Воздушная система отопления: что это, виды и наглядные схемы работы

Владельцы частных домов в России чаще всего выбирают отопительные системы, работающие на жидком теплоносителе. Такой вариант считается традиционным, и альтернативы ему ищут редко. А они есть и очень эффективные. Разберем одну из них — воздушную систему отопления. Она не менее эффективна традиционной водяной, а в чем-то ее и превосходит. 

Система отопления воздушного типа

Принцип работы
Типы контура
— Закрытый 
— Открытый
Разновидности
— По способу циркуляции
— По способу теплообмена
— По месту монтажа воздуховодов
Основные элементы
— Источник тепла
— Каналы-воздуховоды
— Оборудование для транспортировки
— Управление

Принцип работы системы воздушного отопления частного дома 

Основное отличие систем воздушного типа от водяных состоит в том, что в качестве теплоносителя используется воздух. Он нагревается, после подается в отапливаемую зону. По сравнению с водой воздушные массы обладают меньшей теплоемкостью. Это означает, что остывают они быстрее, но при этом за короткое время повышают температуру в комнате. Малая тепловая инерция, так называется это свойство, позволяет буквально за несколько минут нагревать разные по объему строения. При этом все тепло уходит только на обогрев комнат. 

В качестве источника тепла или нагревателя может использоваться котел любого типа: газовый или твердотопливный, ТЭНы разных видов. Таким образом, система может работать от электричества, магистрального или сжиженного газа, угля, пеллет, дров и других видов топлива. Пользователь выбирает самый удобный для себя вариант. Для подачи разогретых воздушных масс в комнаты обустраивается сеть каналов-воздуховодов. Обязателен дымоотвод, если для получения тепла используют горение.  

Типы отопительных контуров

Существуют два типа таких отопительных систем. Кратко охарактеризуем оба.

Закрытая схема

Аналог водяного отопления с тем отличием, что в контуре циркулирует не жидкость, а воздух. Нагреватель канального типа разогревает поток, который движется по уложенным в комнатах трубам-воздуховодам. В результате они нагреваются и отдают тепло в помещение. Основной недостаток — в процессе эксплуатации воздуховоды постепенно изнашиваются, что приводит к неравномерному распределению тепла и, как следствие, ухудшению качества отопления.

Износ происходит по причине чередования фаз расширения/сужения в результате нагрева и последующего остывания. В стенках деталей появляются трещинки, стыки разбалтываются. Исправить положение можно только в случае полной замены оборудования, что очень трудоемко. Поэтому закрытые схемы используют очень ограничено. 

Открытая схема

Теплогенератор любого типа разогревает воздушные потоки, которые по воздуховодным каналам подаются в отапливаемые комнаты. Здесь они выходят наружу и смешиваются с воздухом в помещении, который от этого нагревается. По мере остывания потоки опускаются к полу и попадают в каналы, ведущие к теплогенератору, где опять нагреваются, и процесс многократно повторяется. Открытая схема лишена недостатков закрытой. Она более эффективна и практична, поэтому используется чаще всего. 

Разновидности системы

Воздушное отопление помещений может быть осуществлено разными способами, поскольку схема многовариантна. Рассмотрим основные ее разновидности. 

По способу циркуляции

Без движения воздушных масс отопление работать не будет. В рабочих схемах применяют два принципа циркулирования потоков. Разберем оба. 

Естественная циркуляция

Для функционирования гравитационной системы, как ее еще называют, используют свойство разогретых газов подниматься. Теплогенератор устанавливается в нижней части строения. Нагретые им потоки самотеком поступают по каналам-воздуховодам в комнаты. Через отверстия в потолке или верхней части стены они выходят в помещение и нагревают его. Остывшие массы опускаются к полу, попадают в заборники воздуховодов и направляются к теплообменнику. 

Схема очень простая и дешевая в реализации, но имеет ряд недостатков. Прежде всего, это ограниченный радиус действия. В среднем, он не превышает 8,5-10 метров. Больше удалить теплогенератор от отапливаемых площадей не получится. Скорость циркуляции невелика, поэтому на обогрев холодного помещения уйдет довольно много времени. Помимо этого, есть ограничение на размещение вентотверстий. Они должны располагаться строго сверху и снизу стен, иначе циркуляции не будет.

Принудительная циркуляция

Для движения потоков используют вентиляционные установки. Они обеспечивают достаточную скорость циркуляции потока на всем протяжении каналов-воздуховодов. Мощность и количество установок зависит от длины и конфигурации воздуховодных шахт. Стоимость принудительных систем значительно выше, чем естественных, но в целом они более выгодны. 

Так, за счет высокой скорости воздухообмена, к теплогенератору поступает прохладный, а не холодный, как в гравитационной системе, воздух. На его нагрев уходит намного меньше энергии, поэтому обогрев получается экономичным. С принудительной циркуляцией комната прогревается очень быстро, а отверстия шахт можно размещать в любом удобном месте. На скорость воздухообмена это не повлияет. 

По осуществлению теплообмена

По этому признаку различают три вида схем.

Прямоточная

Самая простая. Воздушные массы нагревают от теплообменника, после чего по шахтам подают в помещение. После остывания их не собирают в заборники, которых попросту нет. «Отработанный» воздух постепенно удаляется из комнаты на улицу при проветривании или открывании дверей. Таким образом, тепло уходит на нагрев не только строения, но и в буквальном смысле на обогрев улицы. Поэтому теплопотери очень большие, что неэкономично.

Главным плюсом прямотока считают хорошую вентилируемость, поскольку осуществляется прямой воздухообмен с улицей. Основной недостаток — затратность и низкая эффективность. Прямоточные конструкции крайне редко ставят в частных домах. Их применяют на производстве, где необходима хорошая вентиляция: взрывоопасных, с сильными запахами, т.п.

Рециркуляционная

Максимально эффективная схема, в работе которой используют замкнутый цикл. Нагретые теплогенератором потоки подают в отапливаемое помещение, после остывания их собирают, направляют к теплообменнику и снова нагревают. Цикл повторяется многократно. При высокой эффективности и минимальных энергозатратах есть значимый недостаток: качество воздуха очень низкое. После нескольких циклов использования он загрязняется, дышать им некомфортно. Поэтому рециркуляционные модели чаще ставят на складах, в нежилых комнатах. Возможна их установка в частных домах, но в этом случае обязательно дополнительно монтируют специальное оборудование для увлажнения, очистки и ионизации воздуха. 

Частичная рециркуляция

К схеме с полной рециркуляцией добавляется система вентиляции, которая забирает воздух с улицы. Его подмешивают к циркулирующим в здании потокам, тем самым повышая их качество. Забранные с улицы воздушные массы перед подмешиванием проходят подготовку: их пропускают через фильтры, чтобы очистить от пыли и загрязнений, потом подогревают или охлаждают до нужной температуры. Схема с частичной рециркуляцией очень гибкая. Ее можно настроить для работы в разных режимах: отопление, вентиляция и кондиционирование или комбинация «вентиляция плюс отопление». Поэтому этот вариант чаще всего выбирают для установки воздушного отопления в частных домах. 

По месту установки воздуховодов

Существует два варианта размещения каналов-воздуховодов. Кратко охарактеризуем оба.

В верхней части помещения

Воздуховодные каналы прокладывают по верху стен или встраивают в потолочные перекрытия. Их выводы располагаются только в верхней части комнаты. В некоторых случаях используют подвесные конструкции. В целом такое расположение не очень эстетично, несмотря на то, что используют разные способы маскировки и декорирования воздуховодных шахт. 

Еще один значимый недостаток верхнего расположения — тепло собирается под потолком. Причем разница температур довольно значительна. Объясняется это тем, что теплые потоки выходят из-под потолка, там же и остаются. Только после частичного остывания двигаются вниз. Таким образом, сверху оказывается значительно теплее, чем внизу. Такое распределение температур некомфортно для человека. Зачастую нужен еще один источник тепла в нижней части комнаты, чтобы компенсировать этот дискомфорт. Это надо учесть при проектировании. 

Напольное размещение

Выводы каналов-воздуховодов встроены в плинтусы или в напольное покрытие. Это дает значимые преимущества. Нагретые массы попадают в комнату, активно поднимаются и смешиваются с холодными. Нагрев помещения происходит очень быстро. Кроме того, температурное распределение максимально комфортно: снизу теплее, а наверху прохладнее. Медики считают, что это идеальный вариант для здоровья человека. Еще один плюс — эстетичный вид вентотверстий. Они малозаметны, не закрывают обзор и не мешают оформлению пространства. Поэтому напольный вариант размещения чаще всего выбирают для частных домов. 

Основные конструкционные элементы

Все типы систем состоят из определенного набора элементов. Перечислим основные.

Источник тепла

Основная задача — подогрев воздуха до определенной температуры. Для этого можно использовать практически любой из известных котлов. В зависимости от его типа поток нагревается непосредственно внутри корпуса или посредством теплообменника, внутри которого пар либо горячая вода.

Для воздушного отопления используют электрические и топливные приборы прямого нагрева. В первом случае это тепловентиляторы, во втором — дизельные, газовые, пеллетные и другие твердотопливные котлы. Возможно применение оборудования косвенного нагрева, в котором присутствует теплообменник. Последний разогревается от котла любого типа. Оптимально использование комбинированных теплогенераторов, которые объединяют два, три или больше стандартных отопительных приборов. Это дорогостоящее оборудование, которое может работать на разном топливе, что гарантирует подачу тепла при условии отключения электроэнергии или газоснабжения. 

Каналы

Для передвижения потоков монтируют сеть из труб-воздуховодов. Обычно используют двухтрубную конструкцию. Это два жестких трубопровода-магистрали из оцинкованного металла: подача и обратка. От них отходят «ветви» — гибкие трубы, расходящиеся по комнатам. Обязательна полная герметизация и изоляция конструкции. Это предотвращает потери тепла и звукоизоляцию, поскольку движение в трубах сопровождается шумом. 

Оборудование для транспортировки

Нагретые и остывшие массы движутся чаще всего принудительно. Для этого в воздуховоды монтируются канальные вентиляторы разной мощности. Чтобы ее определить, проводят точный инженерный расчет. Для регулирования скорости струи внутри труб монтируют внутриканальные клапаны и заслонки. За распределение потока «отвечают» диффузоры и вентрешетки, установленные на отверстиях вентканалов. 

Система управления

Отопление воздушного типа, особенно совмещенное с вентиляцией, относится к сложным системам. Чтобы ее координировать, нужны автоматические блоки управления, которые способны точно отслеживать рабочие параметры и быстро вносить необходимые коррективы. Набор таких блоков подбирают индивидуально для каждой отопительной схемы. Это дает владельцу возможность настраивать ее по своим требованиям, оперативно менять настройки и подключать к «умному дому». 

Подведем итог. Воздушное отопление экономично, безопасно, долговечно и надежно. Оно очень вариативно, может работать с самыми разными источниками тепла. Эксплуатационная стоимость его невелика, есть возможность объединения в одной схеме отопления и кондиционирования, что дает возможность создания комфортного микроклимата в доме в любых погодных условиях. Из недостатков надо отметить энергозависимость и необходимость регулярного техобслуживания. Кроме того, монтаж оборудования возможен только на этапе строительства.