У теплого пола есть не только плюсы, но и минусы

Выписал плюсы и минусы теплого пола, которые осознал к этому моменту. Вопрос достаточно важный для нас, так как мы ориентируемся на фундамент УШП (утепленная шведская плита), для которой теплый пол - обязательная составляющая. Если мы решаем, что теплый пол в качестве системы отопления нам не подходит, то нам не подойдет и УШП.

Основные плюсы теплого пола
- в деревянном и каркасном доме плита пола выступает в роли теплового аккамулятора
- более эффективное отопление, чем радиаторное (из-за большей распределенной поверхности)
- меньше способствует круговой циркуляции воздуха и пыли в доме
- более равномерное распределение температуры по высоте помещения (вместо обычных жарко вверху, холодно внизу)
- теплый пол теплее, чем пол неотапливаемый
- монтаж в момент заливки УШП достаточно прост технологически

Но к теплому полу у меня есть достаточно серьезные вопросы:
- системы теплого пола, даже в очень хорошо утепленном доме, недостаточно для отопления дома в морозы (из-за ограничений по максмимальной температуре дома)
- инерционность теплого пола, при резкой смене погоды
- невозможно быстро регулировать температуру по отдельности для каждого помещения
- теплый пол не такой уж и теплый - все равно прохладный (по СнИП максимальная температура 26 градусов, а для помещений где есть дети - вообще 24)
- на окнах, особенно на больших панорамных окнах, образуются наледь из-за недостаточного прогрева
- меньшая эффективность теплого пола при чистовом поле не из кафеля (в нашем случае для гостиной и комнат)

Многие из этих вопросов решаются введением второй системы отопления к системе отопления теплый пол, например радиаторной системы отопления. Такая совместная система отопления лучше каждой из двух, но увеличивает стоимость дома.

Если теплый пол не делать, то не получится делать и УШП. Большая масса холодного бетона УШП будет выступать тепловым вампиром, высасывая из людей тепло за счет теплового излучения между человеком и полом.

Ссылки на другие посты по теме теплого пола:
Теплого пола недостаточно для отопления дома
Дополнительная система отопления к ТП
Покомнатная регулировка температуры
Скорость нагрева и остывания дома

Теплого пола не достаточно для отопления

Сделал для себя вывод, что теплого пола не достаточно для отопления, если мы хотим оставить температуру пола в рекомендуемых пределах. В дополнение к теплому полу необходима либо приточно-вытяжная система с рекуперацией и подогревом воздуха до комнатной температуры, либо дополнительная радиаторная система отопления.

По СнИП рекомендуемая температура теплого пола 26 градусов. Для детских учреждений даже меньше - 24 градуса. Так как у нас в доме жить дети, буду ориентироваться на температуру теплого пола 24 градуса.

Для примера взял угловую комнату площадью 16м2. Утепление внешних ограждений взял примерно в 2 раза лучше, чем нормируется СнИП. Температура воздуха в помещении 20 градусов. Петли теплого пола разложены равномерно через 15 см.

Все расчеты тепло потерь и температур теплого пола делал в бесплатной программе Valtec.

При наружной температуре -28 тепло потери через внешние ограждения + нагрев воздуха с кратностью обмена 1 раз в час составили 1680 Вт. Из них тепло потери через ограждающие конструкции составили 556 Вт. На подогрев воздуха 1680-556=1124 Вт

Рассмотрел три способа отопления данной комнаты
1. все тепло потери компенсирует теплый пол
  (в комнату поступает холодный воздух, например через клапаны)
2. приточный воздух предварительно подогревается с помощью рекуператора,
  (поступает в комнату подогретый, но не комнатной температуры), остальное догревает теплый пол
3. приточный воздух подогревается с помощью рекуператора и центрального калорифера
  (воздух поступает комнатной температуры), остальное догревает теплый пол

Необходимая мощность теплого пола в этих трех режимах будет разной:
1. 1680 Вт
2. 1680 - 0,5*1124= 1118 Вт  (взял эффективность рекуперации 50%)
3. 556 Вт (полный догрев воздуха в системе вентиляции)

Температура теплого пола (минимальная - максимальная) в этих трех режимах получается следующая:
1. 26,5 - 29,4 С
2. 24,54 - 26,5
3. 22.47 - 23.44

Температуру теплого пола ниже 24 градусов обеспечивает только режим 3. Отсюда вывод, что в дополнение к теплому полу нам нужна дополнительная система отопления. Это может быть воздушная система отопления, либо радиаторная. Они должны будут компенсировать теплопотери 1124 на нагрев приточного воздуха.

Теплые плинтусы своими руками

На forumhouse наткнулся на рассказ про изготовление теплых плинтусов своими руками
http://www.forumhouse.ru/entries/5957/

О преимуществах этого способа отопления я писал ранее
Теплый плинтус вместо радиаторов для отопления дома

Вот так это выглядит у автора в интерьере

Тепловой насос воздух-вода доступнее

Вчера осознал, что тепловой насос - это не только закапывание огромной длины теплообменника в землю. Существует вариант отбора тепла и просто из воздуха. А это значит, что трудо-затраты по его установке сравнимы с обычным кондиционером. Такой тепловой насос можно использовать как для отопления, так и для охлаждения дома.

Со стороны улицы ТН воздух-вода  - это блок аля как у кондиционеров (это вместо гелиоконтура). Со стороны дома - это некий аппарат, выдающий на выходе теплую воду. Оптимально подключение ТН к низкотемпературной систем отопления ТП. (максимальный КПД при температуре воды 35 градусов)

Основная характеристика ТН - это коэффициент эффективности, который можно еще назвать коэффициент умножения энергии. Для ТН грунт-вода он равен 4-4.5. Для ТН воздух-вода данный коэффициент зависит от температуры воздуха за бортом. При низких температурах 2.5, а при температуре +7 достигает значений 4-4.5. 

Использование электричества для отопления/охлаждения выгоднее при эксплуатации, чем прямое использование электричества для отопления, например через электрический котел.
Если коэффициент эффективности ТН воздух-вода при -15 градуса 2.5. Это значит, что если цена на 1кВт электричества 4,2 рубля, то ТН выдаст за эту цену 2,5 кВт. Цена произведенной тепловой энергии будет 1,68 руб за 1кВт. Таким образом ТН можно воспринимать как универсальный умножитель мощности (или уменьшитель стоимости), который позволяет превратить стоимость дневного электричества в стоимость ночного электричества при двухтарифной системе расчета.

Если совместить ТН с двухтарифным тарифом на электричество, то ночью цена энергии будет еще меньше. Плюс энергию ночью можно накапливать с помощью теплоаккамулятора. 

А хватит ли мощности такого ТН чтобы отопить дом? Зависит от энергоэффетивности дома.
При температурах до -15 градусов реально получать 9 кВт мощности. Дом утепленный по СниП с естественной вентиляцией потребляет при -15 около 12 кВт. Но дом энергоэффективнее в два раза потребляет уже 6 кВт на отопление и вентиляцию при -15. А значит он уже укладывается в мощность одного ТН. Нет смысла рассчитывать такую систему на супер холодные температуры. Все равно нужно делать резервную систему на ТТ и в самые холодные дни можно и подтопить при необходимости.

Данный тепловой насос можно использовать в режиме охлаждения. Просто пускать по системе отопления холодную воду для охлаждения дома. Такой способ охлаждения мне нравится больше, чем воздушный простым кондиционером.

Основные но против ТН - это большие начальные вложения. При использовании ТН воздух-вода вложения существенно меньше, правда за счет понижения эффективности при низких температурах.  Решение под ключ для ТП "воздух-вода" дешевле решения гелиоконтуром. В теме на forumhouse проскакивает цифра 500 т.р. под ключ для дома 110-120 м2. Это при ценах 1.5 под ключ для гелио систем (это по моим ошущениям и не очень точная цифра).

В перспективе есть еще одно но против электричества для отопления, даже с использованием ТН. Это введение социальных норм на электричество. Правда я еще не осознал, как это затронет нас.

Ссылки по теме, которые я посмотрел
Тема на forumhouse
Примеры тепловых насосов воздух-вода
Графики эффективности от темературы воздуха

Скорость нагрева и остывания дома

Решил прикинуть скорость остывания дома при отключении отопления, а также скорость его нагревания при включении отопления. Исходные данные - дом из утепленного бруса на УШП. Площадь УШП около 170 м2. Утепление по СнИП. Получилось, что полностью закупоренный дом остынет с 20 до 15 градусов за 17 часов при -28 за бортом и за 36 часов при при -3. Если дом остынет до -3, то для прогрева всех конструкций до +20  при температуре за бортом -3 потребуется около суток.

воздух внутри дома
V = 150*3 м3
C = 1 кДж/(кг*C)
Плотность = 1,225

150*1000*1,225=551 кДж/С = 153 (Вт * ч)/C

стены из бруса
V = 50 м3
C = 2,3 кДж/(кг*C)
Плотность = 550 кг/м3

50*550*2300 = 63250 кДж/C = 17570 (Вт * ч)/C

Бетон в плите УШП
V = 0,1*170 + 54*0,1*0,4 = 19,16 м3
C = 0,84 кДж
Плотность = 2500 кг/м3

19,16*2500*840 = 40236 кДж = 11177 (Вт * ч)/C

Суммируя полученные значения для воздуха, бруса и бетона, находим, что
для нагрева/отстывания дома на 1 градус нужно 28900 (Вт * ч)/С

Потери через ограждающие конструкции в результате теплопроводности (без вентиляции и инфильтрации) при утеплении по СнИП будут
3977 Вт * ч  (при температуре -3)
8299 Вт * ч (при температуре -28)

7,26 часов чтобы охладить дом на 1 градус при -3 за бортом
3,48 часа чтобы охладить дом на 1 градус при -28 за бортом

для охлаждения с 20 до 15 градусов потребуется
7,22*5 = 36,3 часа, при температуре -3 градуса  за бортом
3,48*5 = 17,4 часа,  при температуре -28 градусов  за бортом

Все это, если дом закупорить, отключить вентиляцию и при минимальный потерях на инфильтрацию. Тут не учтена мебель. Предполагаем, что электричество тоже отключили и никаких источников тепла нет. При обычном режиме эксплуатации эти значения нужно разделить пополам.

Допустим у нас котел мощностью 24 кВт и КПД 90%
Если дом полностью остынет до -3 градусов, то на его нагрев до 20 градусов потребуется
24,9 часов. Воздух можно прогреть быстро, но потом нужно прогревать все конструкции.

Для начального нагрева воздуха в этом случае лучше использовать радиаторы, так теплый пол будет греть массу бетона.

Гидравлический расчет отопления и водоснабжения

Очень удачно наткнулся на целый ряд хороших статей, посвященных вопросу выполнения гидравлического расчета систем отопления и водоснабжения.

Конструктор водяного отопления
Гидравлика и теплотехника

До недавнего момента я почему-то думал, что гидравлический расчет выполняется примерно так же, как расчет для электрических цепей. Только в роли резистора здесь выступает гидравлическое сопротивление. Но оказалось, есть существенные отличия.

Три важных термина, которые я усвоил - расход, напор, гидравлическое сопротивление. Напор создает насос (например, циркуляционный), чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление и обеспечить определенный расход жидкости в гидравлической системе. Аналог расхода - это ток в электрической схеме, аналог напора - напряжение.

Основное отличие от электрических цепей - это зависимость сопротивления гидравлической системы от скорости движения жидкости по ней. Оно также зависит от типа течения: ламинарного, турбулентного, переходного. В результате две абсолютно разные на взгляд параллельные ветки гидравлической системы могут обладать одинаковым гидравлическим сопротивлением, просто потому, что расход жидкости в этих ветках будет подобран соответствующим образом.

Как я теперь начинаю понимать на этом основаны настройка теплых полов. Либо контуры теплых полов должны быть одинаковыми, либо на коллекторе ставятся расходомеры, с помощью которых производится настройка.

Расходы в системе отопления на подогрев воздуха для вентиляции

Последнее время изучал вопросы энерго-эффективности дома, связанные с вопросами отопления, вентиляции, кондиционирования. Прочитал две хорошие книги по этому вопросу.
[1] О.Я. Кокорина Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования
[2] В.А. Майоров Передача теплоты через окна
Плюс изучил очень хороший блог www.domeconom.su.


Начну записывать какие моменты меня заставили задуматься.

Я снова задумался о необходимости применения механической приточно-вытяжной вентиляции, даже в доме из бруса ( с утеплением). Ранее я пришел к выводу, что данная система обязательно необходима в каркасном доме. Теперь же я прихожу к мысли, что данная система должна присутствовать в любом современном доме. И в первую очередь это связано с повышением энерго-эффективности дома, так как расходы энергии при отоплении на  нагрев воздуха при естественной вентиляции превышает потери тепла через ограждающие конструкции.  Но есть и другие за данный тип вентиляциции.


Расходы энергии на отопление идут на
- восстановление потерь через ограждающие конструкции
- нагрев воздуха, поступающего в помещение для вентиляции

Ограждающие конструкции: наружные стены, окна, перекрытия.

По СНиП 2.04.05-91 - 91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» санитарная норма смены воздуха в помещении составляет 3 м3/час на 1 квадратный метр помещения. Другими словами воздух в помещении должен полностью меняться в течении одного часа. Вновь поступивший с улицы воздух необходимо постоянно нагревать до комнатной температуры.

В книге [1] приводится пример расчета теплопотерь для угловой комнаты на третьем этаже трехэтажного дома при естественной вентиляции. Площадь комнаты 20 м2, площадь окна 2,7 м2. Утепление стен и перекрытий выполнено в соответствии со СНИП.  Расчет для зоны Москвы делается для температуры -28 градусов. В данном примере теплопотерь через нижнее перекрытия нет, а через верхнее они меньше чем через стены из-за большей температуры на чердаке, чем на улице (-10 градусов).

Потери через ограждающие конструкции составили 617 Вт*ч. Из них 247 Вт*ч - это потери через окно. Расход энергии на подогрев поступающего воздуха составили 1040 Вт*ч.

Теплопотери через окно может быть уменьшено за счет применения лучших окон, что может снизить теплопотери до 130 Вт*ч и суммарные теплопотели через ограждающие конструкции до 500 Вт*ч .

Общий вывод - расход энергии в данном примере для одной жилой комнаты на вентиляцию превышает потери тепла через ограждающие конструкции. Поэтому для повышения энергоэффективности дома необходимо не только утеплять дом и устанавливать хорошие окна, но и задуматься над тем как не терять тепло с уходящим нагретым воздухом.

Механическая приточно-вытяжная вентиляции с рекуперацией позволяет уменьшить потери на подогрев воздуха за счет использования тепла уходящего воздуха для подогрева входящего воздуха. Правда и стоимость данной системы больше, чем системы естественной вентиляции.

Где-то увидел цифру в 12 лет - как ориентировачный период возврата инвестиций в строительстве. Оценивая лучшую технологию стоит оценивать позволит ли эта технология вернуть вложенные инвестиции за 12 лет. Если нет, то и рассматривать ее не стоит.

В случае с приточной вентиляцией кроме энерго-эффективности я вижу еще и другие преимущества для себя. Последнее несколько лет обнаружил у себя аллергию, в результате которой начинаю чихать, когда летом открываем форточки дома. В приточной вентиляции можно организовать очистку приточного воздуха от био-частиц, да и просто от пыли.

Автоматизация отопления без газа

Сейчас дешевле всего топить газом, но его подключение экономически не оправдано, по крайней мере на начальном этапе. Мы пока ориентируемся на отопление от котла на твердом топливе. При этом возникает вопрос как отопление автоматизировать и сколько это будет стоить в начале и при эксплуатации.

Цена на подключение газа зависит от удаленности трубы. При трубе на границе участка минимальная стоимость подключения (без котла) составит в районе 150 т.р. При подключении и разведении газа по поселке стоимость с участка может варьироваться от 500 т.р. и до 1 млн, в зависимости от ситуации.

Стоимость участка "с трубой по границе" обычно выше участков без трубы на стоимость подключения и разведения трубы по поселку. Так что газ в любом случае существенно увеличивает начальное вложение. А это не наша стратегия. Кроме того, цены на газ растут и еще не достигли европейского уровня.

Большой плюс газа - автономность отопления. Дрова и уголь приходится бросать в ручную, зимой минимум два раза в сутки, а может и больше. С дровами трудно уезжать зимой из дома в отпуск или на выходные. С дровами труднее поддерживать равномерность отопления. Еще не так давно многие дома топили дизельным топливом, что может быть легко автоматизируемо, но его цена за последние несколко лет взлетела в два раза.

Для облегчения отъездов и обеспечения равномерности отопления можно подумать о дополнительном котле на более дорогом топливе: электричестве, дизеле или жидком газе. Их можно использовать для поддержания в доме минимально воъможной температуры в момент отсутствия. Электрический котел можно также использовать в режиме поддержания температуры паралельно с твердотопливным. Второй котел на жидком газе более предпочтителен, если ориентироваться в будущем на газ. Однако он требует организации хранения газа - закопанной большой емкости. Тоже относится и к дизельному топливу.

В случае использования второго электрического котла, необходимо обеспечить достаточную разрешенную мощность, подведенную на участок. Я так понимаю 10-15 квт будут необходимы. Это тоже доп. стоимость и не всегда такое подключение возможно. Также как и газ влияет на стоимость участка. Но данную мощность все таки хочется иметь.

Еще один способ автоматизации отопления - это использование твердотопливного котла с автоматической подачей топлива: на пелетах или на угле. Пелеты - это спресованные гранулы из опилок. Уголь или пелеты (в зависимости от типа котла) засыпаются в большую емкость, откуда автоматически подаются в топку вращающимся шнеком (выглядит как ледовый бур).

В Европе котлы на пелетах похоже активно используются. Для наших производств пелет - это хороший рынок. Поэтому стоимость на пелеты в России европейская. И вроде как есть нехватка мощностей для удовлетворения спроса. Для пелет должно оборудоваться хранилище с определенной влажностью, чтобы они не отмокали. По оущущениям хороший котел на пелетах с автоматической подачей стоит раза в два дороже обычного твердотопливного котла.

Надо еще уточнять, но похоже, что уголь - не очень распространенное топливо в Подмосковье. По близости его нигде не добывают. Плюс уголь - это более "грязное" топливо чем дрова или пелеты.

Даже при потенциально возможной автоматизации твердое топливо необходимо во время доставлять на участок, может быть колоть(дрова) или мельчить (уголь), складировать и хранить. Необходимо обеспечит удобный способ подъезда на участок, место для начального и постоянного складирования.

В общем вариантов много и надо их все прсчитать, сформулировав стратегию отопления на достаточно продолжительный период.

Система вентиляции на 30% делает дом энергоэффективней

Почти первый вопрос,который меня заинтересовал весной прошлого года, была вентиляция.
Хорошая вентиляция - это комфортные условия для проживания в доме, возможность повысить эффективность отопления процентов на 30, а тем самым снизить затраты на отопление на ту же сумму. Никакое супер утепление дома в отсутствии вентиляции не позволит этого сделать. Если бы человек не дышал и не использовал воду - утепления дома было бы достаточно для энерго-эффективности. Но так как человек дышит и использует воду вопросы отопления и вентиляции должны решаться комплексно.

Вентиляция должна обеспечивать приток и отток воздуха из дома. Для комфортного проживания человека за час должен полностью сменяться весь объем воздуха в помещении (примерно, надо уточнить). Воздух в помещении накапливает углекислый газ и влагу. В процессе жизнедеятельности семьи из 4 человек за сутки испаряется где-то 15 л. воды (надо уточнять). И эту влагу необходимо удалять из помещения.

Для оттока воздуха обычно делают вытяжную вентиляцию в хозяйственных помещениях (кухне, туалете, ...) - обычно это просто несколько труб на крышу, в которых может быть установлен вентилятор для улучшения тяги летом. Часто в современных домах при создании системы вентиляции на этом и ограничиваются. В этом случае для запуска свежего воздуха в дом просто открывают форточки. Холодный воздух, поступающий из форточки, нагревается в помещении и через вытяжную вентиляцию вытягивается в трубу (ы). А вместе с ним вытягиваются в трубу и деньги хозяина дома, потраченные на отопление. Например, в каркасном коттедже, в котором мы жили на этот Новый год в Карпатах, мы держали открытой форточку практически все время и не столько из-за жары, но и из-за духоты.

Для решения этой проблемы от форточек необходимо отказаться. Воздух в дом должен поступать неким образом, чтобы он успевал нагреваться в процессе, а уходя из дома воздух должен отдавать тепло. Современным решением этого вопроса является использование рекуператора - устройства, устанавливаемого где-нибудь на чердаке, и через которое проходят в соприкасающихся тонких трубах входящий и исходящий воздух, обмениваясь теплом. В результате свежий воздух подогревается при входе и поступает в помещение не холодным. Для распределения воздуха по помещениям делают систему воздуховодов. Обычно приходится подвести в каждое помещение одну или несколько таких труб.

Использование воздуховодов решает одну проблему и порождает целый ряд новых. Для обеспечения движения воздуха приходится использовать вентилятор(ы) в трубах. Последние создают шум, распространяющийся по трубам, с которым приходится бороться. Также в воздуховодах могут заводиться бактерии и приходится устанавливать системы очистки воздуха путем облучения.

В качестве рекуператора может выступать не только специальное устройство, но и стены дома. Например в книге по стенам ТИСЭ предлагается использовать полые стены и дырки в дом и на улицу, обеспечивающие определенную схему движения воздуха. При этом воздух при входе в дом нагревается от стен. А при выходе из дома отдает стенам тепло.

В деревянных домах происходит нечто похожее. Говорят, что стены деревянного дома дышат, то есть пропускают воздух. Разница давлений в доме и на улице способствует движению воздуха в дом. Проходя сквозь стены воздух прогревается и поступает в дом не холодным. Кстати, летом воздух проходя сквозь стены наоборот охлаждается.

Еще один из способов предварительного подогрева входящего воздуха - это использование термоаккамулятора. Таким термоаккамулятором может выступать земля, которая уже на небольшой глубине имеет температуру выше, чем на улице. Если заложить в землю трубы и пропускать входящий воздух через них, то он будет нагреваться от земли. Тягу в трубе можно обеспечить разными способами. Один из способов подключить труду к печи, тяга в которой будет обеспечивать затяжку воздуха.

Есть варианты как обойтись и без труб при использовании тепла земли. В одной ветке на форуме forumhouse.ru автор рассказывает об устройстве печи, у которой забор воздуха происходит из подпола. Тяга в печи создается в подполе пониженное давление, куда начинает засасываться воздух. В результате в доме у него циркуляция воздуха устроена так, что холодный входной воздух поступая в дом опускается вдоль стен в подпол (у него специальные шели есть для этого в полу). Там он нагревается от земли и подымается в комнату (сквозь щели в неутепленном полу) уже более теплым. Для того чтобы тепло земли под домом не уходило у автора вокруг дома вглубь земли на метра два сделано утепление по периметру.

Мне нравятся естественные варианты подогрева холодного воздуха. Буду продолжать над этим думать. Стоимость стандартной системы вентиляции я пока не оценивал, но скорее всего это не дешево. Есть мысли, что может быть стоит на первом этапе предусмотреть под потолком место и каналы вдоль стен для прокладки воздуховодов. Может быть даже стоит проложить воздуховоды. А уже в отдаленном будущем запустить систему вентиляции в эксплуатацию. А до этого момента открывать форточки.