Инфракрасное отопление зимнего сада
Зимний сад — украшение загородного дома. Одни используют его в качестве оранжереи, другие располагают в нем гостиные, третьи отправляют туда своих детей разучивать гаммы на фортепиано. Сами строители, не стесняясь, называют зимний сад «модным трендом». Подобно детективу Ниро Вульфу, который постоянно бегал в оранжерею, чтобы проверить свои орхидеи, россияне все чаще стали строить зимние сады. В домах отечественных знаменитостей это стало необходимым атрибутом. В торговых центрах и ресторанах специально отводят пространство под зимний сад, где отдыхают посетители.
Говоря о зимнем саде, стоит подумать об обогреве этого помещения. Традиционное конвективное отопление (сюда входят практически все привычные нам обогреватели: водяные радиаторные батареи, масляные радиаторы, электроконвекторы) для этих целей применять нецелесообразно, поскольку большая площадь остекления даёт существенные теплопотери. В конвективных обогревателях действие самого отопительного прибора направлено на нагрев воздуха, который затем циркулирует по комнате, а после уходит в вытяжку. Альтернатива конвективному отоплению — лучистый обогрев действует иначе. Воздух напрямую от него вообще не нагревается, но прогреваются все окружающие предметы (прежде всего, это пол, стены, мебель), от которых уже вторично греется воздух. Такое способ обогрева максимально приближен к естественному солнечному теплу, которое наиболее подходит для растений оранжереи.
Высота потолка также влияет на эффективность обогрева. Чем она выше, тем больше теплопотерь при традиционном конвективном отоплении, когда все тепло уходит под потолок. Лучистый (инфракрасный) метод отопления — напротив, дает минимальный рост теплопотерь с увеличением высоты помещения, т. к. все тепло концентрируется внизу, у пола, а воздух под потолком на несколько градусов прохладнее (пол — самая прогретая поверхность в помещении, чем ближе к нему, тем теплей). Так же происходит и в природе. Все предметы греются от лучистого тепла, и его главным источником выступает солнце. Лучи не греют космос, а, проходя через атмосферу, тратят мало тепловой энергии. Они не рассеиваются, а согревают твердые тела, нагревается земля, а от нее уже греется воздух. Аналогично работает и русская печь.
Подражая солнцу, инфракрасные обогреватели также лучше располагать на потолке. Грея сверху вниз, они максимально направляют все тепло в пол, что и необходимо для наиболее экономичного отопления, так как вверх тепло поднимется само за счет естественной теплопередачи по воздуху. Главное — постоянный приток лучистого тепла к полу, что и позволяет поддерживать нужное распределение температур в помещении (у пол температура на 2-3 С выше, чем на уровне головы. Например, если на терморегуляторе (расположенном на средней высоте) установить температуру воздуха 22С, то температура пола будет примерно 25С. Это, кстати, самая оптимальная температура для человека, так как с одной стороны чем теплее пол, тем комфортнее, а с другой, согласно СНиП, нагрев пола выше 26С ведет к перегреву ног.
Стоит упомянуть и о стоящих особняком системах «теплого пола». Этот способ обогрева нельзя отнести ни к конвективному, ни к лучистому. Основным механизмом нагрева там является теплопроводность по нагреваемым конструкциям (сам нагреватель вмуровывается в толще пола). Недостатком этой системы является повышенный расход электроэнергии, так как бесполезно перегревается толща пола (45-60С), чтобы достичь тех же температур у его поверхности. Второй недостаток — невозможность использовать в качестве основного отопления в зимний период, так как, чтобы прогреть всё помещение за счёт только пола, приходится его перегревать до температур 30С и выше. Кроме того, в этом случае греется только пол, а стены, окна, подоконники, мебель могут оставаться прохладными. В случае же с инфракрасными обогревателями все поверхности нагреваются равномерно, а самая тёплая зона пола — это его поверхность, а дальше вглубь температура понижается (толща полу служит естественным теплоизолятором).
Важно здесь и то, что лучистое тепло накапливается в конструкциях дома, глубоко прогреваются пол, стены, перекрытия, мебель. Запасенного таким образом тепла хватает надолго даже при отключении электроэнергии (остывание происходит очень медленно, так как нет перегретых поверхностей, скорость остывания которых высока). Выбирая между видами отопления, важно учитывать тот факт, что главная задача отопления заключается не в том, чтобы нагреть воздух, а в том, чтобы нагреть поверхности. В окружении теплых поверхностей человек чувствует себя комфортно, даже если температура воздуха падает, как, например, при проветривании (исследования показали, что в больницах больные не испытывают дискомфорт даже при длительном проветривании зимой, что благотворно сказывается на качестве воздуха и ускоряет поправку пациентов).
Для зимнего сада инфракрасное отопление подходит идеально благодаря тому, что, как уже говорилось выше, оно приближено к естественному, солнечному отоплению. Для растений оптимально, когда греются и листья, и стебли, и корни, и земля, а не только воздух оранжереи. Также немаловажным оказывается тот факт, что с помощью инфракрасных обогревателей можно настроить различную температуру по конкретным зонам. Большой разницы в неизолированных зонах создать, конечно, не получится, но перепад в 5С вполне реален, что для зимних садов весьма существенно. Используя инфракрасные обогреватели, стоит помнить о двух правилах: во-первых, прибор должен находиться на потолке «лицом» вниз, во-вторых, его нельзя ничем закрывать, иначе излучение будет ослаблено. Классическое расположение — на потолке. Другие варианты — на стенах, на полу — менее эффективны, хотя и применяются в качестве локального обогрева человека, сидящего непосредственно у такого обогревателя.
Основной принцип работы инфракрасных обогревателей — циклический: пять минут греют, десять минут «отдыхают». Управление осуществляется автоматически — при помощи терморегулятора: на нем задается желаемая температура, которую он поддерживает. Существуют программируемые терморегуляторы, которые поддерживают задание различной температуры в течение дня и по дням недели. Но со своей функцией хорошо справляются и самые простые (и самые надежные) — электромеханические терморегуляторы. Также инфракрасные обогреватели подойдут для обогрева атриумов (большое открытое пространство внутри здания) — при высоте помещения до 15 метров. Инфракрасный обогреватель можно разместить как прямо на потолке, так и опустить его на определённую высоту для выделения конкретной зоны обогрева (чем ниже обогреватель, тем более локально он греет). Полезно инфракрасное отопление и при модной сейчас тенденции размещения в атриумах больших деревьев (высотой в пять-семь метров). Для этих целей используют ИК-обогреватели, которые устанавливаются непосредственно над деревьями. Они идеальны в ситуации, когда нужно прогреть конкретное место отдыха, где люди могут присесть, насладиться мягким лучистым теплом,
Отопление теплиц, оранжерей и зимних садов
Текст: Михаил Лукьянцев
Любые растения — овощные или плодовые культуры, декоративные деревья и т.д. — могут выращиваться только в определенных климатических условиях с приемлемым для них диапазоном температуры и влажности. Создать для них благоприятную среду помогают грамотно устроенные теплицы, оранжереи и зимние сады, позволяющие круглый год собирать урожай и наслаждаться видом экзотов.
Зимний сад голландской компании weinor. Растения, создающие уют и ощущение вечно длящегося лета, расставлены в кадках на полу
Сначала попробуем разобраться в терминологии. Различные словари и энциклопедии дают следующие определения. Оранжерея — теплое застекленное помещение для разведения и содержания зимой теплолюбивых растений. Теплица находится вне дома и служит для выращивания растений. Зимний сад — отапливаемое помещение с естественным освещением, предназначенное для размещения южных экзотических и комнатных растений. Нередко зимний сад примыкает к дому и выглядит как веранда или продолжение гостиной.
Оранжерея в садах ирландского замка Бирр Касл (Birr Castle), широко известных в мире большой коллекцией редких растений
То есть теплица — утилитарное сооружение, используемое для выращивания урожая независимо от погодных условий и смены сезонов. Зимний сад не предназначен для сельскохозяйственных посадок. У него другие задачи — услаждать взор и радовать хозяев круглогодичной близостью к природе. А вот оранжерея в зависимости от желания владельца может выполнять функции и теплицы, и зимнего сада. Отсюда следует, что архитектурно и конструктивно эти сооружения схожи. Различие только в их назначении. Одни владельцы выращивают там агрокультуры, другие — растения субтропического происхождения. Современные технологии предоставляют практически неограниченные возможности обустройства зимнего сада, вплоть до сооружения в нем, например, искусственного водоема с теплолюбивыми рыбками.
Теплица с разноуровневыми приподнятыми грядками
Простейший вариант индивидуальной теплицы знаком, наверное, каждому — это летний парник, увеличивающий продолжительность теплого сезона: посадку, например, огурцов или помидоров там начинают раньше, а урожай собирают позже. Основные части парника — каркас (сборный или стационарный) и прозрачная кровля из полиэтиленовой пленки или остекленная. Относительно большие сооружения иногда оборудуют простыми системами полива. Вентилируют парники, отворачивая пленку или открывая специально предусмотренные «форточки» остекленных окон. Отопление в них отсутствует — источником обогрева служит естественное солнечное тепло.
В теплице цветы обычно выращивают в отдельных горшочках, установленных на полках
Если пользоваться теплицей планируется круглый год, то сложность конструкции многократно возрастает. Для поддержания в теплице или зимнем саду комфортных климатических условий (как правило, с температурой 20–25°С и относительной влажностью 60%) требуется наличие систем освещения, полива, вентиляции, контроля влажности и, безусловно, отопления. Ключевое значение имеет правильная теплоизоляция сооружения, основные элементы которого — вертикальное остекление (стены), наклонное остекление (крыша) и открывающиеся элементы (двери, окна, фрамуги). Для обустройства теплиц используют одно- и двухкамерные стеклопакеты. Учитывая, что способы и средства отопления перечисленных выше объектов применяются одни и те же, будем говорить об оранжереях, упоминая и особенности, присущие теплицам и зимним садам.
Оптимальный микроклимат в оранжерее Hartley Botanic (Великобритания) создается с помощью фрамуг в стеклянных стенах и крыше
Жидкостные системы отопления
Рынок предлагает разнообразное оборудование для обогрева оранжереи, и выбирать систему отопления необходимо еще на этапе проектирования сооружения. Наиболее распространенная из них — водяная. Теплоносителем чаще всего служит вода, хотя возможно применение и специальных незамерзающих жидкостей для систем теплоснабжения (автомобильные антифризы здесь не годятся).
Один из вариантов зимнего сада со столиком и стульями в окружении растений, выращиваемых в отдельных кадках
Нагретый теплоноситель поступает по полимерному или стальному трубопроводу в оранжерею и распределяется по трем основным зонам: верхней (под карнизами), средней (на стойках каркаса) и нижней (на глубине около 10 см по периметру сооружения). Для подогрева почвы трубы укладывают на глубине около 50 см с шагом около 25 см на слой дренирующего утеплителя (например, песка) толщиной около 30 см.
Хозяева этого зимнего сада имеют возможность комфортно отдыхать в окружении множества цветов в любое время года
Такой прогрев почвы трубами по принципу «теплого пола» вполне способен создать нужный микроклимат в оранжерее. Если же его мощности недостаточно, то применяют дополнительные отопительные приборы — радиаторы и конвекторы, которые располагают вдоль стен сооружения. В качестве теплогенератора используется уже установленный в доме котел, как правило, газовый.
Отопительные контуры оранжереи и основного здания разделяются с помощью дополнительного теплообменника, обеспечивающего независимое регулирование температуры теплоносителя по показаниям размещенных в помещениях датчиков. Если котел многоконтурный, то можно обойтись без такого теплообменника. Если мощность котла недостаточна для обогрева оранжереи (например, когда ее наличие не было предусмотрено проектом дома), необходимое количество тепла получают от дополнительного настенного или напольного водогрейного котла. Его мощность рассчитывается исходя из площади оранжереи и ее теплопотерь. Такой котел может служить только для отопления оранжереи или выступать в качестве дополнительного теплогенератора при его включении в общую систему отопления дома.
Вентилятор для нагнетания воздуха между двумя слоями полиэтиленовой пленки, которая образует
крышу теплицы
В отдельно стоящую оранжерею нагретый теплоноситель от установленного в доме котла поступает по утепленной теплотрассе. Ее сооружают на глубине от 1,5 м, прокладывая теплоизолированную металлополимерную трубу в бетонном канале, гидроизолированном и заполненном керамзитом или другим утеплителем.
Система водяного отопления оранжереи эффективно работает даже в регионах с суровым климатом. Однако она не лишена недостатков, к которым относятся трудоемкость монтажа и необходимость применения дополнительного оборудования, включая трубы, циркуляционные насосы, запорную и расширительную арматуру, датчики температуры, термостаты и т.д., что увеличивает сумму капитальных вложений.
Электродвигатель с приводом, открывающим вентиляционное окно
Воздушное отопление
В регионах с относительно умеренным климатом, где зимняя температура не опускается ниже –20°С, возможно устройство воздушного отопления оранжерей, основные элементы которого — воздухонагреватель, работающий обычно на жидком топливе или газе, и воздуховоды: жесткие (стальные или оцинкованные) и гибкие (алюминиевые, стальные или полимерные). Перераспределение теплого воздуха в оранжерее обеспечивается рециркуляционными вентиляторами.
Количество солнечных лучей, проникающих в оранжерею сквозь стеклянные крышу и стены, приходится иногда ограничивать
В этой системе отопления применяют также электрические тепловентиляторы.
Если зимний сад примыкает к дому, источником тепла может служить уже установленный в доме газовый или жидкотопливный воздухонагреватель или печь, передача тепла от которых также производится с помощью воздуховодов.
Тепловые насосы «воздух-воздух» (кондиционеры с функцией обогрева) — удобное решение для организации отопления не только пристроенного к дому зимнего сада, но и отдельно стоящей оранжереи. В модельных рядах ведущих фирм имеются тепловые насосы в так называемом северном исполнении — с пониженной границей минимальной температуры наружного воздуха.
Слева: магистраль, по которой теплоноситель поступает к теплому полу, обогревающему грядки, размещают вдоль стены. Справа: в оранжереях и зимних садах используются и теплые полы в виде матов с пленочными резистивными элементами
Существенное преимущество тепловых насосов перед другими электрическими теплогенераторами — высокая эффективность, позволяющая получать до 3–5 кВт тепла на 1 кВт потребленной электроэнергии. Современный тепловой насос типа «воздух-воздух» относительно прост в монтаже, имеет высокую степень автоматизации и широкий набор режимов работы.
У воздушного отопления малая инерционность, позволяющая быстро повысить температуру до требуемого значения. Но из-за недостаточной мощности его часто комбинируют с другими источниками тепла.
Термостат системы отопления оранжереи, автоматически поддерживающий заданную температуру, оптимальную для растений
Инфракрасные излучатели
Потолочные инфракрасные обогреватели (газовые и электрические) широко применяются для отопления оранжерей. Особенность инфракрасного отопления в том, что излучение этой длины волны не поглощается воздухом, а передается непосредственно нагреваемым поверхностям (именно по такому принципу «работает» Солнце), от которых уже нагревается воздух. Инфракрасные обогреватели позволяют достаточно просто организовать несколько температурных зон для выращивания в одной теплице растений с различными требованиями к климату.
Электрические инфракрасные излучатели компактны и проще в монтаже, чем газовые. Но их эксплуатация дороже из-за относительно высокой стоимости электроэнергии.
Электронагреватель, использующий конвекционный и радиационный способы обогрева, безопасно размещен на деревянном полу зимнего сада
Электрический кабель
Электрическая кабельная система подогрева грунта также может служить дополнительным средством отопления оранжереи. Такая система аналогична «теплым полам», но имеет свои особенности монтажа. Чтобы избежать пересушивания почвы, в оранжереях используют резистивный кабель мощностью не более 15 Вт/м. На слой водостойкой теплоизоляции насыпают слой песка толщиной около 20 см, в который и укладывают кабель с шагом около 15 см. Чтобы защитить его от повреждений при садовых работах, поверх песка размещают металлическую сетку, отделяющую кабель от плодородного грунта. Иногда используют бетонную стяжку, повышающую теплоотдачу, но увеличивающую стоимость монтажных работ.
Владельцы этой оранжереи поместили растения в горшки, расставленные на возвышении посредине помещения
Другое применение электрического нагревательного кабеля — подогрев водопровода, подающего в оранжерею воду для полива (если он проложен недостаточно глубоко и есть опасность его замерзания), а также предотвращение обледенения стеклянной крыши. В последнем случае кабель, мощность которого регулируется в зависимости от температуры и влажности наружного воздуха, укладывают по периметру крыши, вдоль стропил, в желобах и водостоках. Такая мера препятствует образованию снежных наносов и наледи.
Из электрических средств отопления надо также упомянуть конвекторы и масляные обогреватели, которые подходят для небольших оранжерей. Однако их распространение сдерживается высокой стоимостью электрической энергии.
Зимний сад частного дома в Англии выполняет также функции гостиной и столовой, стирая границы между окружающей природой и «домом-крепостью»
Умный сад
В оранжерее или зимнем саду, где счастливые домовладельцы не только выращивают цветы или ягоды, но и проводят немало времени, отдыхая в любую погоду, круглый год, наряду с отоплением требуются и другие системы — освещения (продолжительность светового дня важна для процесса фотосинтеза растений), полива, вентиляции (обеспечивая воздухообмен, она также снижает выпадение конденсата), контроля влажности, а также управления. Такая оснащенность современной оранжереи позволяет интегрировать ее в систему «Умный дом», которая с помощью датчиков температуры, освещенности, влажности воздуха и почвы автоматически поддерживает оптимальный для выращиваемых культур климатический режим.
Cалат-латук высаживают непосредственно в почву
Зимний сад вполне можно пристроить к уже заселенному дому. Однако предпочтительнее предусмотреть его наличие еще в проекте самого здания — тогда они будут гармонично объединены в одно целое как с инженерно-технической, так и с эстетической точек зрения.
