Основные теплотехнические понятия Те времена, когда обогрев жилья достигался любой ценой без оглядки на расход ресурсов, давно канули в лету. Запасы энергоносителей на планете скудеют с каждым днем, из-за чего человечество вынуждено искать пути удешевления технологий кондиционирования внутреннего климата. Однако осуществить такого рода замыслы невозможно без обладания хотя бы элементарными понятиями о том, как тепло появляется в наших домах и почему его запас приходится периодически восполнять.

Забегая вперед, отметим любопытный факт: уже сегодня существуют дома, в которых потери тепла составляют всего 15–20 Вт с одного квадратного метра ежечасно. Нужно понимать, что речь идёт о вполне ординарных объектах: на данный момент развитие отрасли строения пассивных домов — вполне развитая индустрия. Для пущей эффектности подметим, что тело человека выделяет порядка 100-120 Вт тепловой энергии даже в состоянии покоя. Таким образом, в жилище пассивного типа человек способен поддерживать комфортную температуру только фактом своего существования. Конечно, при условии, что размер помещения ограничен 5–7 м2, но прибавьте к этому гораздо более мощные источники тепла, которые мы не привыкли замечать: холодильник, персональный компьютер, кухонную плиту.

Каким образом достигается столь показательный энергетический баланс? Все очень просто: вместо того, чтобы вливать неисчислимые порции энергии ведётся борьба над сокращением утечек тепла из здания. На первый взгляд изоляция тепла в таких масштабах может показаться нереальной, однако ещё полвека назад в отдельных холодильных установках демонстрировалась степень ограничения тепловых потерь около 3–5 Вт на каждый квадратный метр ограждающих конструкций, что поистине можно назвать впечатляющим результатом. Сегодня эти технологические достижения все более активно внедряются в практику гражданского строительства.

Но перейдём к теме нашего обсуждения: как всё-таки обеспечить экономию в отоплении зданий? В действительности есть всего лишь два пути для достижения этой цели: следить за тем, чтобы как можно большее количество энергии преобразовывалось в полезное тепло; ограничить утечку тепла из замкнутого пространства. На первый взгляд всё просто, однако вы удивитесь, сколь разнообразными могут быть ухищрения, которые смог реализовать на практике человек для достижения комфортных условий в среде своего пребывания. Основные методы снижения расходов на отопление Электричество можно назвать идеальным источником энергии для отопления, ведь оно превращается в тепло практически полностью, то есть КПД при таком преобразовании стремится к 100%. Однако есть и более дешёвые источники энергии, например газ, уголь или топливные брикеты, но они при сгорании реализуют не весь свой потенциал, ведь часть тепла выносится наружу вместе с продуктами сгорания. Устройства, способные собирать это тепло и передавать его внутрь здания, называют экономайзерами. За счёт их работы удаётся существенно увеличить КПД, используя при этом более дешёвое топливо.

Конечно, нельзя упускать возможности сократить потребность здания в обогреве. Утечки тепла через ограждающие конструкции — стены, пол, кровлю — можно существенно снизить, правильно выполнив их утепление. Современные материалы для утепления значительно превосходят по теплопроводности строительные материалы, к примеру, 100 мм слой пенополистирола эквивалентен кирпичной стене толщиной в метр. При этом теплоёмкость утеплителя на порядок ниже, его не нужно предварительно нагревать до комнатной температуры.

Потери тепла происходят также и в процессе воздухообмена между зданием и уличной атмосферой. К примеру, при открытии входной двери в помещение проникает до 2–2,5 м3 холодного воздуха, чего можно избежать при устройстве входного шлюза, то есть тамбура. Но в гораздо более значительных объёмах тепло покидает наши дома через систему вентиляции. И эта проблема также может быть решена путём тотального контроля за объёмом приточного и вытяжного воздуха. Устройства, называемые рекуператорами, способствуют передаче тепла от вытяжки притоку, подогревая таким образом поступающий в здание воздух. Также приток может нагреваться при прохождении через теплообменник, установленный в дымоходе.

Нельзя забывать и о природных источниках тепловой энергии. Один из наиболее существенных способов сэкономить на отоплении — правильно организовать естественное освещение. Под этим подразумевается увеличение светового потока с южной стороны здания, устройство широких проёмов в мансардной кровле или формирование каскадной крыши. Можно справедливо подметить, что увеличение доли остекления в ограждающих конструкциях приводит к росту теплопотерь. Конечно, во всём нужно знать меру, однако сократить утечку тепла через окна можно, к примеру, путём установки рольставен или замены стеклопакетов на более качественные. Энергетический баланс и системы утепления Тема теплозащиты зданий наиболее обширна и заслуживает подробного обсуждения. Системы утепления проще всего рассматривать с позиции энергетического баланса — понятия, которое предусматривает оценку всех источников тепла в доме, а также все пути утечки тепла. С этой точки зрения становится понятно, что качественное утепление должно быть непрерывным по всему периметру здания, включая также и зону контакта с почвой, и примыкания плоскостей разных строительных конструкций друг к другу.

Можно рассматривать два типа систем утепления: те, которые могут монтироваться в процессе эксплуатации здания и те, наличие которых обязательно должно быть предусмотрено строительным проектом. В качестве наглядного примера можно привести утепление пола и фундамента, эти части здания обеспечить теплозащитой можно только при наличии открытого доступа к ним, то есть такие работы выполнить на этапе строительства как минимум проще. Ну а такие проекты как утепленная шведская (финская) плита и вовсе невозможно реализовать при уже готовом основании здания.

Продвигаясь дальше, мы сталкиваемся с утеплением цоколя и стен. Эти элементы теплозащиты могут быть смонтированы даже после возведения здания, хотя и с некоторыми оговорками. Например, чтобы обеспечить непрерывное утепление цоколя и фундамента технологические траншеи вокруг фундамента не должны подвергаться обратному заполнению. Соответственно до того, как стена будет утеплена, нет смысла проводить отделочные работы.

А вот с системой утепления кровли все ещё интереснее. С одной стороны, завершение работ по устройству теплозащиты может быть отложено на несколько лет, с другой — возможности для этого должны быть предусмотрены конструкцией стропильной системы и мауэрлата. В итоге, когда непрерывность всей системы утепления обеспечена, можно подсчитать конкретные размеры тепловых потерь и прогнозировать энергетический баланс здания. Как удешевить электрическое отопление Широко распространены случаи, когда при использовании электроэнергии для обогрева зданий не реализуются дополнительные возможности такого отопления. В первом приближении электричество — один из самых дорогих энергоносителей для гражданского применения. Однако при более детальном рассмотрении оказывается, что таким способом можно существенно экономить на отоплении. Чтобы понять, как это возможно, следует ознакомиться с режимом работы центральной энергосистемы.

Достаточно трудно прогнозировать изменение нагрузки в течение суток, в то же время оперативное регулирование производимой мощности видится ещё более сложной задачей. В связи с этим рождается тенденция стимулировать потребление электроэнергии в те часы, когда общая нагрузка на сеть снижается. Киловатт электричества в ночной тарифной зоне в 2,5–3 раза дешевле, чем во время пиковых и полупиковых нагрузок, из-за чего появляется отличная возможность снизить расходы на обогрев. Идея многотарифного суточного потребления подразумевает аккумуляцию тепла, выработанного за восемь часов ночной зоны, с последующим его использованием во время простоя отопительного оборудования. В зданиях, сооруженных из плотных стройматериалов с внешней теплоизоляцией функцию накопления тепла берут на себя сами строительные конструкции и предметы интерьера. Это не всегда удобно, ведь во время сна оптимальная температура воздуха для человека на 3–5 °С ниже, чем в период бодрствования, к тому же не каждый дом способен сохранять тепло столь долгое время.

Альтернативой такому способу накопления тепла служит установка жидкостного теплового аккумулятора. В ночное время утеплённая ёмкость с водой объёмом от 2–3 м3 нагревается до максимально возможной температуры, при этом тепло в жилые помещения подается в достаточном объёме. После окончания действия ночного тарифа теплоноситель через вторичный теплообменник отбирает тепло из аккумулятора и распространяет его по зданию. Работа системы упрощается тем фактом, что в период с 8 утра до 16 вечера большинство жилых домов необитаемо и в них не обязательно нужно поддерживать температурный оптимум. Рационализация сжигания топлива Оценить эффективность сжигания топлива — ещё один путь к повышению экономичности отопления. Выполнить такую оценку можно путём анализа продуктов сгорания. Проверка происходит в два этапа: исследование химического состава дымоходных газов и слежение за их температурой.

Химический состав устанавливается с помощью портативных газоанализаторов. Оборудованием такого рода располагают специальные сервисные организации, соответственно получение услуг не будет бесплатным, в то же время результаты анализа могут установить факт неполного сгорания топлива. Предварительная проверка включает оценку концентрации угарного газа, однако данные таких замеров зачастую не отображают реальной картины. Для газовых и дизельных котлов обязательно необходимо слежение за наличием и концентрацией водорода и метана, а для твёрдотопливных — также двуокиси серы и широкого спектра углеводородов. Выявление этих соединений в продуктах сгорания свидетельствует о необходимости настройки режима горения или обеспечении принудительного наддува.

Термический анализ продуктов сгорания проводится преимущественно с использованием пирометрических приборов. Замеры только на выходе дымоходной трубы не дают требуемых результатов, ведь необходимо отслеживать градиент температур по всей длине канала. Если при этом обнаруживается большое значение паразитных утечек тепла, необходимо снижать интенсивность горения или дооснащать комплекс оборудования котельной экономайзером. Энергетика будущего Комплекс мер, призванных удешевить обогрев зданий, не ограничивается их утеплением и рационализацией работы источника нагрева. Современные технологии предлагают множество эффективных решений для получения энергии из альтернативных источников: низкопотенциального тепла воздуха, геотермальных и солнечных.

Нужно понимать неизбежность окончательного перехода на подобные источники в ближайшее время. Конечно, нельзя говорить, что современное оборудование альтернативной энергетики может стать полноценной заменой действующим отопительным установкам, которые имеют гораздо более высокий класс мощности. Тем не менее, при должном внимании такие средства способны покрыть хотя бы часть потребностей в тепле и горячей воде, что уже неплохо. Первым этапом таких мероприятий считается снижение теплопотерь здания, вторым — повышение экономичности использования энергоресурсов. И только когда эти действия будут носить общий характер можно говорить о повсеместном внедрении тепловых насосов и гелиоколлекторов, призванных снабдить человеческое хозяйство практически бесплатной энергией, пусть и в ограниченном количестве. #✔наЗаметку