К настоящему времени сложились два основных типа индивидуальных жилых зданий: усадьбы для круглогодичного проживания жильцов и дома (дачи) для проживания только в летний период. С технологической точки зрения требования к усадьбам и летним домам заметно различаются. Поскольку в летних домах проживают в основном в летний период, разность температур помещения и наружного воздуха относительно невелика. Поэтому наружные стены домиков обычно имеют небольшое термическое сопротивление теплопередаче от воздуха внутреннего помещения к наружному. Как правило, стены летних садовых домиков изготавливают из облегченных конструкций. И в этих домиках отопление, как правило, отсутствует.

Необходимость создания комфортных условий в летнем садовом домике и в зимнее время обязывает хозяев использовать различные варианты отопления, причем в качестве теплогенераторов используются в основном печи на твердом топливе. Кроме печей и каминов могут быть рекомендованы также электронагреватели (ТЕНы, рефлекторы, электрокамины и т, д.), В этих случаях не следует использовать водяные системы отопления, поскольку при отрицательных температурах нужно сливать воду из системы, а затем вновь заполнять ее водой - занятие, связанное с определенными неудобствами. Избежать их можно, если использовать в качестве теплоносителя незамерзающую жидкость - антифриз. Однако следует считаться с тем, что антифриз достаточно дорог и токсичен.

Что касается теплоснабжения усадебных и дачных домиков с круглогодичным проживанием жильцов, то их устройства должны обеспечивать весь комплекс удобств, предоставляемых городским жителям: отопление, горячее водоснабжение, возможность приготовления пищи. В то же время основные теплопотребляющие элементы домов - системы отопления и горячего водоснабжения - имеют некоторые особенности в сравнении с системами отопления и горячего водоснабжения городских жилых зданий. Они состоят в следующем.

1. Поскольку дома усадебного типа имеют небольшой объем и соответственно небольшие теплопотери, их обычно подсоединяют к наружным теплосетям, обслуживаемым групповой или индивидуальной котельной с температурой теплоносителя не более 95° С. Присоединение квартирных систем отопления к теплосети в этом случае можно производить без подмешивающих устройств в виде элеваторов.
2. Ввиду того, что усадебные дома имеют один-два этажа, в них, как правило, целесообразно применять наиболее простую однотрубную систему отопления.
3. Из-за отсутствия регуляторов для небольших расходов сетевой воды для присоединения к теплосети систем горячего водоснабжения следует использовать емкостные водонагреватели, в которых вода теплосети нагревает местную воду через поверхность размещенного в нем змеевика (бойлерные котлы).

Для отопления малоэтажных зданий в настоящее время применяют печное, водяное, электрическое и воздушное отопление.

Наиболее совершенно электрическое отопление, характеризующееся рядом достоинств, в том числе удобством регулирования тепловой нагрузки, отсутствием громоздких отопительных приборов, высокой гигиеничностью. Единственный, но часто решающий недостаток электрического отопления - его дороговизна. Стоимость единицы отпущенного тепла при электрическом отоплении в несколько раз выше, чем при выработке тепла в печах или котлах.

Наибольшее распространение получили водяные и воздушные системы отопления. При оценке теплотехнических свойств теплоносителей решающими показателями являются весовая и объемная теплоемкость и температура. С точки зрения количества тепла, содержащегося в единице объема, вода имеет огромные преимущества. Например, при обычных для систем отопления температурах воды 80° С и воздуха 70° С объемная теплоемкость составляет:

воды:

Cv =ρCg =975x1 =975 ккал/(м³х°С);

воздуха:

Cv =1,29x273x0,24/(273+70) =0,25 ккал/(м³х°С),

т. е. теплоемкость воды больше чем теплоемкость воздуха почти в 4000 раз. Соответственно объемный расход ее, необходимый для отопления одного и того же помещения, в тысячи раз меньше расхода воздуха, в силу этого требуется гораздо меньшее сечение соединительных коммуникаций, транспортирующих разогретый теплоноситель в отапливаемое помещение. Большие объемы нагретого воздуха затрудняют его транспортировку и распределение по отапливаемым помещениям. Из-за значительных диаметров разделительных воздуховодов вентилятор для передачи нагретого воздуха необходимо располагать вблизи отапливаемого жилого помещения, что связано с проникновением в помещение шума от работающего вентилятора.

Вместе с тем воздух, как теплоноситель, имеет ряд преимуществ по сравнению с водой.

• Во-первых, он передает тепло в помещение непосредственно, т. е. без установки отопительных приборов. Проникающая способность воздуха велика, за счет высокой конвенционной способности осуществляется эффективное отопление помещения.
• Во-вторых, не требуется устройств канализации теплоносителя (воздуха).

Достоинства воздушного отопления оценены человеком давно. Известно, что отопление горячими газами было первым способом искусственного отопления жилища.

Простой и древний способ отопления путем сжигания топлива внутри помещения соседствовал с центральными установками водяного и воздушного отопления. Так, в г. Эфесе, основанном в X веке до н.э. на территории современной Турции, для отопления помещений уже в то время использовалась система трубок, в которые подавалась горячая вода из котлов, находящихся в подвалах домов. В Хакасии и многих других местах нашей страны применялось напольное отопление с использованием теплоты продуктов сгорания централизованно сжигаемого топлива». Система воздушного отопления, созданная в Италии, подробно описана еще Витрувием (конец I века до н.э.). Наружный воздух нагревался в подпольных каналах, предварительно прогретых горячими газами, и поступал в отапливаемые помещения. По такому же принципу отапливались помещения замков в Германии в средние века,

На развитие отопительной техники оказывал влияние вид применяемого топлива. В течении многих столетий использовалось твердое топливо (дрова, уголь) и отопительные установки приспосабливались к его сгоранию, Известны многочисленные конструкции очагов и жаровен, каминов и особенно печей, получивших широкое распространение в России. Отопительные печи для сжигания твердого топлива часто применяют и сейчас.

С открытием новых видов топлива (природный газ, нефть) создаются отопительные установки и тепловые станции для их сжигания с нагреванием промежуточной среды, переносящей теплоту в помещения,

В современных системах воздушного отопления малоэтажных зданий воздух нагревают обычно в калориферах-теплообменниках, печах, в которых тепло передается воздуху через стенку продуктами сгорания топлива или электрическими нагревателями. Нагретая изнутри металлическая (или кирпичная) поверхность калорифера (печи) охлаждается снаружи, отдавая тепло воздуху. Теплоотдача воздуху тем выше, чем больше поверхность теплообмена, поэтому искусственно увеличивают поверхность теплообмена или увеличивают скорость движения воздуха, соприкасающегося с поверхностью теплообменника.

Плотность воздуха при средней температуре +70° С примерно в тысячу раз меньше чем воды, поэтому его нагревающая способность (коэффициент теплопередачи) значительно (в 30-50 раз) меньше, чем этот показатель для воды. Таким образом, в огневоздушных калориферах (теплообменниках) существует опасность перегрева разделяющей стенки теплообменника. Чтобы исключить это негативное явление, применяют принудительное движение воздушной среды в теплообменнике с помощью вентиляторов. Промышленностью, к сожалению, выпускается мало вентиляторов с низкой производительностью, и поэтому в большинстве случаев применяются огневоздушные калориферы и теплообменники, в которых используется так называемая естественная тяга, возникающая при его нагреве. Недостатком калориферов с естественной тягой является незначительная величина возникающего напора воздуха. Это ограничивает протяженность распределительных воздуховодов и создает трудности в распределении нагретого воздуха по помещениям.

Указанный недостаток калориферов с естественной тягой не является определяющим. Главная причина того, что воздушное отопление еще мало распространено в малоэтажных зданиях, состоит в недостаточном выпуске дешевых и малопроизводительных вентиляторов, а также в создаваемом ими шуме. Кроме того, конструкции разработанных к настоящему времени калориферов предусмотрены только для сжигания сетевого газа или жидкого топлива. Поэтому наибольшее распространение для отопления малоэтажных зданий получило печное и водяное отопление. Причем движение воды в водяных системах можно осуществить без применения насосов, используя естественный напор, возникающий вследствие охлаждения воды в нагревательных приборах.

По материалам "Выбор систем водяного отопления для загородного дома" (Сост. Рыженко В.И.)

Чтобы разработать какой-либо очаг необходимо знать следующее:

• устройство очагов;
• все существующие системы дымооборотов;
• динамику движения дымовых газов;
• основы теплотехники - теплопроводность, теплоаккумуляцию, теплопередачу, теплопотери и др.;
• пропорциональную зависимость теплопотерь помещения и теплоотдающую способность очага;
• зависимость объема помещения и теплоотдающей площади очага;
• теплофизические свойства материалов;
• иметь личный практический и теоретический опыт строительства очагов - не менее 50-ти собственноручно построенных - разных конструкций и назначения.

Во многих изданиях по печному ремеслу есть достаточно много полезной и интересной информации, хотя большая часть информации перекочевывает из книги в книгу с одними и теми же ошибками. В изданиях представлено много хороших конструкций очагов, хотя и эти конструкции необходимо дорабатывать практически. Любая научно-техническая информация устаревает с течением времени, а научно-технический прогресс не стоит на месте, развивается и совершенствуется» Также и печное мастерство и технология производства печных работ не стоят на месте. Если 50-60 лет назад рекомендовалось кладку печей выполнять руками, даже не пользуясь мастерком, расстилать раствор ладонями, то сейчас это будет делать невежа или совсем неаккуратный мастер, к тому же, не следящий за своим здоровьем. Настоящие профессионалы не раскалывают кирпич кирочкой, а выполняют этот прием при помощи электроинструмента - болгарки или камнерезного станка.

Совершенствуются и системы дымооборотов, значительно увеличивающие КПД очагов.

Промышленностью выпускается множество готовых очагов, которые можно купить и установить в доме.

Повышаются и эстетические требования к очагам. Около 20 лет назад печь была нужна в основном для отопления загородного дома и имела практическое назначение. Печи штукатурили, белили, и это устраивало большую часть населения.

Современный очаг должен служить больший срок, быть экономичным и удобным в эксплуатации, к нему предъявляются повышенные противопожарные требования.

В настоящее время разработано достаточно много новых видов материалов, даже такого распространенного материала как кирпич. В Челябинске на кирпичном заводе «Кемма» разработан кирпич, имеющий стекловидную лицевую поверхность, таким кирпичом выполняется кладка и облицовка очагов. Разработаны различные цветовые гаммы. Самые распространенные цвета: коричневый (шоколад), белый (молочный), желтый, синий (разные оттенки), зеленый, золотистый, перламутр и другие цвета и оттенки. Также разные виды поверхности кирпича - рельефная под «дикий камень», фигурная (фасонная). При использовании для кладки печей этот кирпич заменяет дорогостоящую изразцовую отделку и является по сути кирпичом-изразцом.

Материал, применяемый для нанесения на кирпич, прошел все испытания на прочность и экологичность. Он скрепляется с поверхностью кирпича при обжиге в тоннельной печи при температуре 1050° С.

Среди множества проектов, представленных в литературе, большая часть рассчитана только теоретически и не доработана на практике, а также представлена с устаревшими конструкциями дымооборотов. У таких проектов повторяются теоретические и практические ошибки: не соблюдается перевязка швов кладки в полкирпича. Зачастую кирпич перевязывается в три четверти и даже в четверть кирпича, что ухудшает не только внешний облик очагов, но и их противопожарную безопасность; нарушается правило кладки внешнего (наружного) периметра очага и его внутренней кладки. Они не должны между собой перевязываться, так как имеют разную степень нагрева и коэффициент теплового линейного расширения, что приводит к растрескиванию (разрушению) кладки. Также неприемлемы для перевязки внутренних частей очага материалы из стали (уголки, пластины), которые при нагревании коробятся и разрушают кладку очага; используется множество печных приборов, неприемлемых для соблюдения технологии печной кладки. Так называемые водогрейные коробки, бачки, стальные духовки значительно ухудшают противопожарную безопасность очагов, нарушается перевязка швов кладки и в результате коробления и быстрого прогорания этих приборов нарушается герметичность очага, и в итоге - попадание угарного газа в помещение. Значительно ухудшается качество работы очага - снижается тяга, подсос холодного воздуха в дымовые каналы.

Из-за несовершенных конструкций дымооборотов - неравномерный разогрев очага. Одна часть очага сильно разогревается, а другая значительно медленнее, что приводит к растрескиванию кладки очага. Также не соблюдается площадь сечений всех дымовых каналов, перевалов, подверток, дымовой трубы. В конструкциях печей множество задвижек, которые затрудняют эксплуатацию печи. Печь должна быть проста в кладке и удобна в эксплуатации. Если конструкцией печи предусмотрена саморегуляция тяги, если сделаны так называемые подсосные каналы (инжекционные), то тогда не нужны дополнительные задвижки, так как с этим устройством при растопке печи дымовые газы идут по наикратчайшему пути через подсосные каналы в трубу, минуя дымовые каналы. Таким образом, печь исправно работает, дымовые газы не попадают в помещение. Проще говоря - печь не дымит при растопке.

При проектировании очага необходимо рассчитать теплоотдающую поверхность печи и объем обогреваемого помещения. Топливник надо проектировать в зависимости от вида топлива. Если печь топится дровами, необходимо учитывать их длину, ведь в разных местностях заготавливаются дрова разной длины - от 30 до 70 см , а иногда и до 1 м , так называемые «ленивые» дрова. Исходя из этих особенностей, необходимо проектировать длину топливника.

При проектировании отопительно-варочных печей необходимо учитывать высоту кухонной плиты в зависимости от роста тех, кто будет ею пользоваться. Особенно следует обратить внимание на зону обслуживания печи, чтобы можно было удобно эксплуатировать очаг, должно быть предусмотрено место для кратковременного хранения топлива. Также, по возможности, не ставить рядом с топкой деревянные конструкции, при необходимости - предусматривать их защиту негорючими материалами.

При проектировании дымовой трубы необходимо правильно рассчитать ее расположение, чтобы по окончании строительства печи труба не упиралась в междуэтажные несущие балки перекрытия и стропила, и расстояние между ними было не менее 90 см .

При проектировании дымоходов необходимо учитывать, какие отопительные устройства будут к ним подключены и какой мощности, возможность монтажа внутри них металлических или керамических труб с теплоизоляцией. Так как кирпичная кладка, выполненная при строительстве дома каменщиками, может быть сделана непрофессионально. Не соблюдена герметичность кладки, применен неполнотелый кирпич, внутренние поверхности дымохода неровные, имеют выступы раствора из швов, а также возможен перегрев капитальной стены из-за длительного пользования очагом еще во время строительных работ. Стены могут растрескаться, отвалятся материалы, которыми отделана стена. Если это горючие материалы, это может привести к возгоранию и пожару.

По материалам "Проектирование очагов" (Сост. Рыженко В.И.)

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 теплогенераторов 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.

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 газообразного 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 об-мом 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 , расстояние 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.

По материалам "Системы совместного отопления" (Сост. Селиван В.В., Рыженко В.И.)