиевые секционные. Очень демократичная стоимость секции (от 280 рублей) сочетается с отличной теплоотдачей (до 205 ватт на секцию). Прочность радиаторов и их термостойкость с избытком достаточны для автономной системы отопления.

Алюминиевые радиаторы: максимум эффективности при разумной цене.

Алюминиевые радиаторы: максимум эффективности при разумной цене.

  1. Как рассчитать нужное количество секций?

Их суммарное количество рассчитывается простым делением номинальной мощности источника тепла (котла или теплового насоса) на паспортную мощность одной секции. Мощность отопительного прибора для отдельного помещения можно грубо оценить из расчета 40 ватт тепла на кубометр отапливаемого объема. Скажем, для комнаты размером 4х5х3 метра нужно 4*5*3*40=2400 ватт тепла, или 2400/200=12 секций с номинальной тепловой мощностью 200 ватт.

Здесь есть одна тонкость. Производители всегда указывают мощность секций и отопительных приборов для дельты температур между теплоносителем и воздухом в 70 градусов; то есть при +20 в комнате для получения номинального теплового потока батарея должна быть нагрета до 90С.

На практике температура теплоносителя в автономном контуре заметно ниже. Скажем, при +25 в комнате и +60 на поверхности радиатора дельта температур будет равна всего 35 градусам, а тепловая мощность секции уменьшится ровно вдвое — до 100 ватт.

Для автономного отопления нехарактерны высокие температуры теплоносителя.

Для автономного отопления нехарактерны высокие температуры теплоносителя.

Дополнительное оборудование

  1. Что, кроме котла, труб и радиаторов, необходимо для монтажа водяной системы отопления?

В закрытой системе с принудительной циркуляцией обвязка котла должна включать:

  • Циркуляционный насос (желательно — с регулировкой производительности);
  • Автоматический воздухоотводчик для удаления воздушных пробок при запуске контура;
  • Расширительный бак, компенсирующий увеличение объема теплоносителя при нагреве. Как правило, объем бачка берется равным 1/10 объема теплоносителя в системе;
  • Предохранительный клапан для сброса давления при перегреве или закипании теплоносителя;
  • Манометр для контроля давления.
Группа безопасности котла - манометр, воздушник и предохранительный клапан.

Группа безопасности котла — манометр, воздушник и предохранительный клапан.

В открытой гравитационной системе единственное дополнительное приспособление — открытый расширительный бак. Он выносится в верхнюю точку контура и используется не только по прямому назначению, но и отвода воздуха, и для заливки в контур воды.

Отдельные радиаторы снабжаются отсекающими шаровыми кранами, дросселями или термоголовками. Запорно-регулирующая арматура позволяет при необходимости отключить прибор, не останавливая весь контур, или уменьшить его теплоотдачу.

Если радиатор расположен выше розлива, в его верхней пробке должен быть установлен кран Маевского или автоматический воздухоотводчик.

Кран Маевского для ручного стравливания воздуха.

Кран Маевского для ручного стравливания воздуха.

Разводка

  1. Чем различаются однотрубная и двухтрубная разводки?

Однотрубная представляет собой кольцо розлива, соединяющее выходной и входной патрубки котла. Отопительные приборы разрывают розлив или, что куда разумнее, подключаются параллельно ему через дроссели или термоголовки, позволяющие регулировать их теплоотдачу.

Однотрубная горизонтальная схема.

Однотрубная горизонтальная схема.

Двухтрубная разводка подразумевает наличие двух розливов — подачи и обратки. Каждый отопительный прибор врезается между ними.

Подключение отопительных приборов в двухтрубной схеме.

Подключение отопительных приборов в двухтрубной схеме.

Достоинства однотрубной схемы — простота ее монтажа своими руками и абсолютная отказоустойчивость. Вызвать остановку участка контура невозможно в принципе до тех пор, пока работают котел и циркуляционный насос.

А вот двухтрубная система для нормальной работы требует обязательной балансировки (ограничения проходимости подводок ближних к котлу радиаторов). Иначе весь теплоноситель будет циркулировать только через них, по малому кругу, а дальние от котла участки розлива и отопительные приборы в лучшем случае останутся холодными, а в худшем — будут разморожены в первые же заморозки.

Почему при всех своих недостатках двухтрубные системы отопления пользуются популярностью? Да потому, что они позволяют обеспечить одинаковую температуру всех отопительных приборов, в то время как в однотрубной системе радиаторы на подаче всегда будут горячее расположенных дальше от котла по ходу теплоносителя.

Изящное решение проблемы балансировки двухтрубной системы — петля Тихельмана. Фактически, она образует несколько контуров одинаковой протяженности с примерно равной температурой теплоносителя на всех участках.

Петля Тихельмана.

Петля Тихельмана.

Вариант петли Тихельмана для двухэтажного дома.

Вариант петли Тихельмана для двухэтажного дома.

Подключение радиатора

  1. В каких случаях используется боковое подключение радиатора к подводке, а когда двухстороннее нижнее или диагональное?

Боковое оправдано при длине радиатора не более 10 секций. Если секций больше, дальний от подводки край прибора будет заметно холоднее ближнего. Проблема решается двухсторонним подключением.

Диагональное подключение обеспечивает несколько большую теплоотдачу прибора в штатном режиме. Зато двухстороннее нижнее подключение гарантирует работу прибора без стравливания воздуха: воздушная пробка будет вытеснена в верхний коллектор, а теплоноситель станет циркулировать через нижний. Каждая секция будет прогрета по всей высоте за счет собственной теплопроводности.

Возможные схемы подключения радиатора.

Возможные схемы подключения радиатора.

Безопасность в холода

  1. Как исключить разморозку системы отопления при ее остановке зимой?
  • Снабдите розлив сбросниками во всех нижних точках. При остановке контура незамедлительно слейте через них всю воду. Не забудьте открыть на время сброса воды все воздушники, иначе вода «зависнет» в трубах и радиаторах;
  • Если вы часто оставляете дом без отопления, используйте незамерзающий теплоноситель на основе пропиленгликоля. Необходимый объем теплоносителя можно измерить, заполнив контур и слив воду из него в ведра известной вместимости.
Антифриз для системы отопления на основе безопасного пропиленгликоля.

Антифриз для системы отопления на основе безопасного пропиленгликоля.

Заключение

Надеюсь, что мой опыт окажется полезным уважаемому читателю. Как обычно, дополнительные материалы можно изучить, просмотрев видео в этой статье. Не стесняйтесь оставлять свои комментарии и дополнения. Успехов, камрады!



Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку своих персональных данных


Советуем прочитать
Утепление стен внутри дома или как сделать жилье комфортнее без негативных последствий Чем обшить дом – 5 самых популярных вариантов Клей для экструдированного пенополистирола — обзор средств, представленных в продаже