Защита системы отопления от замораживания при авариях в электросети
В. Ф. Гершкович, руководитель Центра энергосбережения КиевЗНИИЭП
Проблемы защиты системы отопления от замораживания при временном отсутствии электрической энергии возникли после того, как вместо водоструйных насосов (элеваторов) в тепловых пунктах стали применять циркуляционные насосы с электроприводом. Острота проблемы стала очевидной после аварии в Москве в мае 2005 года, когда значительная часть города была отключена от системы электроснабжения в течение нескольких часов. Можно только приблизительно вообразить себе масштабы катастрофы, случись эта авария в разгар зимы.
В системах отопления с зависимым присоединением к тепловой сети (рис. 1) опасность замерзания возникнет при остановке циркуляционного насоса (8).
Теплоноситель из тепловой сети (1) будет при этом по-прежнему поступать в систему отопления (2) через регулирующие клапаны (3, 4), но расход сетевой воды будет недостаточным, и отопительные приборы самых протяженных циркуляционных колец прогреваться не будут, что при сильных морозах приведет к их размораживанию. В то же время температура теплоносителя в коротких циркуляционных кольцах будет чрезмерно высокой, и это может вызвать разрушение участков трубопроводов, выполненных из полимерных труб.
Ситуация будет усугубляться, если регулятор теплового потока (5) будет настроен, как это чаще всего бывает, на поддержание температуры воды в подающем трубопроводе системы отопления на уровне, соответствующем температурному графику. Как только циркуляционный насос (8) остановится и прекратится подмешивание, температура воды, поступающей в систему отопления, возрастет, и датчик температуры теплоносителя (6) выдаст команду на закрытие клапана (4). При этом расход воды в системе будет уменьшаться, что ускорит процесс замораживания системы.
Система отопления с зависимым присоединением к тепловой сети.
Вероятность замораживания уменьшится, если регулятор теплового потока будет настроен на поддержание нужной температуры воды не в подающем, а в обратном трубопроводе. В этом случае после остановки циркуляционного насоса клапан (4) останется в открытом положении, и теплоноситель будет по-прежнему поступать в систему отопления.
Для полного устранения опасности замораживания рекомендуется выполнять узел приготовления теплоносителя по схеме, показанной на рис. 2.
В схеме применен нормально открытый электромагнитный клапан (9). Применительно к электромагнитным клапанам термин «нормально открытый» означает, что в обесточенном состоянии он находится в открытом положении, а при подаче напряжения клапан закроется. Таким образом, при нормальном электроснабжении, когда система отопления работает в обычном режиме, клапан (9) будет всегда закрыт, а через теплообменник (10) будет протекать вода только из обратного трубопровода без какого-либо теплообмена в нем.
Система отопления с зависимым присоединением к тепловой сети.
Обозначения: 1–8 – то же, что на рис. 1; 9 – электромагнитный клапан; 10 – теплообменник системы защиты; 11 – дроссельная шайба
При отключении электроэнергии одновременно с остановкой циркуляционного насоса (8) нормально открытый электромагнитный клапан (9) автоматически откроется, и теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети устремится в систему отопления после охлаждения в теплообменнике (10) водой из обратного трубопровода системы отопления. Охлаждение необходимо для того, чтобы исключить попадание в систему отопления воды с температурой выше 95 °C и предотвратить тем самым повреждение полимерных трубопроводов, которые теряют свою прочность при высокой температуре воды в них.
Для того чтобы надежно защитить систему отопления от замораживания, расход сетевой воды должен быть примерно вдвое больше расчетного (для нормальных условий работы) значения. Вместе с тем, фактический расход может оказаться чрезмерно большим, поскольку регулятор перепада давления (3), выполняющий роль дросселирующего устройства, в аварийном режиме окажется вне контура циркуляции. Чтобы избежать излишних расходов сетевой воды, предусматривается дроссельная шайба (11), которую рассчитывают на пропуск удвоенного количества сетевой воды с учетом располагаемой разности давлений в подающем и обратном трубопроводах.
После восстановления электроснабжения нормально открытый электромагнитный клапан закроется, и система отопления вернется к нормальному эксплуатационному режиму без какого-либо вмешательства обслуживающего персонала.
Работа системы отопления в аварийном режиме будет сопряжена с увеличением расхода сетевой воды и с повышением температуры в обратном трубопроводе тепловой сети относительно обычного значения. Но эти неблагоприятные для работы тепловой сети кратковременные факторы могут рассматриваться лишь как слабая реакция новой защитной системы, способной оградить тепловую сеть и отопительную систему от гораздо более серьезных неприятностей.
Что залить в систему отопления, чтоб она не замерзла
Владельцы дачи, коттеджа или любого другого загородного дома интересуются вопросом, что залить в систему отопления, чтоб она не замерзала зимой. В таких зданиях пользователь может жить не постоянно, например, приезжать на выходные, поэтому разморозка труб считается актуальной проблемой.
Для начала разберёмся с понятием теплоноситель. В общих чертах это горячая жидкость или пар, которая поступает от котла к радиаторам, отдаёт часть тепла и возвращается по обратному трубопроводу к теплогенератору. В большинстве случаев пользователи используют теплоноситель для системы отопления дома в виде жидкости. Это может быть:
обычная водопроводная или дистиллированная вода;
не замерзающие жидкости, антифризы (пропиленгликоль или этиленгликоль).
Важно! Для снижения воздействия коррозии на поверхность металлических труб в состав любого теплоносителя могут вводиться специальные вещества, присадки.
Во всех жидкостей для системы отопления есть свои сильные и слабые стороны. Далее разберёмся с этим более детально.
Как подобрать теплоноситель для отопления
Составление проекта разводки и монтаж отопления в частном доме должен проводится вместе с выбором вида теплоносителя. От типа выбранной жидкости зависит показатель мощности котла и производительность отопительных приборов, подбор такого важного агрегата как циркуляционный насос и покупка других материалов и составляющих.
Если двухтрубная система отопления с нижней разводкой будет эксплуатироваться на протяжении всей зимы, то идеальным вариантом выбора считается вода . На данный момент такая жидкость считается основным теплоносителем. Воду можно набрать из колодца или скважины, кроме этого она абсолютно бесплатна.
Достоинства и недостатки воды в качестве теплоносителя
Кроме указанных выше достоинств, вода, которая используется в однотрубной системе отопления с принудительной циркуляцией или любой другой схеме обладает прекрасными теплофизическими качествами. В этой жидкости не содержатся токсины, поэтому она абсолютно безопасна для здоровья человека.
Несмотря на огромное количество преимуществ, вода не всегда считается идеальным выбором, даже если говорится о круглогодичном применении. Главными недостатками использования этой жидкости в автономной системе отопления считается:
возможность заледенения под воздействием отрицательных температур;
коррозионная активность на стенки металлических труб;
возможность образования накипи и солевых отложений в трубопроводе.
Если заледеневшие участки на стойких к разрыву полипропиленовых трубах можно отогреть, то для борьбы с коррозией и различными отложениями в состав жидкости вводят специальные вещества, присадки ингибиторы, которые позволяют уменьшить коррозийную активность воды в несколько раз.
Использование антифризов в качестве теплоносителя
В продаже в строительных магазинах есть специальные жидкости, антифризы, которые используются в системе отопления с попутным движением теплоносителя или других схемах. Эти жидкости отличаются по таким характеристикам:
температура замерзания;
стоимость;
основа для раствора;
наличие определённых присадок.
В случае применения незамерзающих жидкостей нужно устанавливать более мощные радиаторы, в связи с тем, что теплоёмкость этого вещества на 20% ниже, чем у воды. Антифризы более вязкие, поэтому для их прокачки по контуру потребуется циркуляционный насос повышенной мощности. При выборе незамерзайки следует обращать внимание на её совместимость с компонентами отопительной системы. Не все модели котлов и отопительных приборов могут эксплуатироваться на антифризах.
Одной из самых популярных незамерзающих жидкостей считается этиленгликоль. В зависимости от базовых характеристик диапазон замерзания этого антифриза находится в пределах -35..-65 градусов. Вещество обладает хорошими теплофизическими качествами, имеет невысокую стоимость.
Вторым популярным видом антифриза считается пропиленгликоль. Эта жидкость абсолютно безопасна для здоровья человека, её даже используют в пищевой промышленности. Температура замерзания пропиленгликоля -40 градусов и ниже. Единственным недостатком этой жидкости считается высокая цена. Если вы не можете определиться с выбором теплоносителя для дачи или любого другого загородного дома обратитесь за помощью к специалистам. Для этого достаточно позвонить по номеру +7-926-966-78-68
Автономная система отопления с защитой от аварий
Мы посещаем свой дом зимой, поэтому отопление не выключаем, а переводим газовый котёл в режим поддержания минимальной плюсовой температуры. Но у нас нередко случаются отключения электроэнергии и колебания сетевого напряжения — такие, что теплогенератор может выйти из строя. Остановка же оборудования в отсутствие хозяев чревата тем, что система отопления начнет замораживаться.
Вывод прост: любая подобная система должна иметь защиту от аварии.
Система отопления нуждается в защите от аварий
Виды защиты
Защита может быть пассивной и активной, но лучше, если одна будет дополнять другую. В качестве пассивной успешно используются антифризы.
Проконсультировавшись с представителем фирмы Viessmann — изготовителя моего котла Vitopend 100 — я решил применить раствор, так называемого пищевого антифриза, Antifrogen-L, который производится на основе 1,2-пропиленгликоля. Его рекомендуют в качестве охлаждающего рассола и теплоносителя в пищевой промышленности — в пивоварении, маслобойнях и т.п.
В качестве активной защиты я использую две системы. Первая — это организация бесперебойного питания котла на случай отключения электроэнергии. Вторая формирует и отсылает тревожное SMS в случае падения температуры в помещениях ниже заданного уровня.
Сегодня можно недорого прибрести GSM-извещатель о температуре и электричестве в помещении с помощью SMS и с помощью Интернета через мобильное приложение. На выборе же источника бесперебойного питания (ИБП) я остановлюсь подробнее.
Выбор ИБП
Мощность этого прибора должна соответствовать суммарной нагрузочной мощности. Её измеряют в ваттах (Вт), а выходную мощность устройства чаще указывают в вольт-амперах (Ва).
Для определения нужного параметра можно воспользоваться формулой: Wкотл (Вт)/0,7≤Wибп (Ва). Мощность домашних котлов, как правило, варьируется в пределах 50–500 Вт, что соответствует примерно 70–700 Ва.
ИБП нужно подбирать с учётом потребляемой мощности теплогенератора и пусковых токов насосов. Ведь они в течение 200 мс могут превышать номинальный ток в 2,5–3 раза.
Проанализировав требования газового котла к питающему напряжению, я остановился на источнике мощностью 1000 Ва, с тремя 12-вольтовыми свинцово-кислотными аккумуляторами по 70 А.ч каждый. По моей оценке, выбранная конфигурация ИБП должна обеспечить работу оборудования при отключённой электрической сети в течение суток.
Рис. 1. Схема питания газового котла (слева). Рис. 2. Чертёж этажерки для UPS (справа)
Аварийный режим
Для поддержания работы котла в аварийном режиме в течение длительного времени, как правило, выбирают аппарат с возможностью подключения внешних батарей. От стандартного прибора он отличается тем, что не содержит внутренних батарей и дополнен интеллектуальным зарядным устройством большой мощности.
Время автономного питания нагрузки от аккумуляторов можно оценить по формуле: Т авт. раб.= W акк /W котл, где W акк = U акк х I акк. В случае варианта, изображённого на рис. 1, U акк = 36 В (суммарное напряжение аккумуляторов), I акк = 70 А/ч (ёмкость аккумуляторов), W котл = 120 ВА (суммарная потребляемая мощность котла и насоса) получим Т авт. раб. = 36 х 70 / 120 = 21 ч.
Размещение ИБП
Комплект UPS я заказал через интернет-магазин. При получении был ошарашен размерами и весом. Электронный блок имеет размеры настольного компьютера, а аккумуляторы примерно соответствуют размерам автомобильных и весят 23 кг каждый. Надо было так разместить комплект UPS рядом с котлом, чтобы не испортить интерьер помещения.
Разметка заготовок этажерки
У меня уже был опыт изготовления мебели из ЛДСП, поэтому за один выходной собрал этажерку, в которой разместились аккумуляторы и сам UPS (рис. 2).
Вскоре после пуска моей отопительной системы в нашем СНТ затеяли ремонт электросети и в течение недели дважды в день отключали и снова включали электричество. Из 10 постоянно работающих котлов, аналогичных моему, четыре отказали. Мой же, оборудованный бесперебойником, вышел из испытания с честью.
Готовая этажерка на своём штатном месте — под котлом
Как залить антифриз
После монтажа системы отопления надо было заполнить её теплоносителем. В Интернете много предложений фирм, специализирующихся на услугах такого рода, но работа эта дорогостоящая. Я решил выполнить её самостоятельно. Введение в систему антифриза можно разделить на три этапа:
Опрессовка — проверка герметичности всех соединений;
Промывка системы;
Заполнение системы.
Для опрессовки и заполнения я использовал бытовой погружной насос «Ручеёк» и приспособление, состоящее из цанги, манометра, шарового крана и штуцера для подсоединения шланга. Агрегат легко создаёт в системе давление в 3 атм — больше и не надо, так как при этом срабатывает предохранительный клапан котла. Приспособление заметно облегчает процесс заполнения системы и позволяет делать это даже без помощника.
Приспособление для заполнения системы
Опрессовка
Поскольку системы отопления домов площадью до 300 м² мало отличаются друг от друга, можно рекомендовать следующий порядок их заполнения и опрессовки. Сначала откроем вентили 13 и термовентили 14 на всех радиаторах (рис. 3), воздухоотводчики 15 должны быть закрыты. Если система отопления состоит из нескольких ветвей, то желательно при опрессовке заполнять их последовательно, начиная с любой на первом этаже.
Систему заполняем снизу, то есть вода должна поступать по «обратке». При этом закроем вентили 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10. Открытыми остаются только вентиль 9 и 4/1. После достижения в 1-й ветви давления воды 3 атм насос выключим, а вентиль 9 закроем. С помощью водухоотводчиков спустим воздух, скопившийся вверху радиаторов. Начинать будем с самой дальней батареи.
Затем поднимем давление в 1-й ветви до 3 атм и проверим герметичность соединений. Если утечек нет, можно последовательно добавлять вторую, третью ветку и т.д., открывая поочерёдно вентили 4/2, 4/3. После заполнения всей системы откроем вентили 3/1, 3/2, 3/3 горячих ветвей и вентили 5 и 6 котла. После этого надо ещё раз удалить воздушные пробки и оставить систему под давлением минимум на неделю. Если за это время оно не упадёт, можно перейти к промывке.
Рис. 3. Схема отопления дома
Промывка
Воду, которую мы использовали для опрессовки, сольём, замерив её объём. Взамен нальём пропущенную через фильтры дождевую воду. Теперь включим котёл на максимальную температуру и будем «гонять» его около часа. Сольём воду и повторим процесс. Если слитая второй раз вода чистая, промывку можно считать законченной.
Заливка теплоносителя
Чтобы минимизировать количество неиспользованного антифриза, я изготовил из метровой канализационной трубы и заглушки своего рода «ведро». Внутренний диаметр трубы должен быть не меньше диаметра насоса.
Комплект для закачки теплоносителя в систему: канистра с Antifrogen-L и ёмкости с дистилированной водой для разбавления антифриза
Antifrogen мы разбавляли дистиллированной водой. Стоимость дистиллята относительно невысока, и есть уверенность, что в теплоносителе не появится солевой осадок. Перед заполнением системы (рис. 3) открыли вентили 4/1, 4/2, 4/3, 5, все входные термовентили и выходные (на «обратках») радиаторные вентили, закрыли все воздухоотводчики и вентили 3/1, 3/2, 3/3, 6, 7, 8, 11. Таким образом обеспечили заполнение системы и радиаторов снизу.
Вентиль «обратки»
При заливке антифриз с водой не смешивали, вначале заливали в промежуточное «ведро» 80% Antifrogen и 20% воды. Когда антифриз закончился, заливали только воду (перемешивание теплоносителя происходило в системе после запуска котла). Подняли давление в системе до 2,5 атм, выпустили воздух из батарей с помощью воздухоотводчиков, начиная с крайних радиаторов. Повторно подняли давление до 2,5 атм, подождали некоторое время и снова проверили наличие воздуха в батареях. Довели давление в системе до 1,5 атм. Закрыли вентили 9 и 10 и запустили котёл.
После его работы в течение получаса обошли все батареи и спустили из них воздух. Процедуру спуска пришлось делать ещё два раза, причём из воздухоотводчиков выходил не воздух, а пена. По-видимому, она образовалась при перемешивании антифриза и воды.
Собранный комплект закачки, подсоединённый к системе отопления
Регулировка системы
Когда обеспечили надёжную циркуляцию теплоносителя по всем ветвям, приступили к регулировке системы, добиваясь одинакового нагрева всех радиаторов. Регулировали радиаторными вентилями на «обратках» всех батарей.
Термовентили при этом должны быть полностью открыты. Насколько сильно нагрелись батареи, выяснял с помощью пирометра, который позволяет мгновенно узнавать температуру объекта при наведении на него датчика.
