Комплексный подход к системе отопления

Если вы планируете строительство дома, то вопрос отопления должен стать одним из первых на повестке дня. Необходимо установить котел, дополнительное оборудование и автоматику, проложить по всему дому десятки (а иногда и сотни) метров труб, смонтировать отопительные радиаторы. Вот неполный перечень работ, которые предстоит выполнить, прежде чем дом станет пригоден для круглогодичного использования. Конечно, вы вряд ли будете проектировать систему отопления и осуществлять ее монтаж самостоятельно. Для этого необходима не только соответствующая квалификация, но и солидный практический опыт. Специалисты помогут выбрать оборудование и найти оптимальные технические и проектные решения, исходя из ваших потребностей и материальных возможностей. Однако в каждом конкретном случае к решению одних и тех же проблем можно подойти по-разному. Поэтому какие-то вопросы вам все равно придется решать самостоятельно, хотя и при участии специалистов. Система отопления Первый из таких вопросов — выбор принципиальной схемы системы отопления для проекта дома. Обычно их делят на одно- и двухтрубные. «В однотрубных системах отопительные приборы (например, радиаторы) включены последовательно. Нагретый в котле теплоноситель (вода или антифриз) циркулирует по кругу, перетекая по трубам из радиатора в радиатор, поочередно отдавая тепло каждому из них и затем возвращаясь обратно в котел для подогрева. Получается замкнутое кольцо, — объясняет Антон Белов, заместитель директора отдела тепловой автоматики компании «Данфосс», крупнейшего мирового производителя энергосберегающего оборудования для систем отопления. — В двухтрубных схемах отопительные приборы включены параллельно. Есть два трубопровода, изначально не замкнутых между собой. По одному (прямому) нагретый теплоноситель подается в систему из котла, по второму (обратному) остывший теплоноситель поступает из системы в котел. Из прямой трубы в обратную вода перетекает через радиаторы». К преимуществам однотрубной системы можно отнести сравнительно более простой монтаж, меньшую общую длину трубопроводов, менее сложную их конфигурацию и, как следствие, меньшую стоимость. Если дом одноэтажный, имеет небольшую площадь (в пределах 100 кв. м) и в системе отопления не предусмотрены никакие приборы, кроме собственно радиаторов (например, теплые полы и пр.), то вполне можно остановиться на этом варианте. Если же коттедж имеет более одного этажа, достаточно большую площадь (а сегодня в России проекты домов в среднем 250–350 кв. м) и сложную планировку с помещениями, требующими использования отопительных приборов различного типа, то однотрубная система вряд ли будет хорошим решением. Во-первых, поскольку отопительные приборы в ней включаются последовательно, то в каждый следующий вода попадает, уже отдав определенное количество теплоты предыдущему. То есть первый радиатор в цепочке всегда самый горячий, а последний — самый холодный из всех. Во-вторых, внести в такую систему какие-либо изменения, «надставить» ее или добавить дополнительные отопительные приборы впоследствии зачастую невозможно. Поэтому, если вы решите пристроить к дому дополнительное помещение или, например, обустроить комнату для гостей в мансарде, то провести туда отопление будет непросто. В-третьих, однотрубная система менее эффективна: на отопление дома той же площади она почти всегда будет расходовать больше тепла, чем двухтрубная. Объясняется это просто. В двухтрубной системе расход теплоносителя зависит от того, сколько отопительных приборов в данный момент включено и на какую мощность. Если все радиаторы перекрыть, то циркуляции не будет и котел сбросит мощность. В однотрубной, где радиаторы включены последовательно, нагретая вода должна циркулировать постоянно, даже тогда, когда система работает вхолостую. В отличие от однотрубной, двухтрубная система гораздо вариабельнее. Например, ее можно сделать как с верхней, так и с нижней подачей теплоносителя. Кроме того, применяются различные схемы разводки, позволяющие максимально учесть особенности планировки и ваши потребности. Наиболее часто встречаются схемы подключения «шлейфом» (когда прямой и обратный трубопроводы последовательно обходят все отопительные приборы) и «звездой» (в этом случае от коллектора к каждому отопительному прибору идет собственная пара труб). Последний вариант позволяет достаточно легко подключить к системе дополнительные помещения. Главное, чтобы мощность котла была достаточной. Конечно, такая свобода конфигурирования предполагает наличие в системе дополнительных циркуляционных насосов. «Как правило, насос устанавливается в обратном трубопроводе каждой отходящей от коллектора ветви системы отопления, являющейся по сути отдельным контуром, обслуживающим несколько радиаторов или теплые полы», — объясняет Николай Дяченко, ведущий сервис-инженер компании «Грундфос». Нужно также решить, по каким трубам в отопительные приборы будет поступать вода. Повсеместно применявшиеся в прошлом стальные трубы сегодня практически не используются, так как монтаж их трудоемок, а срок службы не столь уж велик (из-за коррозии). Кроме того, ремонт или перекладка стального трубопровода — задача не из простых. Также специалисты не рекомендуют использовать в системах отопления популярные сегодня металлопластиковые трубы. Дело в том, что они имеют свойство иногда лопаться на изгибах, причем под воздействием не столько давления, сколько температуры. Поэтому выбор лучше всего остановить на медных либо полимерных (например, из армированного полипропилена или сшитого полиэтилена). Медь наиболее долговечна, устойчива к внешним воздействиям и удобна при ремонте, однако ее использование требует немалых финансовых затрат. Поэтому в большинстве случаев оптимальным выбором станут полимерные трубы. Котёл Второй вопрос, окончательное решение которого зависит только от вас, — выбор котла. Прежде всего необходимо определиться с его типом, а вернее, с видом используемого топлива. На сегодняшний день самый экономичный для большинства российских регионов вариант — газовый котел. Это объясняется как доступными ценами на газ, так и высоким КПД самого агрегата, а также его малой инерционностью (при изменении интенсивности горения мощность меняется моментально). К тому же газовое оборудование не всегда требует отдельного помещения для котельной. Например, настенный котел вполне можно разместить на кухне. Работают современные газовые котлы в полностью автоматическом режиме, уровень их безопасности чрезвычайно высок, а стоимость вполне приемлема. Одним из важнейших узлов котла, обеспечивающих долговечность работы и комфорт для пользователя, является теплообменник. Значение имеет как его конструкция, так и материал исполнения. Для производства одного теплообменника Frisquet используется около 25 кг чистой меди, а не медные сплавы. По сравнению с другими наиболее используемыми для производства теплообменников металлами (алюминий, чугун, сталь) у меди наивысший коэффициент теплопроводности 386 Вт/мК, (в то время как у алюминия 206, у чугуна 40, у стали 20 Вт/мК), что обеспечивает более высокую производительность теплообменника котла. Кроме того, и сопротивление коррозии меди выше, чем у всех других материалов. Технология газотрубных котлов, которые используются в промышленности, хорошо зарекомендовала себя в связи с высокой производительностью, прочностью, простотой и долгим сроком службы. На заводе по производству газовых котлов «Фриске» во Франции адаптировали эту технологию к настенным и напольным котлам малой мощности. Конструкция двухконтурного котла «Фриске» с газотрубным теплообменником надежна и проста. Теплообменники Frisquet рассчитаны на непрерывную безостановочную работу в течение более 20 лет. За это время котел с пластинчатым теплообменником почти всегда подлежит замене по меньшей мере один раз. Теплообменник с пластинчатым оребрением, который используется повсеместно у производителей котельного оборудования, очень легкий, состоит из нескольких труб, к которым прикреплены пластины. С течением времени эксплуатации на всех теплообменниках появляется тонкий слой загрязнения, но он воздействует по-разному на различные конструкции. Там, где используется пластинчатое оребрение, расстояние между пластинами, где проходят дымовые газы, должно быть от 1,5 до 2 мм, редко больше. В противном случае газы окажутся недостаточно охлажденными. Даже очень незначительное загрязнение в 0,2 мм уменьшает проходное сечение на 20–27 %, что заметно препятствует прохождению дымовых газов. Из-за этого в теплообменнике c оребрением снижается теплопроводность (передача тепла к воде), а соответственно и мощность котла (т. е. падает КПД). Во-вторых, когда окалина оседает, препятствуя передаче тепла, ребра сильно раскаляются, и со временем пластины разрушаются. Сгоревшие частицы металла остаются внутри и ухудшают сам процесс горения. Чтобы избежать понижения эффективности, все теплообменники Frisquet имеют большое проходное сечение дымогарных труб: диаметром от 20 до 30 мм. Даже когда на внутренних стенках осядет слой сажи толщиной 0,5 мм, диаметр сечения трубки для прохода отходящих газов уменьшится на 1 мм и составит 29 мм. Потеряется всего 3 % от диаметра прохождения отходящих газов. Поэтому эффективность работы теплообменника «Фриске» не падает и достигнутый КПД 95 % остается стабильным и не снижается с течением времени. КПД котла — это отношение полезной тепловой мощности, сообщаемой греющему контуру, к общей мощности, полученной в результате сжигания топлива. В характеристиках конденсационных газовых котлов часто бывает указан КПД более 100 %. Однако на деле это не КПД, а относительная величина, показывающая, насколько конденсационный котел эффективнее обыкновенного. Как же он работает? В процессе сжигания топлива продукты сгорания, охлаждаясь, отдают энергию в теплообменнике котла теплоносителю системы отопления, нагревая его. В традиционных котлах происходит передача только «явного» тепла, но наряду с ним продукты сгорания содержат так называемую скрытую теплоту, находящуюся в водяном паре (одним из продуктов, образующихся при сгорании топлива, в данном случае природного газа, является вода, которая в условиях высших температур в камере сгорания котла присутствует в газообразной форме водяных паров). В «обычных» котлах это тепло просто выбрасывается в окружающую среду через дымоход, а в конденсационных, благодаря особо развитым теплообменным поверхностям, оно может быть эффективно использовано для нагрева теплоносителя. Водяной пар, остывая, конденсируется на теплообменнике и передает свою энергию теплоносителю. В итоге суммарное преимущество конденсационных котлов над традиционными составляет до 18–20 %. Проще в эксплуатации и дешевле (ненамного) газовых только электрические котлы. Однако суммы, которые придется платить за использованное электричество для домов средней и большой площади, могут быть весьма значительными. Кроме того, мощный электрокотел требует подключения к трехфазной линии с напряжением 380 В, а получить разрешение на использование силового оборудования зачастую затруднительно. От сети же с напряжением 220 В вы сможете запитать котел мощностью не более 6–8 кВт, но для системы отопления этого, как правило, недостаточно. Да и выделенная на дом электрическая мощность может оказаться мала для постоянной работы агрегата, учитывая необходимость использования других мощных электроприборов (например, электроплиты, насосного оборудования и пр.). Поэтому электрокотел целесообразно рассматривать только для домов малой площади или как резервный. Жидкотопливные котлы почти столь же эффективны и удобны в эксплуатации, как и газовые, однако солярка существенно дороже. Кроме того, вам, скорее всего, придется оборудовать котельную, так как помимо самого котла нужно где-то размещать и топливные баки. Да и запах дизельного топлива вряд ли добавит вашему дому уюта. А поскольку при сгорании солярка дает значительно больше копоти, чем газ, то чистить внутреннюю камеру нужно регулярно: если слой сажи превысит 2 мм, то расход горючего увеличится примерно на 8 %. Выпускаются также котлы, работающие на сжиженном газе. Для его хранения используются специальные емкости, которые обычно вкапывают в землю. В целом, если подключение к газовой магистрали невозможно, котел на жидком топливе или сжиженном газе будет оптимальным выбором. Также сегодня выпускаются комбинированные котлы, которые могут работать как на газе, так и на дизтопливе. Их можно использовать, чтобы застраховаться от перебоев в газоснабжении, а также в том случае, если, например, ваш дом расположен в новом поселке, газификация которого ожидается только через несколько лет. Наконец, для отопления небольшого дома (особенно расположенного вдали от «благ цивилизации») или дачи можно использовать твердотопливный котел, работающий на дровах, угле, пеллетах и т. д. КПД твердотопливных котлов, как правило, не превышает 70–80 %, а их инерционность весьма высока (за счет остаточного тепла). По вполне понятной причине ограничены также и возможности использования автоматики — подачу твердого топлива невозможно регулировать без непосредственного участия человека. В случае, если ваш дом построен из обычных материалов по одной из традиционных технологий и не является энергосберегающим или «пассивным» домом, мощность котла должна подбираться из расчета в среднем 100 Вт на квадратный метр помещений. На полученный результат нужно накинуть еще 20 %, так как работающий на пределе мощности котел долго не прослужит. С другой стороны, котел, выбранный с неоправданно большим запасом мощности, может прослужить еще меньше вследствие неизбежного перегрева топочной камеры (вплоть до прогара). Поэтому если, к примеру, вы собираетесь в самом ближайшем будущем достраивать дом и увеличивать отапливаемую площадь, то можно учесть это при выборе котла. Но покупать его «на вырост», не имея конкретных планов на обозримую перспективу, все же не стоит. Отопительные приборы Следующий вопрос, который поставят перед вами специалисты, — выбор отопительных приборов. На рынке сегодня представлены конвекторы и радиаторы самой разной конструкции, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Конвектор представляет собой нагревательный элемент (стальные или медные трубки со стальным или алюминиевым оребрением), заключенный в кожух. Такие приборы нагревают проходящий через них снизу вверх воздух. Радиатор излучает тепло со своей поверхности. Кроме того, теплообмен в большинстве современных радиаторов имеет и конвективную составляющую, что делает их гораздо эффективнее. Радиаторы принято классифицировать по материалу изготовления и конструкции. Они могут быть чугунными, алюминиевыми, биметаллическими и стальными, а также секционными, панельными и трубчатыми. Помимо самих отопительных приборов, нужно выбрать запорную арматуру для ручного отключения или регулирующие устройства для управления их теплоотдачей. Первый вариант — это хорошо всем известный шаровой кран. Он имеет всего два положения: «открыто» и «закрыто», а для его переключения необходимо присутствие человека. Такое решение не только создает массу неудобств, но и крайне неэффективно с точки зрения использования тепла, а значит, и топлива, за которое вы будете платить из своего кармана. Кроме того, нужно помнить о физиологической особенности человеческого организма лучше адаптироваться к повышению температуры окружающей среды, нежели к ее снижению. Жару мы всегда переносим лучше, а замечаем — позже, что непременно отразится на среднем уровне нашего теплопотребления и количестве расходуемого топлива. Ручные вентили, позволяющие частично ограничивать поток воды через радиатор, не перекрывая его полностью, имеют преимущество перед шаровыми кранами. Однако поскольку внешние факторы (температура на улице, нагрев фасада солнцем, число людей в помещении, количество включенных электроприборов и пр.) постоянно меняются, вентиль все равно нужно постоянно подкручивать. Для обеспечения действительно эффективного регулирования, то есть экономии затрачиваемых на отопление средств и высокого уровня комфорта, были созданы автоматические радиаторные терморегуляторы, способные без вашего участия поддерживать в помещении заданную температуру. Принцип их работы довольно прост. «Основным рабочим элементом терморегулятора является так называемый сильфон — герметично запаянная тонкостенная металлическая колба цилиндрической формы, с гофрированной боковой поверхностью, способная сжиматься и разжиматься вдоль своей оси, подобно гармошке, — объясняет Антон Белов (компания «Данфосс»). — Сильфон заполняют веществом с большим коэффициентом теплового расширения (т. е. заметно меняющим свой объем даже при незначительном нагреве или охлаждении). Когда температура воздуха повышается, гармошка расширяется и давит на шток клапана, перекрывающий подачу воды в радиатор. При охлаждении все происходит в обратном порядке». Настройка температуры реакции термостата осуществляется с помощью вращающейся ручки с температурной шкалой. Она воздействует на подстроечную пружину, изменяя силу давления сильфона на шток клапана. Терморегуляторы способны реагировать на изменение температуры всего в 1 °C. Однако есть у этих устройств и другая характеристика, о которой не всегда пишут на упаковке, — время реакции, зависящее от свойств заполняющего сильфон термочувствительного вещества. Именно этот параметр и должен быть определяющим при выборе устройства. Например, газонаполненные терморегуляторы «Danfoss RA» реагируют на изменение температуры всего за восемь минут. У жидкостных термостатов время реакции в среднем втрое больше. Наконец, твердотельный терморегулятор будет «раскачиваться» от 40 минут до часа, а иногда и дольше. И если на некоторое потепление вы скорее всего не обратите внимания, то как только в комнате станет прохладно, тут же выставите ручку термостата на более высокую температуру. Практически получаем эффект ручного вентиля. В результате средняя температура воздуха в помещениях может оказаться выше оптимальной на 2–6 °C, а каждый лишний градус — это пятипроцентное увеличение мощности, расходуемой вашей отопительной системой. И, соответственно, такое же увеличение расходов на топливо. Денис Шевченко, заместитель главы представительства Oventrop в России отметил: «С учетом обозначившейся в последние годы тенденции стремительного роста тарифов ЖКХ все более актуальным становится вопрос минимизации энергопотребления домовладельцами. Под энергопотреблением следует понимать расход тепловой и электрической энергии инженерными системами домов. Вопрос с экономией электроэнергии решается проще всего. Это установка осветительного оборудования на основе технологии LED, приобретение бытовой техники с высоким классом эффективности, использование трехтарифных счетчиков и др. Решение вопроса с оптимизацией потребления тепловой энергии (кроме работ по утеплению ограждающих конструкций) связано со следующим комплексом задач: использование термостатов в системе отопления, работа системы теплоснабжения (котельной или теплового пункта) в режиме погодной компенсации, установка насосного оборудования с частотным приводом, бойлера косвенного нагрева горячей воды и буферной емкости системы отопления. Для негазифицированных объектов можно также предложить установку системы солнечного теплоснабжения для частичного замещения тепловой нагрузки на котельную на нужды ГВС и в меньшей степени отопления». Автоматика Важный шаг на пути к экономичному отоплению — использование автоматики. Чтобы отследить изменения погодных условий и вовремя подстроить мощность котла, избежав перегрузок, устанавливаются наружные датчики. Внутри дома используются датчики комнатной температуры. Их монтаж требует прокладки коммуникаций, связывающих датчик с котлом, поэтому рекомендуется выполнять данную работу еще на этапе строительства здания. Но подобных проблем можно избежать, если купить беспроводную модель. Если пользователь хочет иметь возможность отапливаться в режиме пониженной температуры, ему понадобятся дополнительные приборы — управляемые комнатные датчики или программатор. Первые очень просты как в установке, так и в эксплуатации. Достаточно нажать на несколько кнопок, и температура отопления загородного дома будет моментально изменена. Программатор — альтернатива управляемому датчику — предлагает владельцу как ручной, так и автоматический способ управления. В ручном владелец выставляет необходимый уровень нагрева помещения, который будет постоянно поддерживаться в течение определенного времени. В автоматическом имеется возможность создавать «сценарии» для различного времени суток. К примеру, во время отсутствия людей программатор удерживает более низкую температуру. А за полчаса до возвращения начинается более интенсивное отопление, чтобы дом успел прогреться. Конечно, мы рассмотрели здесь далеко не все вопросы, связанные с организацией системы отопления частного дома. Однако охватили своим вниманием основные и наиболее общие моменты, на которые следует обратить внимание его владельцу. Определив для себя приоритеты, все остальное вы сможете решить, воспользовавшись помощью специалистов.