Твердотопливный котел: открытая или закрытая система отопления?

Твердое топливо в отличие от газа характеризуется продолжительным периодом горения. Закладка дров или угля обладает большим количеством тепла, и не может быстро остыть даже при полном перекрытии доступа воздуха в топку. Поэтому системы отопления с твердотопливным котлом имеют особенности эксплуатации и требуют дополнительных мер предосторожности.

Теплоноситель при нагревании увеличивается в объеме. Если в системе отопления не предусмотреть отвод для лишней воды, то это приведет к неминуемой аварийной ситуации с разрывом труб или радиаторов и даже к взрыву котла. Чтобы этого не случилось, систему отопления оснащают расширительным баком для избытка воды.

Расширительнее баки могут быть открытыми и закрытыми. В системах с твердотопливным котлом рекомендуется использовать именно открытые расширительные баки.

Неопытные мастера, не понимая всей опасности, подсоединяют твердотопливные котлы к системам закрытого типа. Они игнорируют требование производителей любых твердотопливных котлов, и тем самым теряют гарантию. То же касается и каминов с водяным отопительным контуром.

Правила монтажа системы ЦО

Закрытая и открытая система отопления отличается типами расширительных баков. В первом случае – это закрытый бак с предохранительным клапаном. В замкнутой системе при расширении воды возникает избыточное давление, которое приводит к уменьшению точки кипения. Для твердых котлов, обладающих большой инерцией это недопустимо. Их следует использовать с открытыми баками, которые даже в случае переполнения не приводят к росту давления в системе.

Немалое значение имеет и правильный выбор диаметра труб системы обеспечения защиты котла. Их пропускная способность должна быть достаточной. Обычно вся необходимая информация о диаметре труб содержится в сопроводительной документации котла. Монтажники должны соблюдать требования производителя, а если они пытаются что-либо сделать «напрямую» или по-своему, то это должно вызывать недоверие заказчика.

Выбор расширительного бака

Объем расширительного бака для твердотопливной системы отопления должен быть таким, чтобы он мог обеспечить прием всех излишков воды, нагретой до температуры 100°С. Если за исходную точку брать температуру 20°С, то (с учетом коэффициента температурного расширения воды) объем теплоносителя увеличится на 4%. Так, 1000 литров воды при нагревании до 95°С прибавят в объеме 38 л. Лишнему объему нужно куда-то деваться, иначе порвутся трубы, радиаторы или другие элементы системы.

Низ открытого расширительного бака должен быть самой высшей точкой системы. В самом баке циркуляция практически отсутствует, поэтому температура воды в нем лишь ненамного выше температуры окружающей среды. Это означает, что располагать такой бак нужно только в отапливаемом помещении. В противном случае вода в нем может замерзнуть и закупорить систему защиты котла. Если расширительный бак приходится располагать, например, на холодном чердаке, то необходимо выполнить утепление и обеспечить достаточную циркуляцию внутри бака. Для утепления подходят различные типы вспененной теплоизоляции, но не волокнистой, т.к. вата может намокнуть.

Трубы предохранительной системы

Котел соединяется с расширительным баком предохранительной трубой. Ее диаметр при работе с котлами мощностью до 30 кВт должен быть не менее 25 мм. Она может одновременно выполнять функцию расширительной трубы на участке от котла до нижней точки расширительного бака. В идеале предохранительная труба монтируется над котлом вертикально, но если ее необходимо сместить в сторону, то горизонтальный участок должен быть минимальным. Строго не рекомендуется опускать трубу ниже котла. При этом все изгибы следует выполнять не коленями, а плавными дугами. Также важно, чтобы на этом участке не было никаких препятствий, увеличивающих гидравлическое сопротивление, типа отсекающих кранов и т.п.

Однако монтажники, не имеющие должной квалификации, часто нарушают вышеописанные правила. Для удобства демонтажа котла они устанавливают отсекающий краны, в том числе, и на предохранительной трубе. И хотя хозяева предупреждены о том, что краны должны быть открыты перед розжигом котла, риск отсечения предохранительного контура все же присутствует. В данном случае причиной аварии становится человеческий фактор. Но не будь этих кранов, не было бы и аварии!

Переливная труба служит для удаления из расширительного бака избытка воды. Важно, чтобы ее диаметр не был меньше предохранительной трубы. На ней тоже нельзя монтировать краны. Вода по ней должна протекать свободно. Она ведет вниз к котельной. Ее обычно прокладывают совместно с сигнальной трубой. Это делается для того, чтобы оператор котла, заметив возможный перелив воды, принял соответствующие меры, – в частности, ограничил приток воздуха в топку. Сигнализирующая труба на конце имеет отсекающий кран. Также в нее вмонтирован манометр, показывающий давление водяного столба, по которому можно судить о степени наполнения расширительного бака.

Если расширительный бак устанавливается в не отапливаемом помещении, то его не только утепляют, но и обеспечивают в нем циркуляцию воды, за счет подвода специальной (циркуляционной) трубы.

В случае перелива воды из расширительного бака систему после остывания нужно пополнить. Долив воды может сделать автоматическим, если подвести к баку холодную воду и установить поплавковый клапан.

Воздушная (атмосферная) труба

Открытый расширительный бак сообщается с атмосферой через воздушную трубу, диаметр которой должен быть не менее 15 мм. При поступлении или оттоке воды из бака, давление в нем уравновешивается. Очень важно, чтобы атмосферная труба не была ничем закупорена. Ее верхний конец загибают книзу, чтобы исключить возможность случайного закупоривания.

Почему противопоказан предохранительный клапан?

В открытых системах вода контактирует с воздухом и насыщается кислородом. Для металлических частей системы это неблагоприятный факт. Зная об этом, многие монтажники предлагают заказчикам вариант закрытой системы. Но совместно с твердотопливным котлом такая система становится чрезвычайно опасной. Бывали случаи, что после подобной «модернизации» взрывались котельные и калечились люди.

Предохранительные клапаны в системах с твердотопливными котлами не подходят, поскольку они открываются только под определенным давлением. Нередко они начинают стравливать, когда вода в системе нагревается выше 100°С. Но большинство твердотопливных котлов рассчитаны на работу в открытых системах, где избыточное давление отсутствует. В этом кроется главная проблема несовместимости такого оборудования.

Надо заметить, что существуют твердотопливные котлы, специально предназначенные для работы в закрытых системах. Их элементы выдерживают высокое давление, и потому не являются потенциально опасными при критическом перегреве теплоносителя. Кроме того, в их основании находятся устройства для отвода избытка тепла.

К модернизации предохранительной системы своими силами следует относиться с большой настороженностью, а еще лучше отказаться от нее. Полная безопасность работы такой системы без проверки квалифицированными специалистами не может быть гарантированна.

Большая часть твердотопливных котлов, представленных на современном рынке, не предназначена для работы в закрытых системах. Причем это касается и котлов, работающих на пеллетах. Однако монтажники продолжают собирать закрытые системы, не взирая на рекомендации производителей. Но количество функционирующих потенциально аварийных систем, не свидетельствует об их безопасности. Это мины замедленного действия. Вопрос их срабатывания – вопрос времени. Рано или поздно, котел перегреется и тогда авария неминуема.

Хочется предостеречь заказчиков от агитации нерадивых монтажников. Никогда не стоит соглашаться на установку твердотопливного котла в закрытой системе, если он для этого не предназначен. А также не стоит соглашаться на упрощение предохранительной системы и всяческие «ноу-хау», не вписывающиеся в нормативы. Помните, что автоматическим воздушным клапаном нельзя заменить воздушную трубу, а на предохранительных трубах не должно быть никаких кранов.

Обычные твердотопливные котлы могут совмещаться с закрытыми системами только в случае разделения на два независимых контура. Данная схема использует теплообменник, в который поступает вода от котла с открытым расширительным баком, и радиаторный контур с закрытым мембранным баком. Разделение контуров дает возможность продлить жизнь радиаторам, и при этом не снижает безопасность котла. Однако экономическая выгода такого решения наблюдается только при значительной отапливаемой площади.

Отопление закрытого типа в частном доме

В последние несколько лет все более популярной становится закрытая система отопления. Отопительное оборудование становится все более дорогим, и хочется, чтобы оно служило дольше. В системах закрытого типа практически исключена возможность попадания внутрь свободного кислорода, что продлевает срок эксплуатации оборудования.

Закрытая система теплоснабжения — что это такое

Как известно, в любой системе отопления частного дома есть расширительный бак. Это емкость в которой содержится некоторый отъем теплоносителя. Этот бак необходим для компенсации теплового расширения при различных режимах работы. По конструкции расширительные бачки бывают открытого и закрытого типа, соответственно и системы отопления называются открытыми и закрытыми.

Двухтрубная система отопления закрытого типа

В последние годы становится все более популярной именно закрытая схема отопления. Во-первых, она автоматизированная и работает без участия человека длительное время. Во-вторых, в ней можно использовать теплоноситель любого типа, включая антифризы (из открытых бачков он испаряется). В-третьих, давление поддерживается постоянное, что позволяет использовать в частном доме любую бытовую технику. Есть еще несколько плюсов, которые относятся к разводке и эксплуатации:

• Нет непосредственного контакта теплоносителя с воздухом, следовательно, нет (или почти нет) несвязного кислорода, который является мощным окислителем. Значит элементы отопления не будут окисляться, что увеличит срок их службы.
• Расширительный бачок закрытого типа ставится в любом месте, обычно недалеко от котла (настенные газовые котлы идут сразу с расширительными бачками). Бак открытого типа должен стоять на чердаке, а это — дополнительные трубы, а также меры по утеплению, чтобы тепло не «утекало» через кровлю.
• В системе закрытого типа стоят автоматические воздухоотводчики, так что завоздушивания не бывает.

В общем закрытая система отопления считается более удобной. Самый главный ее недостаток — энергозависимость. Движение теплоносителя обеспечивается циркуляционным насосом (принудительная циркуляция), а он без электричества не работает. Естественную циркуляцию в закрытых системах организовать можно, но это сложно — требуется регулирование потока при помощи толщины труб. Это довольно сложный расчет, потому часто считают, что закрытая система отопления работает только с насосом.

Для уменьшения энергозависимости н повышения надежности отопления, ставят блоки бесперебойного питания с аккумуляторами и/или небольшие генераторы, которые обеспечат аварийное электроснабжение.

Составляющие и их назначение

В общем закрытая система отопления состоит из определенного набора элементов:

• Котел с группой безопасности. Тут есть два варианта. Первый — группа безопасности встроена в котел (газовые настенные котлы, пеллетные и некоторые газогенераторные на твердом топливе). Второй — в котле группы безопасности нет, тогда ее устанавливают на выходе в подающем трубопроводе.
• Трубы, радиаторы, водяной теплый пол, конвекторы.
• Циркуляционный насос. Обеспечивает движение теплоносителя. Ставится в основном на обратном трубопроводе (тут ниже температуры и меньше возможностей перегрева).
• Расширительный бачок. Компенсирует изменения объема теплоносителя, поддерживая стабильное давление.

Теперь подробнее о каждом элементе.

Котел — какой выбрать

Так как закрытая система отопления частного дома может работать в автономном режиме, имеет смысл установить отопительный котел с автоматикой. В таком случае, настроив параметры, вам нет необходимости к этому возвращаться. Все режимы поддерживаются без вмешательства человека.

Самые удобные в этом плане газовые котлы. У них есть возможность подключения комнатного термостата. Выставленная на нем температура поддерживается с точностью до одного градуса. Упала она на градус, котел включился, нагревая дом. Как только сработал термостат (температура достигнута), работа останавливается. Комфортно удобно, экономно.

В некоторых моделях есть возможность подключения погодозависимой автоматики — это наружные датчики. По их показаниям котел корректирует мощность работы горелок. Газовые котлы в закрытых системах отопление — хорошее оборудование, которое может обеспечить комфорт. Жаль только, что газ есть не везде.

Двухтрубная закрытая система отопления в доме на два этажа (схема)

Не меньшую степень автоматизации могут дать электрические котлы. Кроме традиционных агрегатов на ТЭНах не так давно появились индукционные и электродные. Они отличаются компактными размерами и малой инерционностью. Многие считают, что они более экономичны, чем котлы на ТЭНах. Но и этот видотопительных агрегатов далеко не везде можно использовать, так как перебои с электроэнергией в зимнее время — частое явление во многих регионах нашей страны. А обеспечить электроэнергией котел мощность. в 8-12 кВт от генератора — дело очень непростое.

Более универсальны и независимы в этом плане котлы на твердом или жидком топливе. Важный момент: для установки котла на жидком топливе обязательно отдельное помещение — это требование пожарной службы. Котлы на твердом топливе могут стоять в доме, но это неудобно, так как во время топки с топлива падает много мусора.

Современные котлы на твердом топливе хоть и остаются оборудованием периодического действия (то разогреваются при топке, от остывают, когда закладка прогорела), но и они имеют автоматику, которая позволяет поддерживать в системе заданную температуру, регулируя интенсивность горения. Хотя степень автоматизации и не столь высокая, как у газовых или электрических котлов, но она есть.

Пример закрытой системы отопления с индукционным котлом

Не очень распространены в нашей стане котлы на пеллетах. Фактически это тоже твердое топливо, но котлы этого типа работают в непрерывном режиме. В топку автоматически подаются пеллеты (пока не закончен запас в буркере). При хорошем качестве топлива, чистка золы требуется один раз в несколько недель, а все параметры работы контролирует автоматика. Сдерживает распространение этого оборудования только его высокая цена: производители в основном европейские, и цены у них соответственные.

Немного о расчете мощности котла для систем отопления закрытого типа. Она определяется по общему принципу: на 10 кв. метров площади с нормальным утеплением берут 1 кВт мощности котла. Только брать «впритык» не советуют. Во-первых, бывают аномально холодные периоды, в которые вам может не хватить расчетной мощности. Во-вторых, работа на пределе мощности ведет к быстрому износу оборудования. Потому желательно мощность котла для системы брать с запасом 30-50%.

Группа безопасности

Ставится группа безопасности на подающий трубопровод на выходе из котла. Она должна контролировать его работу и параметры системы. Состоит из манометра, автоматического воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Группа безопасности котла ставится на подающем трубопроводе до первого ответвления

Манометр дает возможность контролировать давление в системе. По рекомендациям оно должно находится в пределах 1,5-3 Бар ( в одноэтажных домах это 1,5-2 Бар, в двухэтажных — до 3 Бар). При отклонении от данных параметров надо принимать соответствующие меры. Если давление упало ниже нормы, надо проверить нет ли где течи, а потом добавить некоторое количество теплоносителя в систему. При повышенном давлении все несколько сложнее: необходимо проверить в каком режиме работает котел, не перегрел ли он теплоноситель. Также проверяется работа циркуляционного насоса, корректность работы манометра и предохранительного клапана. Именно он должен сбрасывать излишек теплоносителя при превышении порогового значения по давлению. К свободному патрубку предохранительного клапана подсоединяют трубу/шланг, которую выводят в канализацию или дренажную систему. Тут лучше делать так, чтобы была возможность контролировать срабатывает ли клапан — при частом сбросе воды надо искать причины и устранять их.

Состав группы безопасности

Третий элемент группы — автоматический воздухоотводчик. Через него выводится воздух, попавший в систему. Очень удобное устройство, которое позволяет избавиться от проблемы воздушных пробок в системе.

Группы безопасности продаются в собранном виде (на фото выше), а можно купить все устройства отдельно и подключить их при помощи тех же труб, которыми делали разводку системы.

Расширительный бак для закрытой системы отопления

Расширительный бак для предназначен для компенсации изменения объема теплоносителя в зависимости от температуры. В закрытых системах отопления это герметичная емкость, разделенная эластичной мембраной на две части. В верхней части находится воздух или инертный газ (в дорогих моделях). Пока температура теплоносителя невысока, бачок остается пустым, мембрана расправлена (на рисунке картинка справа).

Принцип работы мембранного расширительного бачка

При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме, его излишек поднимается в бачок, отодвигая мембрану и сжимая закачанный в верхнюю часть газ (на картинке слева). На манометре это отображается как повышение давления и может служить сигналом для уменьшения интенсивности горения. В некоторых моделях есть предохранительный клапан, который при достижении порогового значения давления сбрасывает излишек воздуха/газа.

По мере остывания теплоносителя, давление в верхней части бачка выдавливает теплоноситель из емкости в систему, показатели манометра приходят в норму. Вот и весь принцип работы расширительного бачка мембранного типа. Кстати, мембраны бывают двух видов — тарельчатые и грушевидной формы. Форма мембраны на принцип работы никак не влияет.

Виды мембран для расширительных бачков в системах закрытого типа

Расчет объема

Согласно общепринятым нормам объем расширительного бака должен составлять 10% от общего объема теплоносителя. Это значит, что вы должны посчитать, сколько воды поместится в трубах и радиаторах вашей системы (есть в технических данных радиаторов, а объем труб можно посчитать). 1/10 часть от этой цифры и будет объемом необходимого расширительного бака. Но эта цифра справедлива только если теплоноситель — вода. Если используется незамерзающая жидкость, размера бака увеличивается на 50% от рассчитанного объема.

Вот, пример расчета объема мембранного бака для закрытой системы отопления:

• объем системы отопления составляет 28 литров;
• размер расширительного бака для системы, заполненной водой 2,8 литра;
• размер мембранного бака для системы с незамерзающей жидкостью — 2,8 + 0,5*2,8 = 4,2 литра.

При покупке выбираете ближайший больший объем. Меньший не берите — лучше иметь небольшой запас.

На что обратить внимание при покупке

В магазинах есть бачки красного и синего цвета. Для отопления подходят бачки красного цвета. Синие конструктивно такие же, только они предназначены для холодной воды и высоких температур не переносят.

На что еще обратить внимание? Есть два вида бачков — со сменной мембраной (называются они еще фланцевыми) и с незаменяемой. Второй вариант дешевле, причем значительно, но если повредится мембрана, покупать придется все целиком. Во фланцевых моделях покупают только мембрану.

Место для установки расширительного бака мембранного типа

Обычно ставят расширительный бачок на обратном трубопроводе перед циркуляционным насосом (если смотреть по ходу движения теплоносителя). В трубопровод устанавливается тройник, к одной его части подсоединяется небольшой отрезок трубы, а к ней, через фитинги, подключается расширитель. Размещать его лучше на некотором расстоянии от насоса, чтобы не создавались перепады давления. Важный момент — участок обвязки мембранного бака должен быть прямолинейным.

Схема установки расширительного бака для отопления мембранного типа

После тройника ставят шаровый кран. Он необходим чтобы была возможность снять бачок без слива еплоносителя. Саму емкость удобнее соединять при помощи американки (накидной гайки). Это снова-таки облегчает монтаж/демонтаж.

Обратите внимание, что в некоторых котлах имеется расширительный бак. Если его объема достаточно, установка второго не требуется.

Пустое устройство весит не так много, но заполненное водой имеет солидную массу. Потому необходимо предусмотреть способ закрепления на стене или дополнительные опоры.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос обеспечивает работоспособность закрытой системы отопления. Его мощность зависит от многих факторов: материала и диаметра труб, количества и типа радиаторов, наличия запорной и терморегулирующей арматуры, протяженности труб, режима работы оборудования и т.д. Чтобы не вдаваться в тонкости расчета мощности, циркуляционный насос можно выбрать по таблице. Выбираете ближайшее большее значение по отапливаемой площади или планируемой тепловой мощности системы, в соответствующей строке в первых колонках находите требуемые характеристики.

Можно параметры циркуляционного насоса выбрать по таблице

Во второй колонке находим мощность (какой объем теплоносителя он способен прокачать за час), в третьей — напор (сопротивление системы), который он в состоянии преодолеть.

Выбирая циркуляционный насос в магазине, желательно не экономить. От его работоспособности зависит вся система. Потому, лучше не экономить и выбрать проверенного производителя. Если же решите покупать неизвестное оборудование, надо каким-то образом проверить его на уровень шумов. Этот показатель особенно критичен если отопительный узел устанавливается в жилом помещении.

Схема обвязки

Как уже говорили раньше, циркуляционные насосы ставятся в основном на обратном трубопроводе. Раньше это требование было обязательным, сегодня — это только пожелание. Материалы, которые используются при производстве выдерживают нагрев до 90°C, но все же лучше не рисковать.

В системах, которые могут работать и с естественной циркуляцией, при установке необходимо предусмотреть возможность снять или заменить насос без необходимости слива теплоносителя, а также для возможности работы без насоса. Для этого устанавливается байпас — обходной путь, по которому может протекать теплоноситель при необходимости. Схема установки циркуляционного насоса в таком случае на фото ниже.

Установка циркуляционного насоса с байпасом

В закрытых системах с принудительной циркуляцией байпас не нужен — без насоса она неработоспособна. Но вот два шаровых крана с обоих сторон и фильтр на входе нужны. Шаровые краны дают возможность, при необходимости, снять устройство для техобслуживания, ремонта или замены. Фильтр-грязевик предотвращает засорение. Иногда, как дополнительный элемент надежности, между фильтром и шаровым краном ставят еще обратный клапан, который предотвратит движение теплоносителя в обратном направлении.

Схема подключения (обвязки) циркуляционного насоса в систему отопления закрытого типа

Как заполнить систему отопления закрытого типа

В самой нижней точке системы, как правило, на обратном трубопроводе, для запитки/слива системы устанавливают дополнительный кран. В простейшем случае это тройник, установленный в трубопроводе, к которому через небольшой участок трубы присоединен шаровый кран.

Простейший узел для слива или залива теплоносителя в систему

В этом случае при сливе системы надо будет подставлять какую-либо емкость или подключать шланг. При заливе теплоносителя к шаровому крану подключается шланг ручного насоса. Это незамысловатое устройство можно взять на прокат в магазинах сантехники.

Есть второй вариант — когда теплоноситель это просто водопроводная вода. В этом случае водопровод подключается или к специальному входу котла (в настенных газовых котлах), или к аналогично установленному на обратке шаровому крану . Но в этом случае для слива системы необходима другая точка. В двухтрубной системе это может быть один из последних в ветке радиаторов, к нижнему свободному входу которого устанавливают шаровый кран слива. Другой вариант представлен на следующей схеме. Тут изображена однотрубная система отопления закрытого типа.

Схема закрытой однотрубной системы отопления с узлом запитки системы