Системы энергосбережения

 

Мы уже неоднократно говорили об энергосберегающих технологиях, применяемых при строительстве частных домов, рассматривали регулируемую запорную арматуру, управляющую процессами энергосбережения. И все же, многие собственники загородного жилья, не совсем понимают процессы, происходящие в системе энергосбережения в доме. Вот о том, как работают системы энергосбережения, мы и поговорим в этой статье.

 

Почему батарея холодная, а в доме тепло

 

Моему знакомому недавно в построенном доме запустили систему отопления. Компания, которая устанавливала в его доме отопление оказалась на редкость добросовестной и все сделала по уму. Но, как и многим любознательным людям, ему присуще качество во всем сомневаться, особенно когда не совсем понимаешь происходящие процессы.

 

Для полного понимания того, о чем пойдет речь дальше, следует отметить, что в его доме используется радиаторное отопление, при чем на каждом радиаторе стоит термостатический клапан, управляемый термостатирующей головкой.

 

И вот, как-то, находясь у него в гостях, в беседе, он спросил меня: «почему, если поставить ручку термостатирующей головки на тройку, как рекомендуется в инструкции, то радиатор практически всегда холодный, а если выставить ручку на пятерку, то только тогда он начинает греться?»

 

Странный вопрос, не правда ли, ведь в комнате было тепло. Я поинтересовался у него, устраивает ли его температура в комнате, на что получил ответ, что вполне. Тогда зачем вам нужен горячий радиатор, спросил я у него. Ну как же, радиатор должен быть горячим, ответил мой собеседник.

 

Думаю, что он не одинок в своем заблуждении и получается, что в головах большинства людей сидит мысль о том, что современный радиатор, не смотря на то, что он оборудован автоматической запорной арматурой, должен быть всегда горячий.

 

И так, давайте разберемся, почему же радиатор был холодный. Стоит отметить, что задача любой системы отопления, это поддержание в доме заданной температуры. И основным критерием ее работы является как раз тот факт, что температура в помещениях дома не ниже заданного уровня, а также не выше, о чем многие часто забывают.

 

Тепловой баланс любого помещения в доме зимой выглядит следующим образом: часть тепловой энергии уходит на улицу через стены и окна, она называется теплопотерями. Часть тепловой энергии, наоборот, поступает в помещение. К такой энергии относится энергия от бытовой техники, лампочек, других электроприборов, а также от самих проживающих в доме людей. Такое поступление тепла называется «бытовыми тепловыделениями». И наконец, тепловая энергия, поступающая от системы отопления.

 

На практике в доме возможны три варианта теплового баланса:

• Тепловые потери больше, чем бытовые тепловыделения и поступления тепла от системы отопления. В этом случае температура воздуха в доме будет снижаться, причем, чем больше разница между теплопотерями и теплопоступлениями, тем быстрее будет происходить этот процесс. На практике такой режим совсем не означает, что в помещении будет холодно. Ведь в комнате может быть +30 ^оС, и это будет означать лишь то, что температура в помещении просто понижается.
• Тепловые потери в помещении меньше, чем бытовые тепловыделения и поступления тепла от системы отопления. В таком случае температура воздуха будет расти. Стоит отметить, что, как и в предыдущем случае, абсолютное значение температуры здесь совсем не имеет значения. Главное то, что температура в помещении растет.
• Тепловые потери в доме равны бытовым тепловыделениям и поступлениям тепла от системы отопления. Как вы видимо уже догадались, в этом случае температура воздуха будет держаться на одном уровне. Однако стоит людям выйти из помещения или направление ветра за окном вдруг изменится, и тепловой баланс сразу же сместится в ту или иную сторону.

 

Как работает радиатор отопления

 

Теперь давайте еще раз посмотрим, как работает радиатор отопления. Теплоноситель, поступающий в радиатор, за счет процесса теплопередачи, остывает, при этом отдавая тепловую энергию воздуху помещения. При этом сама передача тепла от теплоносителя в радиаторе к воздуху помещения будет происходить до тех пор, пока температура теплоносителя выше, чем температура воздуха. Нормальным рабочим процессом считается, когда радиаторный клапан открыт и в радиатор постоянно поступает горячий теплоноситель. Далее он остывает и заменяется новой порцией горячего теплоносителя. Такой процесс непрерывен.

 

И так, у нас есть комната, в которой живет мой знакомый и для которого комфортной температурой считается +22 ^оC. Пусть, в начальный момент времени в этой комнате тепловой баланс соответствует третьему случаю, приведенному выше, когда, тепловые потери и теплопоступления равны. Система отопления поддерживает в помещении заданную температуру воздуха, и она постоянна. Однако, внезапно на улице вышло солнце и значительно потеплело, к тому же мой знакомый включил свой компьютер. Что произошло? Тепловые потери уменьшились, а теплопоступления увеличились. Следовательно, тепловой баланс сместится в сторону второго случая. Температура в помещении начала постепенно расти.

 

Через какое-то время мой знакомый почувствует, что ему становится жарко, а следовательно у него появится выбор: закрыть клапан на радиаторе, и тем самым уменьшить теплопоступления, либо открыть оконную форточку, и тем самым увеличить тепловые потери. Сделав то или иное действие он изменит тепловой баланс, который сместится в первый случай.

 

В том случае, если мой знакомый выберет первый вариант и закроет клапан радиатора, то радиатор какое-то время еще будет продолжать греть воздух, до тех пор, пока теплоноситель в нем не остынет до температуры окружающего воздуха. Но, так как новые порции горячего теплоносителя не будут поступать, то радиатор и останется в таком состоянии. При этом температура радиатора будет равна температуре внутреннего воздуха помещения и по ощущениям радиатор станет холодным, так как тактильно, металл ощущается более холодным, чем есть на самом деле. Что касается воздуха в помещении, то он будет перегрет и останется перегретым еще какое-то время.

 

На основании вышесказанного видно, что для системы отопления является нормой тот факт, что радиатор какое-то время находится в холодном состоянии. Думаю, что мысль о том, что радиатор должен быть всегда горячим, возникла у моего знакомого из-за системы отопления его городской квартиры. В некоторых домах хоть и ставили клапаны, при помощи которых можно было отключать поток теплоносителя, но из-за грязного теплоносителя, клапаны, как правило, быстро забивались грязью или ломались от частого использования. В некоторых случаях их просто замазывали по незнанию краской, при чем так, что повернуть ручку не представлялось возможным.

 

Доведя систему отопления своей квартиры до такого состоянии, ее владельцы отказывались от регулирования температуры воздуха, держали радиаторы в горячем состоянии круглые сутки, а чтобы как-то поддерживать тепловой баланс в комнатах, открывали окна. Отсюда и укоренилась в сознании мысль, что радиатор должен быть всегда горячим. К тому же, в государстве, где отопительный сезон длится большую часть года сама, только мысль об отключении отопления у многих вызывает панику, а холодный радиатор ассоциируется с аварийным отключением отопления. Даже если согласиться, что температурой воздуха в комнате лучше управлять при помощи радиаторного клапана, то могут возникнуть случаи, когда собственник квартиры перекрыв радиатор, уйдет на работу, при этом забудет его открыть перед уходом. Конечно же, температура воздуха в комнате вряд ли опустится до минусовых значений, но по возвращении домой уже вряд ли кому-то захочется снимать куртку.

 

Как работает термостатический клапан

 

Учитывая такую нелюбовь людей к лишним телодвижениям, особенно в домашней обстановке, инженеры придумали термостатический клапан. Термостатический клапан автоматически открывается или закрывается, в случае если температура в комнате отличается от заданной. Основу термостатического клапана составляет термоэлемент, который работает по следующему принципу: Внутри термоэлемента находится сильфон со специальной жидкостью. Конструкция термоэлемента спроектирована так, чтобы воздух все время обдувал сильфон. Жидкость внутри сильфона, реагируя на изменение температуры расширяется или сжимается, а вместе с ней расширяется или сжимается сильфон, который, в свою очередь, толкает шток клапана, открывая или закрывая его.

 

С целью снижения расхода тепловой энергии, в новые правила внесен пункт о том, что в многоквартирных домах при новом строительстве на радиаторы, в обязательном порядке, следует устанавливать клапаны, обеспечивающие автоматическое подержание температуры воздуха в помещении. Устройствами, которые могут поддерживать в автоматическом режиме заданную температуру в квартирах и являются термостатические клапаны.

 

Жалобы на холодный радиатор чаще всего слышатся от хозяев квартир, в которых установлены термостатические клапаны. Позиция «3» на термоголовке, как правило, соответствует температуре воздуха 20–22 ^оС. Если температура в комнате окажется выше, то логично, что термостатический клапан для предотвращения перегрева помещения перекроет поток теплоносителя в радиаторе, а, следовательно, радиатор будет оставаться холодным до тех пор, пока температура воздуха в помещении не опустится ниже.

 

Как рассчитываются тепловые потери в многоквартирных домах

 

Но что делать, если радиатор находится в холодном состоянии уже достаточно долгое время? При расчете систем отопления многоквартирных домов проектировщики опираются на тепловые потери помещений, а также бытовые тепловыделения. По нормам они составляют 10 Вт/м². Но бытовых тепловыделений в наших квартирах намного больше, чем 10 Вт/м². Один только человек выделяет в окружающую среду порядка 300 Вт, а кроме него есть бытовая техника и прочие домашние электроприборы. Вся эта техника при температуре на улице выше –3 ^оС вполне может отопить помещение и без радиатора. Кроме этого, теплоизоляция в современных домах закладывается с запасом, и реальные тепловые потери, как правило, оказываются меньше расчетных.

 

Исходя из вышесказанного можно сделать предположение, что в современных домах радиатор может не включаться достаточно продолжительное время, и при этом температура воздуха в помещениях будет на заданном уровне. Оценивая работоспособность радиатора отопления следует основываться не на его температуру, а температуру воздуха в помещении.

 

Как выбрать термостатический клапан

 

В настоящее время существует огромное количество термостатических клапанов. Сами термостатические клапаны имеют достаточно много параметров, поэтому стоит определиться, на что стоит обратить внимание при их выборе.

 

Скорость реакции термостатической головки

 

Очень часто можно услышать, что главное в выборе термостата, чтобы термостатический элемент имел высокую скорость реакции. С одной стороны, в этом есть логика, так как, если термостатируемая головка будет слишком долго закрывать клапан, то воздух в помещении может перегреться. С другой стороны, температура воздуха в комнате меняется не так быстро. Воздух, стены и мебель обладают достаточной теплоемкостью, поэтому требуется время для того, чтобы воздух в помещении изменил температуру.

 

Существует ГОСТ 30815-2002 «Терморегуляторы автоматические отопительных приборов систем водяного отопления зданий». В нем определено максимальное время срабатывания терморегулятора, которое равно 40 минутам. Такое время задано, исходя из средней инерции зданий. Поэтому, чтобы термостатируемая головка хорошо регулировала температуру воздуха в помещении, достаточно, чтобы время ее срабатывания было не более 40 минут. К слову сказать, термостатические головки, установленные в системе отопления моего дома, открываются и закрываются за 3,5 минуты.

 

Определить, насколько инертна система отопления вашего дома, достаточно просто. Для этого необходимо отключить радиатор и посмотреть, сколько времени понадобится для изменения температуры в помещении. Оценить же скорость реакции термоголовки так же достаточно просто. Надо открытый термостатический клапан положить в теплую воду или с холода перенести его в теплое помещение и засечь, какое время понадобится клапану, чтобы закрыться. Как показала практика моих исследований, термоэлементы производителей, которые громче всех говорят об исключительной скорости реакции своих приборов, на деле оказываются не такими уж и быстрыми.

 

Гистерезис

 

У термостатических клапанов есть и другие немаловажные характеристики, например: гистерезис, степень влияния температуры теплоносителя, степень влияния давления и перепада давления теплоносителя, о которых многие производители просто не говорят. Одним из основных показателей работы термостатического клапана является гистерезис. Гистерезис, это разница между температурой открытия и температурой закрытия термостатического элемента.

 

Так если термостатическая головка, имеющая гистерезис в 2 ^оС, закрылась при температуре +24 ^оС, то открываться она начнет только тогда, когда температура в помещении опустится до +22 ^оС. К слову сказать, в моем доме, падение температуры на 1 ^оС происходит, как минимум за 8 часов.

 

На графике закрытия и открытия термоэлемента показан пример закрытия (зеленый) и открытия (красный) термостата. Как видно, термостат может находиться в разных положениях при одной и той же температуре, а зависит это от того, в какую сторону происходило у него движение сильфона. Гистерезис зависит так же от конструктивных особенностей термоголовки, например, наличия трущихся деталей или точности их изготовления.

 

Защита от перепада давления в отопительной системе

 

В том случае, если система отопления вашего дома не оснащена регуляторами перепада давления, перепускными клапанами или насосами с частотным преобразователем, то давление в такой системе неизбежно будет изменяться, что естественно окажет влияние и на работу термостатического клапана. Величина стойкости клапана к изменению перепада давления показывает, насколько отличается поддерживаемая температура воздуха в помещении при минимальном и максимальном перепаде давления. Термостатические клапаны с такой защитой за счет твердотельного термопатрона способны выдерживать перепад давления до 100 кПа, при этом его отклонения по температуре будут не более 0,3 ^оС. Такой термостатический клапан рекомендуется устанавливать в тех случаях, когда система не оснащена устройствами, стабилизирующими давление.

 

Дизайн термостатических элементов

 

Также не стоит забывать и про эстетическую сторону. Термостатический элемент должен быть компактным и хорошо смотреться, чтобы радиаторный узел вписался в интерьер вашего дома. Также обратите внимание на легкость поворота ручки. Поворот должен быть легким и плавным, тогда только в этом случае им будет приятно пользоваться.

 

Стоит отметить, что термостатический клапан не единственное устройство, способное обеспечить подержание заданной температуры воздуха в вашем доме. Также эту функцию можно выполнить при помощи автоматики, которая состоит из контроллеров, сервоприводов и термостатов. Подробнее об устройстве подобной системы отопления вы можете прочитать в моей предыдущей статье.

 

В следующей статье я расскажу о распределительном коллекторе отопления.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: