Основным назначением отопительных систем является максимально экономично, но при этом эффективно осуществлять нагрев воды, которая будет служить теплоносителем в системах водяного отопления и ГВС.
Существует 4 источника получения тепла для решения данной задачи:
1)    Физико-химический (сжигается органическое топливо, такое, как газ, дрова, нефтепродукты, уголь, а также использование  других экзотермических химических реакций).
2)    Термоядерный. Он основан на потреблении тепла, которое образуется при распаде радиоактивных материалов или синтезе тяжелых ядер водорода.
3)    Электроэнергетический. Процесс образования тепла происходит на элементах, включенных в электрическую сеть. Эти элементы имеют большое омическое сопротивление и выделяют большое количество тепла при протекании электричества.
4)    Механический. Тепло здесь образуется, благодаря поверхностному или внутреннему трению материалов. Трением обладают все виды тел и твердые и жидкие и газообразные.

Для того, чтобы выбор системы отопления стал более рациональным, необходимо обратить внимание на следующие факторы:
•    Доступность выбранного типа топлива;
•    Аспекты экологии;
•    Архитектурные и проектные решения;
•    Параметры строящегося объекта;
•    Материальная составляющая и т.д.

Газовые котлы

Газовые котлы (Одесса) подразделяются по типу горелки на котлы с атмосферной горелкой и котлы с дутьевой горелкой. То есть котлы бывают либо атмосферными, либо надувными (турбокотлы).
Котлы, имеющие атмосферную горелку почти бесшумные, потому, как принцип их работы схож с принципом работы газовой плиты. За счет излишнего давления в магистрали, газ подается на горелку. С одной стороны это является плюсом их работы, а с другой – минусом. Достоинством служит то, что нет необходимости в использовании дополнительного оборудования, поэтому данные котлы легче в использовании и дешевле, чем другие типы котлов. А недостатком является то, что газ, поступающий в такие котлы должен всегда быть отличного качества.

Главным отличием турбокотлов от газовых является наличие системы стабилизации давления газа. За счет данной системы функционирование котлов не особо зависит от степени давления газа. КПД же этих котлов выше, чем у атмосферных. Турбокотлы практически не отличаются от жидко топливных котлов, и с помощью замены горелки могут быть переведены на сжиженный газ либо дизельное топливо.

Но такие котлы довольно дорогостоящие и шумные. Их лучше устанавливать в помещениях со звукоизоляцией.
Для того, чтобы установить газовый котел, нужны серьезные капиталовложения на всю документацию, в т.ч. разрешительную, на проект, на подводку газа к дому, на вентиляцию и дымовую  трубу и т.д.

Инфракрасные газовые потолочные обогреватели

Инфракрасные нагреватели используют физические свойства электромагнитных волн, которые обладают высокой поверхностной температурой и отдают тепловую энергию тем предметам, которые находятся в области работы прибора. А нагретые тела передают свое тепло в окружающее их пространство при помощи конвекции.
Для функционирования излучателя понадобится подвести газ и электропитание.

Строго определенное количество газа проходит в смесительную трубу, там он перемешивается с воздухом. На выходе образуется легковоспламеняющаяся смесь. Она, в свою очередь, распределяется в смесительной камере, заранее подогревается и лишь затем попадает в керамическую плитку. В небольших отверстиях (соплах) плитки и происходит процесс сгорания смеси газа с воздухом.
Температура плитки при нагревании достигает 900°C. Чтобы теплоотдача была выше, плитку изготавливают по специальной технологии. Газовые ИК излучатели могут различаться по температурному уровню:
•    «светлые» высокотемпературные;
•    «светлые» среднетемпературные;
•     «темные»;
•    «субтемные».

Эффективность работы системы инфракрасного отопления повышается при увеличении температуры теплоотдающих поверхностей обогревателей. Стоит учесть, что при этом увеличивается риск возникновения пожара. КПД систем ИК отопления колеблется около 92%.

«Конденсатные» или «конденсаторные» газовые котлы

Существует возможность получить дополнительное тепло от сгорания топлива, для этого используют особые конструкции котлов, так называемые «конденсатные». В них используют коррозиестойкие легкие сплавы и нержавеющие сплавы при конструировании котлов. Процесс получения энергии происходит при помощи конденсации паров, которые образуются при сжигании топлива.
Таким образом, вырабатывается дополнительное тепло — до 10,7 % при сжигании газа и до 5,95 % при сжигании солярки. Во время отопительного сезона КПД современных газовых котлов достигает более 106%.

Промышленные теплогенераторы (воздухонагреватели) рекуперативного типа

Теплогенератор включает в себя корпус, вентилятор, шкаф управления, теплообменник, камеру сгорания и блочную горелку.
Теплогенераторы, работающие на газу и теплогенераторы, функционирующие при помощи жидкого топлива отличаются друг от друга лишь шкафом управления и горелкой. Из-за наличия камеры сгорания, такие теплогенераторы достаточно габаритные. Это затрудняет их подключение в модернизируемые системы отопления и теплоснабжения.

Когенерационная установка

Когенерационные установки (КГУ) созданы для того, чтобы одновременно получать электрическую и тепловую энергию. КГУ может вырабатывать тепловую энергию, которая обычно улетучивается и не используется..

Данная установка включает в себя газовый и газовопоршневой двигатель, систему управления, генератор и систему отбора тепла. Тепло отбирается из масляного радиатора, выхлопа и охлаждающей жидкости. В итоге, тепловая энергия образуется без излишнего расхода топлива.

Как правило, на кВт электрической мощности потребитель получает 150 кВт тепловой мощности в виде горячей воды для отопления и горячего водоснабжения.
КГУ отлично удовлетворяют потребности в дешевой электрической и тепловой энергии в диапазоне электрической мощности от 0,5 до 8 МВт. При меньшей мощности стартовые затраты дают большой срок окупаемости.

Электродные котлы

Процесс нагрева воды в электродных котлах происходит в результате того, что через воду пропускается переменный электрический ток. Напряжение электродов, которые опущены в воду, ионизируют ее, но при этом электролиза не происходит. Все дело в том, что анод и катод периодически меняются местами с частотой электрической сети.

 

 

Количество выделяющего тепла рассчитывается при помощи закона Джоуля – Ленца.

Q = C*J*2*R*t

где:
Q – выделяемое тепло, кал;
J – сила тока, А;
R – сопротивление котловой воды, Ом;
t – время прохождения тока, с;
С – электрический тепловой эквивалент (для воды – 0,24 кал/Дж).
Электродный котел состоит из емкости, в которой находятся электроды. Котел может функционирует как проточный водонагреватель. Электродные котлы имеет большой КПД, примерно 97-98%.

Вода, находящаяся в электродном котле должна одновременно иметь и определенную проводимость, и определенное сопротивление. Все дело в том, что в котле она выполняет функцию, как теплоносителя, так и элемента электрической сети. Так, например, дистиллированную воду использовать нельзя из-за ее слишком низкой проводимости. В продаже имеются специальные составы для электродных котлов.
Еще одним плюсом данной системы является то, что котлы имеют возможность самостоятельно настраиваться.

Недостатки электродных котлов:
•    Данные котлы требуют профессионального обслуживания;
•    При условиях ограниченных электрических нагрузок, котел не сможет работать с максимальной мощностью;
•    Необходимо проводить специальную подготовку воды теплоносителя относительно электропроводности;
•    Котлы имеют ограниченную возможность использовать антифризы в качестве теплоносителя. Теплоноситель должен иметь низкую теплопроводность. Самым популярным антифризом является тосол, а он имеет высокое количество солевых присадок;
•    В случае, если вода в котле достигнет температуры свыше 120°C, может произойти процесс порчи пластмассовых изоляторов;
•    В случае, когда температура воздуха на улице повышается, то котел увеличивает мощность и, наоборот, при снижении температуры – мощность становится меньше;
•    Существуют токи утечки, которые могут достигать до 25% номинального значения, в зависимости от конструкции системы, что приводит к паденют производительности системы.

ТЭНовые котлы

ТЭНовые котлы отличаются от электродных тем, что они относятся к аппаратам косвенного действия. Для того, чтобы нагреть теплоноситель, нужно использовать электронагревательные элементы такие, как ТЭНы. Вначале при помощи электроэнергии нагревают ТЭН, который нагревает воду. ТЭН по конструкции представляет собой стальную, алюминиевую либо титановую оболочку с находящимися внутри нихромовой спиралью и контактными стержнями.
Спираль от оболочки отделяет спрессованный диэлектрический наполнитель. Концы ТЭНов заливаются герметиком, чтобы внутрь их не попадала вода.
ТЭНы бывают двухконцевыми (контактные выводы находятся по обеим сторонам ТЭНа) и одноконцевыми (контактные выводы находятся лишь с одной стороны). Обычно в котлах используют одноконцевые ТЭНы (патронные).
ТЭНовые бытовые электрокотлы производятся мощностью от 4 до 50 кВт. Котлы, чья мощность не превышает 10кВт, как правило, выпускаются как трехфазовыми так и  однофазовыми. Те, что имеют мощность свыше 10кВт – только трехфазовые. При подключении таких котлов следует привлекать специалистов, имеющих разрешение на проведение такого рода работ.

Недочетами ТЭНовых котлов являются:
•    Помещение прогревается неравномерно;
•    Быстрое остывание воздуха в обогреваемом помещении;
•    Существенный расход электроэнергии;
•    Человек постоянно находится в электрическом поле и дышит перегретым воздухом;
•    Короткий срок эксплуатации.
КПД котла может снизиться на 20-40% благодаря тому, что на ТЭНах образуется накипь. В связи с этим необходимо использовать очищенный теплоноситель или периодически производить чистку системы.

Индукционные нагреватели

Индукционный нагреватель очень схож по своей конструкции с трансформатором.
При его работе, в магнитной сетке образуется переменное магнитное поле. Благодаря его воздействию, в металле теплообменника индуцируются токи, они вызывают его быстрый нагрев. Образовавшееся тепло передается в окружающее пространство. Следовательно, происходит косвенный нагрев окружающей среды посредством нагрева вначале металлического тела.
На срок службы нагревателя влияет только долговечность электромагнитной, других деталей, способных прийти в негодность, попросту нет.
Индукционные нагреватели имеют довольно высокий КПД, примерно 98%. Они зачастую превосходят электродные и ТЭНовые котлы по экономичности.

Системы «теплый пол»

Теплые полы в Одессе — активно вытесняющая все остальные системы отопления конструкция, которая подразумевает обогрев воздуха внизу комнаты, на полу. При этом следуя пословице «Держи ноги в тепле, а голову на морозе», обеспечивается наивысшая степень комфорта для человека. При этом разность температур между воздухом в районе головы и ног, может составлять всего 3-4 градуса. Само нагревание теплых полов заключается в пропускании электрического тока через электрический кабель определенного сопротивления (электрический теплый пол) или углеродные нанотрубки (инфракрасные теплые полы).

Хотя зачастую применяются и водяные теплые полы — когда теплоноситель проходит через специально вмонтированные трубки в полу и переносит тепло от котла отопления. Быстрое прогревание, комфорт для человека, легкость регулирования температуры современными термостатами (для электрических теплых полов) — вот основные плюсы теплых полов. К недостаткам теплых полов можно отнести несовместимость с толстыми напольными покрытиями — например паркетом, а также необходимостью отводить тепло с пола, что затрудняет использование ковров на полу.

 

Тепловые насосы

Тепловой насос представляет собой обращенную холодильную машину. Он содержит конденсатор, испаритель и контур.
Существует 2 типа термодинамических циклов таких, как абсорбционный и парокомпрессионный цикл, которые используются для обогрева помещений.
Являясь холодильной машиной, тепловой насос затрачивает электроэнергию для реализации термодинамического цикла. Температура теплоснабжения составляет от 35 до 55°С.

Схема теплового насоса.

1 — контур подачи низкотемпературного тепла;
2 — испаритель;
3 — компрессор;
4 — конденсатор;
5 — контур подачи высокотемпературного тепла;
6 — дроссельный клапан

Хладогеном заполнен внутренний контур теплового насоса. Необходимо использовать хладоген, способный закипать при минусовых температурах. Жидкий хладоген обязан испаряется даже тогда, когда через каналы насосом прогоняют холодную воду. Затем пар сжимается, втягиваясь в компрессор.
Температура пара увеличивается до 90-100°С.

Затем сжатый и горячий хладоген поступает в теплообменник конденсатора. Там пар конденсируется на холодных поверхностях и переходит в жидкое состояние, отдавая свое тепло охлаждающей среде. Полученная вода затем функционирует в системах отопления и ГВС. Жидкий хладоген проходит через дросселирующий вентиль, теряет температуру и давление, возвращается в испаритель. Цикл повторяется все время, пока работает компрессор.

Грунт земельного участка также может быть использован в качестве источника тепла. Для этого не нужно специально обрабатывать землю и почву. Лучше всего использовать участок, имеющий влажный грунт. Идеальный вариант, если под ним будут располагаться грунтовые воды. Однако, наличие сухого грунта не будет являться помехой. В этом случае лишь увеличится длина контура. Примерная мощность на 1м трубопровода составляет 20-30кВт. Соответственно, чтобы установить тепловой насос в 10кВт, потребуется земляной контур длиной около 400 метров.

Самое эффективное использование тепловых насосов происходит на небольших земельных участках. Однако, эксплуатация тепловых насосов подразумевает значительные денежные расходы.