Энергонезависимый газовый котел

Энергонезависимость котла – полноценная работа системы отопления без использования электричества. В виду повсеместно внедрения точных контроллеров, отопления с принудительной циркуляцией, систем микроклимата, используемые ранее котлы с механическим управлением и естественной циркуляцией уже стали в диковинку.

Однако если хочется построить обогрев дома так, чтобы он не зависел от непостоянного электричества, то другого варианта нет, нужен энергонезависимый газовый котел, встроенный в систему отопления с естественной циркуляцией.

С тем, что энергоснабжение в городах и тем более селах сейчас все еще дает сбои, интерес к старым проверенным технологиям возвращается с новой силой, а новые разработки позволяют повысить комфорт жильцов на приемлемый уровень. Следует только выбрать подходящую конфигурацию и все досконально взвесить.

В чем отличие от обычного котла

Для большинства пользователей газовых котлов в нашей стране энергонезависимый котел ничем не отличается от привычных АГВ и АОГВ, которыми они пользуются уже очень давно. Газовые котлы, снабженные механическим блоком автоматического управления, отвечают всем требованиям энергонезависимости.

Однако для точности следует расширить список конструкций и моделей котлов, которые так же не зависят от постоянного наличия электричества в розетке и будут работать только при наличии газа в магистрали.

Энергонезависимость не предполагает полного отказа от микроконтроллеров и электронных блоков управления, однако они должны быть маломощными и питаться от аккумуляторов или батареек, притом очень долгое время.

Уже исходя из единственного и достаточного условия для энергонезависимых котлов выходит целый ряд ограничений и особенностей котлов и систем отопления (СО), построенных с их использованием:

• Циркуляция теплоносителя только естественная, гравитационная;
• Обязательное наличие аккумулирующей емкости в котле или большого по объему теплообменника;
• Построение только высокотемпературного отопления (свыше 75ºС) с большим перепадом температуры между выходом теплообменника котла и обкаткой, поступающей от радиаторов.

Одноконтурный и двухконтурный

Наряду с выбором мощности котла отопления нужно определиться с его основной функциональностью. Помимо отопления дома котел способен подготовить горячую воду. Помимо принципиального наличия контура ГВС предстоит выбрать его тип:

• теплообменник проточного типа;
• бойлер косвенного нагрева.

В первом случае значительная часть тепла от газовой горелки уходит контуру ГВС, так что при продолжительном беспрерывном использовании горячей воды контур отопления может существенно остыть.

Подбирая котел, придется заведомо ориентироваться на более мощный и соответственно дорогой вариант. Преимущество прямоточного нагревателя в постоянно высокой температуре воды. Есть возможность пользоваться горячей водой даже не в сезон отопления.

С бойлером эта проблема частично решается. Горячая вода готовится заранее и в большом объеме, отнимая меньше мощности в единицу времени. Однако температура горячей воды полностью зависит от нагрева теплоносителя.

Если дело происходит весной или осенью, когда котел работает лишь на половину или треть мощности, и в батареи поступает вода не теплее 60 градусов, то и горячая вода в контуре ГВС не нагреется больше. Скорее всего, ее температура будет примерно +45ºС.

В случае с энергонезависимым котлом отопления явным победителем оказывается прямоточный способ нагрева воды. Ключевым является то, что бойлер, установленный на выходе котла, существенно снизит температуру теплоносителя, что негативно скажется на циркуляции.

Напольный и настенный

Единственный способ добиться независимости отопления от электричества – это использовать естественную циркуляцию. Без объемного теплообменника или аккумулирующего бака просто не обойтись, потому основная часть энергонезависимых котлов рассчитана на напольное размещение.

Упор делается на чугунные тяжелые и теплоемкие теплообменники с объемом свыше 50 литров воды. В более простых моделях используются стальные стенки накопительного бака с антикоррозийным покрытием и разнообразными уловками, позволяющими увеличить площадь теплообмена и повысить КПД котла.

Все это удержать на стене весьма проблематично. Однако среди зарубежных производителей можно встретить компактные настенные газовые котлы, которые можно назвать энергонезависимыми.

Настенные котлы не применяются для систем отопления с естественной циркуляцией. Можно с натяжкой использовать агрегаты с ориентированными вертикально объемными теплообменниками, в которых поддерживается активный конвекционный процесс, однако при наличии напольных моделей за меньшую цену и с большей производительностью такой подход естественно не получил распространение.

Возможности энергонезависимой системы отопления

Работать без электричества – это явное преимущество в тех местах, где отключение оного весьма привычная проблема. Однако может показаться, что использование «старой» технологии, естественной циркуляции сильно скажется на комфорте и функциональности отопления, а главное, безопасности.

Это не совсем так. Энергонезависимость не подразумевает полного отказа от возможности контролировать температуру в каждой комнате или строгого контроля температуры теплоносителя. Совсем не значит, что безопасность котла пострадает.

Механическое управление, точнее гидропневматическое. Блоки автоматического регулирования газовых котлов разрабатываются с середины позапрошлого века и до сих пор продолжают совершенствоваться.

Схема энергонезависимой системы отопления

На данный момент большую популярность получил блок управления EuroSit, способный обеспечить беспрерывную работу котла в течение всего сезона и при этом отвечает за безопасность в полной мере. То же касается и собственных разработок производителей котлов.

Преимущество механики в безотказности. Их работа построена по вполне простому и эффективному принципу.

Для функционирования котла, то есть горения газа в горелке, нужно, чтобы были соблюдены все необходимые условия:

• наличие тяги;
• адекватная работа запальника, пьезоэлемента или разрядника;
• наличие в теплообменнике воды температурой, не превышающей заданный порог;
• оптимальное давление газа в трубах на уровне 130 мПа.

За проверку каждого условия отвечает свой датчик и соответствующий клапан. При нарушении любого условия доступ газа к горелке перекрывается, котел останавливается. Если это останов в штатном режиме для поддержания заданной температуры воды, то котел со временем автоматически запустится.

Чувствительность термоэлемента, чаще газонаполненной трубки или термопары, достигает 0,1-0,5 градуса, чего с лихвой хватает для поддержания нагрева на нужном уровне с минимальными перепадами. Старение и накопительная погрешность термопар в механических блоках управления значительно меньше, чем у электронных компонентов.

Наличие байпасов у каждого радиатора, которые рекомендуется использовать при любом типе подключения радиаторов, позволяет задавать температуру обогрева в каждом отдельном помещении.

Основной упор делается на верный расчет и проектирование на начальной стадии монтажа отопления. Котел при этом будет работать как ни в чем ни бывало даже при постоянном изменении объема системы.

Выбор

Среди многих производителей особенно импортных найти энергонезависимый котел уже достаточно сложно. Есть ряд компаний, у которых в приоритете остается энергонезависимость оборудования: ProTherm, Alphatherm, Attack, Beretta.

Настенный котёл Beretta

Протерм выпускает линейку котлов для естественной циркуляции «Волк». Это напольные котлы со стальным объемным теплообменником, который не нуждается в подключении к электросети.

Среди котлов Alphatherm выделяется линейка Beta AG, построенная полностью на механическом блоке управления и позиционирующаяся именно как энергонезависимое решение.

Компания Attack предлагает наиболее обширный набор котлов как двухконтурных, так и одноконтурных, но только напольного исполнения с энергонезависимым управлением. У всех моделей имеется модификация с обозначением “S” в конце маркировки, что и говорит о поддержке естественной циркуляции и необязательном наличии электропитания.

Beretta может порадовать только одним типом котла с мощностью от 24 до 71 кВт, полностью энергонезависимый – Novella Avtonom. В них используется чугунный одноконтурный теплообменник. При необходимости подключается внешний бойлер косвенного нагрева.

Учитывая, что электронная начинка котлов позволяет тонко настраивать микроклимат в доме, а также существенно экономить расход газа, энергонезависимые газовые котлы отопления востребованы только в тех случаях, когда действительно есть все шансы остаться без электричества надолго в зимний период.

Какими бывают системы отопления с естественной циркуляцией, как их сделать и что нужно учесть

Система отопления с естественной циркуляцией хороша тем, что работает вне зависимости от наличия электричества, что в некоторых районах очень важно. Другое дело, что получить комфортные условия при такой схеме чрезвычайно сложно, а в некоторых случаях невозможно. Потому часто отопление делают самотечным (одно из названий) для использования такого режима в качестве аварийного, а все остальное время работает насос. Но в некоторых случаях, например, на неэлектрофицированных дачных участках, система отопления без насоса – единственный возможный вариант.

Система с естественной циркуляцией (ЕЦ) называется иногда гравитационной из-за того, что работает на принципе гравитации. Еще одно название – самотечная. Все эти термины обозначают один принцип построения – без использования насоса.

Принцип работы системы ЕЦ

Теплоноситель в самотечных системах движется из-за разности температур теплоносителя и, соответственно, разной их плотности: из котла выходит горячая вода, плотность и вес которой гораздо меньше, чем у холодной. Потому горячая вода вытесняется вверх. Отсюда и главная особенность таких систем – котел должен располагаться ниже радиаторов. Далее теплоноситель движется по трубе с небольшим уклоном. От основной магистрали отходят трубы меньшего диаметра, ведущие к радиаторам/регистрам.

Простейший вариант системы с естественной циркуляцией

Проще такая система реализуется в системах с верхней раздачей воды – это когда от котла труба поднимается под потолок и оттуда уже опускается к радиаторам. В системах с нижней раздачей гравитационная система может быть реализована только при наличии разгонного контура – создается искусственный перепад высот: от котла труба поднимается почти под полоток, там, в верхней точке устанавливается расширительный бачок. После него труба опускается до уровня выше радиаторов, но не под потолком, а на уровне окон. Оттуда уже идет разводка на радиаторы. При устройстве разгонного контура помешать вам может только низкий потолок – желательно, чтобы от вершины котла труба отходила выше, чем на 1,5метра (а еще бачок).

Однотрубная система с естественной циркуляцией. Горизонтальная разводка

Виды систем отопления с естественной циркуляцией

Отопление ЕЦ в духэтажных и более домах может быть реализовано как в однотрубных, так и в двухтрубных системах.

Двухтрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией. Схема вертикальная

При этом принцип сохраняется – от котла поднимается вверх труба на максимальную высоту, и лишь затем идет раздача теплоносителя по элементам отопления. Разница лишь в том, что в двухтрубной системе остывшая вода собирается в другую магистраль, и она заводится на вход обратки котла. В однотрубной же на этот вход котла идет труба от выхода последнего радиатора.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

Все представленные выше схемы однотрубных разводок – с вертикальными стояками. Они более затратные по количеству материалов, но удобны тем, что к каждому стояку можно присоединить отопительные приборы на каждом из этажей. В принципе, в двухэтажном доме с большой площадью выгоднее реализовать водяное отопление с естественной циркуляцией с горизонтальной разводкой. Примерно выглядеть это может так (смотрите схему ниже).

Однотрубная система с естественной циркуляцией. Горизонтальная разводка с разгонным коллектором

В данном проекте реализована схема отопления с естественной циркуляцией «ленинградка». Для более активной циркуляции на втором этаже устроен разгонный коллектор, после которого два контура расходится по второму этажу – горизонтальное последовательное подключение радиаторов. Еще один контур опускается на первый этаж, где также разделяется на две ветки. Также дополнительно на первый этаж опускаются стояки от последних в контуре радиаторов в каждой из веток второго этажа.

Радиаторы отопления ЕЦ

Для гравитационных систем главное – минимальное сопротивление водяному потоку. Потому, чем шире будет просвет радиатора, тем лучше через него будет течь теплоноситель. Практически идеальны с этой точки зрения чугунные радиаторы – у них самое маленькое гидравлическое сопротивление. Хороши в использовании алюминиевые и биметаллические, но нужно смотреть, чтобы их внутренний диаметр был не менее 3/4”. Можно использовать стальные трубчатые батареи, однозначно не рекомендуются стальные панельные или любые другие с маленьким сечением и высоким гидравлическим сопротивлением – через них или не будет протекать вода или будет очень слабо, что, например, при однотрубной системе может привести к отсутствию циркуляции вообще.

Системы с естественной циркуляцией (кликните по картинке для увеличения масштаба)

Есть в подключении радиаторов свои тонкости. Особенно большое значение способ монтажа играет в однотрубной системе: только при помощи разных типов подключения можно добиться лучшей работы отопительных элементов.

Схемы подключения радиаторов

На рисунке, расположенном ниже показаны схемы подключения радиаторов. Первое – нерегулируемое последовательное подключение. При таком способе будут проявляться все недостатки «ленинградки»: разная теплоотдача радиаторов без возможности компенсирования (регулирования). Чуть лучше дело обстоит, если поставить обычную перемычку из трубы. При такой схеме возможность регулирования также отсутствует, но при завоздушивании радиатора система функционирует, так как теплоноситель проходит через байпас (перемычку). Установив дополнительно за перемычкой два шаровых крана (на рисунке нет) мы получаем возможность при перекрытом потоке снять/отключить радиатор без останова системы.

Особенности подключения радиаторов в однотрубных системах

Два последних способа монтажа позволяют регулировать поток теплоносителя через радиатор и байпас — в них стоят устройства регулировки температуры радиатора. При таком включении схема уже может быть компенсирована (на каждом отопительном приборе выставляется теплоотдача).

Не менее важным является и тип подключения: боковой, диагональный или нижний. Оперируя этими подключениями можно облегчить/улучшить компенсацию системы.

Трубы для систем с естественной циркуляцией

При подборе диаметра труб играют роль не только размеры системы и количество радиаторов, но и материал, из которого они сделаны, вернее, гладкость стенок. Для гравитационных систем это очень важный параметр. Хуже всего дело обстоит у обычных металлических труб: внутренняя поверхность шероховатая, а после использования она становится еще более неровной из-за процессов коррозии и накопившихся отложений на стенках. Потому такие трубы берут самого большого диаметра.

Стальные трубы через несколько лет могут выглядеть так

Предпочтительнее с этой точки зрения металлопластиковые и армированные полипропиленовые. Но в металлопластиковых используются фитинги, значительно заужающие просвет, что для самотечных систем может стать критичным. Потому более предпочтительными выглядят армированные полипропиленовые. Но они имеют ограничения по температуре теплоносителя: рабочая температура 70 о С, пиковая – 95 о С. У изделий из особого пластика PPS рабочая температура 95 о С, пиковая – до 110 о С. Так что в зависимости от котла и системы в целом можно использовать эти трубы, с условием, что это качественные фирменные изделия, а не подделка. Подробнее о полипропиленовых трубах читайте тут.

Но если предполагается установка твердотопливного котла, то никакой полипропилен таких тепловых нагрузок не выдержит. В этом случае или все-таки использовать стальные, или оцинковку и нержавейку на резьбовых соединениях (сварку при монтаже нержавейки не использовать, так как швы очень быстро протекают). Подойдет и медь (о медных трубах написано тут), но она также имеет свои особенности и с ней нужно обращаться осторожно: не со всеми теплоносителями она будет нормально себя вести, а уж с алюминиевыми радиаторами ее в одной системе лучше не использовать (они быстро разрушаются).

Особенность систем с естественной циркуляцией – их невозможно рассчитать из-за образования турбулентных потоков, которые расчетам не поддаются. Проектируют их основываясь на опыте и усредненных, опытным путем выведенных, нормах и правилах. В основном действуют правила:

• поднять как можно выше точку разгона;
• не заузить трубы подачи;
• поставить достаточное количество секций радиаторов.

Потом применяют еще одно: от места первого разветвления и каждое последующее ведут трубой меньшего на шаг диаметра. Например, от котла идет 2-х дюймовая труба, далее от первого разветвления 1 ¾, потом 1 ½ и т.д. Отбратку собирают от меньшего диаметра к большему.

Есть еще несколько особенностей монтажа гравитационных систем. Первая – трубы желательно делать под уклоном в 1-5% в зависимости от протяженности трубопровода. В принципе при достаточном перепаде температур и высоты, можно сделать и горизонтальную разводку, главное чтобы не было участков с отрицательным уклоном (наклоненных в обратную сторону), которые из-за образования в них воздушных пробок перекроют движение потока воды.

Самотечная система однотрубная с вертикальной разводкой на два крыла (контура)

Вторая особенность – в самой высокой точке системы нужно установить расширительный бак и/или воздухоотводчик. Расширительный бак может быть открытого типа (система тоже будет открытой) или мембранного (закрытая). При установке открытого отводить воздух нет необходимости он собирается в наивысшей точке – в бачке и выходит в атмосферу. При установке бака мембранного типа требуется также установка автоматического воздухоотводчика. При горизонтальной разводке не помешают краны «маевского» на каждом из радиаторов – с их помощью легче убрать все воздушные пробки в ветке.

Котел для гравитационных систем

Так как в основном такие схемы нужны для устройства независимого от электричества отопления, то и котлы должны работать без использования электричества. Это могут быть любые неавтоматизированные агрегаты, кроме пеллетных и электрических.

Чаще всего в системах с естественной циркуляцией работают твердотопливные котлы. Всем они хороши, но во многих моделях прогорает топливо быстро. А если за окном сильные морозы, а дом не утеплен в достаточной мере, то чтобы ночью удержать приемлемую температуру приходится вставать и подкидывать топливо. Особенно такая ситуация часто встречается там, где топят дровами. Выход – купить котел длительного горения (энергонезависимый, конечно). Например, в литовских твердотопливных котлах Stropuva, при определенных условиях дрова горят до 30 часов, а уголь (антрацит) до нескольких суток. На котлы Сandle заявлены чуть хуже характеристики: минимальное время горения дров 7 часов, угля – 34 часа. Есть котлы без автоматики и насосов и у немецкой кампании Buderus, чешских Viadrus и у польско-украинских Wikchlach, а также у российских производителей: «Энергия», «Огонек».

Энергонезависимый котел длительного горения Stropuva

Есть газовые энергонезависимые котлы российского производства, например «Конорд», которые производят в Ростове-на-Дону. Их можно использовать в системах с естественной циркуляцией. На том же заводе выпускают энергонезависимые универсальные котлы «Дон», которые также подходят для работы без электричества. Работают в системах с естественной циркуляцией напольные газовые котлы итальянской фирмы Bertta – модель Novella Autonom и некоторые другие агрегаты евопейских и азиатских производителей.

Второй способ, который поможет увеличить время между топками, – повысить инерционность системы. Для этого устанавливают теплоаккумуляторы (ТА). Работают они хорошо именно с твердотопливными котлами, у которых нет возможности регулировать интенсивность горения: излишек тепла отводится на теплоаккумулятор, в котором энергия накапливается и расходуется по мере остывания теплоносителя в основной системе. Подключение такого устройства имеет свои особенности: его нужно располагать на подающем трубопроводе внизу. Причем для эффективного отбора тепла и нормальной работы — максимально близко к котлу. Впрочем, для гравитационных систем это решение далеко не самое лучшее. Они достаточно медленно выходят на нормальный режим циркуляции, но зато являются саморегулируемыми: чем холоднее в помещении, тем сильнее остывает теплоноситель, проходя по радиаторам. Чем больше разница в температурах, тем больше получается перепад плотности и быстрее движется теплоноситель. А установленный ТА делает отопление более инерционным, и времени, и топлива на разгон требуется намного больше. Правда, и отдается тепло дольше. В общем, решать вам.

Для стабилизации температуры в системе устанавливают тепловой аккумулятор

Примерно те же проблемы у печного отопления с естественной циркуляцией. Тут роль аккумулятора тепла играет сам массив печи и также требуется много энергии (топлива) на разгон системы. Но в случае использования ТА обычно предусматривается возможность его исключения, а в случае с печью это нереально.

Теплоноситель для систем с естественной циркуляцией

Лучшим теплоносителем для таких систем является вода. Использование антифризов возможно, но при планировании нужно учесть этот момент и увеличить площадь радиаторов – или выбирать их большего размера, или увеличивать количество секций. Все дело в том, что эти составы имеют меньшую теплоотдачу, из-за чего хуже отнимают и передают тепло, что часто приводит к перегреву и котла и теплоносителя.

Для систем отопления используют специальные антифризы

Повышение температуры незамерзающей жидкости выше рабочей — очень неприятное явление, так как начинается обильное образование осадков и отложений. За два месяца эксплуатации антифриза с постоянным перегревом теплообменник котла забивается наглухо, система почти зарастает. Так что если планируете использовать незамерзающую жидкость, позаботьтесь о том, чтобы она могла отдавать тепло и не перегревалась.

Нужно учесть, что в системах отопления можно использовать только специализированные составы. Общего назначения или автомобильные абсолютно непригодны, особенно для схем открытого типа, которые контактируют с атмосферой. Планируя использовать антифризы, при выборе материалов обращайте внимание на их совместимость с незамерзающими жидкостями. Далеко не все котлы и трубы «дружат» с ними. О возможности использования незамерзающих жидкостей сообщается обычно в паспортных данных, если такой записи нет, нужно уточнить у продавца, а лучше – у производителя.

Заключение

Система с естественной циркуляцией не самый лучший по эффективности метод отопления, но иногда – единственно возможный – в тех местностях, где нет электроснабжения. В тех же регионах, где электроэнергия есть, на случай перебоев, схему можно создавать как самотечную, но встраивать при этом насос для штатной работы. Правда и такое решение не самое лучшее: увеличивается объем системы, она становится более инерционной и требует больших затрат на нагрев теплоносителя. Если перебои – исключение из правил, можно обезопасить себя установив резервное электропитание (блок бесперебойного питания и/или генератор). Если же перебои случаются часто – тогда ваш выход – системы с естественной циркуляцией.