Потребление энергии во всем мире неуклонно возрастает и, прежде всего, для обеспечения теплотой инженерных систем зданий и сооружений. Основными среди затрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в период отопительного сезона, когда теплопотери через ограждающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения.

Система отопления, для выполнения возложенной на нее задачи, должна обладать определенной тепловой мощностью. Расчетная тепловая мощность системы отопления выявляется в результате составления теплового баланса обогреваемых помещений. Для правильного функционирования и максимальной эффективности системы отопления необходима автоматизация управлением системой отопления.

Помещения в здании изолированы от внешней среды, что позволяет создать в них необходимый микроклимат. Наружные ограждения защищают от непосредственных климатических воздействий, а системы отопления дома, вентиляции и кондиционирования воздуха поддерживают в помещениях в течение всего года комфортные параметры внутренней среды.

Температура наружного воздуха непрерывно изменяется, что влечет за собой изменение температуры внутри помещений. Наибольшие разности между температурой в помещении и наружным воздухом наблюдаются в суровые зимние периоды. Если защита наружных ограждений и тепловая мощность системы отопления обеспечивают удовлетворительные внутренние условия в этот отрезок времени, то они смогут при соответствующем регулировании поддержать необходимые условия в помещении и в течение всего остального холодного периода года. Решая задачу отопления дома, необходимо рассчитать ограждения и обогревающие устройства так, чтобы они обеспечивали требуемые тепловые условия в наиболее суровый период зимы, который считается расчетным.

В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, степени тяжести выполняемой работы и индивидуальных особенностей количество отдаваемой в окружающую среду теплоты может быть различным. В спокойном состоянии организм взрослого человека вырабатывает и отдает окружающей среде около 120 Вт, при тяжелой работе до 470 Вт, а при максимальных кратковременных нагрузках до 1000 Вт. Комфортными считаются такие сочетания микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции.

Источники тепла

Сердцем любой системы отопления является источник тепла. Источником тепла может служить ТЭЦ, обслуживающая целый район, либо котельная на один или несколько домов.

ТЭЦ поставляет в город перегретую воду с параметрами не подходящими для систем отопления здания. Поэтому «подгонка» параметров (температура и перепад давления) происходит в центральном тепловом пункте (ЦТП), обслуживающем группу зданий, или, при наличии такового, в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) здания. Отпуск тепла от ТЭЦ осуществляется по температурному графику, т.е. чем ниже температура воздуха на улице, тем более горячая вода должна поступать в систему отопления здания.

Подключение системы отопления к тепловым сетям может быть осуществлено по зависимой или независимой схеме. В случае подключения по зависимой схеме перегретая вода из теплосетей смешивается (в определённой пропорции) с обратной водой из системы отопления, тем самым получают воду с температурой пригодной для системы отопления. При таком подключении тепловые пункты могут быть оборудованы насосными смесительными установками или водоструйными элеваторами. При подключении по независимой схеме перегретая вода контактирует с водяным контуром системы отопления через стенки теплообменника (нет смешения воды). Для этого используются водоводяные теплообменники, а необходимый напор обеспечивает циркуляционный насос.

Если ваш дом не подключен к наружным тепловым сетям, обслуживающим группу построек, то скорее всего нужно будет установить котел требуемой мощности. Котёл может быть газовым, электрическим, работать на жидком или твёрдом топливе. Котёл также может работать совместно с солнечным коллектором, расположенным, как правило, на кровле дома. Последнее, однако, напрямую зависит от климатических условий местности и технико-экономических обоснований. В России пока установки с использованием энергии Солнца не получили широкого применения, но несмотря на это данное направление является перспективным в некоторых регионах нашей страны. Источником тепла может быть также тепловой насос.

Система трубопроводов

Для переноса тепла к помещениям дома используется система трубопроводов. Конструкция системы и её вид определяется на стадии проектирования. Система отопления может быть с естественной циркуляцией воды в трубах или с искусственной (насосной).

В системе с естественной циркуляцией движение воды в трубах происходит за счёт разницы плотностей воды в подающем трубопроводе и воды остывшей после прохождения отопительных приборов. Для такой системы необходим перепад высот между верхним уровнем системы и котлом. Для уменьшения потерь давления в системе отопления с естественной циркуляцией диаметры трубопроводов приходится делать достаточно большими. С естественной циркуляцией воды в трубах могут работать только небольшие системы отопления (например, в частном доме). Более надёжна и универсальна система с насосной циркуляцией. В ней напор давления, обеспечивающий движение воды в закрытом контуре, создаётся при помощи электрического циркуляционного насоса. 

Трубопроводы системы отопления можно прокладывать в помещениях открытым способом или «спрятать» трубы, например, в стяжке водяного теплого пола. Существуют различные виды труб для использования в отоплении: металлические, металлопластиковые, пластиковые. 

• Стальные трубы способны выдерживать высокое давление и эксплуатироваться при высоких температурах (даже при перегретой воде). Цена стальных труб ниже, чем у металлопластиковых, пластиковых и медных. К недостаткам можно отнести большую удельную массу, возможность коррозии, трудоёмкость при монтаже, необходимость окраски при открытой прокладке.

• Металлопластиковые трубы (PEX-AL-РЕХ) используются как в системе с отопительными приборами, так и для водяного тёплого пола. Благодаря более гладкой поверхности по сравнению со стальными трубами, данный вид труб имеет низкое гидравлическое сопротивление,  т. е. потери давления при проходе теплоносителя по ним меньше, чем у стальных труб. Меньшие потери давления дают возможность использование циркуляционных насосов меньшей мощности. Металлопластиковые трубы можно без особых усилий изгибать руками, при этом они сохраняют свою новую форму. Стоимость таких  труб выше стоимости стальных и полиэтиленовых (PEX) труб.

• Максимальная температура при применении полиэтиленовых (РЕХ) труб обычно ниже, чем у металлопластиковых, поэтому их обычно применяют в системе водяного тёплого пола, в которой температура воды не превышает 40-50^оС. РЕХ трубы предназначены обычно для скрытой прокладки, т.к. существуют требования по исключению воздействия на них солнечных лучей в процессе эксплуатации. Трубы можно гнуть руками, при этом они не столь пластичны как металлопластиковые и через небольшое время вновь принимают первоначальную форму.

• Медные трубы также, как металлопластиковые и полиэтиленовые, не подвержены коррозии и имеют низкое гидравлическое сопротивление. Медные трубы можно использовать как в системе отопления с отопительными приборами, так и в системе «тёплый пол». Недостатком их можно считать высокую стоимость — выше, чем у любого из рассматриваемых видов труб.

Отопительные приборы