Создание системы отопления частного дома. Часть 1 — Как сделать своими руками?

Простейший вариант обогрева в доме

Создание системы отопления частного дома требует серьезного и взвешенного подхода поскольку постоянное повышение цен на энергетические ресурсы заставляет уделять большое внимание к вопросу её  экономичности и эффективности, чтобы сохранить свой дом теплым и в зимнюю стужу и в межсезонье. Решение этой задачи требует системного подхода в анализе различных вариантов отопления и возможной их комбинации для получения желаемого результата.Конечно самый простейший способ обогрева жилища, который ещё встречается у народов Крайнего Севера и жителей бескрайних степей и приведенный на рисунке, вряд ли может лечь в основу вашей системы отопления. А потому рассмотрим общий подход к её созданию.

Введение

Чтобы не замерзнуть в зимнюю стужу, не прозябать в сырости в межсезонье и не впадать в шок после подсчета затрат на обеспечение тепла в доме вам необходимо серьезно подойти к её созданию. Отопление  — сложнейшая инженерная коммуникация дома, требующая не малых затрат на её создание. Для этого необходимо определиться в следующих основных моментах:

• определиться с основным видом топлива  для обогрева дома, учитывая его стоимость и влияние на окружающую среду;
• для выбранного топлива подобрать надежный и экономичный обогреватель с учетом того, что вы собираетесь обогревать — человека, комнату или весь дом;
• определиться с его мощностью, учитывая все тепловые потери через элементы конструкции дома, объем обогреваемого пространства, размера и качества ваших окон, инфильтрации (поступления) холодного воздуха через пол и необходимого минимума температуры для каждого отапливаемого помещения.

Законы теплопередачи

Тепло всегда передается из нагретой области в холодную тремя способами:

• Конвекцией: когда поток нагретого воздуха движется вверх, а поток холодного опускается вниз;
• Лучистым обменом: когда теплопередача от нагретого тела к холодному идет путем прямого теплового излучения. Воздух между телами не разогревается в этом процессе. Ведь если вы стоите перед открытым огнем, его излучение согреет ваш фасад, а спина по прежнему  будет мерзнут;
• Проводимостью: когда оно передается через проводящие твердые материалы. Например, кочерга помещенная в открытый огонь будет постепенно нагреваться по всей ее длине за счет теплопроводности.

Если вы хотите, чтобы в вашем доме было намного теплее, чем снаружи, нужно уменьшать теплопроводность всего внешнего контура. Применение теплоизоляционных материалов в этих элементах конструкции  уменьшат потери за счет проводимости а нагреватель обеспечит необходимое тепло в нем, используя лучистый обмен и конвекцию.

Лучистый обогрев не эффективен для прогревания помещения — его можно использовать только в качестве личного обогревателя. Конвекция одна тоже не достаточна, чтобы равномерно нагреть комнату, поскольку приводит к расслоению воздуха в комнате на температурные слои, которые можно перемешать только дополнительными перемещениями (например, с помощью вентилятора). На приведенных тепловых картах ясно видно какой диапазон температур  устанавливается по слоям в помещении как по высоте, так и по ширине за счет конвекции нагретых потоков при нижнем и верхнем расположении источника тепла.

Карта температурных слоев

На картах очень наглядно виден эффект температурного расслоения, когда  желтый слой у  потолка имеет температуру 22 ° C, а голубой слой у пола около 14 ° С.

Единицы измерения энергии

Вспомним немного физику. Единицы измерения энергии нам необходимы при оценке различных нагревателей, используемых в системе отопления и при составлении уравнений теплового баланса для оценки вариантов её реализации. Энергия измеряется в джоулях, а скорость, с которой энергия используется в течение некоторого периода времени измеряется в ваттах, причем один ватт является использование одного джоуль в секунду.

Джоули (Дж) и ватты (Вт) используются для оценки различных типов нагревательных приборов. В газовых указана энергия, которая выделяется из них каждый час в МДж (один миллион джоулей). В электрических  оцениваются в киловатты потребляемой энергии (кВт = тысячу Ватт).

Они используются для сравнения нагревателей с разными мощностями. Например, электрический нагреватель с мощностью 1 кВт работает в течение одного часа использует один киловатт-час (кВт · ч), и выделяет при этом 3,6 МДж (1000 Вт х 3600 секунд ). Кроме того в этих единицах составляются уравнения теплового баланса для оценки вариантов системы отопления.

Кроме того в оценках вариантов используется такая единица измерения, как килокалория (Ккал).

Соотношения между вышеперечисленными единицами измерения следующие:

1 кВт-ч=3,6 МДж=860 ккал; 1000 ккал = 1,163 кВт-ч; 1 МДж=0,278 кВт-ч=239 ккал.

1ккал=0,0012кВт-ч=0,0042МДж; 1кДж=0,239 ккал; 1 ккал=4,18 кДж.

Наверно хватит для начала этой темы. Я продолжаю работать над последующими частями статьи, которые опубликую в ближайшее время.

С уважением Гарий Махов