Comparación de la eficiencia de diferentes sistemas de calefacción.

Opciones básicas de calefacción de cabañas

Al planificar la construcción de una casa privada o mudarse de un apartamento de la ciudad a una casa de campo, estimamos no solo el tamaño de los costos iniciales de construcción o renovación, sino también el costo de mantenimiento de dicha vivienda.
Y difiere significativamente del costo de operar un apartamento en la ciudad. Y uno de los principales elementos de costo aquí son los costos de calefacción.

Considere y compare las principales opciones disponibles para organizar la calefacción en una cabaña.

Tubería

A primera vista, puede que no parezca importante qué tuberías se utilizan para calentar. Pero después de considerar los pros y los contras de cada material, queda claro por qué este es un asunto serio.
Uno de los tipos de tuberías más populares es el de metal y plástico. Su diámetro varía de 16 a 63 mm.

tubos de metal-plástico
Entre las ventajas de este material se encuentran:

• la conductividad térmica es baja,
• reparado fácilmente,
• sin necesidad de herramientas de edición profesionales.

Las desventajas incluyen las siguientes:

• las conexiones pueden tener fugas,
• las abolladuras permanecen en el impacto.

Otra opción que se usa con frecuencia es el polipropileno.

tuberías y accesorios de polipropileno
Tiene las siguientes fortalezas:

• gran diámetro - hasta 125 mm,
• resistencia a la presión mecánica,
• cuando el sistema se congela, las tuberías no se vuelven inutilizables,
• después de la soldadura, no puede haber fugas de líquido.

Sin embargo, también hay debilidades:

• la necesidad de equipos costosos para realizar la instalación,
• alargar con un fuerte calentamiento del refrigerante,
• si están dañados, son difíciles de reparar.

Al elegir tuberías, es mejor tener en cuenta las condiciones climáticas, el tipo de calefacción y las capacidades financieras.

Baterías de calefacción

Uno de los elementos principales del sistema de calefacción. De la selección incorrecta de la batería, la eficiencia de todo el calentamiento puede depender. Hoy en día existe una gran selección de radiadores. Si los clasifica por el material del que están hechos, se pueden distinguir los siguientes tipos: acero, hierro fundido, bimetálico y aluminio. Para no desmontar todas las opciones posibles, es suficiente comprender los principios básicos para elegir una batería.

1. Tipo de sistema. Los criterios necesarios para el radiador dependen de si hay calefacción autónoma o central. Para un sistema centralizado, es mejor llevar baterías que puedan soportar picos de presión y agua de diferente acidez. Se pueden utilizar radiadores de diferentes presiones para calefacción autónoma.
2. Transferencia de calor. Según este indicador, el aluminio está en primer lugar, luego el acero y luego el hierro fundido. Pero también vale la pena considerar que, por ejemplo, el mismo hierro fundido se enfría más tiempo.
3. Toda la vida. En este parámetro, los radiadores de hierro fundido están en primer lugar, luego los bimetálicos, el acero y el hierro fundido.
4. Otros criterios. Esto incluye parámetros más visibles: diseño, precio, fabricante, etc.

Teniendo en cuenta todos estos factores, puede elegir la mejor opción para usted.

Portador de calor

Sin este componente, el sistema de calefacción no funcionará. Los fluidos térmicos más comunes son el agua y el anticongelante.

1. Agua. Aún así, lo usan con más frecuencia. Dado que no necesita comprar agua para calentar, esta es una opción muy económica y transfiere el calor perfectamente. Además, el agua no es dañina para el medio ambiente.
2. Anticongelante. Hay un hecho especialmente para el sistema de calefacción. Aunque hay que pagar dinero por él, su principal ventaja es que no se congela a bajas temperaturas.

Al elegir entre agua y anticongelante, es bueno sopesar las posibilidades financieras, las fallas del sistema de calefacción, las condiciones climáticas, etc. La información anterior le ayudará a elegir los diferentes elementos correctos del sistema de calefacción.Antes de elegir, es importante volver a leer detenidamente todas las ventajas y desventajas.

Las principales opciones para calentar una casa de campo 1. Gas principal

Esta solución parece ser la más simple, pero solo puede serlo si el sitio está inicialmente gasificado. De lo contrario, el costo de colocar el gasoducto puede variar de 500 mil a tres millones de rublos por hogar: todo depende del tamaño de la aldea, la distancia del gasoducto y otras condiciones.

En realidad, el gas sigue siendo el tipo de combustible más barato en Rusia, pero el costo en rublos de su producción está creciendo, mientras que los precios mundiales tienden a disminuir. Por lo tanto, es difícil predecir la situación durante mucho tiempo. Partimos del supuesto de que un cálculo adecuado del costo de calefacción implica un análisis de costos durante un período de tiempo bastante largo, teniendo en cuenta los costos de reparación y operación. En particular, para una casa de campo, es recomendable considerar un período de operación de 50 años.

Supondremos que para calentar una cabaña de dos pisos con un área de 300 m2 con una cocina, se necesita una caldera automática con una capacidad de 15 kW.

El costo de dicho equipo de fabricantes conocidos hoy en día es de aproximadamente 30,000 rublos. Debe cambiarse cada 10 años, es decir, más de 50 años, a los precios actuales, se "rebasarán" 150.000 rublos. Teniendo en cuenta el costo del mantenimiento anual (aproximadamente 5,000 rublos) - 400,000 rublos u 8,000 rublos. en el año.

Con el costo del gas principal 5.14 rublos / m3 (para la región de Moscú) y el calor específico de combustión de 33.500 kJ / m3, el costo de 1 kWh de calor no será más de 59 kopeks (teniendo en cuenta la eficiencia real de la caldera, que es aproximadamente el 92%) ... Durante la temporada de calefacción, que, por ejemplo, en la región de Moscú dura oficialmente 215 días, para una casa de campo con un área de 300 m2, la demanda de calor será de 85,000 kWh, que costará alrededor de 50,300 rublos. Total, teniendo en cuenta los costos operativos, obtenemos 58,300 rublos.

En total, en el caso general, obtenemos 58,300 rublos. por año (siempre que ya se haya suministrado gas a la aldea).

¿Qué caldera elegir?

Cuando se trata de elegir, debe comenzar con 4 opciones principales. Teniendo en cuenta cada uno, uno debe considerar qué tipo de combustible está disponible y es barato en un área en particular.

Gas

La caldera de gas es la más popular debido a la disponibilidad de este combustible. Si hablamos de sus fortalezas, entonces se puede notar lo siguiente:

• larga vida útil,
• alta eficiencia, lo que significa ahorro de costes,
• facilidad de mantenimiento,
• no es necesario gastar energía en la adquisición de combustible cuando hay acceso a la carretera.

Ahora sobre algunas de las debilidades:

• se requiere permiso para instalar la caldera,
• para conectarse, debe llamar a servicios especiales,
• debido a picos de presión en el gasoducto, la unidad se apaga,
• el gas hace ruido durante la combustión.

En general, un tipo de calefacción económico y confiable, que solo requiere una instalación correcta.

Caldera electrica

Este dispositivo también es bastante popular. Aquí, el calentamiento del refrigerante se debe a la electricidad. Dado que está ampliamente disponible, vale la pena considerar este método desde diferentes ángulos. Ventajas de los equipos eléctricos:

• funciona sin ruido,
• costo relativamente bajo,
• no daña la salud ni el medio ambiente,
• facilidad de manejo.

Las desventajas incluyen:

• en caso de sobretensiones, el dispositivo se apaga y la automatización también se desactiva,
• consumo de electricidad,
• para una unidad potente, se necesita una red trifásica de 380 V.

Tal caldera es especialmente adecuada cuando el precio de la electricidad es económico.

Calderas de combustible sólido

Un tipo de calderas bastante conocido. Aquí, el carbón, la madera, etc. se utilizan como combustible. Hablando de las ventajas de dicho equipo, se deben recordar los siguientes puntos:

• tipo de combustible económico,
• facilidad de uso,
• no requiere ningún documento para la instalación,
• reparado fácilmente.

Éstos son algunos de los inconvenientes:

• se dedica mucho tiempo y esfuerzo a la adquisición de combustible y al mantenimiento de la caldera,
• debe haber una chimenea.

Este método de calentamiento se utiliza con bastante frecuencia en asentamientos sin tubería de gas.

Calderas de gasoil

Utiliza combustibles líquidos como fueloil, queroseno, etc. Enumerando las ventajas de los equipos de combustible líquido, se deben nombrar las siguientes áreas:

• calefacción independiente de las comunicaciones,
• facilidad de uso,
• alta eficiencia,

Hablando de los contras, debe recordar los siguientes matices:

• una habitación separada para la caldera es obligatoria,
• equipo caro,
• alto costo de combustible,
• la necesidad de grandes depósitos de combustible.

Por lo general, las unidades de calefacción con combustible líquido no se utilizan con frecuencia.

Las principales opciones para calentar una cabaña 2. Tanque de gas

Si no hay gas principal, puede almacenar gas licuado. Muchos hacen esto, aunque este método asume que un contenedor enorme con gas licuado explosivo estará constantemente enterrado en su sitio. Como mínimo, esto requiere un área vallada bastante grande donde no se pueda plantar o construir nada, y medidas de seguridad especiales. Además, se requiere una fuente accesible de gas licuado con posibilidad de entrega al sitio.

El costo y la eficiencia de las calderas de gas licuado son aproximadamente los mismos que los de la red. La instalación del tanque de gasolina costará alrededor de 400,000 rublos. En términos de 50 años, obtenemos 800,000 rublos o 16,000 rublos. en el año.

Con el costo del gas licuado de 15 rublos por litro (con entrega dentro de los 100 km de una gran ciudad) y el calor específico de combustión de una mezcla de propano-butano de aproximadamente 12,8 kW * h / l, obtenemos el costo de 1 kW * h de calor a 1,23 rublos, lo que equivale a gastos por valor de 104 550 rublos. en el año.

Y teniendo en cuenta el costo de operación: 120 550 rublos. en el año.

Tipos de portadores de energía y calor

Los sistemas de calefacción se pueden clasificar de la siguiente manera:

• tradicional, usando portadores de calor líquidos, transfiriendo calor desde la unidad de calefacción a través de la tubería a los dispositivos de calefacción;
• aire, usando un aire refrigerante, que se calienta y se suministra a la habitación calentada;
• eléctrica directa, prescindiendo de un refrigerante, pero convirtiendo directamente la electricidad en calor.

(Ver también: Calentar una casa de madera con una caldera de combustible sólido)

Los sistemas tradicionales pueden utilizar gas como portador de calor, combustibles líquidos: combustible diesel, fueloil, electricidad, combustible sólido.

El tipo de combustible más económico y óptimo es el gas. El mayor inconveniente de estos sistemas es el costo significativo y la complejidad de documentar la conexión al sistema centralizado.

El uso de combustible líquido conlleva muchos inconvenientes: la complejidad de la entrega y el almacenamiento del portador de energía, la necesidad de mayores medidas de seguridad. (Ver también: Caldera de calefacción con circuito de agua)

La desventaja de los sistemas tradicionales de suministro de calor es la posibilidad de fugas de refrigerante de emergencia, especialmente si se usa anticongelante, un compuesto venenoso y peligroso. El encendido periódico de las unidades de calefacción y las bombas genera ruido y vibraciones. Para un funcionamiento sin problemas del sistema de calefacción, es necesario un mantenimiento preventivo periódico de las calderas.

Para el funcionamiento de los sistemas de calentamiento de aire, también es necesario instalar equipos de caldera, lo que conlleva todas las desventajas anteriores. Pero desde un punto de vista medioambiental, este sistema es más aceptable y prometedor. El sistema de calefacción que utiliza aire como medio de calefacción es fiable y fácilmente ajustable. Sin embargo, incluso cuando se utilizan filtros especiales, no protege la habitación de la entrada de partículas de polvo y otras materias orgánicas en el aire, que se queman en la superficie del equipo de la caldera y forman monóxido de carbono.

La calefacción eléctrica directa es económica de instalar, pero utiliza una fuente de energía térmica extremadamente cara: la electricidad. (Ver también: Esquema e instalación de cableado de calefacción con metal-plástico)

Las principales opciones para calentar una cabaña 3. Combustible diesel

Es preferible usar combustible diesel en asentamientos remotos, ya que generalmente es más fácil de comprar y entregar en el sitio. Además, puedes transportarlo tú mismo. La eficiencia de una caldera diesel es varios por ciento menor, cuesta un poco más (una caldera de 15 kilovatios, alrededor de 40,000 rublos) y dura un poco más, hasta 15 años. Un tanque de combustible subterráneo con un sistema de suministro e instalación costará alrededor de 200,000 rublos. Además, una caldera diésel depende de la electricidad: con frecuentes apagones, tendrás que encargarte de comprar un generador. Consideraremos que el costo del servicio es aproximadamente el mismo en todas partes: 5,000 rublos. en el año. Si operamos con estas cifras, los costos operativos durante 50 años a los precios actuales ascenderán a 610,000 rublos. o 12 200 rublos. en el año. El costo del combustible diesel para las salas de calderas, teniendo en cuenta la entrega, se tomará igual a 36 rublos. por litro (varía según la región). El calor específico de su combustión es de 10,3 kW * h / l. Esos. el costo de 1 kW * h de calor, teniendo en cuenta la eficiencia de las calderas diesel, será de 3,93 rublos, y el costo de la temporada de calefacción - 333,800 rublos.

Teniendo en cuenta los costos operativos: 346,000 rublos. en el año.

Las principales opciones para calentar una cabaña 4. Combustible sólido

En esta capacidad, se puede utilizar leña, pellets (briquetas) o carbón. Sin embargo, debe comprender que una caldera de combustible sólido no es completamente automática. Esto significa que alguien debe trabajar constantemente como bombero. En el caso de las calderas de pellets, el nivel de automatización es mayor, pero el nivel de peligro de ignición del combustible también es mayor.

Esto debe tenerse en cuenta al utilizar calderas de carbón. Por tanto, en ambos casos se requerirán medidas de seguridad adicionales. El costo del equipo varía mucho. Por ejemplo, una caldera de 15 kilovatios con carga manual costará alrededor de 25,000 rublos, pero es poco probable que la perspectiva de correr constantemente hacia la sala de calderas y tirar leña o carbón a mano le sonría. Una caldera con suministro automático de combustible puede costar desde 100,000 (pellet) hasta 200,000 rublos. (carbónico). Es cierto que todos sirven durante 20-25 años.

Como resultado, el funcionamiento de una caldera de leña costará 6250 rublos. por año, pellet automático - a 10,000, y carbón automático - a 15,000 (todos - teniendo en cuenta el costo de mantenimiento anual).

El costo del combustible depende significativamente de la región. Por ejemplo, en la región de Moscú, 1 metro cúbico (en promedio 650 kg) de leña de abedul a un precio mayorista hoy costará 1.400 rublos. (Creemos que al pedir un gran volumen a la vez, la entrega será gratuita), carbón de calidad aceptable: 6,000 rublos. por tonelada, briquetas de combustible, aproximadamente el mismo precio.

Si asumimos que el calor específico de combustión de la leña es de aproximadamente 3,4 kW * h / kg, el carbón - 7,5 kW * h / kg y las briquetas - 5,6 kW * h / kg; que la eficiencia de una caldera de leña es aproximadamente del 75% y la de una caldera automática es del 80%; luego obtenemos el costo de 1 kW * h de calor, respectivamente igual a 0.84, 0.64 y 0.85 rublos. (leña, carbón y briquetas). Es decir, calentar con leña costará 71.400 rublos al año y 54.060 rublos con carbón. y briquetas - 72 420 rublos.

Y teniendo en cuenta los costos operativos: leña - 77 650 rublos. en el año; carbón - 69,060 rublos. en el año; briquetas - 82 420 rublos. en el año.

La calefacción con carbón, como podemos ver, es más económica que la calefacción con otros tipos de combustible sólido, pero la leña en 2020 se ha vuelto más rentable que las briquetas. Pero cualquier combustible sólido sale más caro que el gas principal.

Comparación de la eficiencia de diferentes sistemas de calefacción.

Este artículo fue escrito muy largo y duro. No porque fuera necesario inventar algo, sino solo por el hecho de que se explica en palabras sencillas, comprensibles para la mayoría, cuáles son las ventajas, por ejemplo, calefacción por suelo radiante de agua frente a la calefacción por radiadores, en términos de ahorro energético, resultó no ser una tarea tan sencilla. Esto es simplemente imposible sin la introducción de definiciones y términos físicos especiales. De alguna manera tuve que debatir estos aspectos y explicarlos en un idioma que nos sea más familiar a ti y a mí.

Por lo tanto, es probable que muchos ya hayan escuchado que el calentamiento la calefacción por suelo radiante es más eficiente que la calefacción por radiadores. Más eficiente que los radiadores y calefacción con rodapié caliente... Pero en qué radica esta eficiencia, que en última instancia se expresa en facturas mensuales de servicios públicos, probablemente no todos entiendan. Intentemos resolverlo.

Calefacción con radiadores en principio, su historia se remonta al lejano 1875, cuando apareció el primer apartamento con calefacción de agua en Rusia y en toda Europa. En aquellos días, pilastras bastante voluminosas desempeñaban el papel de radiadores. Antes de eso, la calefacción era principalmente estufa. El problema era que el sistema de calefacción de la estufa no era adecuado para locales grandes de varias habitaciones. en la habitación en la que se ubicaba directamente el horno, se crearon condiciones cómodas debido a la transferencia de calor radiante, y el resto permaneció detrás de la transferencia de calor por convección. Debido a la baja eficiencia de este último, fue necesario calentar mucho más los hornos, lo que aumentó el ya considerable consumo de combustible.

Debido al hecho de que las propiedades termofísicas del agua, como la capacidad calorífica y la conductividad térmica, son varios órdenes de magnitud superiores a las del aire a este respecto, sistema de calefacción por radiador permitió aumentar significativamente la eficiencia de la calefacción de edificios y reducir el consumo de leña y carbón.

Han pasado casi 140 años desde entonces. Diseño radiadores mejorado, como resultado de lo cual aumentó la eliminación de calor de una unidad de la superficie de estos dispositivos, pero estas mejoras no eliminaron el inconveniente principal y principal.

El hecho es que en comparación con el área de la habitación, la superficie de los radiadores es relativamente pequeña. Esto crea la necesidad de calentar el portador de calor suministrado a altas temperaturas (70-90 oC). Y al tener una temperatura tan alta, el radiador esencialmente deja de ser un radiador, es decir, el principal método de transferencia de calor ya no es la radiación, sino la convección.

El campo de temperatura con este método se ve así: el aire calentado por el radiador es natural

en cierto modo se precipita hacia el techo, donde inicialmente tiene una temperatura del orden de + 30 оСa medida que el aire se enfría, pierde gradualmente su temperatura. En la zona de los pies, la temperatura del aire es 17-20 оС... Al mismo tiempo, la temperatura del suelo es 16-17 оС... La figura muestra claramente que la circulación de aire se mantiene constantemente en la habitación, lo que, en primer lugar, transfiere polvo y partículas en suspensión y, en segundo lugar, lo que es importante, se gasta un cierto trabajo térmico en la circulación. Es decir, los radiadores no solo calientan el aire, sino que también le dan la energía del movimiento. Nada aparece de la nada y un 4 a 7% adicional de toda la energía térmica se gasta en la circulación de la masa de aire.

El más importante desventaja radiadores, como probablemente notó en el diagrama, es que afuera volumen útil las temperaturas de la habitación son relativamente altas (hasta 30 ° C), lo que no tiene sentido para todos los días (¿qué diferencia tiene para usted, cuántos grados hay en 1 metro por encima de su cabeza ...?), pero, por el contrario, aumenta significativamente la pérdida de calor a través del techo y la ventilación.

Hablando brevemente, calentar con radiadores requiere calentar todo el volumen de la habitación en cierta forma. La altura media de la temperatura ambiente es la siguiente: 1,5 metros por encima del nivel del suelo (60% del volumen de la habitación) - la temperatura media es de aproximadamente + 20 оС, nivel del suelo de 1,5 ma 2,5 m (40% de la habitación) - temperatura media aproximadamente +26 оС... Por lo tanto, la temperatura real promedio en una habitación de volumen V está determinada por la ecuación:

Tsrrad. = (0,6 × 22 + 0,4 × 26) = 24 ° C.

Tenga en cuenta que cuanto mayor sea la temperatura ambiente, naturalmente mayor será la pérdida de calor.

Para empezar a considerar los sistemas de calefacción radiante, que incluyen el sistema piso de agua tibia y el sistema zócalo cálido, es necesario introducir otro término físico importante: el coeficiente de irradiancia. Sin recurrir a intrincadas formulaciones de la física y la trigonometría, expliquemos.El coeficiente de irradiancia es la porción de energía térmica que puede irradiarse a su cuerpo desde cualquier superficie. Dado que una persona es una criatura erecta, ubicada al menos 16 horas al día en un plano vertical, es obvio que es más difícil irradiar calor desde la superficie del piso a nuestro cuerpo que desde la superficie de las paredes. Y así resulta físicamente. Los valores de referencia de los coeficientes de exposición a la superficie del cuerpo humano serán: desde el suelo ~ 0.130, desde la superficie paredes ~ 0.240... Más en orden.

Si, por ejemplo, el poder del sistema piso cálido en el interior es 500 vatios, entonces, cuando actúa en el cuerpo humano, el orden de 65 vatios (reponiendo aproximadamente el 60% de todas las pérdidas de calor del cuerpo), el resto del calor se transfiere mediante transferencia de calor a través de los pies (ver el artículo "Piso calefactado por agua AVANTEN. Principios para reducir los costos operativos") y convección. La distribución de la temperatura del aire en toda la habitación es bastante uniforme (ver figura) y en promedio es de aproximadamente 20 oC... No hay circulación de aire, el calor entre las capas de aire se transfiere principalmente por difusión.

Calefacción zócalo cálido Es en realidad una calefacción combinada paredes cálidas y pisos cálidos... El rodapié no funciona de manera diferente (ver el artículo "El aspecto físico de la eficiencia de la calefacción de rodapiés en edificios"). Al mismo tiempo, debido a un componente radiante aún mayor en este tipo de calefacción (coeficiente de irradiancia 0,240) una persona se siente bastante cómoda en la habitación, incluso si la temperatura del aire en ella se establece en +18 ° C, debido a su distribución bastante uniforme sobre el volumen. Con una pequeña aproximación, la temperatura promedio se puede tomar como aproximadamente 19 ° C. El calentamiento con un zócalo cálido no calienta directamente la superficie del piso y las paredes, sino principalmente debido a la convección de un pequeño volumen de aire que fluye a lo largo de sus superficies. Al mismo tiempo, en el mejor de los casos, alrededor del 1% de la energía térmica se gasta en trabajo térmico.

Por lo tanto, de acuerdo con la relación de temperaturas promedio en las instalaciones, será fácil calcular en números la eficiencia comparativa de un sistema de calefacción en particular.

El significado físico de los números dados en la tabla se reduce al hecho de que
si se calienta la misma habitación, para que la persona en él se sintiera cómoda, alternativamente tres sistemas diferentes, entonces las mayores pérdidas de calor serán en una habitación con radiadores, una habitación con piso calentado por agua requerirá un 21% menos de energía, mientras que una habitación con un zócalo cálido reducirá la necesidad de calor en un 24%... Y todo esto se debe principalmente a una distribución más racional del calor en todo el edificio.

Consideramos necesario señalar que, como puede verse en el material del artículo, el ejemplo de diseño se muestra para un edificio con altura estándar del techo (apartamento). Con el aumento de la altura de la habitación, la diferencia en eficiencia energética entre radiadores y sistemas de calefacción radiante (suelo radiante de agua y rodapiés calientes) solo aumentará.

Empresa AVANTEN,

18.07.2013.

Las principales opciones para calentar una cabaña 5. Caldera eléctrica.

El costo de una caldera eléctrica automática de la potencia que necesitamos (30 kW) será de aproximadamente 50 mil rublos (tendrá que cambiarse cada 10 años). También tendrá que pagar más por la capacidad de entrada adicional, que es de al menos 10 mil rublos por kilovatio (tenemos en cuenta los precios más razonables del mercado). El costo total de la conexión será de 300 mil rublos.

El costo de un kilovatio-hora de electricidad en la región de Moscú es de 4,81 rublos / kW * h, la eficiencia de la caldera es del 99%. En total, obtenemos el costo anual de calefacción: 413,000 rublos.

Y teniendo en cuenta el costo del equipo: 424,000 rublos. en el año.