Опалення

Опалення — штучний обігрів приміщень протягом опалювального періоду, котре здійснюється заради врівноваження в них теплових втрат і підтримки на заданому рівні температури, що відповідає умовам теплового затишку та/або вимогам технологічного процесу (на виробництві).

Системою опалення називається сукупність пристроїв, які виконують завдання опалення — котли опалювальні, мережеві насоси, теплові мережі, пристрої автоматичної підтримки температури в приміщеннях (термостати, контролери, тощо), радіатори опалення, конвектори та інше.

Вступ

Котельня — споруда для централізованого опалення («колективного опалення»), в якій розташовуються опалювальні котли (на природному газі, вугіллі, мазуті, тощо), водяні циркуляційні насоси та приміщення для робітників, котрі обслуговують теплове обладнання. Як відновлювана сировина, переважно використовуються пелети та дрова.

Зокрема, теплова енергія може постачатися з різних джерел через районні та місцеві теплові мережі або одержуватися за допомогою сонячної теплової енергії.

Теплотехніка охоплює всі системи забезпечення теплом. Це охоплює технологію опалення, спорудження установок та розподіл тепла (як частину технології постачання), а також доправлення палива до теплового обладнання.

Розлогі системи опалення, як-от такі, що поширені в Україні, Центральній і Північній Європі, наявні не в усіх регіонах, де взимку температура може опускатися нижче нуля і випадає сніг. Наприклад, об'єднані системи опалення в Південній Європі та Леванті часто відсутні, але переважно існує лише джерело тепла, котре також використовується для приготування їжі, або присутній єдиний електричний обігрівач, який вмикається лише тоді, коли дуже холодно, і це означає, що він застосовується холодної пори року, коли температура в квартирах може опускатися до 10 °C тепла і нижче. Узвичаєним способом обігріву, є відкриті вугільні посудини або горщики, як-от жаровні, брасеро в південній Європі, хібачі в Японії або корсі (низький стіл з обігрівачем під ним, та накидкою на нього) в Ірані. Опалювальні печі, наприклад, кахельні печі, також існували в Європі не завжди. Довгий час для обігріву використовували відкриті каміни, які не дуже дієві і часто призводили до скупчення диму в опалювальних приміщеннях. За молодих часів бабусь і дідусів — сучасних (2000-і) людей похилого віку, постійно опалювалися лише кухні, а вітальні обігрівали лише в особливих випадках.

В Київській Русі - Україні, приміщення опалювалися глинобитними пічками, на яких та біля котрих також спали в холодну пору року.

Водночас, треба враховувати, що загалом, домогосподарства з більшою кількістю жінок, споживають на 54 % більше електроенергії, ніж домогосподарства з більшою кількістю чоловіків — і більш ніж удвічі більше газу. Насамперед, це пов'язано з тим, що від природи жіночі теплові налаштування роблять їх значно чутливішими до коливань температури. Переважно, вони в середньому мають нижчу температуру тіла. Крім того, жінки, здебільшого, частіше беруть участь у нагріванні води, зокрема для тривалішого душу, що потребує значнішої кількості газу.

Історія

Найдавніша відома система водяного опалення була розроблена шведом Мартеном Тріфвальдом 1716 року. Її використовували для опалення теплиці в Ньюкаслі, Англія. Приблизно з 1850 року деякі князі та заможні громадяни встановлювали у власних замках і віллах водонагрівачі. Приблизно з 1900 року гаряче водяне опалення стало поширеним у приватному житлі.

Лише після Другої світової війни центральне опалення – разом із переходом від спалення в котлах твердого палива до спалення нафти та газу – набуло значного поширення в західних промислово розвинених країнах; раніше це було розкішшю, а розосереджене, вибіркове та тимчасове опалення приміщень під час опалювального сезону, було поширеним явищем.

У 1973/74 роках сталася перша нафтова криза після того, як країни ОПЕК скоротили її постачання; у 1979/80 роках сталася друга нафтова криза. Починаючи з 1986 року Чорнобильська катастрофа – розплавлення активної зони на українській АЕС, після чого радіоактивна хмара поширилася на значну частину Європи – змусила людей зрозуміти, що електричне опалення споживає відносно велику кількість енергії, оскільки електростанції мають в середньому, доволі низький ККД. (Про переваги та вади опалення будинків електрикою див. Електричне опалення).

З 1980-х років частка газового опалення зросла, а оливного – зменшилася. Нафтові та газові системи опалення, встановлені сьогодні, часто працюють з конденсаційною технологією. Деревні гранули також можна спалювати в обігрівачах з конденсаційною технологією.

Системи центрального опалення, де використовуються в якості палива дрова, сьогодні зазвичай мають піролізні котли на дровах.

Системи опалення на деревній трісці придатні лише для опалення дуже великих будівель (наприклад, ферм, багатоквартирних будинків або громадських споруд) або для теплових установок для місцевих чи централізованих тепломереж. Вони переважно застосовуються в місцевостях з високою часткою заліснення, тобто коли подрібнюються залишки деревини котра не потрібна для деревообробної промисловості.

Витрати на опалення різко зросли з 1973 року: коли як зазначено вище, сталися дві нафтові кризи в 1973 і 1979/80 роках, після яких ціна на нафту стала набагато вищою, ніж раніше. Також збільшилися ціни на газ та електроенергію.

Види та улаштування систем опалення

Магістральні труби опалення

Залежно від джерела тепла буває:

• Газове
• Електричне (інфрачервоне опалення)
• Пічне (пелети, дрова, вугілля, дизельне паливо, торф тощо)
• Сонячне

Система водяного центрального опалення складається з теплового пункту, магістралей, окремих стояків і гілок з опалювальними приладами.

Мережі центрального водяного опалення розрізняють:

• За температурою теплоносія — до 105 °С і більше 105° С (див. Парове опалення);
• За схемою з'єднання труб з опалювальними приладами — однотрубні і двотрубні;

Однотрубна. Подібні системи влаштовано так: по одній трубі (стояку) йде подавання теплоносія від котла нагору будівлі, коли гаряча вода (здебільшого за температури 60...65 °С) надходить у послідовно приєднані батареї а з останнього радіатора опалення теплоносій подається назад до котла, водночас у цьому разі, на кожен наступний радіатор опалення, потрапляє вже помітно охолонула вода і не має можливості підтримувати її температуру на всій довжині кола опалення. Подавання тепла безпосередньо крізь радіатори знизу вгору економічно недоцільне з огляду на те, що різниця температур за такого улаштування дещо збільшена, а коефіцієнт корисної дії у таких систем опалення багатоповерхових будинків нижче, ніж у разі подавання теплоносія з безпосереднім виводом суцільної труби наверх будівлі, з подальшим постачанням його у послідовно з'єднані радіатори згори донизу.

Двотрубна. У цій системі подавання тепла — радіатори приєднано до мережі опалення будинку паралельно, що дозволяє підтримувати біль-менш однакову температуру теплоносія на всьому стояку, водночас є можливість будь-якому споживачеві керувати обігрівом власного житла безпосередньо в кожному приміщенні.

Також опалення розрізняється:

Гравітаційний режим опалення з верхнім розподілом

• За положенням труб, які об'єднують опалювальних прилади, — вертикальні та горизонтальні;
• За розташуванням магістралей — з верхнім розведенням і з нижнім розведенням;
• За напрямком руху води-теплоносія.

Системи водяного опалення за способом створення кругообігу води поділяються на системи:

• З природним обертанням теплоносія (гравітаційне) завдяки різниці густин рідини;

• З примусовим обертанням нагрітої води за допомогою насоса.

Вибір системи водяного опалення полягає у встановленні показників води, гідравлічного тиску в опалювальній мережі, а також у виборі типу опалювальних приладів і улаштуванні системи (наприклад тепла підлога, тощо).

Електричне опалення

Електричну енергію також можна використовувати для обігріву, але її не називають паливом, оскільки при електричному нагріванні нічого не спалюється. Електричне опалення виробляє електричне тепло для обігріву будівлі. Існують прямі електричні обігрівачі, як-от нічні (нічний тариф) накопичувальні обігрівачі, а також обігрівачі на основі теплового насосу з електричним приводом, причому останні отримують теплову енергію з навколишнього середовища, отже, потребують лише частку електроенергії, ніж прямі електричні нагрівачі.

Електричний струм як джерело енергії в електрообігрівачах, часто застосовується для короткострокових потреб, наприклад тепловентилятор для швидкого нагріву повітря. Як зазначено вище, для обігріву квартир інколи використовуються нічні накопичувальні обігрівачі, які споживають дешевшу нічну електроенергію за так званим особливим тарифом у певний час, а вдень — накопичене тепло із теплоізольованого вмістища з теплоносієм, за допомогою простої конвекції або невеликого насоса, подається в батареї. Також для обігріву помешкань придатні накопичувальні оливні безвентиляторні радіатори з вбудованим ТЕНом і регулятором температури-термостатом і перемикачем потужності.

Тепловий насос

Для обігріву будівель за допомогою геотермальної енергії, теплові насоси використовують усталений рівень температури нижче поверхні землі, для підігріву теплоносія в опалювальному колі (див. Тепловий насос). Для будинку на одну родину, потрібно один або два неглибокі отвори.

Перевага геотермального опалення полягає в тому, що ці системи іноді також можна використовувати для охолодження влітку. Лише в деяких місцевостях можливе застосування геотермальної енергії для геотермальних систем водяного опалення — в яких опалювальна вода нагрівається щонайменше до температури споживання (40°С) безпосередньо за допомогою геотермальної енергії.

Способи покращення й удосконалення опалення

Перелік методів покращення та оптимізації опалення:

• Улаштування системи опалення на основі опалювальних приладів із високим рівнем енергоощадності як-от: теплові насоси, карбонові обігрівачі, графенові обігрівачі, інверторні кондиціонери, тощо.
• Гарне утеплення опалювальних приміщень, правильне розташування будівель відносно Сонця і холодних вітрів.
• Здебільшого опалювання спальних приміщень, але заощадження на обігріві помешкань для роботи та відпочинку.
• Зменшення потрапляння холодного атмосферного повітря в опалюване приміщення (правильна вентиляція).
• Висадження декоративних насаджень біля приміщення котре опалюється. Такі насадження зменшують охолоджувальну дію вітрів на помешкання. Поміж щільних насаджень, температура повітря завжди вища ніж у відкритому полі.
• Розміщення опалюваних приміщень біля інших опалюваних приміщень або навіть не опалюваних споруд. Серед суцільної забудови температура повітря завжди тепліша ніж у відкритому полі.
• Використання приміщень з низькими стелями. У таких приміщеннях опалення найдієвіше, оскільки тепле повітря завжди здіймається вгору.

Технології

Конденсат, що утворюється під час згоряння палива, є кислотним і через це він руйнує основні матеріали. Використовувані в минулому матеріали котлів і димоходів, не мали достатньої корозійної стійкості. Тож, саме подальше улаштування котла запобігло утворенню конденсату в ньому, що було можливим лише за високої температури котлової води (>70 °C). Наступна конденсація в довгих димарях могла викликати кіптяву, отже були зроблені зусилля, щоби температура викидних газів не опускалася нижче 120 °C.

Оскільки охолоджені димові гази з конденсаційних котлів, більше не нагрівають димар, а їхні складові конденсуються на «холодній» димовій трубі (котра діє як проточний охолоджувач), під час установки конденсаційного котла, треба переобладнати старий димар. Для цього використовується кислотостійка труба з непористою поверхнею, що не вбирає (з термостійкого поліпропілену-S до 120 °С, ПТФЕ до 160 °С або герметична труба з неіржавної сталі) котра вкладається в димар, крізь який вихлопні гази прямують назовні. Димарі з кислототривким керамічним покриттям застосовуються і в новобудовах. Якщо таку трубу не встановити в старі димарі, димова труба стане сирою. Це може призвести до серйозного пошкодження кладки.

Конденсат димових газів стікає внутрішньою стінкою непроникної труби і виводиться із теплообмінника разом із конденсатом. Кислоту, що там є, можна нейтралізувати за допомогою відповідного обладнання. Згодом весь конденсат може бути скинутий до каналізаційної системи у межах правових норм. Якщо немає приєднання до стічної води, до якого можна дістатися через самопливну лінію, може знадобитися система підйому конденсату.

Якщо ефект конденсації встановленого конденсаційного котла не використовується в системах опалення з вищою температурою зворотного потоку (радіаторні системи), оскільки зворотна лінія опалення недостатньо охолоджує димові гази, можна застосовувати різні рішення:

•      У системі повітря-димохід (також званою трубою LAS або системою димоходу LAS) свіже повітря, потрібне для горіння, нагрівається в проти-плині димовими газами, що відходять. Теплі димові гази виводяться крізь внутрішню трубу системи «труба в трубі», віддаючи тепло холоднішому припливному повітрю, яке прямує в пальник крізь зовнішню трубу системи повітря-димохід. Енергія витягується з вихлопних газів за допомогою теплообміну або після конденсації водяної пари. Завдяки цьому ентальпія конденсації все ще може використовуватися при температурах зворотного потоку вище точки роси димових газів для відповідного палива і може бути активована операція конденсації.

Відпрацьований газ можна охолодити настільки, наскільки це можливо, що відповідає температурі найхолоднішого середовища в усьому процесі теплообміну:

•      За низьких температур подавання, наприклад, у низькотемпературних системах опалення або в перехідний період (навесні та восени), коли опалення працює з малою потужністю чи низькою температурою подавання з частковим навантаженням, зворотна лінія опалення, або свіже повітря є найхолоднішим середовищем.

•      За високих температур зворотної лінії опалення, холодне свіже повітря більшою мірою є холоднішим середовищем з точки зору кількості, ніж холодна питна вода (через менший забір гарячої води порівняно з витратами на опалення). Високі температури зворотної лінії здебільшого виникають:

•          у високотемпературних системах опалення (радіатори),

•          в холодну зиму з високими температурами лінії подавання, щоби швидше доправити тепло в приміщення, які стрімкіше остигають,

•          із закритими вентилями радіатора,

•          у разі недостатнього гідравлічного балансування радіаторної системи.

•          при нагріванні накопичувального бака гарячої води: якщо буферний бак, що охолоджується, нагрівається занадто часто (з невеликим розбігом температур), обертова котлова вода може мати вищу температуру.

Відповідно, ефект теплотворної здатності не може бути використаний повною мірою у всі пори року.

Низькотемпературні системи опалення (тепла підлога, настінне опалення, нагрівальні стрічки тощо), з самого початку спричинюють меншу температуру зворотної лінії,  нижче можливої точки роси.

Отже виграш в енергії від удосконалення звичайного конденсаційного котла до повного конденсаційного котла або системі повітря-димохід, є нижчим у цих системах опалення, оскільки може бути забезпечений лише низький енергетичний вміст димових газів, які вже давно охолонули. Тож виробник повинен підтвердити економічність модернізації для таких застосувань.

Див. також

• Довгохвильовий обігрівач
• Теплова мережа
• Повітряне опалення
• Енергоаудит
• Трубчастий електронагрівник
• Будівельна ізоляція

Література

• Електричне опалення будівель : навч. посіб. / О. О. Савченко, Б. І. Щербатюк ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т "Львів. політехніка". – Львів : Вид-во Львів. політехніки, 2014. – 160 с. : іл. – Бібліогр.: с. 148-150 (34 назви). – ISBN 978-617-607-687-2
• Енергоощадні системи опалення будинків : Навч. посіб. з курсу "Проектув. систем опалення" / Б. І. Щербатюк; Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Л., 2003. - 112 c.
• Паливні пристрої для спалювання низькосортних палив : Навч. посіб. для студ. баз. напряму 6.0905 "Енергетика" / Й. С. Мисак, Я. М. Гнатишин, Я. Ф. Івасик; Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Л. : Вид-во Нац. ун-ту "Львів. політехніка", 2002. - 135 c. - Бібліогр.: с. 120-124.
• Проектування систем водяного опалення : посіб. для проектувальників, інженерів і студ. техн. ВНЗ / О. П. Любарець, О. М. Зайцев, В. О. Любарець. – пер. рос. вид., переробл. та доповн. – Відень ; К.; Сімф. : [б. в.], 2010. – 200 с. : іл. – Бібліогр.: с. 199-200 (35 назв).

Посилання

• Опалення; Пічне опалення // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 139; 152. — ISBN 978-966-7407-83-4.

Wärme und Licht auf mittelalterlichen Burgen - regionalgeschichte.net. www.regionalgeschichte.net. Процитовано 26 березня 2023.

5.4.5. Архітектура - Культурологія: Навчальний посібник. politics.ellib.org.ua. Процитовано 26 березня 2023.

Українська піч годувала, гріла й лікувала – Хвиля Десни (укр.). Процитовано 26 березня 2023.

Sustainability study shows that women consume more energy. web.archive.org. 12 вересня 2021. Процитовано 26 березня 2023.

Bukold, Steffen (26 грудня 2013). Fossile Energieimporte und hohe Heizkosten: Neue Studie von EnergyComment. EnergyComment (de-DE) . Процитовано 26 березня 2023.

Bühler, Peter; Schlaich, Patrick; Sinner, Dominik (2018). PDF-Grundlagen. PDF. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. с. 2—11. ISBN 978-3-662-54614-7.