ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО НАПОЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ

IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF A HYDRONIC UNDERFLOOR HEATING SYSTEM IN A DETACHED RESIDENTIAL BUILDING THROUGH AUTOMATED CONTROL

Voloshin Ilya Sergeevich

Master’s Student, Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены современные подходы к повышению энергоэффективности систем водяного напольного отопления индивидуальных жилых домов. Выполнен анализ существующих способов регулирования отопительных систем, рассмотрены особенности зонального и погодозависимого управления. Показано, что комплексное применение автоматизированных средств управления позволяет повысить комфортность эксплуатации здания и снизить расход тепловой энергии.

ABSTRACT

The article discusses modern approaches to improving the energy efficiency of hydronic underfloor heating systems in detached residential buildings. Existing methods of heating control are analyzed, and the features of zonal and weather-compensated control are considered. It is shown that the integrated use of automated control systems improves thermal comfort and reduces energy consumption.

Ключевые слова: индивидуальный жилой дом, отопление, теплый пол, автоматизация, погодозависимое регулирование, зональное управление, энергоэффективность.

Keywords: detached residential building, heating system, underfloor heating, automation, weather-compensated control, zonal control, energy efficiency.

В современных условиях повышение энергетической эффективности зданий является одной из приоритетных задач строительной отрасли. Существенная доля энергоресурсов расходуется на поддержание нормативных параметров микроклимата помещений, поэтому совершенствование систем отопления представляет значительный практический интерес [1].

Одним из наиболее перспективных решений для индивидуального жилищного строительства являются системы водяного напольного отопления. По сравнению с традиционными радиаторными системами они обеспечивают более равномерное распределение температуры воздуха по высоте помещения и позволяют использовать низкотемпературный режим работы теплоносителя [1-3].

Особенностью водяного напольного отопления является большая площадь теплоотдающей поверхности. Благодаря этому комфортные условия в помещениях могут поддерживаться при температуре теплоносителя 30–45 °С, тогда как радиаторные системы нередко требуют температуры 60–80 °С. Снижение температуры теплоносителя способствует уменьшению тепловых потерь и повышению общей энергетической эффективности системы отопления [3].

В качестве объекта исследования рассматривается проектируемый индивидуальный жилой дом общей площадью 220 м², расположенный в климатических условиях Ленинградской области. Ограждающие конструкции здания предусматриваются в соответствии с современными требованиями по тепловой защите зданий [9]. В качестве основной системы отопления предусматривается применение водяного напольного отопления на обоих этажах здания [2, 3].

Одним из основных факторов, влияющих на энергоэффективность отопления, является способ регулирования тепловой мощности. В настоящее время можно выделить три основных подхода [5, 6]: ручное регулирование, централизованное автоматическое регулирование и зональное автоматическое регулирование.

Ручное регулирование характеризуется минимальными капитальными затратами, однако не позволяет оперативно учитывать изменение тепловой нагрузки здания. В результате возникают перетопы помещений и увеличивается расход энергии [4, 10].

Централизованное автоматическое регулирование обеспечивает поддержание единого температурного режима для всего здания, однако не учитывает особенности эксплуатации отдельных помещений. В жилом доме различные комнаты имеют различное функциональное назначение и требуют индивидуальных температурных условий [5].

Наиболее эффективным решением является зональное регулирование, при котором каждое помещение оснащается отдельным термостатом. Управление подачей теплоносителя осуществляется посредством сервоприводов, установленных на распределительных коллекторах. Такой подход позволяет поддерживать индивидуальную температуру в каждой зоне и исключать избыточный расход энергии [5, 6, 8].

Дополнительное повышение энергоэффективности достигается за счет применения погодозависимого регулирования. Принцип его работы заключается в автоматическом изменении температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. При потеплении температура теплоносителя уменьшается, а при похолодании увеличивается. Это позволяет избежать перегрева помещений и сократить расход энергии в переходные периоды года [5, 10].

Современные системы автоматизации также предусматривают возможность удаленного управления через сеть Интернет. Пользователь получает возможность контролировать параметры работы отопления, изменять температурные режимы и формировать индивидуальные расписания работы системы. Особенно актуальны данные функции при длительном отсутствии жильцов [6, 8].

В рассматриваемом проекте предусматривается применение системы автоматизации на базе контроллера TECH, обеспечивающего управление сервоприводами коллекторов, циркуляционным насосом и электрическим котлом. В каждом помещении устанавливаются комнатные термостаты, а также реализуется погодозависимое регулирование по сигналу наружного датчика температуры. Дополнительно предусматривается использование датчиков открытия окон, позволяющих временно отключать отопление в помещениях во время проветривания [8].

Особенностью водяного напольного отопления является высокая тепловая инерционность. С одной стороны, данное свойство способствует аккумулированию тепловой энергии в бетонной стяжке и повышает устойчивость температурного режима. С другой стороны, высокая инерционность требует применения интеллектуальных алгоритмов управления, способных прогнозировать изменение тепловой нагрузки и предотвращать возникновение перетопов помещений [3, 7].

Проведенный анализ показывает, что наибольшая энергетическая эффективность достигается при совместном применении низкотемпературного режима работы теплого пола, качественной тепловой защиты здания, зонального регулирования и погодозависимого управления. Такой подход позволяет обеспечить требуемый уровень теплового комфорта при минимально возможных затратах энергии [4, 9, 10].

Таким образом, автоматизация управления является одним из наиболее перспективных направлений повышения энергоэффективности систем водяного напольного отопления индивидуальных жилых домов. Комплексное использование современных средств автоматизации позволяет повысить комфорт эксплуатации здания, снизить энергопотребление и обеспечить рациональное использование энергетических ресурсов [5, 6, 10].

Список литературы:

1. СП 60.13330.2020. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – Москва : Минстрой России, 2020.
2. ГОСТ Р 56777-2015. Системы отопления и охлаждения поверхностные. Общие технические требования. – Москва : Стандартинформ, 2016.
3. EN 1264-1:2021. Water based surface embedded heating and cooling systems. – Brussels : European Committee for Standardization, 2021.
4. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Энергоэффективные здания. – Москва : АВОК-ПРЕСС, 2003.
5. Данилов Н.Н. Автоматизация инженерных систем зданий. – Санкт-Петербург : Профессия, 2015.
6. Жила В.А. Автоматизация инженерных систем жилых зданий. – Санкт-Петербург : Лань, 2018.
7. REHAU. Системы водяного напольного отопления : технический каталог. – Москва : REHAU, 2022.
8. TECH Controllers. Система управления теплым полом серии L-9 : техническая документация. – Wieprz : TECH Sterowniki, 2023.
9. СП 50.13330.2024. Тепловая защита зданий. – Москва : Минстрой России, 2024.
10. Ливчак, В. И. Энергоэффективность систем теплоснабжения и вентиляции / В. И. Ливчак. – Москва : АВОК-ПРЕСС, 2008.