Теплопостачання сучасних будівель здійснюється за допомогою комплексу санітарно-технічних пристроїв.
Основною системою, що забезпечує теплопостачання будівель є система опалення. Однак сучасні ситеми вентиляції і кондиціонування також здатні підтримувати необхідну температуру приміщення і заданий температурно-вологісний режим.
Останнім часом активно розробляються інноваційні системи теплопостачання, засновані на використанні енергії сонця, інфрачервоного випромінювання та інших енергозберігаючих технологіях.
Основні складові традиційних систем опалення є наступні:
· Джерела тепла (генератор тепла) - елемент для отримання теплоти;
· Теплопроводи -Елемент для перенесення теплоти від джерела тепла до опалювальних приладів;
· Опалювальні прилади - елемент для передачі теплоти в приміщення.
Однак з деякі сучасні системи опалення мають специфічні особливості будови і в їх складі можуть бути відсутні деякі з перерахованих вище елементів. Однак постійним елементом у всіх системах опалення є - теплогенератор (теплогенеруючі установки).
Теплогенеруючі установки або генератори теплоти (теплогенератори) є основним обладнанням будь-якої системи теплопостачання.
Конструктивні особливості теплогенератора визначаються, перш за все, видом використовуваного в ньому палива.
Традиційним видом палива є тверде паливо (вугілля, деревина та ін.).
Найбільш доступним і дешевим в даний час є природний газ. Газові водогрійні котли (рис ....) Обладнуються або вбудованим атмосферним пальником (надходження повітря для горіння газу за рахунок природної тяги в димарі), або виносної пальником (примусове створення газо-повітряної суміші).
За способом установки котли бувають настінні та підлогові.
Настінні котли застосовують для опалення невеликих приміщень, зазвичай до 200 кв. метрів. Одні й другі діляться на одно- і двоконтурні. Двоконтурний котел одночасно забезпечує опалення і гарячу воду для побутових потреб. Вода підігрівається в бойлері або проточних способом, якщо потреби в ній невеликі. Бойлер - це ємність для підігріву і зберігання води.
Він дозволяє отримати гарячу воду в будь-який момент, однак займає більше місця і вимагає додаткової витрати палива для підтримки заданої температури.
Багато моделей сучасних котлів мають вбудований бойлер. Якщо передбачається значна витрата гарячої води (в будинку кілька ванних кімнат або душових кабін) котел можна доукомплектувати бойлером більшого обсягу. У цьому випадку сам котел може бути одноконтурним.
За способом видалення відпрацьованих газів котли бувають з природною або примусовою тягою. В котлах з природною тягою (або відкритою камерою згоряння) повітря надходить безпосередньо з приміщення, а гази відходять в димохід.
Якщо спорудити димар з якихось причин неможливо, або котел буде змонтований в який не передбачений для нього місці, застосовують котли з закритою камерою згоряння (з примусовою тягою). У конструкції такого котла є турбіна (вентилятор), яка видаляє продукти горіння з топки. У цьому випадку замість великого традиційного димоходу встановлюють простий і недорогий коаксіальний димохід - труба з вставленої в неї інший трубою меншого діаметру.
Отримані таким способом два розділених каналу використовуються для подачі повітря і для відведення газів. Котли з закритою камерою згоряння не спалюють кисень всередині приміщення. Практично всі сучасні котли мають регульовану потужність пальника, що дозволяє плавно змінювати температуру в залежності від потреби, тим самим заощаджуючи паливо і продовжуючи ресурс теплообмінника. Коефіцієнт корисної дії (ККД) газового котла перевищує 90%.
При відсутності газу в котлах використовують рідке паливо - дизельне паливо. Його використання для роботи теплогенератора помітно підвищує вартість самої котельні за рахунок появи в її схемі додаткового обладнання (паливних баків, системи подачі палива і т.д.), а також експлуатаційну вартість вироблюваної генератором теплоти.
Більш простим по конструкції є електричний котел. Він складається з теплообмінника з вбудованими нагрівальними елементами і пристрої автоматики.
Як нагрівальний елемент зазвичай застосовуються ТЕНи (трубчасті електронагрівачі). Але відомі також і електродні нагрівачі.
В електродних котлах нагрів теплоносія відбувається за рахунок його іонізації в замкнутій камері при проходженні через нього електричного струму. Вони значно менше за розміром і мають усі переваги електричних котлів. Однак для них доцільно використовувати спеціальний антифриз.
Деякі котли мають в складі циркуляційний насос, розширювальний бачок і запобіжний клапан.
Електричні котли прості в монтажі та експлуатації, не вимагають окремого приміщення і димаря. Працюють безшумно, екологічні та недорогі. Основним їх недоліком є висока витрата електроенергії, для потужних моделей (понад 10 кВт) необхідна трифазна мережа 380 Вольт.
Електричні теплогенератори не знаходять широкого застосування в Росії, в основному, через високий тарифу вартості електроенергії при її використанні на опалювальні потреби, а також з-за часто обмеженого ліміту розрахункової електричної потужності, що виділяється індивідуальному забудовнику. Подібні котли з потужністю до 20 ... 30 кВт найчастіше використовуються для опалення та гарячого водопостачання житлових або допоміжних будинків з невеликою площею.
Інфрачервоні плівкові нагрівачі. У них як нагрівальний елемент використовуються тонкі графітові плівки. В даний час застосовуються в системах «тепла підлога».
Такий нагрівач являє собою тонкий гнучкий лист. Він може монтуватися безпосередньо на дерев'яні поверхні. За різними оцінками, ефективність плівкового нагрівача до 15% вище ніж у кабельного. Монтується в основному на стелю і на стіни. Це його основний режим роботи, як променевого джерела тепла. З огляду на те, що його робоча температура невисока, він пожежобезпечний і не спалює кисень, але за вартістю дорожче кабельного. При рівних характеристиках з батарейній системою і електрокотлом, інфрачервоні плівкові нагрівачі дешевше в установці і більш довговічні в експлуатації. Однак, слід пам'ятати, що на 1 кубічний метр простору приміщення доводиться
5 Вт потужності такого нагрівача, чого може бути не достатньо для підтримки потрібної температури.
Крім плівкового нагрівача, до променевим системам опалення відносяться електричні інфрачервоні нагрівачі. Обладнані рефлектором, такі прилади здатні швидко прогріти що знаходяться в приміщенні предмети. Навіть перебуваючи на вулиці в прохолодну погоду, біля такого обігрівача буде тепло.
Але, через високу температуру нагрівального елементу, такі апарати спалюють кисень в приміщенні. Існує безліч конструкцій таких опалювальних приладів: для підлоги, настінного і стельового установки.
Теплогненератори, що працюють за рахунок енергії сонця-сонячний колектор. У них процес нагріву теплоносія відбувається за рахунок поглинання сонячного випромінювання. Потужність потоку сонячного випромінювання, без урахування втрат в атмосфері, становить близько 1350 Ватт на квадратний метр. Однак в різних точках планети інтенсивність сонячного випромінювання буде різною, наприклад в Європі, вона може бути менш 100 Ватт на квадратний метр, тому виникає задача не тільки ефективно поглинати сонячну енергію, але і зберігати її. Вдалим рішенням є конструкція сонячного вакуумного сонячного колектора.
Це плоска панель зі скляними трубками, всередині яких знаходяться мідні трубки меншого діаметру. Мідні трубки покриті спеціальною темною фарбою, що витримує високу температуру (200 градусів за Цельсієм і більше) і сприяє кращому поглинанню сонячного випромінювання. За ним циркулює теплоносій. Усередині скляної трубки створюють вакуум. Вакуум, не володіючи теплопровідністю, перешкоджає конвективного передачі тепла від нагрітої мідної трубки в навколишній простір. Така конструкція працює як термос. Скляні трубки виготовляють з особливо чистого і прозорого скла. У сучасних сонячних вакуумних колекторів ступінь поглинання сонячної енергії досягає 98%. Термін служби більше 15 років. Влітку вони можуть повністю забезпечити будинок гарячою водою. Здатні працювати взимку, такі пристрої послужать вагомим доповненням до основної системи опалення. В іншому така система опалення (або гарячого водопостачання) за своєю гідравлічної схеми і роботі автоматики схожа на батарейну.
Інший альтернативною системою опалення є застосування теплового насоса. По суті, це холодильник з джерелом низької температури у зовнішньому середовищі. Принцип роботи заснований на тому, що холодоагент випаровується в камері з низьким тиском і температурою, а конденсується в камері з високим тиском і температурою. Таким чином здійснюється перенесення тепла від холодного тіла до нагрітого за рахунок роботи теплового насоса. Без нього такий процес неможливий. Низькотемпературна камера охолоджується за рахунок циркуляції незамерзаючої теплоносія в колекторі, розташованому в грунті, у воді або на відкритому просторі. У камері з високим тиском і температурою відбувається передача тепла до теплоносія системи опалення будинку. Для роботи такої системи потрібна електроенергія, яка живить двигун теплового насоса. При цьому на кожен витрачений кВт електроенергії тепловий насос виробляє 2. 4 кВт теплової енергії. Запорукою сталої роботи такої системи опалення є сталість температури в колекторі ( "холодному тілі"). Теплові насоси дозволяють значно економити електроенергію або газ, однак вимагають початкових вкладень і трудовитрат в пристрій колектора. Наприклад, якщо колектор укладати в грунті (на 0,5 метра нижче рівня промерзання), можна досягти теплову потужність
20 Вт на 1 метр трубопроводу. для свердловин
40 Вт, для колектора, покладеного в воді
30 Вт. Додатковою перевагою теплового насоса є можливість перемикання з опалення взимку на охолодження (кондиціонування) влітку.