Назначение любой системы отопления передавать теплоту, вырабатываемую тепловым генератором в помещения, которые нужно обогревать. Система отопления это— взаимосвязанная совокупность устройств и элементов, предназначенная для нагрева воздуха в помещении до установленной температуры и поддержания её в заданных пределах в течение необходимого времени. Основными частями системы отопления являются тепловой генератор, теплопровод и отопительные приборы. Среда, которая осуществляет перенос теплоты от теплогенератора к отопительным приборам называется теплоносителем. Теплоносителем могут служить жидкость, пар или воздух. Отсюда разделение систем отопления по виду теплоносителя — на жидкостные, паровые и воздушные Для отопления индивидуальных жилых домов, как правило, выбирают системы жидкостного отопления. Теплоносителем в них служит вода или специальные незамерзающие жидкости — антифризы.
В последние годы в России всё большее распространение получают и системы воздушного отопления, хорошо известные в США и Канаде. Системы жидкостного отопления, в свою очередь различаются по способу движения в них теплоносителя и бывают двух типов: с естественной или гравитационной циркуляцией и с принудительной или насосной циркуляцией.
В системах с естественной циркуляцией, нагреваемый в котле теплоноситель, например, вода поднимается по вертикальной трубе — «подающему стояку». Подъём воды происходит потому что горячая вода имеет меньший вес (точнее — меньшую плотность), чем холодная и как бы «всплывает» по стояку. Затем вода по трубе — «разводящей линии» поступает в вертикальные трубы — «горячие стояки» и через них — в отопительные приборы. В отопительных приборах горячая вода отдаёт часть своей теплоты, остывает и возвращается в котёл по трубе — «обратной линии». Так как плотность охлаждённой воды увеличилась, она своим весом вытесняет нагретую в котле воду в подающий стояк. В результате возникает непрерывное движение или циркуляция воды в системе отопления. Сила этой циркуляции или циркуляционное давление, зависит от разности температур горячей и «обратной» воды и от высоты расположения отопительного прибора относительно котла (второе обстоятельство объясняет почему в системах водяного отопления с естественной циркуляцией, радиаторы на верхних этажах прогреваются лучше, чем на нижних). Для нормальной работы такой системы отопления требуется, чтобы циркуляционное давление было достаточным для преодоления сопротивлений, которые вода встречает в системе. Это достигается увеличением диаметра труб и созданием более простых по конфигурации схем трубной разводки. В современных жилых домах системы с естественной циркуляцией встречаются всё реже.
Мало кому нравятся толстые трубы, с уклоном проложенные по стенам. Ограничиваются возможности архитектурных решений и планировки помещений здания. Такие системы плохо поддаются тепловой регулировке, в них невозможно применять многие современные материалы. Единственным неоспоримым достоинством систем с естественной циркуляцией является их электронезависимость. Если тепловой генератор не требует электричества для своей работы (а найти такие не трудно), то система отопления будет работать даже там, где электроснабжение отсутствует. Системы отопления с принудительной циркуляцией лишены неудобств гравитационных систем отопления. В них перемещение теплоносителя производится специальными насосами, которые заставляют теплоноситель циркулировать по системе. Такие насосы называются циркуляционными и включаются в подающую или обратную магистраль системы отопления. Системы отопления с принудительной циркуляцией дают возможность отапливать здания любой сложности, оставляют простор для любых дизайнерских решений. Трубная разводка выполняется трубами малого диаметра и может быть скрыта в монолите полов и стен. Тепловое управление можно сделать очень гибким и дифференцированным по помещениям. Единственный недостаток систем этого типа — их электрозависимость.
Итак, системы отопления различаются по способу перемещения в них теплоносителя и бывают гравитационными и насосными. Рассмотрим далее, как системы отопления различаются по способу доставки теплоносителя к отопительным приборам. Имеются две схемы разводки — однотрубная и двухтрубная. При двухтрубной разводке теплоноситель проходит последовательно через все приборы, отдавая каждому часть своей теплоты. Каждый последующий прибор при этом будет холоднее предыдущего. Для того, чтобы сохранить необходимую теплоотдачу, каждый последующий прибор должен быть по размерам больше предыдущего. При двухтрубной разводке теплоноситель подаётся отдельно к каждому отопительному прибору от общей магистрали. Все приборы оказываются независимыми друг от друга и получают теплоноситель с одинаковой температурой. В обратную линию теплоноситель отводится тоже отдельно от каждого прибора. Достоинством однотрубной разводки является её дешевизна, т.к. расход труб, соединительных и фасонных изделий меньше, чем для двухтрубной. Недостатком — трудность, а часто и невозможность без дополнительных затрат обеспечить управление температурным режимом в отапливаемых помещениях; необходимость покупать отопительные приборы с большей теплоотдачей, следовательно более дорогие. Главное достоинство двухтрубной разводки — тепловая независимость отопительных приборов и возможность гибко управлять температурным режимом в каждом помещении. Оба вида разводки могут применяться как в системах с естественной циркуляцией, так и с принудительной.
Рассмотрим теперь структуру систем отопления.
Любая система отопления состоит из пяти взаимосвязанных функциональных частей:
- тепловой генератор,
- трубная разводка или теплопроводы,
- отопительные приборы,
- устройства обеспечения безопасности,
- устройства управления тепловыми режимами или устройства климат—контроля.
В той или иной форме эти пять функциональных частей присутствуют в отопительных системах любой сложности и любого типа.
Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру:
- тепловой генератор,
- трубопровод,
- отопительный прибор,
- тепловой генератор.
Тепловой генератор является главной частью системы отопления — её сердцем. Выбор теплового генератора зависит от задач, которые ставит заказчик и затрат, которые он готов понести для их решения. В любом случае, тепловая мощность генератора должна покрывать все планируемые потребности в тепловой энергии, а долговечность, надёжность и безопасность должны быть максимальными в рамках выбранной ценовой группы. Если тепловой генератор это — сердце системы отопления, то трубная разводка — её кровеносные сосуды. От правильно выбранных параметров их зависит снабжение теплом отопительных приборов. Основные требования к трубопроводам — минимальные теплопотери, минимальное гидравлическое сопротивление, хорошая герметичность соединений, высокая надёжность при предельных параметрах теплоносителя и, наконец, простота монтажа.
Эти требования обеспечиваются выбором материала трубопроводов, технологией монтажа и правильным подбором всех элементов трубопроводов. Очевидно, любая система отопления нуждается в устройствах обеспечения безопасности. Все знают, что вода при нагревании расширяется. Если замкнутый объём, в котором находится вода, не даст ей расширится, она разорвёт даже очень прочные конструкции. Простейшим (и важнейшим!) устройством обеспечения безопасности системы отопления является расширительный бак. Он соединён с системой и принимает в себя излишний объём воды, предохраняя систему отопления от разрушительных последствий теплового расширения воды.
В процессе эксплуатации может возникнуть ситуация, когда, в результате ошибочных действий человека или какой — либо поломки в системе начнётся неконтролируемый рост давления теплоносителя. На этот случай в системах отопления предусматривается предохранительный клапан. Если давление в системе превысит порог безопасности, клапан автоматически откроется, часть теплоносителя сбросится из системы, предохранив её от перегрузки.
Отопительные приборы — это та часть системы, на которую работает вся система отопления. Отопительные приборы отбирают у теплоносителя часть тепловой энергии и передают её воздуху отапливаемого помещения. Главной характеристикой отопительного прибора является его теплоотдача или тепловая мощность — количество тепла, отдаваемое прибором в окружающее пространство в единицу времени при определённой разнице температур теплоносителя на входе и выходе прибора. Чем меньше эта разница, тем меньше тепла он отдаёт в окружающее пространство и тем сильнее его реальная теплоотдача отличается от паспортной. Правильно подобранный отопительный прибор обеспечивает подачу в помещение такого количества тепла, которое необходимо для создания в нём комфортных условий. Большое множество типов, классов и видов отопительных приборов позволяют выбрать такой прибор, который наилучшим образом подходит для условий данного помещения.
Система отопления, как уже говорилось, должна поддерживать в помещениях заданную температуру, независимо от изменений температуры наружного воздуха. На практике это означает, что температура теплоносителя должна повышаться, когда на улице холодает и понижаться, когда теплеет. Соответственно, система отопления будет, при этом, передавать в помещение больше или меньше теплоты. Управление этим процессом осуществляют устройства климат — контроля, т.е. устройства автоматического управления тепловыми режимами. В простейшем случае это может быть устройство, которое выключает горелку, когда температура теплоносителя в котле станет выше заданной и выключает её, когда температура понизится до заданного предела. Это— управление по температуре теплоносителя или «по воде». Возможно управление "по воздуху«— горелка выключается, когда температура воздуха в помещении, где установлен датчик температуры становится выше заданной и наоборот. Такие устройства называются термостатами. Чем сложнее устройства климат — контроля, тем более точно они могут управлять тепловыми процессами в отапливаемых помещениях. Результатом будет повышенный комфорт и заметное, до 20 — 30% снижение расхода энергоносителя. Последнее особенно важно при использовании дорогих энергоносителей — дизтоплива или сжиженного газа.
Первый шаг — выбор котла и определение его главного параметра — тепловой мощности. Точный расчёт мощности может провести только специалист, однако оценочный расчёт не сложно сделать и самому. Считается, что для хорошо утеплённого дома при высоте потолков до 3 метров на отопление каждых 10 кв.м. общей площади требуется примерно 1 кВт мощности котла. Для Вашего дома это — 51 кВт. Система горячего водоснабжения потребует увеличить эту величину на 20 — 25 %. Ранее я говорил, что падение давления газа в магистрали приводит к уменьшению мощности котла на 15 — 20 %. Следовательно, ещё и на эту величину нужно увеличить запас мощности котла. В итоге получаем 70 — 77 кВт.
— Что такое «хорошо утеплённый» дом и насколько это понятие применимо к моему дому?
— Здание охлаждается потому, что материал стен, перекрытий, окон — так называемых ограждающих конструкций — пропускает теплоту. В строительной теплотехнике количественное значение этого свойства материала определяет величина, называемая «Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции». Зависит она от теплопроводности материала и его толщины. Чем больше величина сопротивления теплопередаче стен, перекрытий, окон и дверей дома, тем меньше его теплопотери, тем теплее дом и наоборот. Чем меньше теплопотери дома, тем меньше энергии нужно потратить на его обогрев. Для того, чтобы обязать застройщиков экономно расходовать энергоресурсы, Госстрой России на законодательном уровне ввёл требование к застройщикам, начиная с января 2000 г. обеспечивать значение величины сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций не ниже определённой величины. Выполнение этого требования поднимает степень теплозащиты жилых зданий на уровень стандартов Канады и Швеции. Очевидно, дом, отвечающий указанным требованиям и следует считать «хорошо утеплённым». По данным Вашего архитектора сопротивление теплопередаче стен и перекрытий дома составляет 3,2 и 4,6 единиц соответственно. Требуемое сопротивление теплопередаче для жилого дома в Московском регионе должно составлять для стен 2,8, для перекрытий — 3,7 единиц величины сопротивления теплопередаче. В сочетании с ПВХ окнами с двухкамерными стеклопакетами, Ваш дом вполне может считаться «хорошо утеплённым». Учитывая, что какое-то время магистрального газа у Вас не будет, обсудим, как отапливать дом в этот период. Первый вариант — устанавливается двухтопливный котёл мощностью 70 — 80 кВт. Так как в качестве альтернативного топлива Вы выбрали жидкое топливо, это будет котёл с двумя сменными наддувными горелками — на газ и солярку.( Если помните, жидкотопливные горелки бывают только наддувными, поэтому и газовая горелка тоже будет наддувной). Такой котёл средней ценовой категории будет стоить 1000 евро. Стоимость газовой и дизельной горелок соответственно 1600 и 600 евро. И того — 3200 евро. Второй вариант — устанавливаются два котла: газовый котёл с атмосферной горелкой мощностью 70 — 80 кВт и двухтопливный мощностью до 40 кВт с наддувной дизельной горелкой (покупку сменной газовой горелки в этом случае можно отложить). Стоимость такого комплекта средней ценовой категории составит 3710 евро. (Газовый котёл с атмосферной горелкой — 2580 евро, двухтопливный котёл до 40 кВт — 690 евро, дизельная горелка — 440 евро. Как видите, стоимость котельного оборудования в обоих вариантах сопоставима.
— Каковы же преимущества и недостатки этих вариантов?
— Преимущества первого варианта — использование вентиляторной горелки гарантирует устойчивую работу котла при пониженном и нестабильном давлении газа в магистрали, а также монтаж котельной более компактный.
Недостатки
- высокая шумность вентиляторных горелок; —отсутствие резервного теплового генератора на случай выхода из строя основного котла.
- Преимущества второго варианта — бесшумность работы атмосферной горелки основного котла; наличие резервного теплового генератора.
Недостатки:
- необходима большая площадь для монтажа котельного оборудования; — мощность вспомогательного котла недостаточна для обеспечения отопления и ГВС в полной мере; — атмосферная горелка основного котла нормально работает только при давлении не ниже 150 мм.вод.ст.
- Следующий пункт по которому Вы должны будете принять решение, выбирая конкретную модель котла — это материал теплообменника. Достоинства и недостатки стальных и чугунных теплообменников обсуждались нами ранее. Хочу только напомнить, что для котлов средней ценовой категории при мощности больше 40 кВт предпочтение обычно отдают чугунным. Котлы со стальными теплообменниками намного легче чугунных, но чтобы приблизится к ним по долговечности они должны быть изготовлены из специальных легированных сталей и иметь сложную автоматику защиты от коррозии. Такие котлы относятся уже к более высокой ценовой категории. Очевидно, в обоих вариантах компоновки котельного пункта котлы будут напольными, т.к. навесных котлов с дизельными горелками не существует. Выбирая модель котла, необходимо обратить внимание на тип горелки, которой он оснащается. Одноступенчатые горелки менее экономичны поэтому, по возможности, выбирайте 2-х ступенчатые или, ещё лучше, с плавной модуляцией пламени. Если Вы остановитесь на варианте с двумя котлами — желательно, чтобы это были котлы одного производителя. В дальнейшем это упростит их техническое обслуживание сервисной организацией.
— Каким должен быть дымоход для газовых и дизельных котлов?
— Дымоходы— это важная часть тепловых генераторов. Они бывают внутренними— проходящими через перекрытия и кровлю здания и наружными — смонтированными, вдоль наружной поверхности стены. Дымоходы должны рассчитываться и подбираться специалистом. Для Вас важно знать, что внутренний диаметр дымохода должен быть не меньше, чем диаметр горловины котла, что на пути дымовых газов должно быть как можно меньше колен и изгибов и что при устройстве дымохода должны быть приняты меры по предотвращению образования конденсата.
— Что такое конденсат и как он образуется?
— Процессе сгорания углеводородного топлива— природного газа, солярки образуется углекислый газ, водяной пар, сернистый ангидрид и много других химических соединений. Поднимаясь по дымоходу, эта газовая смесь остывает. При снижении её температуры до 55 С (температуры «точки росы») водяной пар охлаждается и превращается в воду— конденсируется. В этой воде растворяются соединения серы и других химических веществ, находящихся в дымовых газах . Они образуют очень агрессивную смесь кислот, которая быстро разъедает материал дымоходов. До температуры «точки росы» отходящие газы охлаждаются на высоте 4 — 5 м. от выхода котла. Поэтому дымоходы, высота которых больше — делают из нержавеющей стали и утепляют. В нижней части дымохода всегда устанавливают конденсатосборник. Для наружных дымоходов существует конструкция типа «сэндвич» — труба дымохода помещается в трубу большего диаметра, а пространство между ними заполняется теплоизолятором.
— Дымоходы из нержавеющей стали весьма дороги. Можно ли для дымохода использовать кирпичную трубу, как в дровяной печи?
— Делать этого не следует ни в коем случае. Во первых, смесь кислот столь агрессивна, что кирпичная кладка может быть разрушена за один отопительный сезон. Во вторых, дымовые газы через незаметные щели в кладке могут проникать в жилые помещения и причинять вред здоровью людей. Если в доме будет устроен канал из кирпичной кладки, то в него необходимо поместить вкладной дымоход из нержавеющей стали и обеспечить его теплоизоляцию.