Возможности регулирования отопительных установок… …если в них объединены несколько источников тепла
Heinz — Werner Schnietka, инженер, руководитель отдела сбытового маркетинга Centra Regekungstechnik Honeywell AG, Шонайх, Германия
Все большее значение приобретает использование альтернативных источников тепла, которые входят в системы наряду с одним или несколькими котлами, работающими на газе или жидком топливе.
Для оптимизации работы отопительной системы необходимо координировать работу различных источников тепла и нагрузок у потребителя. Для этого необходимы системы регулирования по нагрузкам.
В настоящее статье рассмотрены возможности таких систем регулирования, а также требования, предъявляемые к системам отопления, включающим в себя различные источники тепла.
Наиболее часто на практике встречается комбинация отопительного котла с солнечной тепловой установкой. Последняя, к сожалению, служит обычно лишь для приготовления горячей воды для бытовых нужд (рис. 1). Отопительный котел при недостатке солнечной энергии или при пике потребительской нагрузки догревает воду в водяном аккумуляторе. Задача регулирования такой системы состоит в настройке регулирующих приборов с тем, чтобы в наибольшей мере использовать солнечное тепло. И только в том случае, когда его недостаточно, включаются использующие дорогие источники тепла (газ или мазут) отопительные котлы. На рис. 2 показана одна из возможностей использования солнечной тепловой установки для отопления. Особую роль в этом случае играет буферный аккумулятор.
Гидравлическая схема установки с использованием отопительного котла и солнечных коллекторов для приготовления вод
Гидравлическая схема установки с использованием отопительного котла и солнечных коллекторов для приготовления воды для бытовых нужд и системы отоплени
Основные функции буферного аккумулятора
С помощью буферного аккумулятора можно запасать солнечное тепло в периоды его максимального поступления и целенаправленно использовать его в периоды пикового потребления, например, для приготовления горячей воды или для поддержки системы отопления. Как только температура воды в водяном аккумуляторе достигает установленной величины (датчик WW1), регулятор переключает смеситель U1 на проход и избыточная энергия поступает в буферный аккумулятор. Система регулирования контролирует и координирует нагрузки и параметры переключения. Наряду с функцией аккумулирования тепла буферный аккумулятор решает гидравлическую проблему. Так как энергия поступает к потребителю от нескольких источников тепла, то необходимо иметь несколько насосов (рис. 3). Именно это приводит в небольших установках ко многим проблемам. Поскольку каждый насос обслуживает ту часть системы, для которой он предназначен, то требуется гидравлическая увязка между источниками тепловой энергии и потребителями. В показанной схеме эту функцию выполняет буферный аккумулятор. В нем содержится значительное количество воды, соответствующее размерам установки, скорость практически равна нулю, и он служит безнапорным распределителем. Благодаря этому, различные расходы воды в котле и в насосе у потребителя не влияют друг на друга. Эта схема вместе с системой регулирования обеспечивает оптимальный режим отопления.
Испольэовоние нескольких источников тепловой энергии в сочетании с солнечными коллекторами. Буферный аккумулятор служит для аккумулирования тепловой энергии и гидравлического увязывания системы
Пример пассивного здания
Буферные аккумуляторы — при соответствующем расчете — могут использоваться и для долговременного аккумулирования тепла. При этом в «пассивных домах» можно добиться комфортных значений температуры помещения без использования первичного источника энергии. Соответствующий проект здания и устройств разработала и реализовала фирма Solaraktiv Bau AG. На рис. 4 приведена схема этой установки. Главная роль отведена аккумулятору емкостью 10 м 3 , а соответствующим образом подобранная площадь высокопроизводительных солнечных коллекторов обеспечивает тепловую нагрузку. Запатентованная фирмой Solaraktiv Bau AG концепция аккумулирования тепла имеет следующие особенности.
Схема установки для пассивного здания фирмы Solaroktiv Bau AG
В центре здания через три этажа проходит аккумулятор с площадью поверхности примерно 900 м 2 .
Система регулирования обеспечивает приоритетный разбор на VFLS с нужной потребителю температурой. В периоды низкой инсоляции или диффузного излучения производится забор тепла из нижней части аккумулятора. Смесительные контуры МК1 и МК2 обслуживают системы низкотемпературного отопления (напольного или периметрального).
Для обеспечения комфортных условий в периоды длительного отсутствия солнечного излучения специальным регулятором включается система догрева, источником тепла в которой является электрическая батарея. Система эксплуатируется второй отопительный сезон, потребители высоко оценивают уровень теплового комфорта. В настоящее время данная концепция реализуется при строительстве поселка. Аккумулятор также будет располагаться в центре сдвоенных зданий, чтобы избежать непроизводительных потерь аккумулированного тепла через наружные стены.
Интегрированная система регулирования
Регулирующий прибор MCR 200 с коммуникационным подключением к факсу
Все описанные выше установки могут регулироваться с помощью регулирующего прибора MCR 200 фирмы Honeywell. Этот прибор предоставляет возможности координирования и оптимизации работы различных элементов установки. Собственно, уже заводская настройка прибора обеспечивает стабильный режим работы. Кроме того, имеется возможность индивидуальной настройки. Параметры настройки по граничным значениям, по адаптированной кривой отопления, по сезону лето/зима и оптимизационным параметрам соответствуют современному уровню развития DDC-регуляторов, и поэтому в данной статье они не будут обсуждаться подробно, однако некоторые особенности этой системы регулирования стоит отметить специально.
Система спроектирована модульно, имеется ручной переключатель для всех сервоприводов. Информация выводится на четырехстрочный дисплей. Для получения подробной информации о поступившей через солнечные коллекторы тепловой энергии в регулирующей системе имеется специальная статистическая функция. Для получения этой информации используется встроенный расходомер с импульсным входом. Если расходомера нет, расход через коллекторный насос можно определить по содержанию гликоля, и при пуске регулятора ввести информацию таблицей кодов. Прибор для дистанционной настройки и контроля может быть установлен и в жилой части помещения.
Современная коммуникационная техника
Система регулирования служит также для передачи информации за пределы здания. Имеются следующие возможности:
коммуникационная связь посредством телефакса;
коммуникационная связь посредством телефона;
включение в сеть GLT (электрокоммуникационная сеть здания).
(а) Прибор MCR 200 Fax посредством телефакса передает в пусконаладочную или эксплуатирующую организацию информацию о пусконаладочных работах, о текущем состоянии системы или об аварийных ситуациях и получает требуемую информацию о положении насосов и горелок (включено/выключено) и о положении смесителей и вентилей.
(б) При использовании прибора MCR 200 SP1 информацию передают по телефону. Специалист анализирует полученную информацию и принимает решение о необходимости выезда к потребителю. У потребителя сохраняется возможность некоторого дистанционного управления, например, перед возвращением из отпуска по телефону перевести систему в режим комфортного отопления.
(с) Включение прибора MCR 200 в электрокоммуникационную сеть здания служит для комплексного энергетического менеджмента здания. Таким образом, могут быть не только отслежены текущие параметры системы или аварийные ситуации, но и учтены поступления солнечной энергии.
Все автоматизированные станции, состоящие из одного или нескольких регуляторов, объединяются в системный центр, который называется «локальным проектом». Граница системного центра определяется максимальной длиной до 1 000 м.
Автоматизированные станции, которые объединяются с помощью модемов, называются «дистанционным проектом». С помощью телекоммуникационных линий информация от удаленных пользователей сосредоточивается в одном месте. Использование стандартизированных модулей позволяет производить объединение в блоки. Соответствующее программное обеспечение процессов регулирования подготовлено таким образом, что позволяет производить передачу данных. Преобразование происходит в коммуникационных блоках, которые по экономическим соображениям не встраиваются в регулятор, а при необходимости используются как дополняющие модули, тем самым, создавая возможность включения в электрокоммуникационную сеть здания XBS фирмы Honeywell.
Выводы
Осознав, что гидравлика и электроника должны рассматриваться как единое целое, можно своевременно запроектировать энергетически эффективную систему. Приведенные гидравлические схемы доказывают, что при всех отопительных нагрузках может быть обеспечена стабильная работа системы, а наличие регулирующего устройства, как показано выше на примере MCR 200, предоставляет потребителю возможность оптимального регулирования и учета с подключением через коммуникационные сети к единому центру. Координация различных источников энергии и различных нагрузок у потребителя с использованием регулирующей системы обеспечивает автоматизированный и энергетически оптимальный режим использования альтернативных источников энергии.
Перепечатано с сокращениями из журнала IKZ, № 13, 2000.
Подключение теплого пола к системе отопления (совмещенное или комбинированное отопление)
Качественное отопление в нашем климате — необходимость. А комбинированная система отопления, мало того что надежна, еще и может дать более высокий уровень комфорта.
Что такое комбинированная (совмещенная) система отопления
Вообще, комбинированным называют отопление в двух случаях. Первый — это когда совмещены две системы обогрева дома — радиаторная и теплый пол. Второй — использование двух котлов, которые подключены параллельно. И работать они могут по очереди или одновременно. Зависит от способа подключения.
Чтобы гарантированно всегда было тепло, ставят два котла
Но два котла в одной системе отопления чаще называют резервированным или гарантированным отоплением. В большинстве случаев под комбинированной системой понимают именно использование теплого пола вместе с радиаторами. Причем теплый пол — водяной, который подключается в одну систему с радиаторами. Это вносит свои коррективы и особенности в схему. Так что именно о такой системе дальше и пойдет речь.
Каким бывает комбинированное отопление
Водяное отопление на сегодняшний день есть двух типов — привычное нам радиаторное и водяной теплый пол. Причем чаще всего, обе системы подключены к одному источнику тепла. Под источником тепла обычно подразумевают отопительные котлы. Так что комбинированная система отопления устанавливается обычно в частных домах. Тут можно делать все (или почти все), что вы захотите.
Обычно под комбинированным отоплением имеют в виду радиаторы и теплый пол в одной системе
В квартирах с централизованным отоплением установить водяной теплый пол почти невозможно. Эта система имеет слишком большое гидравлическое сопротивление и попросту остановит циркуляцию в стояке (если к нему подключиться). Ни вам тепла, ни соседям. А если не остановит, то на выходе из теплого пола будет абсолютно холодная вода, что точно не устроит ваших соседей.
Но есть и исключения — это новые дома, в которых есть стояки для подключения батарей (высокотемпературный стояк) и теплого пола (низкотемпературный). В таком случае каждая система подключается к своему отводку. Если очень хочется, есть способ подключить водяной пол и в квартире — поставить котел для обеспечения работы этой системы. Решение дорогое, но его хоть можно каким-то образом реализовать.
Что дает комбинированное отопление
Зачем делать комбинированную систему отопления? Ведь даже радиаторное отопление сделать недешево, а если монтировать две разные системы, затраты вырастут почти вдвое. Причины есть. Почему делают теплый пол? Потому что по ощущениям, более комфортно находится в помещениях с теплым полом. А зачем тогда радиаторы? Во-первых, они быстрее нагреваются и остывают. Теплый пол — трубы, залитые в бетон. Пока бетон прогреется, будет холодно. Вот на этот период и требуются радиаторы. Они быстро нагреют воздух.
В коттедже часто стараются сделать теплый пол на первом этаже и радиаторы поставить выше
Вторая причина, по которой предпочитают делать комбинированную систему отопления — не так много покрытый, которые эффективно работают при укладке на теплый пол. Идеально подходит только плитка, камень или керамогранит. Но такое покрытие в жилых комнатах мы не используем, а другие (хоть есть и совместимые виды) не слишком эффективно передают тепло. Так что, чтобы было тепло и комфортно, нужны и радиаторы, и трубы в полу.
Подключение коллектора теплого пола к системе отопления
Как выглядит радиаторная система отопления, представляют себе все. От котла идет труба, которая обходит все радиаторы. С выхода радиаторов собирается остывший теплоноситель и поддается на вход отопительного агрегата. Так выглядит простейшая схема радиаторного отопления.
Так выглядит обычная радиаторная система отопления
Логично предположить, что для подключения теплого пола просто ставят тройники на входе и выходе котла. К свободным выходам и подключают теплый пол. В общем это соответствует действительности, но не все так просто. В теплый пол подается теплоноситель более низкой температуры (чаще всего 35-40°С, но не выше 50°C), а на выходе котла теплоноситель с более высокой температурой. Тут есть два способа решения проблемы:
Понизить температуру теплоносителя в контуре теплого пола.
Подключить теплый пол после радиаторов.
Первую схему называют параллельным подключением к котлу, вторую — последовательным. Надо сказать, что чаще реализуется параллельное подключение. Оно более стабильно, проще поддается регулировке, можно регулировать отдельно степень нагрева пола и радиаторов.
Параллельное подключение радиаторов и теплого пола
При параллельном подключении к котлу радиаторов и теплого водяного пола, на выходе котла ставят тройник, а на отводе к теплому полу ставят смесительный узел (на схеме ниже). С его помощью в горячую воду добавляют часть остывшего теплоносителя из обратного трубопровода. Это самый простой способ подключения теплого пола к радиаторам. Но он хорош только с автоматизированными котлами, которые подают теплоноситель заданной температуры.
Чтобы от одного котла работали радиаторы и теплый пол, устанавливают тройник и смесительный узел
Схема подключения ТП на трехходовом клапане
Узел подмеса для теплого пола может быть реализован при помощи трехходового клапана. Он имеет термостатическую головку, датчик которой находится в подающем трубопроводе теплого пола. В зависимости от показаний датчика, подмес холодной воды открывается или закрывается.
Подключение теплого пола к радиаторам через трехходовой клапан
Плюс этого решения — в низкой стоимости реализации. Минус — в скачкообразных изменениях и невозможности поддерживать постоянную температуру пола. Может быть как перегрев, так и недогрев. Такая схема может быть реализована, если есть жесткие ограничения по средствам. Также она нормально работает при небольшой отапливаемой площади. Если, например, сделали подогрев только в ванной, коридоре.
На смесительном узле
В этой схеме подключения реализована все та же идея — добавить остывший теплоноситель к горячему, а реализация другая. Этот узел называется смесительным. Смесительный узел реализован на основе регулировочного клапана. Он позволяет подавать то количество остывшего теплоносителя, которое необходимо для поддержания заданной температуры. Колебания, безусловно, есть, но они не превышают одного градуса (или около того), что в теплом полу неощутимо.
Схема подключения теплого пола к системе отопления через смесительно-насосный узел
Эти узлы выпускаются в разной комплектации, чаще всего тут в качестве дополнительных «плюшек» стоят манометры для контроля давления на входе и выходе гребенки теплого пола, байпас для отключения теплого пола, регулировочный клапан для балансировки гидравлики системы.
Комбинированная система отопления с гидрострелкой
Еще один способ подключения теплого пола и радиаторов к одному котлу — через гидрострелку. Это две ёмкости на подаче и на обратном трубопроводе, от которых идут отводки на потребителей. Гидрострелка представляет собой обычно отрезок трубы большого диаметра, запаянный с концов. Труба может быть круглого сечения, но удобнее работать с прямоугольной — проще приваривать отводки для подключения отопительной системы.
Схема подключения теплого пола к котлу отопления через гидрострелку
Что дает эта схема и зачем нужна гидрострелка? Она выравнивает давление и компенсирует его скачки, на все потребители подается вода одинаковой температуры. Что еще очень хорошо — котел работает при стабильном давлении, что продлевает срок его службы. К тому же при такой схеме подключения теплого пола, проще всего сбалансировать систему, обеспечить нужную скорость движения теплоносителя для каждого вида оборудования.
Минусы в том, что на каждого потребителя нужен свой насос, а это дополнительные затраты.
Последовательное подключение теплого пола к радиаторам
Идея подключения водяного пола после радиаторов в том, что пройдя через радиаторы, теплоноситель уже не такой горячий и полимерные трубы теплого пола не повредятся. В таком случае подключают водяной пол после последнего радиатора. Врезаются в обратный трубопровод, обязательно ставят шаровые краны — для возможности отключения подогрева пола. После врезки входа ТП обязательно ставят насос — без него работать просто не будет. При подключении выхода контура ставят обратный клапан — чтобы не нарушилось направление движения.
Как подключить теплый пол к батарее: схема и необходимые устройства
Реализуется подобная схема на трехходовом клапане, применима только для подключения одного-двух контуров малой длины. И вообще, это самый неудачный способ, так как сложно спроектировать его оптимально. Также довольно сложно поддерживать нормальную температуру, так как она зависит от того, сколько тепла отдали радиаторы.
Нюансы схем
Обратите внимание — в смесительном узле любого типа, через который подключается теплый пол к радиаторной системе, стоит насос. Так что эта группа должна быть смесительно-насосной. Второй насос необходим, так как котловой не сможет обеспечить требуемую скорость движения теплоносителя по трубам теплого пола.
Один из вариантов (недорогой) смесительного узла
Второе, на что надо обратить внимание, что на каждом отводе к каждой группе потребителей (на радиаторы, теплый пол и бойлер) стоят краны. Не отсечные (шарового типа), а регулировочные. Они позволяют включать только часть системы. В межсезонье это будет вам на руку. Вторая их функция — регулирование мощности потоков, которые направляются на разные ветки комбинированной системы отопления. Таким образом можно будет делать по желанию теплее пол или радиаторы. Можно тут поставить термостаты, а не краны. Если использовать автоматические, они будут поддерживать заданную температуру в каждом контуре.
Подключение теплого пола к твердотопливному котлу
Твердотопливные котлы отличаются цикличностью работы, а еще тем, что они имеют склонность к перегреву. При неправильной эксплуатации теплоноситель может закипеть. Если радиаторы еще перегрев могут перенести, то теплый пол — это полимерные (обычно) трубы, которые перегревать никак нельзя.
Твердотопливные котлы могут быть с автоматикой, но они все равно не гарантируют стабильную температуру
Схема с теплоаккумулятором
При подключении теплого водяного пола к дровяному или угольному котлу, в систему ставят теплоаккумулятор. Это большой бак, который подключается к котлу, а разводка на радиаторы и теплый пол идет уже от этого бака. Это решает сразу обе проблемы: спасает от цикличности (воды много и падение температуры за время простоя котла не слишком значительное) и от перегрева.
Подключение теплого пола к твердотопливному котлу: одна из схем с теплоаккумулятором
Фокус тут в том, что отводы на радиаторы делают в верхней части емкости, а отводы на теплый пол — ниже. Как известно, более горячая вода будет вверху, ниже — более холодная. Тем не менее узел подмеса в том или ином виде для подогрева пола должен присутствовать (на трехходовом или термостатическом клапане). Также необходим и насос, причем для каждого из потребителей. Насос котла работает только на малом круге — до гидроаккумулятора, а создавать движение в каждой ветке системы будет свой насос.
Также обратите внимание на обвязку твердотопливного котла. Тут важно избежать перегрева и закипания теплоносителя в трубах. Контур от котла до теплоаккумулятора очень мал, так что необходимо обеспечить постоянное и быстрое движение теплоносителя. Это реализуется при помощи создания еще одной «резервной» петли, которая и спасает от перегрева.
Теплоаккумулятор и гидрострелка
Предыдущая схема основана на подаче на радиаторы и теплый пол воды различной температуры. Но ее невозможно контролировать, что делает систему не слишком стабильной. Более надежно — подавать теплоноситель одной температуры, а затем добавлять, по необходимости, остывший из обратки. Реализовать это проще при помощи гидрострелки — в ней происходит выравнивание температуры. А дальше подключение как на схеме выше — с насосами и узлом подмеса.
Подключение теплого пола к ТТ котлу с буферной емкостью и гидрострелкой
Обратите внимание, что узел подмеса установлен и на контуре радиаторного отопления. Это сделано для того, чтобы можно было делать температуру комфортной и в межсезонье. Спасает также и при перегреве теплоаккумулятора, что возможно при большой мощности котла и малом объёме бака. В общем, такая схема более надежна и дает более высокий уровень комфорта.
Подключение нескольких котлов или источников тепла
Ставить несколько котлов в одну систему отопления заставляет холодный климат и нестабильная работа электросетей. Хорошо, конечно, иметь автоматизированный котел, но до тех пор, пока не отключат электричество и автоматика перестанет работать. Если при этом на улице -20°C или ниже, даже несколько часов простоя могут обернуться размерзанием системы. Поэтому часто в параллель с электроавтоматизированным котлом ставят энергонезависимый твердотопливный.
Схем подключения двух котлов в одну систему отопления много, но проще всего реализуется эта идея с использованием теплоаккумулятора. В таком случае возможна как работа одного котла, так и обоих сразу, что может стать выходом при аномальных холодах. Чем еще хороша эта схема, так это тем, что подключать можно и теплый пол, и отопление. А также с легкостью можно добавить один из альтернативных источников тепла. Наиболее популярны последнее время солнечные радиаторы. Их подключают к свободным входам теплоаккумулятора.
Чтобы гарантированно всегда было тепло, ставят два котла
Обычно под комбинированным отоплением имеют в виду радиаторы и теплый пол в одной системе
В коттедже часто стараются сделать теплый пол на первом этаже и радиаторы поставить выше
Так выглядит обычная радиаторная система отопления
Чтобы от одного котла работали радиаторы и теплый пол, устанавливают тройник и смесительный узел
Подключение теплого пола к радиаторам через трехходовой клапан
Схема подключения теплого пола к системе отопления через смесительно-насосный узел
Схема подключения теплого пола к котлу отопления через гидрострелку
Как подключить теплый пол к батарее: схема и необходимые устройства
Один из вариантов (недорогой) смесительного узла
Твердотопливные котлы могут быть с автоматикой, но они все равно не гарантируют стабильную температуру
Подключение теплого пола к твердотопливному котлу: одна из схем с теплоаккумулятором
Подключение теплого пола к ТТ котлу с буферной емкостью и гидрострелкой
