Сравнение энергоэффективности
радиаторного отопления и теплых полов

Анализ достоинств и недостатков, имитационная модель, выбор системы

В последнее время появилось немало статей со сравнениями различных систем отопления. В частности, много рассуждений о том, что эффективнее — радиаторное отопление или теплые полы. Казалось бы, все сходятся во мнении, что теплые полы экономичнее, удобнее и практичнее, однако в подтверждение приводятся лишь расхожие фразы маркетологов и поверхностные теплотехнические выкладки. Например, распространенное утверждение что теплые полы на 30% эффективнее радиаторного отопления. Цифра эта взята из статьи в википедии. А между тем, текст статьи таков : «Водяные тёплые полы — это система отопления, которая может, частично (до 30%), разгрузить систему радиаторного отопления или полностью её заменить, если тепловой мощности теплого пола будет достаточно для компенсации теплопотерь помещения.». И немного ниже поясняется, что за счет понижения общей температуры воздуха, теплые полы обеспечивают снижение энергопотребления на 12%. Согласитесь, не совсем то же самое.

При выборе типа отопления своего дома хотелось бы получить более весомый аргумент в пользу того или иного выбора. Мы же попробуем разобраться в этом вопросе белее детально, сделать сравнение и провести моделирование процессов отопления, выявив слабые и сильные стороны обоих подходов.

Итак, выберем для сравнения самые распространенные варианты: традиционное радиаторное отопление и водяные теплые полы.

Впервые в России система водяного отопления с естественной циркуляцией появилась в 1834 году, это система горного инженера, профессора П. Г. Соболевского. А в 1875 году появилась первая не только в России, но и в Западной Европе квартира с отдельной системой водяного отопления с использованием плоских отопительных приборов, сделанных в виде пилястр. Подогрев воды происходил в небольшом нагревателе, установленном в кухонном очаге. Как видим, радиаторное отопление весьма традиционно.
Теплые полы — изобретение гораздо более позднее, это плод композиционных материалов и популярность свою они получили лишь в последние 15-20 лет. Есть и еще более молодой тип теплого пола — электрический. Однако, он по всем параметрам, кроме цены, проигрывает водяному теплому полу. Мы коснемся его особенностей при подведении итогов.

Давайте разберем плюсы и минусы.

Для начала, оценим достоинства радиаторного отопления:

• Ремонтопригодность. Можно провести демонтаж, перенос, изменить мощность (увеличить или уменьшить количество секций), заменить на более своременные радиаторы.
  
• Малая инертность. Это позволяет в течение часа уменьшить температуру в помещении. Преимущество менее инертного прибора проявляются только при использовании автоматики. Есть много факторов, меняющих температуру в помещении, например, люди, погода или вентиляция. Для того, чтобы их использовать, необходимо быстро реагировать на изменение условий. Ведь, как уже говорилось, каждый градус выше необходимого ведет к потерям тепловой энергии около 6%. Справедливости ради, отмечу, что современные системы дифференциального регулирования способны работать с инертными устройствами, упреждая регулирующий сигнал. Это, фактически, ставит знак равенства в данном вопросе.
  
• Используется в системах непрерывного отопления.
  
• Простота установки. Даже низкоквалифицированный специалист способен установить радиаторы с приемлемым качеством, если соблюдает общие правила.
  
• Стоимость. Система отопления на радиаторах дешевле примерно два раза. Впрочем, радиаторы тоже бывают разные.

А теперь — о недостатках, их тоже хватает:

• Теплый воздух поднимается к потолку. Да, это недостаток. Температура комфорта для человека определяется на высоте 1 метр от пола. А, следовательно, более половины объема комнаты разогреты избыточно, на 3-4 градуса больше нормы. И это главный недостаток радиаторов с точки зрения энергоэффективности. Но даже при этом, температура воздуха у пола может быть на 2-3 градуса меньше, что некомфортно. А с увеличением высоты потолков, разница катастрофически растет.
  
• Сильное движение воздуха (конвекция). Является причиной большей концентрации взвешенной в воздухе пыли.
  
• Само наличие радиаторов. Радиаторы занимают место, требуют открытого пространства перед собой. Кстати, согласно СНиП, радиаторы должны занимать место под окном и занимать не менее 75% окна (в детских и лечебных учреждениях). Мы еще вернемся к этому правилу.
  Впрочем, последний недостаток имеет много способов решения, начиная от маскировки батарей, и заканчивая установкой стильных современных панелей, способных украсить интерьер. Имеются даже радиаторы, встраиваемые в пол и стены. Между прочим, в нашем магазине Вы найдете весьма широкий выбор различных радиаторов на любой вкус: это и чугунные, и стальные, и алюминиевые, и биметаллические радиаторы. По невысоким ценам :). Но сейчас разговор не об этом.

С радиаторным отоплением разобрались.
Попробуем теперь рассмотреть поближе водяные теплые полы.

Достоинства теплого пола

• Более низкий уровень температурного режима. В теплотехнике есть понятие «качества отопительной системы». Система считается более качественной, чем меньшей температурой теплоносителя достигается комфортная температура в помещении. Вернее, чем меньший перепад температур обеспечивается при обогреве. К примеру, КПД костра близок к 2%. Температура теплоносителя теплых полов примерно вдвое ниже чем необходимо для радиаторного отопления.
  
• Равномерное распределение температуры. Излучает вся поверхность пола, что обеспечивает равный нагрев всего пространства комнаты. Температура падает с увеличением высоты. Такой эффект обеспечивает комфортную температуру на требуемой высоте в 1 метр и пониженную температуру в верхнем неиспользуемом пространстве комнаты. Само по себе, это дает выигрыш в энергопотерях до 20-25%. Благодаря источнику тепла под ногами, средняя температура воздуха в комнате может быть снижена еще порядка на 2 градуса, что дает дополнительные 12% экономии тепловой энергии.
  Если говорить о комфортности, то такое распределение температур наиболее соответствует нормальному самочувствию. Отсутствие высоких температур в верхней части исключит чувство «духоты», а теплый поток снизу не даст замерзнуть и подогреет нижние сквозняки, если таковые случатся.
  
• Обогреватели скрыты под поверхностью пола. Это плюс. Однако, следует помнить, что низкая мебель или натуральные покрытия могут уменьшать эффективность теплых полов.
  
• Небольшая конвекция. Этот факт не только уменьшает количество пыли в воздухе. Прежде всего, он уменьшает теплопотери. Это происходит потому, что стоячий воздух является лучшим теплоизолятором, а основной перенос тепла внутри комнаты происходит при помощи воздушных потоков.
  
• Обогрев непрерывный или накопительный. Накопительный обогрев основан на большой инертности полов и позволяет временно отключать отопление. Для электрических теплых полов это можно использовать для экономии энергии, установив двухтарифный счетчик. Для водяных полов — это фактор надежности. При аварийном отключении система несколько часов разморожена не будет, что дает время на ликвидацию аварии.
  
• Более высокая влажность воздуха. Высокая температура теплоносителя сушит воздух, а система обогрева пола сохраняет в воздухе более высокое содержание влажности. Влажность важна для здоровья, низкая влажность практически гарантированно провоцирует заболевания ОРВИ.
  
• Тёплые полы идеально совмещаются с тепловым насосом, экологически чистым источником тепла. Монтажная схема теплового насоса + теплый пол значительно проще по сравнению с газовыми и жидкотопливными котлами, требующих дорогостоящих узлов подмеса при подаче теплоносителя в Тёплые полы.
  
• Грамотно спроектированная и установленная система «Водяной теплый пол» почти не требует технического обслуживания. Срок службы современных труб, применяемых для отопления «водяной теплый пол» составляет не менее 50 лет.
  
• Что касается электрических теплых полов, то они выигрывают у водяных полов в плане стоимости и простоты установки. При этом, самые главные преимущества водяных тёплых полов перед электрическими - это невозможность локального перегрева в местах, где затруднён нормальный теплосъём и высокая стоимость электроэнергии.

Недостатки теплого пола

• Ограниченный выбор напольных покрытий. Не рекомендуются паласы, ковры, низкая мебель, например кровати в спальне.
  
• Дорогой монтаж. Установка теплого пола может осуществляться только квалифицированными специалистами.
  
• Дорогостоящий ремонт. Правильно установленный пол гарантированно прослужит более 50 лет. Однако, при ошибках установки, имеется вероятность поломок системы, ведущих к полному вскрытию бетонной стяжки.
  
• Необходимость применения водяного насоса. В отличие от радиаторных систем отопления, теплые полы не могут работать без прокачки теплоносителя.
  
• Теплые полы не позволяют полностью слить теплоноситель. В случаях, когда возможна разморозка системы, следует заливать антифриз. Однако, необходимо учесть, что теплоёмкость антифризов на 15-20% меньше, чем у воды, вязкость в 2-3 раза выше, объёмное расширение больше на 40-60%. Это означает, что при использовании антифризов в системе отопления потребуется увеличить на 40-50% тепловую мощность радиаторов, на 40-50% увеличить объём расширительного бака, на 60% увеличить величину напора циркуляционного насоса, изменить ряд других параметров системы отопления, в том числе и мощность котла. Благодаря низкой температуре теплоносителя это безопаснее, чем радиатороном отоплении, где при перегреве может произойти термическое разложение этиленгликоля и антикоррозионных присадок с образованием кислот и выпадением твёрдых осадков.

Анализ радиаторного отопления и теплых полов

А теперь — переходим к самому главному. Попробуем проанализировать процессы теплообмена в обоих системах отопления. Для начала рассмотрим типичную схему радиаторного отопления, радиатор установлен в подоконном пространстве.

На рисунке тепловая карта для радиаторной системы в установившемся режиме работы. Сразу обращает на себя внимание мощный восходящий теплый поток от радиатора. Он является своего рода тепловой завесой, отделяющей нас от холодного окна. Однако, этот факт приводит нас к выводу об очевидной низкой эффективности такого подхода.

Обратите внимание на мощный нисходящий поток холодного воздуха от окна. Именно он и является причиной рекомендаций установки радиаторов в подоконном пространстве. Это делается не в угоду эффективности, а для компенсации этого самого потока. Радиаторы вешают в самое холодное место в комнате, чтобы они своим неравномерных распределением тепла не усугубили разброс температур и не дали холодному воздуху от окна осесть на пол.

В нижней части окна можно увидеть небольшой воздушный вихрь. Этот вихрь и делает нижнюю часть окна самой холодной. Мало того, что часть воздуха постоянно возвращается к холодному стеклу, охлаждаясь все больше — свершу к ней приходят уже охлажденные потоки воздуха, неспособные сколько-нибудь существенно нагреть его. Этот эффект и приводит к обледенениям в нижней части окна.
Установка радиатора под окном нисколько не снижает потери тепла наружу, на самом деле она ускоряет потери тепла через окно, поскольку увеличивается эффективная разность температур между теплым внутренним воздухом и холодным наружным. Изоляционная тепловая пленка, хотя и не обладает высокой тепловой эффективностью, но вносит свой вклад в тепловую защиту окна, но при условии полной или минимальной подвижности воздушной пленки. Неподвижный воздух обеспечивает максимальную величину термического сопротивления, что происходит при отсутствии или сдвиге радиатора под окном. Как только возникает конвективный поток, при наличии радиатора под окном, он уменьшает эффективную толщину пленки и вследствие этого возрастает теплопередача через окно. Чем выше разница температур, тем больше тепла теряется через окно.

Согласно выводам из второго закона термодинамики, чем выше разность температур между телами, тем более интенсивный теплообмен между ними будет происходить. И зависимость этого теплообмена зависит от разности температур в четвертой степени. Подчеркну, при увеличении разности вдвое — потери возрастут в 16 раз.

Ранее проведенные расчеты показывают, что температура внутренней поверхности стекла в окне с двухкамерным стеклопакетом составляет примерно 10 градусов, при -30 на улице и +20 внутри (при радиаторном отоплении). Из схемы видно, что температура соприкасающегося воздуха в среднем составляет 27-30 градусов. Это означает, что разность температур составит до 20 градусов. В системах теплого пола эта разница принципиально не способна перешагнуть отметку в 15 градусов, учитывая, что температура стекла будет порядка 5-8 градусов, а температура воздуха на уровне окна — не более 20 (Обе системы отрегулированы исходя из требования 20 градусов на отметке 1 метр от пола). Более подробно о теплообмене в стеклопакетах читайте в следующих выпусках на нашем сайте.
Отопительная система на основе теплого пола:

Как видно, температура в этом случае гораздо более однородна. Несмотря на то, что температурная карта показывает холодные пятна, общий разброс куда меньше и температура этих пятен отличается от средней в пределах 1 градуса. Таким образом, в различных конфигурациях помещения и отопительных приборов экономия энергии от использования теплых полов может составлять от 20 до 40%. Похоже, что цифра, приведенная мною в начале статьи, достаточно близка к истине.

Теперь, настало время подвести итоги. Как показал анализ, правильно спроектированная и установленная система теплых полов является хорошей альтернативой радиаторному отоплению. Недостатков у нее совсем немного, в основном, это цена и необходимость тщательных расчетов отопления специалистами. Зато целый спектр различных достоинств, главные из которых — энергосбережение, комфортность и практичность.

Например, среднего размера коттедж с традиционным радиаторным отоплением потребляет газа порядка на 24 тысячи в год (примерно 3 т.р. в месяц, отопительный период 8 месяцев). Исходя из этого, экономия составит порядка 7 тысяч рублей в год. Это без дополнительных усилий по энергосбережению, которые снижают расходы еще больше. Отсюда следует, что окупаемость теплых полов составляет порядка 15-20 лет. И тут дело не в сроке, а в самом факте окупаемости. Получается, что все те плюсы, которые дает система отопления на основе теплого пола в итоге мы получаем бесплатно.

Компания Свой Сантехник
Герасимов А.Н.