Системы отопления загородных домов и производственных помещений
Установку котла и всей отопительной системы лучше всего проводить во время строительства дома. Потому что для правильной работы отопительной системы надо проложить десятки метров труб. И если это делать, когда отделка дома уже закончена, придется заново штробить (долбить) стены и пол, решать проблемы с размещением котла и т.д. Монтажники смотрят план дома, рассчитывают возможные теплопотери, мощность котла, количество радиаторов, длину труб и т.д. Исходя из этого, советуют приобрести тот или иное оборудование.
Обычно всю систему отопления разделяют на две составляющие: собственно систему (трубы и радиаторы) и котельную. Эти составляющие настолько тесно связаны, что их должна выполнять одна бригада рабочих. Это позволит избежать многих проблем.
Первое с чем нужно будет определиться – это с принципом циркуляции, какая она будет – естественная (гравитационная) или принудительная .
Основное преимущество естественной циркуляции – отсутствие насоса, а, следовательно, энергонезависимость системы (в случае если котел не оборудован автоматикой). Недостатки – существенные ограничения на геометрию трубопроводов (большие диаметры, строгое соблюдение уклонов, трудности в регулировании, значительные ограничения на управляемость отдельными звеньями системы, ограничения в этажности здания, невозможность применения многих современных материалов и технологий).
С принудительной циркуляцией все обстоит с точностью до наоборот, однако, такой фактор, как энегрозависимость достаточно часто сводит на нет все достоинства.
От выбора способа циркуляции зависит номенклатура приборов, устройств, и агрегатов которые вы сможете использовать в своей системе отопления.
Также стоит учесть, что котлы, рассчитанные на естественную циркуляцию могут работать на принудительной, но котел, предназначенный изначально для принудительной циркуляции никогда не сможет работать с естественной.
Расчет тепловых потерь дома (должен быть выполнен на каждое помещение в отдельности, с учетом количества окон, дверей, внешних стен).
Необходимые данные для расчета теплопотерь:
• Толщина стен и перекрытий, а также материал, использованный при их возведении;
• Компоновка крыши и ее крепление;
• Тип фундамента и материал, использованный при его возведении;
• Тип остекления, размер и материал рам.
При правильно выполненном расчете потребитель экономит при покупке радиаторов, они подбираются точно в соответствии с требованием компенсации теплопотерь конкретного помещения. Необходимо отметить следующее, что даже комнаты, одинаковые по объему, могут иметь разные показатели теплопотерь (одно помещение является угловым, а другое смежным или внутренним помещением, расположенным в южной или северной части дома, и т.д.). В отсутствии индивидуального расчета подбор осуществляется с запасом мощности (по принципу «Много не мало»). Это приводит к возрастанию цены радиаторов. Запас мощности на радиаторы увеличивает общий объем системы, а значит размер мембранного бака, мощность циркуляционного насоса и количество потребляемого электричества. Эксплуатация системы отопления с повышенной теплоотдачей приведет к перегреву дома и искусственному увеличению теплопотерь, и как следствие, к перерасходу тепла, топлива и материальным затратам.
Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления – важная составляющая комплекса инженерных расчетов. Необходимо определить сопротивление планируемой системы, диаметры трубопроводов, мощность насоса для циркуляции теплоносителя в системе. Данные расчета позволят запланировать дополнительные устройства, обеспечивающие равномерное распределение тепла между потребителями, таким образом, чтобы иметь возможность полностью использовать их рабочие характеристики. Правильное распределение нагрузок на трубопроводы гарантирует:
• Транспортировку необходимого количества тепла к каждому потребителю, стабилизацию давления в системе, отсутствие гидроударов при закрытии термоклапанов у радиаторов;
• Стабильное функционирование системы и, как результат, экономия ресурса работы котла и расхода топлива.
Только при грамотном подходе к проектированию можно оптимизировать систему по конструктивности и затратам. Не стоит забывать, что окупаемость системы отопления зависит от экономичной эксплуатации. Расчет, выполненный с дефицитом мощности, может привести к переборке котельной или системы отопления в целом. Зачастую о дефиците мощности потребитель узнает только в процессе эксплуатации.
Котел
Котел – основа отопительной системы. Котлы, как и в целом системы отопления, бывают одноконтурными (только отопление) и двухконтурными (отопление и горячее водоснабжение).
• Одноконтурный котел имеет в корпусе одну спираль с теплоносителем (водой или специальным антифризом) и служит только для отопления помещения
• Двухконтурный котел имеет в корпусе две спирали и служит для отопления и нагрева проточной воды.
• Одноконтурная система работает от одноконтурного котла. В ней теплоноситель, нагреваясь в котле, проходит по трубам и радиаторам и возвращается обратно в котел. Котел работает только на обогрев помещения.
Двухконтурная система работает как от двухконтурного, так и от одноконтурного котла, к которому подключают водонакопитель для водопровода (в нем спираль с теплоносителем нагревается от котла). Котел работает на обогрев помещения и нагрев воды для водопровода.
В систему отопления также входит:
• Расширительный бак;
• Воздушный клапан;
• Насос;
• Трубы;
• Радиаторные батареи;
• Терморегуляторы;
• Жидкость, циркулирующая по трубам системы (Антифриз).
По типу теплоносителя котлы подразделяются:
• Электрические ;
• Твердотопливные ;
• Жидкотопливные ;
• Газовые .
По месту расположения котлы подразделяются:
• настенные и напольные .
По типу подачи воды:
• проточные и накопительные .
По типу горелки:
• с атмосферными горелками и вентиляторными .
Выбор мощности котла
Лучше всего рассчитать мощность котла еще на стадии строительства дома и заложить систему отопления в проект. В этом случае проектировщики рассчитают нужную мощность котла именно для вашего дома.
В случае если дом уже построен, то мощность рассчитывается примерно так: на 10 кв.м. площади при высоте потолка 2,5 м . требуется 1 кВт мощности котла. То есть на дом площадью 300 кв.м. нужен котел мощностью не менее 30 кВт. На нагрев водопроводной воды уходит примерно 25% его мощности.
Данный расчет является приблизительным и на практике он не всегда себя оправдывает. Поэтому лучше, чтобы оборудование выбирали специалисты, которые будут его монтировать.
Также необходим проект системы отопления, составленный опытными проектировщиками, работающими в области проектирования систем отопления.
На основе проекта и выбирается мощность отопительного котла.
Предпочтительнее, конечно же, потратиться на проект, чем потом тратиться на исправление ошибок.
Порядок сбора частей отопительной системы не принципиален. Как правило, монтажники сначала оборудуют котельную:
- устанавливают котел,
- распределительный шкаф (если труб много, то они соединяются с котлом и между собой через раструбы и переходники как раз в этом шкафу),
- расширительный бачок и.т.д.
- устанавливают радиаторы в комнатах,
- затем монтируют трубы (либо в стене, либо в коробе, либо оставляют их открытыми – по желанию заказчика).
Когда все подсоединено, система заполняется жидкостью и производится пробный запуск.
Если современный котел правильно установить и эксплуатировать строго по инструкции, то можно не беспокоиться, что он сгорит или взорвется. Необходимо только производить профилактические работы не реже 1 раза в полгода.
Чтобы не беспокоиться о профилактике и возможных неполадках, лучше и удобнее всего заключить договор на сервисное обслуживание с фирмой, которая располагает штатом профессиональных мастеров, необходимым набором запчастей и сопутствующих товаров.
Цена котла и страна – производитель
Самые дорогие и самые качественные – немецкие. Немного хуже чешские и итальянские – хотя они тоже неплохого качества. Кстати, цена котла не влияет на затраты по его эксплуатации, так что если купили немецкий котел, в него не придется вкладывать «дополнительные» деньги.
Пульт управления котлом
Современные котлы автоматизированы: на передней панели каждого котла есть пульт управления. На нем располагаются кнопки управления, в том числе главные – «включить» и «выключить». С помощью кнопок задаются режимы работы котла.
В автоматическом блоке есть датчики, реагирующие на сбои в работе котла. Они отключат систему в критической ситуации (например, если корпус котла перегрелся, закончилось топливо или возникла другая неисправность).
Однако у автоматики есть один важный минус: отключается электричество, отключается автоматика, следом за ней – вся отопительная система. Решений у этой проблемы два: необходимо поставить аккумуляторы переменного тока (на них система может работать от часа до суток) или поставить аварийный генератор, он автоматически включается при отключении электричества в сети и дает ток до подачи электричества.
Горячее водоснабжение
Для получения горячей воды есть масса вариантов. Можно поставить проточный или накопительный водонагреватель, работающий независимо от котла, обеспечивающего отопление. Водонагреватель может быть электрическим или газовым, возможны и комбинации с твердым топливом. Газовый проточный водонагреватель обычно называют газовой колонкой.
Можно также использовать двухконтурный котел, который может быть проточного типа или со встроенным бойлером.
В случае, когда потребности в горячей воде не очень велики (10 – 15 л/мин), то логично приобрести двухконтурный котел проточного типа.
Более комфортные условия горячего водоснабжения можно получить, установив котел со встроенным бойлером. Его основные плюсы это 45 – 60 литров (в зависимости от модели) горячей воды постоянно готовых к использованию. Кроме того, бойлер позволяет иметь на некоторое время запас горячей воды при отключении газа. Но за комфорт приходится платить. Во-первых – большие габариты и вес, а также незначительное увеличение расхода газа, для поддержания воды в бойлере постоянно нагретой.
Если же вы привыкли тратить много горячей воды и у вас несколько точек водоразбора, работающих одновременно с большим потреблением горячей воды (ванная, джакузи, душ и т.п.), то можно к одноконтурному котлу, как впрочем, и к двухконтурному, подключить бойлер большого объема, например 200 л . Практически всегда это гарантирует удовлетворение потребностей в горячей воде даже очень взыскательного покупателя.
Расширительный бак
Вступает в работу, когда нагретая в отопительной системе жидкость увеличивается в объеме и для сброса избытка жидкости он и применяется. Без него возможно повреждение любого участка системы (труб, котла).
Расширительные баки бывают двух типов:
Расширительный бак открытого типа – открытая емкость, похожая на кастрюлю. Дно соединено коротенькой трубкой с трубой отопительной системы. Уровень воды в нем зависит от объема жидкости в системе, чем вода горячее, тем больше ее объем. От попадания грязи в бачок защищает фильтр. Ставится открытый бак на самом высоком месте отопительной системы.
Расширительный бак закрытого типа – капсула шарообразной или овальной формы, разделенная внутри герметичной мембраной на две части – воздушную и жидкостную. В воздушной части есть клапан, который при сильном повышении давления стравливает (спускает) воздух и тем самым позволяет жидкости занять внутренний объем бака. При повышении водяного давления мембрана прогибается и выдавливает воздух из бака. Когда водяное давление падает, мембрана «возвращается на место», воздух через клапан попадает в бак. Бак ставят в любом месте отопительной системы, но, как правило, рядом с котлом.
Отличия бака закрытого типа от бака открытого типа.
Во-первых, в закрытом баке не происходит соприкосновения жидкости системы с воздухом: жидкость не испаряется и не окисляется кислородом (и не разъедает внутреннюю поверхность труб и радиаторов).
Во-вторых, из закрытого бака жидкость никогда не выльется наружу и не испортит пол. В-третьих, бак закрытого типа можно поставить в любой точке системы (Как правило, открытый бак ставят на чердаке.)
Воздушный клапан
Выводит воздух из системы. Изначально систему заполняют жидкостью до тех пор, пока в ней не останется воздуха. Но в процессе нагрева жидкости могут появиться воздушные пузырьки (как в кипящем чайнике). Пузырьки образуют воздушную пробку и препятствуют прохождению жидкости по трубам и батареям. С помощью клапана воздушная пробка автоматически выводится наружу.
Циркуляционный насос
Насос помогает воде циркулировать по всей системе с нужной скоростью.
Циркуляционные насосы бывают двух типов: с мокрым и с сухим ротором .
Смазка подшипников насоса с мокрым ротором осуществляется теплоносителем системы отопления. Также теплоноситель выполняет функцию охлаждения. Понятно, что для этого должна быть обеспечена непрерывная циркуляция воды через гильзу насоса. Отсюда вытекает обязательное требование к монтажу насосов с мокрым ротором – их вал всегда должен находиться в горизонтальном положении. Среди преимуществ насосов с мокрым ротором стоит упомянуть практическую бесшумность их работы, бесступенчатое переключение скорости, невысокую стоимость.
Немаловажно и то, что насосы с мокрым ротором практически не нуждаются в техническом обслуживании.
В насосах с сухим ротором, их мотор не соприкасается с теплоносителем. Обычно этот тип насосов применяется в системах, где надо осуществлять циркуляцию больших объемов воды.
Насосы с сухим ротором имеют заметно больший КПД, чем их аналоги с мокрым ротором.
Работает насос от обычной розетки.
Насос соединен с автоматикой котла, это позволяет выбирать режим работы.
Хороший насос может работать в нескольких режимах и практически бесшумно.
В основном применяются немецкие насосы.
Движение жидкости необходимо, потому что нагретая вода, отдавая тепло, остывает. Чем быстрее нужно обогреть помещение, тем сильнее нагревается котел. И, следовательно, чем больше скорость воды (сильнее работает насос), тем больше тепла «отдает» батарея за меньший промежуток времени. Допустим, температура в комнате нагрелась до заданного значения, и теперь требуется только поддерживать ее на уровне. В этом случае система автоматически замедляет работу. Котел работает на меньшую мощность, насос качает медленнее, температура в батареях снижается. Скорость движения воды система выбирает автоматически.
Выбор насоса осуществляется с учетом параметров отопительной системы (высоту, длину и диаметр труб, количество и вид радиаторов и т. д.).
Трубы
Металлические – самые дешевые трубы, но дорогие в монтаже. Если вы решили использовать такие трубы, не забудьте покрасить их, иначе они проржавеют. Применение сварки при монтаже ограничивает область применения металлических труб.
Медные трубы немного дороже остальных, но при этом самые надежные и долговечные. Удобны в ремонте при случайном повреждении.
Полимерные трубы (металлопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые армированные алюминием и др.) – самые дешевые и быстрые в монтаже.
Металлопластиковая труба состоит из трех слоев: пластик – металл – пластик. То есть это металлическая труба, с внутренней и внешней сторон покрытая пластиком. Такие трубы – стойкие к коррозии, их легко монтировать.
Диаметр труб системы зависит от величины теплового потока – то есть от количества тепла, отданного 1 кубометром жидкости за 1 час.
В основном используются диаметры 0,5, 0,75, 1,25 дюйма ( 1 дюйм = 25 мм ).
Оптимальное давление в газовых трубах на входе в котел – 200 мм водяного столба.
Предпочтительно использовать оборудование одной фирмы, например Oventrop, Rehau, Herz.
Способы разводки труб к радиаторам
Существует два способа разводки труб к отопительным приборам – однотрубная и двухтрубная .
При двухтрубной к каждому радиатору подведено две трубы – «прямая» и «обратная». Эта разводка позволяет иметь одинаковую температуру теплоносителя на входе во все приборы.
Двухтрубная разводка может быть двух типов: а) с параллельным подключением радиаторов , б) лучевая (коллекторная) , когда от коллектора «лучами» к каждому отопительному прибору подводятся две трубы – прямая и обратная.
Минус лучевой системы – большие затраты труб. Плюс – легкая регулировка отопительных приборов и балансировка системы.
При однотрубной разводке теплоноситель переходит последовательно от одного радиатора к другому, при этом остывая. Таким образом, последний радиатор в цепочке может быть значительно холоднее первого. Единственный плюс однотрубной системы – более низкая цена.
Единственный плюс однотрубной системы – более низкая цена. Если вы заботитесь о качестве отопления – выбирайте двухтрубную систему, позволяющую регулировать температуру в каждой комнате.
Радиаторы
Непосредственно осуществляют обогрев помещения. Крепятся к стене, в основном под окном.
По способу передачи тепла батареи бывают обычные и конверторные. Обычные батареи передают тепло во всех направлениях, а устройство конверторных позволяет сосредоточивать тепло главным образом над ними.
Современные радиаторы подразделяются:
• Чугунные;
• Стальные (панельного типа);
• Алюминиевые;
• Панельные;
• Биметаллические;
• Стальные трубчатые;
• Конвекторы.
Горелки
Горелки делятся на атмосферные и вентиляторные .
Котлы, оснащенные вентиляторными горелками, более устойчиво работают при пониженном давлении в магистрали, но обладают одним существенным недостатком – вентиляторная горелка шумит.
Атмосферные горелки работают практически бесшумно, но котел европейского производства нормально работает только в том случае, если давление газа не ниже 150 мм . вод. вт. При уменьшении давления до 130 мм . вод. вт. Газа выдает 85 % мощности, что само по себе, не так страшно. Проблема заключается в том, что при снижении давления газа пламя, как говорят специалисты, «садится» на горелку. В результате горелка прогорает со всеми вытекающими последствиями.
С вентиляторными горелками этого не происходит, поэтому их применение следует считать более предпочтительным, несмотря на повышенный шум.
Терморегуляторы
Для регулировки температуры батареи на нее устанавливаются терморегулятор. Они бывают автоматические и «ручные» и регулируют температуру жидкости в радиаторах, при входе и выходе из котла и в самом котле.
Автоматические регуляторы состоят из двух частей: регулирующего крана и термоголовки. С помощью термоголовки вы задаете требуемую температуру воздуха. В ней же находится специальный состав, который расширяется при увеличении температуры в помещении и механически воздействует на регулирующий кран.
Работа происходит следующим образом. Когда температура воздуха в помещении становится выше заданной, доступ горячей воды в радиатор сокращается, а при понижении температуры в помещении – доступ воды в радиатор увеличивается. Температура батареи обычно зависит от температуры воздуха внутри помещения и задается жильцами.
Например, нужно, чтобы в одной комнате было 20 0 С – датчик устанавливается в соответствующее положение, в другой комнате нужно сделать 25 0 С – тоже устанавливается с помощью датчика. Для регулировки температуры в каждой комнате нужно иметь по такому терморегулятору на каждом радиаторе.
Правда, есть люди, которые приобретают один терморегулятор на все комнаты. Но, как правило, позже они оснащают свою систему дополнительными терморегуляторами.
Антифриз
Некоторые специалисты-практики предлагают в качестве жидкости, циркулирующей по трубам системы, вместо воды использовать специальный антифриз. Использование антифриза особенно актуально, если есть угроза, что не работающая в зимнее время система может замерзнуть и вода при расширении разорвет трубы.
Специальный антифриз – жидкость, сделанная на основе этиленгликоля. Поскольку этиленгликоль агрессивен и может вызывать коррозию внутренней поверхности труб и радиаторов, его разбавляют веществами, нейтрализующими химическую активность. Например, водой.
В отопительной системе нельзя использовать антифризы, предназначенные для охлаждения двигателя автомобиля.
При применении антифриза следует иметь в виду следующее:
• Теплоемкость антифриза примерно на 15 – 20 % ниже, чем у воды (т.е. он хуже накапливает тепло и хуже отдает его), следовательно, при проектировании системы отопления с антифризом радиаторы следует выбирать более мощные радиаторы.
• Вязкость антифриза выше, чем у воды, т.е. его сложнее заставить двигаться по системе отопления, поэтому нужно выбирать более мощные циркуляционные насосы;
• Антифриз более текуч, чем вода, отсюда повышенные требования к разъемным соединениям системы отопления;
• С антифризом нельзя использовать оцинкованные трубы, т.к. это приводит к химическим изменениям и потере его изначальных свойств.
Обычно антифриз продается в двух модификациях: с температурой замерзания не выше минус 65 ? С и температурой замерзания не выше минус 30 ? С. При этом концентрированный вариант (рассчитанный на — 65 ? С) может быть разбавлен водой до требуемой вам концентрации.
Около 15 лет назад в ведущих странах Западной Европы и США стали появляться нетоксичные пропилен-гликолевые антифризы. Достоинством этого продукта является экологическая безвредность. Данное свойство важно при использовании антифриза в двухконтурных системах отопления, когда есть вероятность попадания антифриза из контура отопления в контур горячего водоснабжения.