Сравнение эффективности различных систем отопления

Статья эта писалась очень долго и тяжело. Не потому, что приходилось что-то придумывать, а лишь из-за того, что объяснить простыми понятными для большинства словами в чем преимущества, например, водяного теплого пола перед радиаторным отоплением в энерго-сберегающем отношении оказалось не такой уж и простой задачей. Без введения специальных физических терминов и определений это попросту невозможно. Пришлось как-то обмусоливать эти аспекты и объяснять их более привычным для нас с вами языком.

Итак, многие наверняка уже слышали о том, что отопление водяным теплым полом эффективнее радиаторного отопления. Эффективнее радиаторов и отопление теплым плинтусом. Но вот в чем же кроется эта самая эффективность, выражающаяся в конечном итоге в ежемесяных коммунальных платах, наверное понимают не все. Попробуем разобраться.

Отопление при помощи радиаторов в принципе ведет свою историю из далекого 1875 года, когда в России да и во всей Европе появилась первая квартира с водяным отоплением. В роли радиаторов в те времена выступали достаточно громоздкие пилястры. До этого отопление было преимущественно печным. Проблема состояла в том, что для больших, многокомнатных помещений система печного отопления не подходила, т.к. в комнате, в которой непосредственно находилась печь, создавались комфортные условия за счет лучистого теплообмена, а остальные оставались за конвективной теплопередачей. Ввиду низкой эффективности последней приходилось топить печи значительно сильнее, что увеличивало и без того немалый расход топлива.

Ввиду того, что теплофизические свойства воды, такие как теплоемкость и теплопроводность на несколько порядков превосходят в этом отношении воздух, система радиаторного отопления позволила значительно повысить эффектиность обогрева зданий и снизить расход дров и угля.

Прошло уже почти 140 лет с тех пор. Конструкция радиаторов совершенствовалась, в результате чего увеличился теплосъем с единицы поверхности этих приборов, но вот основного и главного недостатка эти усовершенствования не устранили.

Дело в том, что по сравнению с площадью помещения поверхность радиаторов сравнительно мала. Это создает необходимость нагрева подаваемого теплоносителя, до высоких температур (70-90 о С ). А имея такую высокую температуру, радиатор по-сути перестает быть радиатором, т.е. главным способом передачи тепла становится уже не излучение, а конвекция.

Поле температур же при таком способе выглядит так: нагретый от радиатора воздух естественным+ 30 о С. охлаждаясь воздух опускается вниз, постепенно теряя свою температуру. В районе ступней температура воздуха составляет 17-20 о С. Температура пола при этом – 16-17 о С. На рисунке наглядно видно, что в помещении постоянно поддерживается циркуляция воздуха, которая во-первых переносит пыль и взвешенные частицы, а во-вторых, что немаловажно, на циркуляцию затрачивается определенная тепловая работа. То есть радиаторы не просто нагревают воздух, но и придают ему энергию движения. Ничего не появляется из ниоткуда и на циркуляцию воздушной массы затрачивается дополнительно от 4 до 7% всей тепловой энергии.


Самым же главным недостатком радиаторов, как Вы вероятно успели заметить из схемы, является то, что вне полезного объема помещения температуры сравнительно высоки (до 30 о С), что не имеет никакого бытового смысла (какая Вам разница, сколько градусов в 1 метре над вашей макушкой. ), а при этом наоборот значительно увеличивает потери тепла через потолок и на вентиляцию.

Короче говоря, отопление радиаторами требует прогрева всего объема помещения определенным образом. Температуры помещения по высоте в среднем располагаются так: 1,5 метра над уровнем пола (60% объема помещения) – средняя температура около + 20 о С. уровень пола от 1,5 м до 2,5 м (40% помещения) – средняя температура около +26 о С. Таким образом, средняя фактифеская температура в помещении объемом V определится по уравнению:

Тср рад. = (0,6 x 22 +0,4 x 26) = 24 о С .

Заметим, что чем выше температура в помещении тем естественным образом выше и его тепловые потери.

Для того, чтобы начать рассматривать системы лучистого отопления, к коим относятся система теплого водяного пола и система теплого плинтуса. необходимо ввести еще один важный физический термин – коэффициент облученности. Не прибегая к замысловатым формулировкам из физики и тригонометрии поясним. Коэффициент облученности – это та порция тепловой энергии, которая способна излучаться на Ваше тело с какой либо поверхности. Так, как человек существо чаще всего прямоходящее, располагающееся по меньшей мере 16 часов в день в вертикальной плоскости, то очевидно, что с поверхности пола излучить тепло на наше тело сложнее чем с поверхности стен. Так и получается физически. Справочные значения коэффициентов облученности на поверхность тела человека будут составлять: от пола

0,130. с поверхности стены

0,240. Дальше по порядку.

Если например мощность системы теплого пола в помещении составляет 500 Вт. то при ее работе на тело человека будет нарямую излучаться порядка 65 Вт (восполняя около 60% всех тепловых потерь организма), остальное тепло передается посредством теплопередачи через стопы (смотри статью «Водяной теплый пол АВАНТЭН. Принципы снижения эксплуатационных затрат ») и конвекцией. Распределение температур воздуха по помещению достаточно ровное (см. рисунок) и в среднем составляет около 20 о С. Циркуляция воздуха отсутствует, тепло между воздушными слоями передается преимущественно диффузионно.

Отопление теплым плинтусом – это посути комбинированное отопление теплыми стенами и теплым полом. Плинтус не работает по-другому (смотри статью "Физический аспект эффективности плинтусного отопления зданий "). При этом, благодаря еще большей лучистой составляющей в таком виде отопления (коэффициент облученности 0,240 ) человек себя достаточно комфортно ощущает в помещении даже если температуа воздуха в нем установлена на уровне +18 о С, благодаря достаточно равномерному ее распределению по объему. Среднюю температуру с небольшим приближением можно принять порядка 19 о С. Отопление теплым плинтусом не напряму нагревает поверхность пола и стен, а в основном за счет конвекции небольшого объема воздуха, струящегося вдоль их поверхностей. При этом на тепловую работу тратится в лучшем случае около 1% тепловой энергии.

Таким образом по соотношению средних температур в помещениях несложным будет посчитать в цифрах сравнительную эффективность той или иной системы отопления.

Физический смысл цифр приведенных в таблице сводится к тому, что если одно и тоже помещение отапливать. так чтобы человеку, находящемуся в нем было комфортно, попеременно тремя разными системами, то самые большие потери тепла будут у помещения с радиаторами, помещение с водяным теплым полом потребует на 21% энергии меньше, помещение же с теплым плинтусом позволит на 24% уменьшить потребность в теплоте. И, все это благодаря, главным образом, более рациональному распределению тепла по объему здания.

Считаем необходимым отметить, что как видно из материала статьи расчетный пример показан для здания со стандартной (квартирной) высотой потолков. С увеличением высоты помещения, разница в энерго-эффективности между радиаторами и излучательными системами отопления (водяным теплым полом и теплыми плинтусами) будет только увеличиваться.

По материалам сайта: http://avanten.ru