В настоящее время сложилось несколько типов индивидуальных построек: дома усадебного типа, коттеджи, садовые домики, дачные строения. Требования к ним с теплотехнической точки зрения заметно различаются.
Садовые и дачные домики используются эпизодически, в основном в летний период. Разность температур помещений и наружного воздуха относительно невелика. Наружные стены таких домов обычно имеют термическое сопротивление теплоотдаче от внутреннего к наружному воздуху.
В таких домах не обязательно устанавливать водяное отопление, так как в зимний период, когда в доме никто не живет, при минусовой температуре воздуха, вода в трубах замерзает и поэтому ее необходимо сливать из систем или заливать незамерзающую жидкость (тосол, антифриз).
Для теплоснабжения усадебных домов и коттеджей (с круглогодичным проживанием) предусматривается печное, водяное, электрическое и воздушное (конвекционное) отопление. Наиболее совершенно электрическое отопление, характеризующееся рядом достоинств, в том числе — удобством регулирования тепловой нагрузки, отсутствием громоздких отопительных приборов, высокой гигиеничностью. Единственный недостаток электрического отопления — нерациональное использование электроэнергии, так как электроэнергия намного дороже других источников энергии. Этот недостаток устраняется использованием систем с аккумулирующей водяной емкостью. В таких системах электрическая энергия служит для нагрева теплоносителя (воды).
Совместно с водяной системой отопления с теплогенератором, работающим, например, на твердом топливе, целесообразно применение электрического отопления. В этом случае в емкость для воды теплогенератора монтируют трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Такое комбинирование способов подогрева воды придает системе большую гибкость, позволяя в дневное время использовать твердое топливо, а в ночное — электроэнергию.
Для электрического отопления лучшими по санитарно-гигиеническим показателям и противопожарной безопасности считаются маслонаполненные радиаторы. Эти переносные приборы имеют заполненную маслом емкость, нагреваемую ТЭНами. Приборы автоматически включаются при охлаждении масла ниже нормы и выключаются при достижении верхнего предела температуры.
Интерес представляют электронагреватели с аккумуляцией тепла твердым огнеупорным материалом. В качестве теплоаккумулирующего материала используется магнезитовый кирпич, который разогревается ТЭНами до температуры 600-650 "С. Внутри прибора смонтирован электровентилятор, который пропускает воздух через кладку кирпича.
Эффективным решением может быть и электроотопление с использованием теплоемких средств в строительных конструкциях, так называемые "теплые полы". В этом случае, при использовании полов, в них закладывается электропровод, который нагревается и передает теплоаккумулирующему массиву полов.
Обычные электронагреватели (электрокамины или масляные радиаторы) применяются в качестве дополнительных источников тепла.
Наибольшее распространение имеют водяные и воздушные (конвекционные) системы отопления. При оценке теплотехнических свойств теплоносителей решающими показателями являются весовая и объемная теплоемкость и температура. В зависимости от количества тепла, содержащегося в единице объема, вода имеет большое преимущество. Например, при обычных для систем отопления температурах: воды — 80 "С и воздуха — 70 °С — теплоемкость воды больше теплоемкости воздуха в 4000 раз. Соответственно и объемный расход ее, необходимый для отопления, в тысячи раз меньше расхода воздуха. Для такой системы требуется гораздо меньшее сечение соединительных коммуникаций. Большие объемы нагретого воздуха затрудняют его транспортировку и распределение по отапливаемым помещениям. Вместе с тем воздух, как теплоноситель, имеет и ряд преимуществ по сравнению с водой — он передает тепло в помещение без установки отопительных приборов.
Достоинства воздушного отопления оценены человеком давно. Известно, что отопление горячими газами было первым способом искусственного обогрева жилища (курные избы в России, в XVI в. — палаты Московского Кремля). В современных системах воздушного отопления малоэтажных зданий воздух нагревают обычно в калориферах — теплосборниках, в которых тепло передается воздуху через стенки. Плотность воздуха при средней температуре +70 °С примерно в тысячу раз меньше, чем воды, поэтому его охлаждающая способность значительно меньше (в 30-50 раз), чем этот показатель для воды.
Преимущество водяного отопления по сравнению с воздушным в том, что не нужно применять насосы. В водяном отоплении используется напор, возникающий вследствие охлаждения воды в нагревательных приборах.
Наиболее распространены чугунные или стальные водогрейные котлы. Чугунные более долговечны. Кроме того, они набираются из отдельных секций, и можно регулировать их производительность. Ремонт котлов обычно сводится к замене испорченной секции на новую. Срок службы около 20 лет. В качестве твердого топлива малолитражных котлов предусматривается каменный уголь, антрацит, кокс, а также брикетированное топливо. Применяют только топки верхнего горения. При использовании дров, необходимо увеличение высоты топки, так как дрова горят, образуя высокое пламя. При использовании газа и жидкого топлива обязательна замена топливника. Все малолитражные котлы имеют небольшие конвективные поверхности теплообмена, а вследствие этого, высокую температуру отходящих газов (250-400 °С), что вместе с отопительным щитком значительно снижает температуру отходящих газов и увеличивает КПД.
Недостатком всех чугунных котлов является необходимость вручную поддерживать постоянную толщину топлива на колосниковой решетке.
Помимо чугунных котлов целесообразно использовать стальные сварные котлы.
Толщина стальных листов 6-10 мм.
Для топки дровами высота котла увеличивается до 700-800 мм.
При использовании твердого топлива, особенно каменного угля и антрацита, возникают трудности с розжигом, так как это топливо имеет высокую температуру воспламенения. Если в доме имеется горелка на баллоне с сжиженным газом, то розжиг можно облегчить, используя специальное растопочное устройство. В этом случае в середину колосниковой решетки вставляется газовая горелка, с помощью которой и производится розжиг. После того, как топливо разгорелось, горелку выключают. Однако наиболее распространенным видом топлива в сельской местности остаются дрова — быстро "прогорающее" низкокалорийное топливо, которое целесообразно сжигать в высоких топках шахтного типа, в которых топливо горит длительное время.
Промышленностью выпускаются стальные газовые водонагреватели, предназначенные для отопления и горячего водоснабжения усадебных домов и коттеджей. Благодаря малому гидравлическому сопротивлению аппараты АГВ, АОГВ можно применять в системах индивидуального отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Водонагреватели снабжаются автоматическими системами безопасности и регулирования, поддерживающими температуру воды и заданный режим горения.
Газовые водонагреватели должны обслуживать лица, ознакомившиеся с инструкцией и основными правилами безопасной эксплуатации приборов.
Чугунные секционные котлы, предназначенные для сжигания твердого топлива, могут использоваться и для сжигания гозообразного топлива. Для этого котлы снабжаются инжекционными горелками низкого давления, которые устанавливаются на уровне колосниковой решетки, а вместо топочной дверки устанавливают фронтальную плиту. К фронтальной плите крепят подводящий газопровод, горелку и приборы автоматики. В котлах с различным числом секций устанавливают горелки определенной теплопроизводительности. Установка котлов допускается только в нежилых помещениях объемом не менее 7,5 м3, имеющих вентиляционный канал. Котлы присоединяются к встроенным или вентиляционным дымоходам. Общая длина соединительных участков между котлом и дымоходом должна быть не более 2 м, рас? стояние между котлом и стенами помещения — не менее 1 м, между боковыми стенками котла — не менее 0,5 м. Прокладка соединительных участков дымоходов через жилые помещения не допускается. В холодных помещениях соединительные участки дымоходов должны утепляться.
В качестве теплогенераторов для систем отопления также используются газовые проточные водонагреватели, но следует учитывать, что их тепло-производительность слишком велика. Кроме того, проточные газовые колонки обладают значительным сопротивлением проходу теплоносителя (воды). Для создания достаточного гидравлического напора колонку следует располагать ниже отопительных приборов — на полу помещения или в подвале, специально оборудованном в соответствии с требованиями безопасности.
Регулятор температуры газовой колонки должен быть настроен на температуру нагрева, устанавливаемую в зависимости от температуры наружного воздуха.
Предназначен для обогрева помещения площадью до 30м2. Аппарат не требует специального дымохода, так как снабжен стенным каналом, через который удаляются продукты сгорания, и подается свежий воздух в топку. Калорифер оборудован автоматикой безопасности, отключающей в случае необходимости подачу газа.
Представляет собой отопительный прибор рационально-конвективного типа. Горелка инфракрасного излучения устанавливается в корпусе камина. Воздух для горения поступает через отверстия в дне корпуса. Продукты сгорания отводятся в дымоход через теплообменник в патрубок задней стенки камина. Через щелевые отверстия в стенках корпуса воздух из помещения поступает к стенкам теплообменника, нагревается и выходит в помещение. Камин снабжен автоматикой безопасности. Для больших коттеджей и усадебных домов промышленностью выпускаются газовые водонагреватели с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Предназначены для отопления домов разными видами жидкого топлива (нефтепродукты). Промышленностью освоено много различных конструкций котлов для сжигания жидкого топлива. Аппараты работают следующим образом: жидкое топливо через дозатор поступает в горелку, в которой испаряется; топливные пары в смеси с воздухом поступают через отверстие в корпусе горелки и сгорают в камере сгорания; продукты сгорания передают воде системы отопления теплоту через стенки камеры и дымогарные трубы, затем через газоотводящий патрубок подаются в дымоход.
В индивидуальных домах можно устанавливать плиту для приготовления пищи и котел для водяного отопления. Конструктивно плита и котел только внешне оформлены единым агрегатом, но работают они независимо друг от друга, имея отдельные топливники и обособленные дымоходы. Более рационально использование комбинированных конструкций для приготовления пищи и водяного отопления. В таких аппаратах водогрейные теплообменники в виде коробок для воды и змеевиков встраивают в дымоход печи или плиты. Отопительный и пищеприготовительный блок можно эксплуатировать как совместно, так и раздельно, что представляет определенное удобство для застройщиков.
Если система отопления индивидуального жилого дома включает теплогенератор, разводящий водяные коммуникации с подключенными отопительными приборами, то система горячего водоснабжения отличается простотой. По существу, она состоит из теплогенератора с подсоединенным к нему коротким трубопроводом для нагретой воды. Горячее водоснабжение обычно устраивается в индивидуальных жилых домах, оборудованных системой отопления со своим теплогенератором. Совершенно естественно желание застройщика использовать теплогенератор системы отопления и для горячего водоснабжения, чтобы не усложнять тепловое хозяйство дома установкой дополнительного теплогенератора.
Действительно, при устройстве горячего водоснабжения зачастую общий теплогенератор служит источником тепла для обеих систем. Однако такое решение не является обязательным: совместное использование одного теплогенератора для отопления и горячего водоснабжения имеет определенные неудобства. Это объясняется тем, что режим теплопотребления систем отопления и горячего водоснабжения существенно различаются. Системы отопления в течение дня имеют стабильное теплопотребление в то время, как горячее водоснабжение характеризуется неравномерной нагрузкой с резко выраженными "пиками" в утренние и вечерние часы. Поэтому существуют системы с раздельными теплогенераторами для отопления и горячего водоснабжения. Учитывая неудобство одновременной эксплуатации двух теплогенераторов, применяют электрические и газовые нагреватели.
Выпускаются промышленностью двух типов: емкостного и проточного. Емкостные водонагреватели более экономичны и надежны. В них вода греется продолжительное время до начала водозабора, поэтому теплопроизводительность теплогенератора может быть снижена. Сжигание топлива в емкостной колонке не требует тщательного присмотра, так как водяная емкость колонки всегда заполнена и нагретая поверхность топки эффективно охлаждается водой. Эти колонки могут эксплуатироваться и без автоматического регулирования процесса горения. Топочные устройства колонок предназначены для сжигания твердого топлива, однако могут быть переоборудованы на другие виды топлива. В том случае, если в доме имеется отопительная печь, можно установить водогрейную колонку в дымоходе.
Проточные газовые водонагреватели не имеют водяных емкостей, а вода, нагретая в колонках, сразу поступает к потребителю. Поэтому теплопроизводительность скоростных колонок должна быть существенно большей, чем емкостных. Расход газа большинства колонок скоростного нагрева значительно больше, чем остальных бытовых газовых приборов.
Существенные преимущества имеют электронагреватели. Они удобны в эксплуатации и экономичны. Электронагреватели подразделяются на скоростные (проточные) и емкостные. Предпочтение следует отдавать, несомненно, емкостным, поскольку для них требуется меньшая мощность нагревателя в сравнении со скоростным.
