Отопле́ние — искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта и/или требованиям технологического процесса. Под отоплением понимают также устройства и системы (калориферы, тёплый пол, ИК-обогрев и пр.), выполняющие эту функцию.
Характеристики отопления
В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным и лучистым.
Конвективное отопление Вид отопления, при котором тепло передается благодаря перемешиванию объемов горячего и холодного воздуха. К недостаткам конвективного отопления относится большой перепад температур в помещении (высокая температура воздуха наверху и низкая внизу) и невозможность вентиляции помещения без потерь тепловой энергии
Лучистое отопление Вид отопления, когда тепло передается в основном излучением и в меньшей степени — конвекцией. Приборы для отопления размещаются непосредственно под или над обогреваемой зоной (вмонтированы в пол или потолок, также могут крепиться на стены или под потолком).
Виды отопления По источнику тепла Печное Динамическое Централизованное (источник тепла - ТЭЦ или тепловая станция)
По теплоносителю Воздушное Паровое Водяное Инфракрасное
По топливу Жидкотопливное; Твердотопливное; Газовое Электрическое Геотермальное Солнечное
Системы отопления Система отопления — это совокупность технических элементов, предназначенных для компенсации температурных потерь через внешние ограждающие конструкции (стены, пол, крыша), методом получения, переноса и передачи во все обогреваемые помещения необходимого количества теплоты, достаточного для поддержания температуры на заданном уровне согласно нормам.
Основные конструктивные элементы системы отопления: Районная котельная или ТЭЦ (при индивидуальном теплоснабжении - котел отопления) — место, где вырабатывается теплота; Тепловые магистрали (теплотрассы) — элементы для транспортировки теплоты от источника теплоты к потребителям (объектам инфраструктуры); Отопительные приборы — элементы для передачи тепловой энергии от теплоносителя воздушным массам в помещении (батареи, теплый пол).
Перенос по теплотрассам теплоты может осуществляться с помощью разных рабочих сред (жидкой или газообразной). Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость — антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем. Наиболее часто применяется в виде рабочей среды вода, объясняется это ее дешевизной и приемлемыми теплотехническими показателями. Пар как теплоноситель для обогрева общественных и жилых объектов не применяется, так как потенциально опасен для здоровья людей (в случае деформации и выхода из строя трубопроводов), его применяют для технологических нужд на предприятиях.
Современные системы отопления обладают также и функцией поддержания микроклимата, что предусматривает наличие автоматизации и соответствующего усложнения самой системы. При этом гидравлический режим часто меняется в процессе эксплуатации, что отличает такие системы от «классических», которые единожды настраиваются при пуске в работу. Благодаря внедрению систем автоматического регулирования для нужд отопления, достигается значительная экономия энергоресурсов.
Классификация Системы отопления можно разделить: По типу источника нагрева — газовые, геотермальные, дровяные, пиролизные, мазутные, солнечные, угольные, торфяные, пеллетные, электрические (кабельная), отопление с помощью теплового насоса и пр.См. Отопительный котёл По типу теплоносителя — водяные (жидкостные), воздушные, паровые, комбинированные; По типу применяемых приборов — лучистые, конвективно-лучистые, конвективные; По виду циркуляции теплоносителя — с естественной и искусственной (механической, с использованием насосов);
А также: По радиусу действия — местные и центральные; По режиму работы — постоянно работающие на протяжении отопительного периода и периодические (в том числе и аккумуляционные) системы отопления. По гидравлическим режимам — с постоянным и изменяемым режимом; По ходу движения теплоносителя в магистральных трубопроводах — тупиковые, встречные и попутные;
Для водяного отопления: По способу разводки — с верхней, нижней, комбинированной, горизонтальной, вертикальной; По способу присоединения приборов — однотрубные, двухтрубные;
Радиус действия
По радиусу действия системы отопления можно разделить на следующие категории:
локальное (местное) отопление помещений (англ. space heating). В данном варианте источник тепла обогревает только одно помещение (иногда смежные помещения). Источником тепла могут быть печь, камин, электрический обогреватель, тепловой насос, передающий тепло в воздух помещения (в т.ч. кондиционер в режиме обогрева). Классический пример — отопление избы русской печью. автономное центральное отопление зданий (англ. central heating). В данном варианте расположенный в здании источник тепла обогревает все помещения, расположенные в здании (домовая котельная) либо часть помещений, не соприкасающихся друг с другом (квартирный котёл). В качестве теплоносителя, передающего тепло от источника в обогреваемые помещения, чаще всего используется вода, реже воздух или пар. При использовании водяного отопления источником тепла служит водогрейный котёл, а при воздушном отоплении — воздушный калорифер. Тепловая энергия может производиться сжиганием топлива, электрическим нагревом либо переносом тепла из внешней среды с помощью теплового насоса. центральное районное отопление (англ. district heating), также теплоснабжение. Как правило, именно такая система подразумевается под термином «центральное отопление». В данном варианте источник тепла располагается в отдельном здании (котельная, теплоэлектроцентраль), а тепло от источника передается в несколько отдельно стоящих зданий с помощью тепловых сетей. В качестве теплоносителя используется вода (в т.ч. под давлением), реже пар. Размеры систем центрального отопления могут варьироваться: от малых систем, обогревающих жилой квартал или комплекс зданий, до крупных систем теплоснабжения, охватывающих несколько районов или целые города. В крупных системах теплоснабжения городского уровня могут быть объединены несколько источников тепла, часть из которых работают в постоянном режиме, а часть в пиковом, что обеспечивает эффективное маневрирование мощностью при изменении потребления тепла и резервирование на случай аварий. При центральном отоплении могут использоваться любые источники тепловой энергии: энергия горения ископаемого или возобновляемого топлива, энергия солнца, геотермальная энергия, электроэнергия, атомная энергия.
История и эволюция систем отопления
Воздушное отопление Основная статья: Воздушное отопление.
Огневоздушное — означает, что нагрев теплоносителя (воздуха) осуществляется с помощью огня.
Первой огневоздушной, да и вообще первой отопительной установкой считается костёр, разведённый внутри жилища.
В Древнем Риме в I веке до н. э. уже существовало развитое отопительное устройство гипокауст, где воздух в помещении получал теплоту от полов, которые нагревались печными дымовыми газами, проходящими в подпольных полостях. Такая система позволяла получать «чистую» теплоту, без контакта человека с продуктами сгорания. Кроме этого, каменный пол, обладая большой тепловой инерцией, долго ещё после потухания огня отдавал теплоту помещению. Гипокауст описывается Марком Витрувием Поллионом в трактате «Об архитектуре». Схожая система, ондоль, появившаяся предположительно в I в. до н. э. — VII в. н. э., используется до сих пор в Корее. Аналогичная система обогреваемого пола известна и в северных районах Китая, где она известна как «дикан» (буквально пол-кан). Впрочем, более распространённый тип китайского кана обогревал лишь широкую лежанку, где люди спали, сидели, сушили вещи и т. д.
Также ещё в Древнем Риме принял свой современный облик камин. Термин и происходит от латинского caminus — «открытый очаг». Он устанавливался в центре помещения и максимально окружался теплоаккумулирующими материалами — каменный портал, каменный дымоход, каменная противоложная стена. Таким образом удавалось избежать перегрева во время топки (камень «впитывал» теплоту) и резкого охлаждения после потухания огня (теперь камень «отдавал» тепло). Камин также осуществлял вентиляцию, создавая тягу в дымоходе.
А в средней Европе, судя по археологическим раскопкам, и в IX веке жилища отапливались печами-каменками и курными печами. Печь-каменка представляла собой очаг, сложенный из булыжников и валунов, курная печь — вырытую в земле яму с глиняным сводом. Это было уже большим шагом после костра — такая печь аккумулировала теплоту и продолжала отдавать её долгое время после прогорания топлива, что позволяло тратить меньше дров и сил. Но всё равно эти печи ещё топились «по чёрному» — продукты сгорания выходили сперва прямо в жилище и уже после в атмосферу через специальное отверстие в потолке, а то и вовсе через дверь. В XV веке существовали печи с дымоходными трубами, тогда деревянными — «дымницами».
К этому времени в Европе система гипокауста была практически утрачена (за исключением Испании, где изменённая версия, называемая «глорией», существовала до начала XX века), а потому появление огневоздушной системы, называемой «русской системой», произвело небольшую революцию. Устройство отопления было такое: холодный воздух через воздухозаборную шахту подводился к установленной на первом или цокольном этаже печи, где, касаясь её раскалённой поверхности, нагревался, а после по горизонтальным и вертикальным кирпичным воздухораспределяющим каналам подводился в обогреваемые помещения. Оттуда через вытяжные каналы отдавший теплоту воздух выводился обратно в атмосферу. Циркуляция воздуха была естественной, за счёт разности плотностей горячего и холодного.
Такая система не только обеспечивала жильё «чистой» теплотой, но и осуществляла вентиляцию. «Русской системой» была оборудована, к примеру, Грановитая палата в Кремле.
Печи в XV—XVIII веках были глиняные, кирпичные или даже изразцовые, что было большой роскошью — изразцовую печь можно было встретить только в богато украшенных дворцовых помещениях и изредка у зажиточных горожан. Также на Тульском заводе выпускались чугунные и стальные нетеплоёмкие печи. В 1709 году по указу Петра Первого были созданы первые десять «шведских» печей с более дешёвыми изразцами (синяя роспись по гладкому белому основанию). «Шведская» печь популярна и до сих пор, бывает различных конструкций — К. Я. Буслаева, Г. Резника, В. А. Потапова, но по сути представляет собой печь с оснащённой вытяжкой варочной камерой в «теле» печи и «кухонной плитой» на ней. В 1736 году в Петербурге были широко распространены «дровосберегающие» печи, оснащённые горизонтальным змеевиком дымохода, в 1742 её уже успешно вытесняла печь с «колодцами» — вертикальным змеевиком.
Российский инженер и архитектор Николай Львов в 1795 году издал первую оригинальную русскую работу по отоплению, свою книгу «Русская пиростатика»; в издании Львов с резкой критикой отозвался о модном увлечении иностранными фигурными печами, которые были крайне неэффективны, а также представил изобретённые им усовершенствования отопительных установок, а также основы конструирования и расчёты систем огневоздушного отопления. В это время всё больше распространялись многоэтажные здания, поэтому появляется тенденция к централизованному отоплению. Тут и пригодится «русская система», выполняемая раньше в основном для двухэтажных зданий. Тогда же, в 1799 году Н. Львов опубликовал свою вторую книгу «Русская пиростатика, или употребленіе испытанныхъ каминовъ и печей», где есть раздел «О духовыхъ печахъ верхнія или соседственные комнаты нагревающіхъ», там он предложил конструкцию наподобие калорифера, но малоэффективную.