В условиях сурового российского климата вопрос отопления является, без сомнения, одним из важнейших для владельцев частных домов и коттеджей. Традиционные печи на твердом топливе не способны справиться с обогревом даже довольно скромного загородного дома, а подключение к централизованной сети теплоснабжения (городской или поселковой), как правило, не представляется возможным. Поэтому чтобы обеспечить в частном доме тепло и уют в течение всего года, даже в сильные морозы, самым приемлемым вариантом будет использование автономной системы отопления.
 |
|
Рис.1 Простейшая система отопления |
Существует три основных схемы отопления:
- Традиционное, когда жидкий теплоноситель нагревается в котле, затем, циркулируя по системе трубопроводов и радиаторов, отдает тепло отапливаемым помещениям;
- Воздушное отопление, когда в качестве теплоносителя используется воздух, подаваемый после подогрева в отапливаемые помещения по воздуховодам;
- Прямое электрическое, когда нагрев помещения осуществляется без теплоносителя — инфракрасными излучателями, электоконвекторами и прочими приборами, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую.
Поскольку две последних схемы отопления у нас в стране до сих пор считаются экзотикой (хотя в Западной Европе, Канаде и США вполне успешно конкурируют с традиционными системами), в этой статье мы уделим внимание, прежде всего первой схеме, основанной на циркуляции жидкого теплоносителя.
Такие системы отопления и горячего водоснабжения для частного дома включают в себя нагревательные приборы, трубопроводы, регулирующую, запорную и воздухоспускную арматуру. Источником тепла в системе служат котлы на разных видах топлива. Котел нагревает жидкий теплоноситель (в качестве теплоносителя используется специально подготовленная вода), поступающий затем по трубам к комнатным радиаторам (батареям). Протекающий по радиатору теплоноситель отдает часть тепла в комнату, затем возвращается обратно в котел. Этот круговорот теплоносителя, поддерживаемый циркуляционным насосом, обеспечивает наиболее эффективный теплообмен в системе.
Устройство системы отопления должно быть предусмотрено уже на этапах проектирования и строительства дома. При проводке всех необходимых коммуникаций в уже построенном здании неизбежно придется проделывать отверстия в стенах и перекрытиях. Кроме того, под котлы в напольном исполнении требуется предусмотреть отдельное помещение — котельную. Если такое помещение проектом не предусмотрено, то котел можно установить в ванной комнате или на кухне. В данном случае удобно использовать настенные модели.
Система отопления может быть одноконтурной и двухконтурной. Одноконтурная система предназначена только для отопления помещений, а двухконтурная, помимо отопления, нагревает водопроводную воду.
Для индивидуальных домов площадью до 200 м2 могут быть использованы двухконтурные котлы мощностью до 30 кВт, совмещенные с циркуляционными насосами и расширительными баками. В домах большей площади целесообразно устанавливать одноконтурные котлы большей мощности, а для приготовления горячей воды использовать емкостной бойлер или пластинчатый теплообменник.
В двухконтурной системе отдельная трубка с теплоносителем (своего рода нагревательный элемент в виде спирали) нагревает воду в специальном баке — накопительном водонагревателе. Такое решение очень удобно, но при неисправности двухконтурной системы пользователь остается одновременно и без тепла и без горячей воды. Также следует учесть, что на нагрев водопроводной воды уходит примерно 25% мощности котла.
Часто для отопления и нагрева воды используют отдельные одноконтурные системы (один котел — на отопление, работающий только в холодное время года, а другой, менее мощный — на нагрев воды), впрочем, при всех достоинствах такого решения, оно довольно дорого.
Выбор оптимальной мощности котла производится в зависимости от отапливаемой площади дома и климатических условий местности. Следует также учитывать, что необходимая мощность котла сильно зависит от уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций дома и степени герметичности окон.
Ниже в таблице приведена ориентировочная мощность котлов в зависимости от площади обслуживаемого дома (для Подмосковья).
Площадь дома, м2 Мощность котла, кВт 60-200 До 25 200-300 25-35 300-600 35-60 600-1200 60-100 Выбор типа котла зависит от того, какие энергоресурсы в данной местности наиболее доступны. Если есть возможность подключиться к газовой сети, то разумно будет выбрать именно газовый котел, как самый экономичный. В тех районах, куда газ не подведен, можно выбрать для использования либо твердое топливо (дрова, уголь, кокс), либо жидкое (дизельное, сырая нефть) топливо.
В центральном регионе России из общего количества котлов около половины работают на газе, еще треть — на дизельном топливе, еще 10% — электрические и не более 5% работают на твердом топливе.
Мы вкратце обозначим достоинства и недостатки разных типов котлов и особенности их эксплуатации.
Не особенно популярные у нас электрические котлы выгодно отличает отсутствие открытого пламени и, следовательно, продуктов горения. На российском рынке представлен не очень богатый выбор электрокотлов — отметим лишь финские электрокотлы, чешские "Dakon PTE", "Протерм", словацкие "Элеко" и отечественные "ВЭО" или "Руснит".
Еще менее распространенные твердотопливные котлы отпугивают домовладельцев неудобством их эксплуатации, ведь в течение суток необходимо проводить 3-4 топки, иметь запас топлива, исчисляемый десятками кубометров, отводить площади для его хранения, что требует больших трудозатрат на заготовку и загрузку. Кроме того, режим теплоотдачи у твердотопливного котла носит циклический характер, и колебания температуры воздуха в отапливаемых помещениях достигает 3-5 oС в течение суток.
Однако, если выбор твердотопливного котла по каким-либо причинам неизбежен, есть два способа нивелировать недостатки котла.
Первый способ позволяет сократить число топок вдвое за счет изменения режима продленного горения, который реализуется с помощью регулирования степени открытия поддувала котла в зависимости от температуры отходящих газов в дымоходе. Для этого используется простое устройство — термобаллон, шток которого соединен цепью с дверцей поддувала. По мере снижения температуры отходящих газов термобаллон сжимается, втягивая шток и прикрывая поддувало. Таким устройством комплектуются итальянские, финские, шведские и другие импортные котлы. Устройство может быть установлено и на отечественных котлах.
Второй способ, популярный в скандинавских странах, основан на использовании теплоаккумуляторов. В контур системы отопления включается теплоизолированный аккумулятор горячей воды емкостью 2-10 м3. В режиме натопа котел нагревает воду в баке до 80-95 oС, а затем эта вода с помощью циркуляционного насоса и простого термостата обеспечивает постоянный режим отопления в течение 3-10 суток.
Наиболее популярные у наших домовладельцев газовые и дизельные котлы малой мощности (до 40 кВт) выпускаются, как правило, в двухконтурном исполнении или большей мощности — одноконтурными; приготовление горячей воды в последнем случае осуществляется в отдельных емкостных бойлерах-теплообменниках.
Для котлов на жидком топливе необходимо заранее предусмотреть место для хранения запасов топлива. Цистерны с дизельным топливом можно устанавливать рядом с котельной непосредственно на грунте или закапывая их. Важно, чтобы длина топливопровода, по которому будет проходить подача топлива к горелочному устройству, соответствовала производительности топливного насоса.
Важнейшей частью газового или дизельного котла является горелка, которая может быть атмосферного или вентиляторного типа.
Атмосферные горелки дешевле вентиляторных, работают тихо и поставляются вместе с котлом. Их главный недостаток — неустойчивое горение при малом давлении газа в сети, из-за чего пламя приближается к горелке, вызывая ее обгорание.
В вентиляторных горелках встроенный вентилятор создает воздушный поток, который вытягивает газ из сопла. Поэтому таким горелкам не страшно падение давления газа до 5-6 мбар. Хорошая горелка такого типа стоит приблизительно столько же, сколько средний одноконтурный котел стоимости. Ее основной недостаток — сильный шум от работы вентилятора.
Жидкотопливные горелки производятся только вентиляторными (или "с наддувом"). Они имеют встроенный насос для откачки топлива из бака. Для снижения расхода топлива горелки могут быть двух- и трехступенчатыми или с плавно изменяющейся мощностью (модулирующими). При этом мощность возрастает автоматически — лишь тогда, когда увеличивается потребность в тепле, например, в случае сильных морозов. Такая схема значительно продлевает срок эксплуатации котла.
При современном богатом предложении выбор конкретной марки газового или жидкотопливного котла представляется нелегким делом. В качестве низкобюджетного варианта обычно останавливаются на котлах отечественного производства, хотя они не в полной мере удовлетворяют современным требованиям в части эффективности, автоматизации, дизайна. Поэтому владельцы частных домов чаще предпочитают продукцию иностранных производителей. На российском рынке широко представлены котлы производства таких фирм как Вайлант, Виссманн (Германия), СТС, Электролюкс (Швеция), Яспи (Финляндия), Ломбаржини, Беретта (Италия), Протерм (Чехия), Бернхам (США).
Следует отметить, что некоторые производители выпускают комбинированные котлы, способные работать на нескольких видах топлива после определенной перенастройки — к примеру, российские котлы "Пламя" (от 12 до 40 кВт), чешские Dakon FB (от 20 до 42 кВт) или шведские котлы СТС, где может быть использовано твердое топливо, газ или дизельное топливо.
Для всех типов котлов с открытым пламенем стоит принять во внимание, что котел должен быть установлен на пол с несгораемым покрытием так, чтобы была обеспечена возможность для его обслуживания и достаточного доступа воздуха. В помещении котельной с ограниченным пространством должна быть предусмотрена вентиляция. При подаче воздуха с улицы впускное отверстие должно иметь размер из расчета 600 мм2 на 1 кВт мощности котла.
Дымоход, соединенный с выходным дымоотводным отверстием котла, должен обеспечивать тягу для поддержания процесса горения в котле. Для поддержания постоянной тяги в дымоходе рекомендуется устанавливать регулятор (стабилизатор) тяги. Чрезмерно длинный или большого сечения дымоход может привести к переохлаждению дымовых газов, а, следовательно, к ухудшению тяги и образованию едкого конденсата, вызывающего коррозию и разрушающего дымоход вплоть до выхода из строя за несколько лет его эксплуатации. Во избежание этого в нижней части дымохода устанавливают конденсатоотводчик для сбора и отвода влаги.
Помимо котла, труб и радиаторов в отопительную систему входят устройства для регулировки системы (расширительный бачок и терморегуляторы, циркуляционный насос) и т.н. "группа безопасности" — манометр, запорный клапан, автоматический воздухоотводчик, предохранительные клапаны.
Расширительный бачок необходим для поддержания необходимого давление теплоносителя в системе. При нагреве жидкость увеличивается в объеме и "лишняя" часть уходит в емкость расширительного бачка. При снижении температуры этот "излишек" уходит обратно в трубу. Емкость расширительных баков составляет обычно 8-12% от емкости соответственно систем отопления и горячего водоснабжения.
Существуют бачки двух типов: открытый и закрытый.
Открытый представляет собой небольшую емкость, днище которой соединено с трубой, по которой течет теплоноситель. Открытый бачок устанавливают в самой верхней точке системы (как правило, на чердаке).
Закрытый бачок имеет эластичную резиновую мембрану, которая растягивается при наполнении емкости бачка теплоносителя и восстанавливает первоначальную форму при уменьшении объема жидкости.
Закрытый бачок предпочтительнее, поскольку в нем теплоноситель не может вылиться наружу, он не соприкасается с воздухом, то есть не испаряется и не насыщается кислородом (что препятствует коррозии внутренней поверхности труб и радиаторов). К тому же бачок закрытого типа можно поставить в любой точке системы. Естественно, все современные и качественные системы отопления имеют расширительный бачок закрытого типа.
Для обеспечения надежности и безаварийной работы котла на подающий трубопровод в системе отопления обычно устанавливается предохранительный клапан до 6 атм. Несмотря на то, что котлы оборудованы системами защиты, предохранительный клапан никогда не бывает лишним. Такое простое и надежное устройство является дополнительной гарантией в случае аварийных ситуаций, а также от разрывов при чрезмерном повышении давления рабочей среды.
Дополнительно в систему встраивают фильтры очистки (воды и топлива), чтобы взвешенные частицы не попадали в отопительный контур и воздушный клапан — для удаления воздушных пробок из системы.
Важную роль в распределении и использовании тепла, выработанного котлом, играет выбор схемы отопления. Двухтрубные системы отопления считаются оптимальными для индивидуальных домов. В таких системах одним из важнейших элементов являются циркуляционные насосы, заставляющие воду циркулировать в замкнутом контуре, что повышает теплоотдачу. Насос также позволяет поддерживать постоянную температуру воды в системе горячего водоснабжения.
Циркуляционные насосы работают непрерывно, поэтому к ним предъявляются такие требования как простота и надежность, малое энергопотребление и бесшумность. Качественные насосы ведущих зарубежных производителей не требуют специальной смазки и профилактики; главное требование — обеспечение стабильного электрического напряжения с обязательным контуром заземления.
Современные системы отопления поддерживают необходимую температуру в каждом помещении с помощью автоматических терморегуляторов, реагирующих на наружную температуру. Именно для таких систем нужны циркуляционные насосы со встроенной электронной регулировкой (такие как насосы GRUNDFOS типа ALPHA+ или UPE). Они изменяют частоту вращения электродвигателя в зависимости от потребности системы. Таким образом, экономится до 60% электроэнергии и снижается гидравлический шум в трубопроводах.
Нередко встречаются и коллекторные системы отопления, предполагающие присоединение каждого из отопительных приборов к коллекторам. Такая схема отопления обладает хорошей регулируемостью, тепловой и гидравлической теплоустойчивостью. Конструктивно система позволяет использовать скрытую прокладку трубопроводов.
Напольные системы отопления, широко распространенные на Западе, у нас пока непопулярны. Их отличает высокая степень тепловой комфортности, теплоустойчивость, скрытая прокладка трубопроводов. Предельная температура поверхности пола в помещениях с постоянным пребыванием людей ограничена санитарно-гигиеническими нормативами в западных странах на уровне 27-28 oС, в России — 26 oС, в ванных комнатах, бассейнах — на уровне 30-31 oС. Теплосъем с 1 м2 пола в этой связи ограничивается величиной теплового потока в 40-50 Вт/м2.
В заключение хотелось бы вкратце упомянуть о мало известных отечественному потребителю системах прямого стационарного электроотопления.
Электроотопление считается весьма надежным, экологически чистым и безопасным способом обогрева помещений, а затраты на оборудование и эксплуатацию могут конкурировать с газовым отоплением. В Северной Европе, в частности, в Скандинавских странах и Финляндии заметная часть (в разных странах — от 5% до 70%) малоэтажных домов обогревается электричеством.
Оборудование для прямого стационарного электроотопления можно разделить на четыре группы: настенные электроконвекторы, потолочные инфракрасные длинноволновые обогреватели, кабельные и пленочные системы для подогрева пола и потолка, а также регулирующие термостаты и программируемые устройства. Такое разнообразие позволяет сделать оптимальный выбор для каждого конкретного помещения в зависимости от его функционального назначения. В целях экономии электроэнергии системы электроотопления могут программироваться на автоматическое включение и выключение или понижение температуры до заданного уровня (скажем, на ночь или на время отсутствия хозяев). С повышением цен на энергоносители в России подобные высокоэффективные и экономичные системы отопления получают реальный шанс завоевать популярность у владельцев частных домов.
Одним из минусов таких систем по сравнению с основанными на двухконтурных котлах является то, что для приготовления горячей воды придется устанавливать дополнительное оборудование — бойлер или одноконтурный электрокотел. К тому же, у всех еще на памяти веерные отключения электроэнергии, и, скорее всего, даже установившие такое электроотопление в своем частном доме, не будут спешить выбросить старый дизельный или угольный котел — на всякий случай.
Современные автономные системы отопления позволяют обеспечить тепло и уют в частном доме даже в самые сильные морозы. В каждом конкретном случае приходится решать непростую задачу подбора оптимальной конфигурации оборудования с учетом потребностей владельцев дома и локальных особенностей — в первую очередь по мощности и наиболее предпочтительному виду топлива для котла, а также по степени регулируемости системы и удобства ее эксплуатации.
Учитывая богатое предложение отечественных и зарубежных производителей, выбор компонентов систем отопления может быть затруднителен не только для самих владельцев частных домов, но даже для организаций, выполняющих монтаж оборудования. И часто из соображений экономии предпочтение отдается более дешевым ключевым узлам системы (котлам, насосам) сомнительного качества, что приводит к самым плачевным результатам — вплоть до возникновения аварийных ситуаций. Тогда как, остановив выбор на надежном и долговечном отопительном оборудовании, которое за долгие годы безупречной службы с лихвой оправдает разницу в цене, можно быть уверенным, что дом не останется без тепла.
