В последнее время вопрос индивидуального отопления и горячего водоснабжения становится все более актуален. Собираясь строить загородный дом, будь то дача, либо ваш будущий жилой дом вы, уже на этапе проектирования должны задуматься как обеспечить свое комфортное в нем существование, а именно обеспечить дом энергией, в нашем случае — тепловой. Так с чего же стоит начать? Не стоит думать, что монтаж системы отопления дома сводится к установке генератора и подводке к нему отопительных приборов. Для того чтобы система обеспечивала решение поставленных задач в полном объеме, ее необходимо прежде всего рассчитать и грамотно спроектировать. Проектирование систем отопления чаще всего начинается с определения оптимального вида топлива. В зависимости от его выбора мы определяем необходимую мощность отопительных приборов и разрабатываем проект отопления, в котором учитываются все основные особенности здания, требования архитекторов и дизайнеров к инженерным системам, а также индивидуальные пожелания заказчика. С проектированием отопления неразрывно связано и проектирование внутренних инженерных систем — водоснабжения, электрики, вентиляции и др. Только слаженная работа всех перечисленных сетей обеспечит выполнение задач, предусмотренных проектом. Поэтому следующим этапом работы является выполнение гидравлических и тепловых расчетов.
Проектирование систем отопления чаще всего начинается с определения оптимального вида топлива. В зависимости от его выбора определяется необходимая мощность отопительных приборов и разрабатывается проект отопления, в котором учитываются все основные особенности здания, требования архитекторов и дизайнеров к инженерным системам, а также индивидуальные пожелания. С проектированием отопления неразрывно связано и проектирование внутренних инженерных систем — водоснабжения, электрики, вентиляции и др. Только слаженная работа всех перечисленных сетей обеспечит выполнение задач, предусмотренных проектом. Поэтому следующим этапом работы является выполнение гидравлических и тепловых расчетов. При расчете отопления в первую очередь учитывается ряд таких важных факторов как размеры здания, толщина его стен, свойства материалов, из которых возведены стены, и т.п. Правильно выполненные тепловые расчеты не только обеспечивают создание комфортных условий в здании, но и повышают срок службы отопительных приборов, что приннесет вам дополнительные экономические выгоды. От правильности расчета отопления может зависеть и целостность самого здания, поскольку перебои в отоплении, обусловленные просчетами в проектировании, приводят к быстрому износу стен, кровель и фундаментов. Как правильно и безошибочно подобрать необходимое теплотехническое оборудование, произвести его монтаж и запуск? А ведь именно от этого будет зависеть надежность и долговечность системы.
Итак, начинать подбор оборудования конечно же нужно с сердца отопительной системы дома — котла. Котел является основным элементом системы отопления. По сути котел — это теплообменник который передает энергию, получаемую при сгорании топлива, теплоносителю, которым в классической системе является вода. Правильный выбор обеспечит вам максимально выгодное использование возможностей и мощности котла, оптимизирует затраты на топливо. На сегодняшний день на рынке представлено огромное множество отопительных котлов, различаются они по нескольким критериям: во-первых мощность котла, это пожалуй самый главный критерий, правильный выбор мощности позволит котлу работать с оптимальной нагрузкой и максимально эффективно использовать свой ресурс. Какую мощность должен иметь отопительный котел? Практически для всех типов регионов России применима формула:
Тмин = S / 10*K, где
Тмин — минимальная мощность отопительного прибора; v S — отапливаемая площадь, м2 ;
К — коэффициент запаса [K=1,1…1,2], вводится для резервирования мощности на случай сильных морозов и падения давления газа.
Мощность приобретаемого Вами прибора должна быть не меньше Тмин
ПРИМЕР:
Вам необходимо отопить 130 м2. Минимальная мощность требуемого Вам прибора составляет:
130/10*1,15 = 14,95 кВт.
Следовательно, мощность прибора должна быть не менее 20 кВт.
Во-вторых назначение котла. Котлы бывают одноконтурными и двухконтурными, что позволяет обеспечивать ваш дом не только теплом но и горячей водой. Одноконтурные газовые котлы отопления предназначены только для отопления помещения. В случае необходимости внедрения системы горячего водоснабжения понадобится покупка и монтаж отдельного специализированного оборудования, что значительно может увеличить предполагаемый бюджет. А вот двухконтурные газовые котлы вполне могут справиться как с отоплением Вашего дома или квартиры, так и одновременно с подогревом воды.
В-третьих, нужно учитывать на каком топливе будет работать ваш котел. На сегодняшний день наиболее распространены котлы работающие на природном газе и электричестве. Так же котел может использовать жидкое топливо (мазут), твердое топливо (каменный уголь, дрова). В этом вопросе главную роль играет экономический фактор. Вам следует учесть какой вид топлива вам будет наиболее выгодно использовать. Так как в настоящий момент произведена почти повсеместная газификация населенных пунктов и на сегодняшний день газ является наиболее дешевым видом топлива, большое распространение получили газовые котлы. Но, несмотря на вышесказанное не стоит сразу же отказываться от электрокотлов. Бесспорно, отопление жидкотопливным оборудованием сегодня обходится дешевле, чем электро котлами, а особенно в том случае, если есть возможность подключения к газовой магистрали. Но все же не стоит так безутешно относиться к отопительным электрокотлам. Электрические котлы для отопления дома, квартиры имеют свои особенности, что в отдельном случае может поставить Вас в беспроигрышный вариант.
Очевидно, что по стоимости электрокотлам уступают котлы, работающие на жидком или твердом топливе. Поскольку при использовании электрокотла Вам понадобится потратить деньги только для его покупки, когда в случае с другими котлами необходимы будут средства для покупки навесной горелки, резервуара для хранения топлива (если нет подвода газа), дополнительный бюджет для организации отдельного помещения для котла и т.д. Все это может потребовать дополнительных растрат превышающих на порядок, а то и не на один больше, чем при использовании отопительных электрокотлов. При монтаже и установке электрокотел позволит Вам сэкономить значительное количество денежных средств относительно растрат для монтажа и пуско-наладки жидко- и твердо- топливных отопительных котлов.
Котлы на жидком и твердом топливе чаще всего исплоьзуются в местах, где отсутствует возможность подключения к газопроводу или электросетям, либо подключение является неоправданно дорогим. В любом случае выбор котла является исключительно важным пунктом в проектировании системы теплоснабжения здания.
Определившись с выбором котла слеует переходить к выбору системы отопления. В современных домах и коттеджах наиболее распространенной является водяная система отопления, однако наряду с ней используют также воздушную и газовую. Воздушная система отопления дома по способу установки может быть централизованной и местной, а по типу циркуляции воздушных масс — гравитационной или вентиляторной. Существенное достоинство воздушной системы отопления дома — возможность быстро прогреть помещение до требуемой температуры. Теплоноситель в такой системе отопления не замерзает, поэтому даже в отсутствие хозяев она не выходит из строя. Однако большая часть обогревательных приборов данного типа в процессе работы сжигает значительный объем кислорода, и использовать воздушную систему отопления в домах постоянного проживания не рекомендуется. Итак, для нас с вами наиболее приемлемой как по подбору оборудования, так и по эксплуатации будет являтся водяная система отопления, поэтому ее мы рассмотрим более подробно.
Наиболее распространенной и хорошо зарекомендовавшей себя в процессе монтажа и эксплуатации является, как мы уже отметили выше, водяная система отопления. Такая система представлена двумя принципиально различными классами, отличающимися по типу циркуляции теплоносителя. Естественная циркуляция воды в системе отопления дома происходит за счет изменения ее плотности при нагревании. Трубы для этих систем необходимо выбирать большого диаметра, разводка их обязательно выполняется под уклоном. Помимо того, что громоздкие трубы не украшают интерьеры помещений, выбор материалов для трубопровода весьма ограничен. Тем не менее система отопления дома с естественной циркуляцией теплоносителя имеет свои преимущества: в первую очередь это ее полная независимость от электроэнергии. Такое отопление загородного дома может быть с успехом использовано для отопления дома небольшой площади, однако не рекомендуется монтировать его в многоэтажных зданиях, а также в помещениях, к интерьеру которых владельцы предъявляют повышенные требования.
Принудительная циркуляция теплоносителя осуществляется за счет насосов, работающих от электросети. В этом заключается существенный недостаток подобной системы отопления дома. Если же электропитание осуществляется без перебоев, установка такой системы является оптимальным решением, поскольку процесс отопления замечательно поддается регулированию, в выборе труб исполнитель не ограничен, а их малый диаметр позволяет маскировать трубопроводы в стенах, в том числе и монолитных.
Теплоносителем в этой системе является вода, которая циркулирует по замкнутой системе трубопроводов, отдавая тепло полученное в отопительном котле отопительным приборам или радиаторам.
Различают системы:
— с естественной циркуляцией (за счет разности давления в контуре).
— с принудительной циркуляцией (с помощью циркуляционного насоса).
Система водяного отопления включает в себя следующие вспомогательные элементы:
отопительный котел
главный (подающий) стояк
разводящий трубопровод
прямой стояк
обратный стояк
обратный трубопровод
запорные вентили
Существуют следующие схемы систем водяного отопления:
с верхней и нижней разводкой
однотрубные системы (с одним стояком)
двухтрубные системы (с прямым и обратным стояками)
системы с горизонтальной разводкой
Двухтрубные системы отопления
В двухтрубных схемах отопления и при верхней и при нижней системах разводки вода нагретая в котле поднимается вверх и далее по разводящим трубопроводам поступает в радиаторы, где охлаждается и становится тяжелее. Оттуда по обратным стоякам самотеком стекает в обратный трубопровод и поступает в котел. Имея большую плотность холодная вода вытесняет горячую вверх. В рассмотренных схемах напор создается за счет разности плотности столбов горячей и холодной воды.
Схема системы отопления с верхней разводкой.
1-котел; 2-главный стояк; 3-разводка; 4-горячие стояки; 5-обратные стояки; 6-обратка; 7-расширительный бак.
Вода нагревается в отопительном котле и за счет разности плотности (чем выше температура, тем ниже плотность) поднимается по главному стояку в расширительный бак. Расширительный бак установлен в самой верхней точке системы. Далее по разводящему трубопроводу, который должен иметь небольшой уклон вода поступает в горячие стояки. Горячие стояки проходят с верхнего этажа до первого рядом с радиаторами отопления. Охлажденная в радиаторах вода проходит через все этажи по обратным стоякам в обратный трубопровод выполненный с уклоном по направлению движения воды. Из обратного трубопровода теплоноситель возвращается в котел, для нагрева. Для регулировки расхода горячей воды на входе в радиаторы установлены запорные вентили.
Схема системы отопления с нижней разводкой.
1-котел; 2-воздушная линия; 3-разводка; 4-подающие стояки; 5-обратные стояки; 6-обратка; 7-расширительный бак.
В схеме с нижней разводкой подающий трубопровод, который питает стояки находится ниже жилых помещений. Обратные стояки присоединены к общему обратному трубопроводу, проведенному еще ниже. Также схему дополняет воздушная линия вверху. С помощью нее удаляется воздух скапливающийся в радиаторах. Он выводится через расширительный бак в атмосферу.
Однотрубные системы отопления
Простая однотрубная схема отопления
1-котел; 2-главный стояк; 3-расширительная труба; 4-обратные стояки; 5-верхняя разводка; 6-воздухосборник; 7-расширительный бак; 8-циркуляционный насос; 9-обратная линия.
Однотрубная схема отопления отличается от двухтрубной тем, что горячая вода отдав тепло на верхнем этаже поступает на этаж ниже с температурой ниже, чем на выходе из котла. Температура снижается с прохождением каждого последующего этажа. Поэтому, если в двухтрубной схеме температура воды на входе в радиатор на всех этажах одинакова, но скорость и напор отличаются, то в однотрубной схеме отопления скорость воды не меняется, а температура снижается после каждого этажа. Максимальная температура на верхнем этаже и чем ниже этаж, тем она ниже. Из-за этого на нижних этажах приходится добавлять количество секций в радиаторах. Частично проблема решается установкой перемычек для каждого радиатора. В этой схеме часть горячей воды проходит на этаж ниже мимо радиатора не охлаждаясь
Однотрубная схема отопления с перемычками у радиаторов.
Следует отметить, что главный стояк в однотрубных системах отопления нужно максимально защитить от потерь тепла. В противном случае снижается разность температур и соответственно напор. А обратную линию наоборот не следует изолировать, т.к. вода остывая становится тяжелее, что увеличивает напор в системе.
1- котел; 2- главный стояк; 3- расширительная труба; 4- обратные стояки; 5- верхняя разводка; 6- воздухосборник; 7- расширительный бак; 8- насос; 9- обратная линия.
Однотрубная система отопления с горизонтальной проточной системой
1-котел; 2-главный стояк; 3-расширительный бак; 4-расширительная труба; 5-насос.
В данной системе отопления все радиаторы на каждом этаже соединены в общую линию. Достоинством данной системы является простота монтажа, требуются меньшее количество труб, отсутствуют стояки у каждого радиатора.
Недостатком является склонность данной системы к образованию воздушных пробок из-за наличия параллельных трубопроводов. Эту проблему можно решить установкой клапанов для спуска воздуха.
Определившись с системой отопления, следует перейти к подбору радиаторов отопления. При обогреве помещений с помощью радиаторов у нас всегда есть выбор: либо установить небольшие радиаторы и увеличивать теплоотдачу от них, повышая температуру теплоносителя (высокотемпературное отопление), либо при той же теплоотдаче увеличить размеры радиатора, но получить более низкую температуру его поверхности (низкотемпературное отопление). В первом случае радиаторы раскалены, к ним невозможно прикоснуться, что неудобно, например при уборке, и просто небезопасно для обогрева детских комнат, У такой системы отопления не будет запаса регулирования. К тому же, если температура на радиаторе высокая, начинается разложение органической пыли, которая есть в любом помещении. Продукты разложения будут выделяться в воздух и вдыхаться близкими нам людьми. При низкотемпературном отоплении радиаторы слегка теплые, но и в комнате тепло.
Профессиональный расчет радиатора требует учета многих факторов (теплоизоляция здания и т.д.). Для упрощенного подбора тепловой мощности радиатора (особенно для помещения, которое находится в климатическом поясе Москвы), мы можем следовать правилу: в комнате с одной наружной стеной и одним окном для отопления 10 м2 жилой площади достаточно 1 кВт тепловой мощности радиатора. Если в комнате две наружные стены и одно окно, то для 10 м2 требуется 1,2 кВт тепловой мощности, а если две наружных стены и два окна- 1,3 кВт.
Но бывает так, что в магазине не всегда найдется радиатор, мощность которого один к одному соответствует сделанному расчету; такого радиатора может не быть сейчас или не существовать вовсе. Поэтому будем иметь в виду, что для комфортного отопления нужно брать радиатор большей мощности, чем в произведенном расчете; в этом случае возрастет качество отопительной системы, то есть сделаются возможными точная настройка и низкотемпературный режим отопления. Например, если по расчету для спальни нужен отопительный прибор мощностью 1,8 кВт, а в магазине ближайшие мощности радиаторов требуемой высоты при перепаде температур 90/70 °С только 1524 и 1905 Вт, то, конечно же, мы выберем тот прибор, у которого тепловая мощность 1905 Вт (1,9 кВт). Он будет немного дороже, но при установке на него термостатического вентиля мы легко добьемся нужной температуры, К тому же не потребуется нагревать прибор до предела, чтобы достичь нормальной температуры воздуха в комнате. Это увеличит ресурс радиатора.
Да данный момент рынок предлагает нам на выбор несколько типов радиаторов:
Алюминиевые радиаторы. Изготовлены из материала, обладающего повышенной теплопроводностью, но одновременно предъявляющего повышенные требования к химическому составу теплоносителя. Прекрасное дизайнерское исполнение большинства радиаторов портится необходимостью устанавливать на каждом приборе автоматический клапан для спуска воздуха, т.к. в процессе эксплуатации происходит активное выделение водорода. В настоящее время на рынке предлагается большое выбор алюминиевых радиаторов как на рабочее давление до 6 атм., так и на рабочее давление 10-30 атм., что предполагает возможность их применения в городской застройке. Следует отметить особо группу алюминиевых, экструзионных радиаторов, более дешевых, более легких, но и более уязвимых в неблагоприятных условиях эксплуатации
Стальные панельные радиаторы. Это высокоэффективные тепловые приборы рассчитанные в большинстве случаев на рабочее давление 8,7 атм., опрессовочное 13 атм. Их рекомендуется использовать в индивидуальном, малоэтажном строительстве, а при наличии индивидуального теплового пункта — в зданиях любой этажности. И не стоит пытаться их испытывать при работе в системе с многократно большими значениями давления, особенно там, где есть вероятность гидравлического удара (многоэтажные городские здания с централизованной системой отопления). Срок их службы при этом может сократиться до года и даже до нескольких месяцев.
Биметаллические секционные радиаторы удачно сочетают лучшие свойства секционных алюминиевых и трубчатых стальных радиаторов: прочность (выдерживают давление до 40-50 атмосфер), долговечность (срок службы — до 20 лет) и высокий уровень теплоотдачи в сочетании с современным дизайном. В биметаллическом радиаторе применяются два металла — сталь и алюминий. Стальной сердечник усиливает конструкцию радиаторов. Именно благодаря ему они выдерживают высокое давление. Вдобавок стальная начинка «спокойнее» других реагирует на щелочность воды (ph-фактор). Алюминий обладает высокой теплопроводностью, что существенно улучшает теплоотдачу радиатора и уменьшает его инертность. Такой отопительный прибор быстрее нагревается и охлаждается.
Чугунные радиаторы хорошо знакомы российскому потребителю. Чугун — это материал, обладающий хорошей теплопроводностью, нейтральный по отношению практически ко всем теплоносителям. Именно поэтому чугунные радиаторы можно использовать в системах отопления с плохой подготовкой теплоносителя (повышенная агрессивность, загрязненность и пр.). На отечественном рынке можно встретить радиаторы производства Чехии, Италии, Испании, а также их российские аналоги.
Еще одина немаловажная часть отопительной системы — циркуляционный насос. Большинство современных котлов комплектуются циркуляционными насосами и их мощности в подавляющем большинстве случаев вполне хватает для нормальной работы системы. Если в вашем доме система трубопроводов имеет большие перепады высоты, то есть смысл обратиться к специалистам и удостоверится справится ли насос котла с работой в вашей системе, либо подобрать нужный насос из огромного ассортимента, представленного на рынке. 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.
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.
Итак, 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.
В заключение хотелось бы добавить, что монтаж системы отопления и горячего водоснабжения является работой, требующей опыта и особых навыков. При неправильном монтаже системы даже самое дорогостоящее и качественное оборудование может в кратчайшие сроки выйти из строя, а эксплуатация подобной системы будет доставлять постоянные проблемы. Поэтому монтаж системы следует доверять только квалифицированным специалистам.