Отопление загородного дома: в поисках дешевого тепла

Тема этой статьи — отопление загородного дома своими руками. В ней я собираюсь сравнить разные источники тепловой энергии и схемы отопления, рассказать о способах реализации некоторых из них и о применяемых при этом материалах, а также поделиться собственным опытом обогрева частного дома.

Котельная в подвале коттеджа.

Источники тепла

Какие источники тепловой энергии доступны за городом, где нет теплотрасс и котельных?

• Газ (у немногочисленных счастливцев — магистральный, чаще — сжиженный, в баллонах или газгольдере);
• Дрова. Да-да, я помню, что за окном 21 век. Увы, на удалении от крупных городов они подчас остаются единственным средством для обогрева жилья;
• Уголь;
• Пеллеты (гранулы из прессованных опилок);
• Дизельное топливо;

Дизельный котел Будерус Логано.

• Электроэнергия.

Давайте сравним перечисленные варианты отопления по двум наиболее важным параметрам.

Эксплуатационные расходы

Ключевой параметр — стоимость киловатт-часа тепла. Посмотрим, во сколько он обойдется при получении тепловой энергии из разных источников.

Точные значения стоимости могут отличаться от приведенных мной в зависимости от местных цен и коммунальных тарифов.

Актуальные тарифы на электроэнергию. Город Севастополь.

Удобство пользования

Расходы на энергоносители — не единственная значимая характеристика отопительного оборудования. Важно и то, насколько удобно им пользоваться.

Магистральный газ

Газовый котел с электронным розжигом не требует внимания владельца и не нуждается в периодическом обслуживании. Совсем.

Мало того, он обеспечивает ряд весьма удобных вспомогательных функций:

• Работу с выносными термостатами (включая уличные);

Выносной термостат для газового котла.

• Дистанционное управление с мобильного телефона (в том числе удаленное, через интернет и по GSM);
• Программирование температурного режима. К примеру, температура в помещении может снижаться на ночь и во время вашего отсутствия.

Если для вашего населенного пункта нередки отключения света — тоже не беда:

1. В продаже есть масса энергонезависимых котлов, с пьезорозжигом и пилотной горелкой. Они требуют внимания лишь в том случае, если пламя горелки по какой-то причине погаснет;

Энергонезависимый котел с пьезорозжигом.

2. При частых, но кратковременных отключениях положение спасет источник бесперебойного питания.

Продукты сгорания газа могут отводиться как через дымоход, так и по проходящей через любую внешнюю стену коаксиальной трубе. Внутренний канал используется для отвода горячих газов, а наружный — для отбора с улицы свежего воздуха. Благодаря такой схеме внешняя оболочка воздуховода имеет безопасную температуру и может монтироваться даже в деревянную стену.

Коаксиальный воздуховод газового котла.

Дрова, уголь, пеллеты

Любой котел на твердом топливе требует периодической (раз в несколько часов) загрузки топлива и чистки зольника. Неудобно, не спорю.

К счастью, есть способы несколько увеличить промежутки между загрузками:

• Котлы на пеллетах оборудуются системой автоматической подачи топлива из бункера. Время автономной работы котла может достигать нескольких дней;

Котел с бункером для дозированной подачи пеллет.

• Существуют твердотопливные котлы длительного горения (газогенераторы). Они разбивают процесс сгорания топлива на два этапа: вначале оно тлеет при ограниченном доступе кислорода, выделяя летучие углеводороды и угарный газ, затем газы дожигаются в отдельной камере. Такая схема позволяет гибко управлять тепловой мощностью котла и растянуть процесс горения закладки дров на 10-12 часов;
• Еще дольше горит закладка топлива у котлов верхнего горения. Они тоже заставляют дрова или уголь гореть в два этапа, но процесс тления начинается сверху, что позволяет загрузить в топку больше топлива и растянуть его сгорание. Зола уносится в дымоход восходящим воздушным потоком, так что чистка зольника не нужна;

Внешний вид и схема работы котла верхнего горения.

Рекорд продолжительности работы твердотопливного котла верхнего горения на одной закладке — 31 час.

• Наконец, для увеличения автономности системы отопления можно использовать теплоаккумулятор — теплоизолированный бак с водой объемом от 200 до 3000 литров. Вода в нем нагревается во время работы котла на полной мощности, затем в течение нескольких часов теплоаккумулятор отдает накопленное тепло радиаторам.

Теплоаккумулятор позволяет уменьшить до минимума частоту растопок твердотопливного котла.

Дизтопливо

Соляра с точки зрения удобства почти идентична газу: работа котла может быть полностью автоматизирована.

Увы, именно почти идентична:

1. В процессе работы горелка шумит. Нет, не так: ШУМИТ. Котлу нужно выделять отдельное помещение с капитальными стенами;
2. Запах сгорающего дизтоплива едва ли будет способствовать здоровому аппетиту и сну членов семьи;
3. Запас солярки нужно где-то хранить. Соответственно, в котельной, в одной из пристроек к вашему дому или во дворе поселится бак объемом в несколько сотен, а то и тысяч литров.

Баки для дизельного топлива в котельной.

Электроэнергия

Как на фоне конкурентов выглядят электрические котлы?

Безупречно. Они полностью автономны, не требует внимания владельца от слова «совсем» и поддерживают все те же дополнительные функции, что и газовое оборудование.

Кроме того, электрокотлу не требуется отвод продуктов сгорания, поэтому он может быть размещен в любой точке дома.

Электрокотел можно разместить в любом месте. Он не привязан к дымоходу или внешним стенам.

Лазейка

Итак, по удобству эксплуатации электрическое отопительное оборудование — безусловный лидер. Если бы не высокая стоимость киловатта…

Не спешите прощаться с мечтой. Есть одна лазейка, позволяющая снизить стоимость электроотопления.

Тепловой насос работает не так, как обычный электрический нагреватель. Он тратит электроэнергию не на разогрев проводника с высоким сопротивлением, а на работу компрессора, который заставляет хладагент перекачивать тепловую энергию от низкопотенциального (более холодного) источника к более теплой среде.

Принципиальная схема теплового насоса.

Что может быть низкопотенциальным источником тепла?

• Грунт. Ниже уровня промерзания его температура постоянна и держится на уровне 8 — 12С. Коллектор-теплообменник может быть как вертикальным (погруженным в скважину зондом), так и горизонтальным (уложенной под слой грунта трубой с теплоносителем);

Укладка в грунт горизонтального коллектора теплового насоса.

• Вода. Теплообменник погружается в любой незамерзающий водоем. Как вариант, вода может отбираться из скважины с достаточным дебитом и сливаться в дренажную скважину;
• В теплых регионах — воздух. Воздушные тепловые насосы сохраняют работоспособность при температурах до -25 — -30С.

Внешний блок воздушного теплового насоса.

В результате на каждый потраченный киловатт электроэнергии в дом транспортируется от 2,5 до 5 КВт тепла. Соответственно, себестоимость киловатт-часа тепла снижается с 3,8 до 0,8 — 1,5 рублей, что делает это решение экономически конкурентоспособным.

Теплоноситель

Как тепло может транспортироваться от котла к отопительным приборам?

В качестве теплоносителя могут использоваться вода, антифризы или воздух.

Кроме того, система отопления частного дома может быть распределенной — с несколькими самостоятельными обогревателями.

Давайте изучим ключевые свойства применяющихся теплоносителей.

Вода

Достоинство водяного отопления — относительная простота монтажа, который может быть выполнен после окончания отделочных работ. Прокладка розлива, подводок и установка радиаторов не нанесут ущерба отделке. Его недостаток — вероятность разморозки контура при остановке циркуляции в холод.

Развести водяное отопление можно после окончания чистовой отделки.

Антифриз

Использование незамерзающего теплоносителя позволяет при необходимости остановить отопление (например, на время длительного отъезда), не сбрасывая контур и не боясь его разморозки. Общий недостаток антифризов — вязкость, увеличивающая нагрузку на циркуляционный насос.

Незамерзающий теплоноситель на основе пропиленгликоля. Обратите внимание: производитель гарантирует, что антифриз не замерзнет лишь до -30.

Воздух

Преимущество воздушной отопительной системы — в том, что она не боится остановки при любых отрицательных температурах. Как правило, обогрев помещения совмещается с вентиляцией; тепло отбирается у отработанного воздуха в рекуператоре.

Принцип работы простейшего рекуператора в системе вентиляции и воздушного отопления.

Почему воздушное отопление пользуется относительно небольшой популярностью?

На мой взгляд — в основном потому, что разводку воздуховодов нужно выполнять только на стадии строительства дома. Они обладают значительным сечением и вынужденно прячутся в стенах или над подвесными потолками.

Воздуховоды воздушного отопления.

Батареи или пол

Все виды высокотемпературного водяного отопления используют конвекцию воздуха: он нагревается отопительным прибором, после чего восходящий поток теплого воздуха равномерно распределяет тепло в объеме помещения.

Конвекционная схема имеет довольно раздражающий недостаток — неравномерное распределение температур: воздух сильнее всего нагрет под потолком, на уровне пола же температура ниже на 5 — 10 градусов. В результате заметно увеличиваются потери тепла через перекрытие: они всегда прямо пропорциональны дельте температур с улицей.

Температура в комнате с конвекционным отоплением.

Теплый пол лишен этого недостатка. Уложенные в стяжку трубы с низкотемпературным (не более 45 градусов) теплоносителем превращают всю поверхность пола в отопительный прибор, при этом воздух сильнее всего прогревается именно там, где нагрев нужен — на высоте ниже человеческого роста.

Совсем другая картина, не правда ли?

Теплый пол особенно выгоден владельцам тепловых насосов. Эффективность насоса (теплоотдача на киловатт потребляемого электричества, так называемый Coefficient of performance) обратно пропорциональна разнице температур между теплоносителем и внешним теплообменником.

Теплый пол и тепловой насос — идеальная пара.

С теорией покончено. Перейдем к практике.

Материалы

При проектировании и монтаже водяной отопительной системы перед владельцем дома неизбежно встанет проблема выбора труб, отопительных приборов и дополнительного отопительного оборудования: вентилей, воздушников и т.д. Я позволю себе дать несколько советов из этой области.

Радиаторы

Типичная для автономного отопления температура теплоносителя — 70-75 градусов на подаче и 50-55 на обратке. Давление держится в пределах 1,5 — 2,5 атмосфер. И температурный режим, и давление в правильно спроектированной системе абсолютно стабильны; гидроудары при минимальной вменяемости владельца невозможны в принципе.

В таких тепличных условиях при выборе батарей важно только соотношение стоимости и теплоотдачи прибора. Безусловным лидером будут алюминиевые радиаторы: одна секция стандартного размера отдает 190 — 200 ватт тепла при стоимости от 300 рублей.

Наш выбор — алюминиевые радиаторы.

Трубы

Какие трубы предпочесть владельцу частного дома?

• При монтаже высокотемпературной системы — полипропиленовые, с армированием алюминиевой фольгой. При очень демократичной стоимости срок их службы составляет не менее 50 лет. Необслуживаемые и абсолютно герметичные паяные соединения, прочностью не уступающие цельной трубе, тоже говорят в их пользу;

Армирование фольгой не только увеличивает прочность трубы по отношению к гидростатическому давлению, но и уменьшает ее удлинение при нагреве. Полипропилен — пластик с высочайшим коэффициентом линейного расширения: при нагреве на 50С метровый участок трубы удлиняется на 6,5 мм.

Полипропиленовые трубы с армированием алюминиевой фольгой.

• При монтаже теплого пола обычно используют сшитый (PEХ) или термомодифицированный (РЕРТ) полиэтилен.

Термомодифицированная полиэтиленовая труба.

Какой диаметр должны иметь розлив и подводки отопления?

Вот таблица зависимости максимального теплового потока от внутреннего диаметра трубы для следующих условий:

1. В роли теплоносителя выступает вода;
2. Скорость движения теплоносителя — 0,5 м/с. Такая скорость позволяет транспортировать достаточно большое количество тепла, не создавая гидравлических шумов.

Подводки изготовлены из трубы с внешним диаметром 20 миллиметров, розлив — 25.

Дополнительное оборудование

Что, помимо труб, котла и радиаторов, придется купить владельцу автономной системы водяного отопления?

• Группу безопасности, включающую манометр, предохранительный клапан для сброса давления и автоматический воздухоотводчик;

Группа безопасности.

• Циркуляционный насос. Лучше — с плавной регулировкой производительности: он позволит отрегулировать скорость циркуляции теплоносителя для достижения равномерного нагрева батарей и отсутствия шумов;

Циркуляционный насос для системы отопления.

• Расширительный бак, вмещающий избыток теплоносителя, увеличивающегося в объеме при нагреве. Обычно объем расширительного бачка берется равным 10% от общего количества теплоносителя в контуре.

Закрытый расширительный бак в разрезе.

Чтобы узнать, сколько воды в вашей системе отопления, заполните ее водой и слейте воду в любую мерную тару.

В некоторых котлах и группа безопасности, и расширительный бачок устанавливаются производителем непосредственно в корпус. Прежде, чем отправляться за покупками, внимательно изучите описание прибора.

Для отключения отдельных радиаторов или участков контура используйте шаровые краны. Они гораздо надежнее винтовых вентилей и, в отличие от пробковых, всегда герметичны в закрытом положении.

Здесь использованы шаровые краны в полипропиленовых корпусах.

Советы по монтажу

Как правильно смонтировать систему водяного отопления?

Вот несколько базовых рекомендаций:

• Наиболее простая, дешевая и отказоустойчивая разводка — однотрубная ленинградка. Двухтрубное отопление в большинстве случаев требует балансировки — искусственного ограничения дросселями проходимости подводок к радиаторам. Несбалансированная система означает не только неравномерный нагрев батарей, но и изрядную вероятность разморозки дальних участков контура в сильные морозы;
• Радиаторы в ленинградке врезаются не в разрыв розлива, а параллельно ему. В этом случае вы получите возможность регулировать температуру отдельного прибора, не ограничивая проходимость розлива;

Ленинградка с правильной врезкой отопительных приборов.

• Подключайте радиаторы по схеме «снизу вниз». В этом случае отопительный прибор будет греть даже будучи завоздушенным. Давление воды вытеснит воздух в верхний коллектор, вода будет циркулировать через нижний, а радиатор прогреется за счет собственной теплопроводности;

Батарея подключена снизу вниз.

• В скобах, опускающихся ниже основного уровня розлива, в обязательном порядке монтируются сбросные краны или отводы с заглушками, в поднимающихся выше скобах — воздушники.
  Сбросы нужны для полного осушения системы отопления в холода, когда оставшаяся в трубах вода может раздавить их. Воздушники обязательны даже в том случае, если циркуляционный насос способен продавить воздушную пробку: они помогут вам избежать шумов в трубах;
• На длинных прямых участках полипропиленового розлива врезаются кольцевые или П-образные компенсаторы. С чем связана эта инструкция? Без них удлинившаяся при нагреве труба пойдет волнами;

И в самом деле, кому нужны эти компенсаторы?

• При монтаже водяного теплого пола каждый контур должен иметь длину не более 120 метров. Если этой длины недостаточно, монтируется несколько параллельных контуров с независимым подключением каждого из них к коллектору.

Подключение к коллектору нескольких независимых контуров теплого пола.

Мой опыт

Некоторое время назад я радикально сменил место жительства, перебравшись из Хабаровского края в Крым. Купленный в Севастополе дом имел жилой и цокольный этажи; позже вместо холодного чердака была надстроена мансарда. Вот описание схемы отопления, реализованной в этом доме.

На первом и цокольном этажах предыдущими владельцами была выполнена разводка водяного отопления. Использованы алюминиевые секционные радиаторы и армированный полипропилен. Источник тепла — ТЭН-овый электрокотел мощностью 12 КВт.

Электрокотел, доставшийся от предыдущих владельцев дома.

В первую же зиму электроотопление показало свою непригодность к использованию: счета за электричество были вполне сопоставимы с моим месячным доходом. Как обстоят дела с деньгами после переезда на новое место — думаю, можно не объяснять.

В течение следующего года в каждом помещении первого этажа и в мансарде были установлены инверторные кондиционеры. Инверторная сплит-система представляет собой частный случай воздушного теплового насоса: в режиме нагрева она отдает 3,5 — 5 киловатт тепла на 1 КВт потребляемой электроэнергии.

Кондиционер на фото отвечает за климат в мансарде.

Что в результате?

• Месячное потребление электричества при обогреве первого этажа уменьшилось с 3000 до 700 — 800 КВт-ч. Сейчас, когда мансардный этаж используется в холодное время года, оно увеличивается до 1200 — 1300 киловатт-часов. По текущим тарифам отопление кондиционерами обходится в 2 — 4 тысячи рублей;

В эту сумму входит оплата всей электроэнергии, потребляемой электроплитой, освещением, компьютерами и т.д.

• Редкие в Севастополе заморозки переносятся без эксцессов. При -20 на улице в доме поддерживались комфортные +20 градусов;

Да-да, в Крыму тоже бывает холодно.

• Каждая комната получила удобную независимую регулировку температуры. На пульте кондиционера ее значение можно задать мгновенно и в явном виде, регулировка же радиаторов дросселями имеет невысокую точность и большую инерционность;

Дросселирование подводок к радиаторам тоже позволяет регулировать температуру, но медленно и куда менее точно.

• Жарким летом кондиционеры используются для осушения дома и поддержания в нем комфортной температуры.

Заключение

Как видите, не только газовое отопление загородного дома может быть экономичным. Узнать больше о способах обогрева коттеджа вам поможет видео в этой статье. Не стесняйтесь делиться в комментариях к ней собственным опытом. Успехов, камрады!