Проблемы выбора банного элекроотопительного оборудования

Осмысленный подбор банного элекроотопительного оборудования обычно бывает намного сложней, чем выбор банных печей на твёрдом топливе. Это обусловлено, прежде всего тем, что электрическое оборудование для бань воспринимается в народе порой чересчур прогрессивным индустриальным решением, убивающим исконную прелесть традиций.

Действительно, любительские или представительские русские бани «без живого огня и запаха дыма» немыслимы точно также, как немыслимо скрыть сущностную скудость идеи сухой потельной электросауны переводом её на дровяное отопление. Во всяком случае, русский мужик никогда не отождествлял баню с просто потением голым у огня. Тем не менее, до сих пор ни в одной из стран не выпускаются электропечи, полностью имитирующие банные печи на дровах в части одновременного нагрева и воздуха, и воды, и камней. Чтобы собрать некое подобие русской белой бани придётся приобрести целый комплект отдельных узлов, включая теплоаккумулирующую электропечь-каменку (типа термоса), воздухонагреватель и проточно-накопительный водонагреватель, а это уже весьма сложно для рядового дачника.

Простейшим и логически последовательным шагом освоения электрической энергии в банях является перевод обычных дровяных кирпичных печей-каменок на электричество. Для этого в топку печи с перекрытой трубой через реконструированную загрузочную дверку можно ввести набор высокотемпературных инфракрасных ТЭНов, закреплённых на общей сборке так, чтобы клеммные подводы располагались вне топливника печи. Наиболее удобно это сделать в том случае, если кирпичная (или металлическая дровяная) печь имеет топочную дверку в сухой раздевалке, а каменку в бане (парилке). Как и в случае горения углей основным механизмом теплопередачи от ТЭНа к стенкам топки является лучистый. Поэтому необходимо располагать ТЭНы вдоль стенок топки, можно не касаясь их. При обычном размере топки 0,25x0,5x0,5 м и толщине кирпичных стенок 0,12 м (полкирпича) система ТЭНов с номинальной мощностью 3,5 кВт по расчёту нагревает топливник до температуры внутри 300°С и снаружи 80°С за 5 часов. После этого переключением ТЭНов с параллельного включения на последовательный можно снизить мощность до 1,75 кВт и поддерживать печь в таком состоянии до прогрева камней, воды и воздуха в бане. Процесс прогрева бани долгий, но не хлопотный: включить ТЭНы можно и за сутки до принятия банной процедуры. Энергозатраты составляют 50 кВт•час, что вполне приемлемо в стоимостном отношении. Ясно, что мыться в бане с такой электропечью можно только после приличных поддач, причём ожидать экстремальности от пара не приходится. Так что для любительских целей такой метод электронагрева не подходит. В то же время для современных мытейных и физиотерапевтических бань электроотопление является наиболее достойным и разумным выбором. Всё это означает, что прогрессивный переход от дровяного отопления к электрическому должен сопровождаться и более критичным осознанием конкретных назначений бань и более современным конструктивным оформлением интерьера.

Наибольший перспективный интерес для дачников и садоводов представляют мытейные электробани в двух вариантах: встроенная мытейная (туалетная) баня, располагаемая непосредственно в постоянно отапливаемом доме, и автономная отдельно стоящая мытейная баня в периодически (эпизодически) отапливаемом строении. В первом случае вполне достаточны относительно маломощные и малоинерционные воздухонагреватели хотя бы типа финских электропечей для саун. Но более удобными и пожаробезопасными были бы низкотемпературные стеновые и потолочные панели в водозащищённом (или брызгопарозащищённом) исполнении, желательно водообогреваемые от собственного электрокотла (рис. 181,г) или от отдельного контура центрального отопительного агрегата дома. В экономичном варианте можно использовать потолочные инфракрасные обогреватели в сочетании с малотеплоёмкими стенами. Во втором же случае автономных бань пригодны только теплоаккумулирующие агрегаты, предусматривающие предварительный (длительный) нагрев теплоёмкой сердцевины (металл, кирпич, камень) и значительного количества воды для мытья. Причём нагреватель воды для зимних бань должен выполняться не в напорном накопительно-проточном исполнении (наиболее распространённом в быту для душей и умывальников), а в накопительном виде типа бачка-рукомойника (бойлера) со съёмной крышкой для залива воды ведром, с краном полного опорожнения и ТЭНом с заземлённым корпусом.

Проблема выбора не заканчивается анализом показателей назначения оборудования, а продолжается в части оценки показателей эффективности (экономичности) и качества (надёжности). Ориентироваться на заявления рекламы в этом вопросе крайне опрометчиво. Так, часто утверждается, что, мол, тот или иной электровоздухонагреватель имеет больший КПД нежели другие или, например, что лучистые системы обогрева обеспечивают невиданный КПД прямого преобразования электроэнергии в тепловую энергию 90% и даже выше. Однако общеизвестно, что электронагреватели любой конструкции имеют КПД, равный 100%, точно так же, как КПД преобразования электроэнергии в тепловую энергию также всегда равен 100%, поскольку даже потери в проводах в конечном счёте представляют собой нагрев. В то же время КПД нагрева дачных бань - понятие весьма неопределённое, никем пока не сформулированное. Так, энергозатраты на разогрев банной печи и самого помещения до 40°С не являются, вообще говоря, полезными затратами. Поэтому КПД банной кирпичной печи (хоть на дровах, хоть на электричестве) может быть близок к нулю, тем более зимой.

Большой интерес представляют для бань потолочные системы инфракрасного нагрева, имитирующие привычное воздействие солнечного излучения, столь сильно влияющего на человека. Остановимся на двух аспектах: во-первых, на локальности нагрева, а во-вторых, на тепловых потерях здания. Локальность нагрева в принципе может обеспечить любой источник нагрева, а не только лучистый. Можно взять в руки фен и направить тёплую струю воздуха именно на лицо или на руки. Можно прижать к груди тёплую электрогрелку, а можно положить её на полок. Но будет ли это системой отопления бани? Конечно же, нет. С локальной системой обогрева человеку, может быть, и тепло, но сама баня остаётся холодной. В этом легко убедиться, выключив систему локального отопления. Так что, человек, одев, например, на себя дополнительный свитер, не может утверждать, что дом стал теплей или что свитер является наиболее эффективным и дешёвым способом нагрева помещения. Вместе с тем, локальный нагрев (точно также как и локальный отсос или приток воздуха) является эффективным дополнительным средством жизнеобеспечения, и эффективность его, прежде всего, обусловлена узкой целенаправленностью. В этом смысле КПД любого обогревательного прибора может рассчитываться не на тепловыделение вообще, а на тепловыделение строго целенаправленное, например, на нагрев рук человека или всего тела целиком, на нагрев воды в бачке или пола в конкретном месте. И этот КПД, конечно же, будет сильно отличаться от 100%, причём будет изменяться даже в зависимости от конкретного месторасположения прибора относительно человека или иного нагреваемого объекта. Для бань все эти соображения ещё более важны, чем для жилых помещений, поскольку бани накладывают большие требования к климатической зональности. Если жилые помещения (причём все помещения) желательно поддерживать примерно при одних и тех же температурах и влажностях, то в банях в одних помещениях должно быть жарко, в других — тепло, в третьих — прохладно или даже холодно. Обычно в банях климатические зоны разделяют перегородками (стенами), которые могут выполнять и иные роли (визуального или акустического разделения, например, или декоративные). Но при наличии локальных источников нагрева эти перегородки могут быть и излишними. Например, если в чёрной бане подойти к раскалённой куче камней — станет теплей, отойти — холодней. Так и в современных мытейных банях надо делать так, чтобы не было нужды переходить из помещения в помещения, а можно было бы просто включить систему локального нагрева тела, если вдруг стало прохладно. Такие системы иногда называют «душами» (завесами): тепловой душ, лучистый душ (а в некоторых официальных документах применяют термин «душирование»).

Рис. 184. Схемы обогрева помещения с различными системами отопления
Рис. 184. Схемы обогрева помещения с различными системами отопления: а — конвектор; б — тепловентилятор (калорифер, фен); в — инфракрасный обогреватель, г — подогреваемый пол. Прямые стрелки — конвективные потоки тепла, лучистые потоки.

Что касается тепловых потерь отапливаемого здания в целом, то они, конечно, зависят от того, как расположены тепловые источники в здании и какой они конструкции. Так, если в помещении установлен конвектор (оребрённая труба в кожухе) или радиатор (чугунная сборная секционная батарея или стальной или алюминиевый теплообменник), то у потолка всегда теплей, чем у пола, поскольку тёплый воздух всплывает вверх (рис. 184,а). При этом возникает ощущение, что повышенная температура у потолка обусловлена недостатками отопителя, а не самого помещения. А если в помещении установлен потолочный инфракрасный обогреватель, то у пола всегда теплей, чем у потолка, поскольку тепловые лучи сначала греют пол, а затем от пола уже греется воздух в помещении, причём тёплый воздух преимущественно располагается внизу (рис. 184,б). Такой нагрев помещения уже можно рассматривать как достоинство именно инфракрасного обогревателя, поскольку нагревается не припотолочная область, а та зона, в которой обитает человек. Температура 24°С у пола может стать чрезмерной для человека, поэтому её можно снизить до комфортного уровня (например, до 20°С у пола) путём уменьшения мощности инфракрасного обогревателя, что приведёт в конечном счёте к экономии энергии и денежных средств на отопление помещения. 

В действительности картина более сложная, особенно применительно к баням. Конвектор (рис. 184,а) преимущественно греет потолок, но нагрев потолка не является столь уж бесполезным. Тёплый потолок является инфракрасным излучателем, панелью мягкого лучистого обогрева, что отчётливо ощущается в саунах. Инфракрасный обогреватель (рис. 184,в) испускает тепло на пол, но в условиях бань пол не бывает настолько утеплён, чтобы нагреться до гипотетически возможных высоких температур, особенно в условиях сквозняков, вечно дующих именно по полу.

Строго говоря, анализ необходимо начинать с абстрактного случая «идеальной» изотермической бани, когда потери тепла через стены отсутствуют, и источники тепла тоже отсутствуют. Появление потерь тепла или источников тепла нарушают всю картину даже в случае стационарности, когда в целом по постоянно отапливаемому зданию ясно, что сколько тепла введено, столько и выходит наружу из здания. Дело в том, что выходит тепло из бани неравномерно: через одни участки стен больше, через другие меньше, даже если все стены, полы и потолки утеплены одинаково. Это обусловлено тем, что отопительные приборы внутри здания расположены, как правило, локально, а значит можно ожидать и локальных изменений температур стен, а отсюда и уровней теплопередач. Если бы температура конвектора (а не мощность) строго поддерживалась на одном уровне, например, 40°С, то при тщательно утеплённых и не пропускающих тепло стенах всё помещение прогрелось бы от пола до потолка до 40°С, после чего отбор тепла от конвектора прекратился бы. Но потолок, стены и пол отводят тепло и при этом охлаждаются, охлаждая вслед за собой соприкасающийся воздух. Поэтому, совершая циркуляционный оборот, воздух постепенно охлаждается сначала у потолка, например, до 24°С, затем у стен до 16°С, затем у пола и вновь поступает на нагрев в конвектор. Таким образом, основной отвод тепла из здания (однокомнатного) будет происходить через потолок. Поэтому потолок (а в банях особенно) тщательно утепляют, добиваясь тем самым прогрева пола: если потолок будет холодным, то всё внизу будет холодным. Если конвектор оснастить вентилятором (воздуходувкой), то получится электротепловентилятор (фен), который может весь воздух в бане перемешать и выровнять температуры. Более того тёплую струю можно послать вдоль пола (рис. 184,б). В этом случае поток воздуха охлаждается сначала у пола, затем у стен, а потом и у потолка. Максимальные температуры при этом будут достигаться у пола, поэтому основной отвод тепла из здания будет происходить через пол. Поэтому именно его придётся в первую очередь утеплять особо тщательным образом. Аналогичная ситуация возникает при использовании потолочных инфракрасных обогревателей (рис. 184,в) и обогреваемых полов (рис. 184,г).

В последние годы за рубежом и в России изучаются особенности прогрева помещений и тела человека длинноволновым инфракрасным излучением, в том числе в окне прозрачности (относительной) углекислого газа и водяных паров. Так, в частности, наряду с сомнительными соображениями о глубоком проникновении излучения 10 мкм в тело человека (В.В. Маслов, Патент на изобретение РФ № 2199981 от 9.02.2001), исследуется процесс перехода от режима беспрепятственного распространения теплового излучения в сухом воздухе бани к режиму объёмного прогрева высоковлажного воздуха в бане за счёт поглощения теплового излучения водяными парами при повышении температуры излучателя от 50-100°С до 300-500°С. Действительно, имеющиеся экспериментальные данные (рис. 109,е) свидетельствуют о реальной возможности поглощения инфракрасного излучения в банях влажным воздухом, но не более 20% лучистого тепла, испускаемого инфракрасным источником (что впрочем является не столь уж малой величиной).

В рядовых дачных банях (преимущественно летних) электрообогрев чаще всего мыслится конвекционный, в первую очередь, с использованием металлических печей типа электрических печей-каменок для саун производства Швеции, Финляндии или России. Остальные способы отопления оказываются весьма дорогостоящими и технически сложными. В качестве дополнительного средства локального обогрева наиболее удобны инфракрасные обогревательные панели. Качество изготовления, комплектации и монтажа промышленного электрообогревательного оборудования проверять сложно. При самостоятельном изготовлении данных отопительных печей следует обращать внимание в первую очередь на прочность и термостойкость ТЭНов, возможность их термического расширения, надёжность электрических контактов.

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Добавить комментарий

CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)