Резервный котел, какой выбрать, как подключить…

Один единственный котел не обеспечит необходимой надежности отопления. Он должен резервироваться устройством работающем на другом энергоносителе. Только такой может быть основа отопления частного дома. Какие котлы должны быть резервными, и как их лучше включить в общую схему….

Чем топим

Точной статистики применения того или иного вида топлива в частных домах не существует, но примерную картину монтажники отопления знают. Котлы по популярности распределяются следующим образом, начиная с того, который встречается чаще всех:

• газовый;
• твердотопливный (дрова, уголь);
• электрический;
• пеллетный;
• сжиженный газ;
• солярка.

Откуда взялась большая популярность у электрического котла?, ведь электричество – самый дорогой вид топлива.
Оказывается, что этот котел не только самый комфортный в эксплуатации, но и…

Каким должен быть резервный котел

• Во многих случаях желательно чтобы резервный котел мог запускаться в автоматическом режиме. Например запускается, когда теплоноситель в системе отопления остыл до заданного значения.
• Второе требование – надежность аварийного запуска после сколь угодно большого времени простоя (чаще это годы…) Резервный котел должен включиться в любое время, также желательно в автоматическом режиме, т.е. без присутствия человека рядом.

Какие котлы плохо подходят на роль резервных

• Пеллетный котел по надежности можно назвать капризным, через некоторое время пеллеты слеживаются, ни о каком уверенном аварийном запуске не может быть и речи…
• Котлы жидкотопливные также с небольшой надежностью, автоматически чаще и не запустятся, особенно если будет значительное время простоя…
• С газовыми котлами та же история, после значительного времени простоя в магистрали концентрация чистого газа падает, нужно время чтобы вышла воздушно-газовая смесь. Т.е. запуск не автоматический, а только повторными пусками в присутствии человека…
• Твердотопливные котлы, особенно не снабженные электрической частью, имеют самую большую надежность, но для их растопки и управления ими нужно присутствие человека…

Что ставят

Электрический котел сейчас можно встретить часто потому, что он наилучшим образом подходит на роль резервного.
Он может запуститься в автоматическом режиме после сколь угодно большого простоя, почти со 100% гарантией, лишь бы было наличие электричества.

Его сейчас устанавливают повсеместно, рядом с газовым в качестве резервного во вновь строящихся домах или при проведении капитального ремонта отопления.

Его не редко можно встретить в качестве резерва или вспомогательного (дешевый ночной тариф электричества, работа по таймеру) рядом с любыми другими видами котлов, — жильцы ценят комфорт и надежность.

Даже для двухфазного питания, 4 кВт выделенной мощности зачастую устроят пользователей, чтобы предотвратить замораживание системы какое-то время (до устранения неполадок с основным котлом) в самый большой мороз.

Обычное резервирование котла

Сейчас практически всегда устанавливают газовый котел в качестве основного, где только имеется возможность подключиться к трубе. А резервом к нему выбирается электрический аппарат, так как надежность электроподачи сейчас довольно высокая.
Поэтому рекомендованная схема резервирования для новостроек:

• газовый основной, электрический резервный.

Второй популярный вариант, происходит в связи с развитием газовой сети. Там, где до подключения к газовой магистрали, эксплуатировался твердотоплиный котел (наиболее частый вариант), после подключения газа, он остается в качестве резервного. Получается надежная проверенная схема, но без автоматизирования, рассчитанная на постоянное проживание:

• основной газовый, резервный – твердотопливный.

Схема резервирования с ручным пуском

Рассмотрим, как можно подключить два котла – основной и резервный в одну схему отопления.

При ручном включении резерва в работу схема выглядит следующим образом.
Газовый и электрический (твердотопливный) котлы включаются параллельно через вентили на подаче и обратке.

Если нужно включить резерв, то вручную открываются и закрываются нужные вентили, затем выполняется ручной пуск котла.

Не редко котлы снабжаются встроенными расширительными баками, но они обычно маловаты для систем в частных домах. Чтобы не ставить в схему дополнительный, используют бак второго котла. Для этого не закрывают кран обратки на этом агрегате, т.е. оставляют его гидравлику связанной с общей схемой.

Схема включения второго котла с автоматизацией

При автоматическом включении резервного котла (без присутствия человека) схема та же, но с установкой обратных клапанов. Краны стаются отрытыми, так как при включении открывать их будет некому.

Обратные клапаны предотвращают паразитную циркуляцию по неработающему котлу. Они устанавливаются перед котлам, (неважно на подаче или обратке), но обязательно по схеме «на встречу друг к другу». Тогда отключение одного котла и включение другого может происходит в автоматическом режиме.

Схема с гидравлическим разделителем

В домах, где контуров отопления много, обычно применяется гидравлический разделитель (гидрострелка) или схема первичного кольца.

В домах с твердотопливным основным котлом может применяться буферная накопительная емкость (теплоаккумулятор).

Эти устройства позволяют согласовать одновременную работу двух котлов (в некоторых случаях). Т.е. резервный может выполнять и роль вспомогательного. Вот как это реализовывается с буферной емкостью (пример).

Но это частные случаи, а монтаж сложных схем с гидравлическими разделителями однозначно лучше доверить специалистам.

Нужна ли автоматизация включения резерва

Иногда без автоматизации включения резервного теплогенератора не обойтись, например, когда хозяев подолгу нет, а напряжение питания не слишком надежно. Остановка основного агрегата должна сопровождаться пуском вспомогательного, чтобы не заморозить систему…

Но в большинстве случаев автоматизацию делать вредно.
Как правило, котел будет находится все время под чьим-то надзором, пусть даже соседей, присматривающих за домом. Также нужно учитывать, что газовые котлы весьма надежные. По статистике один отказ в работе за годы беспроблемной эксплуатации…

В то же время автоматизация влечет за собой некоторые проблемы. Удорожание самой системы, и удорожание ее работы, — обратный клапан создает гидравлическое сопротивление, которое преодолевается насосом. Эта «мелочь», за все время эксплуатации становится «не мелочью». Происходит некоторое продавливание теплоносителя через обратный клапан по контуру котла, необходима чистка и замена клапанов, вынужденное техническое обслуживание второго агрегата из-за протока жидкости и наличия давления все это время….

Стоит ли создавать автоматизацию, чтобы возможно раз в несколько лет резервный котел включился автоматически? Пользователи при этом и будут стоять рядом и наблюдать…

Еще варианты сочетания котлов

Сейчас наиболее подходящим для резервирования является высоконадежный электрический котел. Поэтому, даже при отсутствии достаточной выделенной мощности для его полноценной работы, он окажется важным помощником для небольших домов и дач. Причем хорошо сочетается с любым видом других котлов.

Но нужно учитывать, что рядом с агрегатами, которые частенько аварийно прекращают свою работу, лучше создавать схему под автоматизированный запуск. Хозяевам не редко надоедает дежурить у капризных котлов, и они с удовольствием полагаются на автоматический запуск дорогого в работе электрического агрегата.

К капризным можно отнести

• Пеллетный котел – много механизмов, периодическое обслуживание, слеживание пеллет…
• Солярочный – обычное засорение, по причине качества топлива, плохой чистки емкостей…
• Твердотопливные с элементами автоматизации – так называемые «длительного» горения и им подобные – почему не стоит выбирать котел длительного горения

Выбор источника бесперебойного электропитания для системы отопления загородного дома

Статья подготовлена при участии компании CyberPower Systems

В преддверии нового отопительного сезона многие владельцы загородных домов задумываются над вопросом, что будет с системой отопления в случае отключения электропитания. Независимо от того, что явилось причиной блэкаута — обрыв проводов, перегрузка подстанции или масштабная авария, запоминаем главное правило. Современной системе отопления необходим надёжный источник бесперебойного электропитания, который, в случае необходимости, сможет заменить основную сеть.

Итак, из этой статьи вы узнаете:

• Для чего котельной требуется резервный источник электроэнергии.
• Как выбрать источник бесперебойного питания (ИБП/UPS).
• Какие нюансы нужно учесть при выборе аккумулятора для ИБП.

Особенности выбора ИБП для котельной

Котельная современного загородного дома — это сложная энергозависимая инженерная система. Для бесперебойной работы системы отопления требуется постоянное обеспечение электроэнергией котла и насосов, которые обеспечивают циркуляцию теплоносителя по трубам. В случае отключения электричества, циркуляционные насосы перестают работать, отключается блок управления котла, а система отопления останавливается.

При длительном отключении электроэнергии зимой это, помимо существенного снижения уровня комфорта в загородном доме, может привести к заморозке системы отопления или к возникновению аварийной ситуации. Например, если сердцем системы отопления является энергонезависимый твердотопливный котёл, то при исчезновении электричества сразу отключатся циркуляционные насосы.

Дровяной или угольный котёл, в силу своей конструкции, продолжит работу и будет нагревать теплоноситель, который уже не прокачивается по трубам системы отопления. В случае, если циркуляция жидкости в системе отопления осуществляется принудительным способом (теплоноситель прокачивается насосом), а не смонтирована система отопления с естественной циркуляцией (гравитационного типа), теплоноситель может закипеть или, в худшем случае, просто взорваться.

Избежать подобных неприятностей можно, если смонтировать систему резервного питания отопительного оборудования.

Надёжная и бесперебойная работа современных отопительных котлов, например газовых, пеллетных или дизельных, так же, как и всей системы отопления, полностью зависит от наличия в доме электроэнергии. Электричество запитывает важнейшие узлы котла – циркуляционный насос и блок электронного управления. В случае отключения электроэнергии подача тепла прекращается.

На первый взгляд кажется, что смонтировать систему резервного питания для котельной — не очень сложно. Например, достаточно подключить к котлу недорогой «компьютерный» бесперебойник или смастерить систему на основе обычных автомобильных аккумуляторов. Это мнение ошибочно, т.к. для работы котла от ИБП нужно, чтобы он отвечал определённым требованиям.

Выбор правильного источника бесперебойного питания

Как уже говорилось выше, современный котёл — это сложное оборудование, снабженное микропроцессорным блоком управления, чувствительным к скачкам напряжения и, что особенно важно, — к качеству электроэнергии.

В зависимости от конструкции, бесперебойники обеспечивают выходное напряжение двух форм — чистый синус и аппроксимацию синусоиды. Причём, последнюю форму синусоиды — т.н. меандр (прямоугольная форма выходного сигнала) выдают недорогие бесперебойники, предназначенные, например, для использования с простым оборудованием, не чувствительным к форме входного напряжения.

ИБП этого типа, помимо малой ёмкости встроенной батареи, неспособной обеспечить долговременную работу котельного оборудования, совершенно не подходят для запитки микропроцессорных плат котлов, т.к. блок управления воспринимает меандр (или квазисинусоиду), как ошибку. Циркуляционный насос если и запустится, то будет работать с перебоями и повышенным шумом, также существенно сократится его ресурс. Кроме этого, дорогостоящее оборудование может просто выйти из строя.

И это лишь один из нескольких важных нюансов, которые необходимо учесть при выборе ИБП для котельной. Помимо формы выходного сигнала, надо учесть возможность ИБП выдерживать высокие пусковые токи. Это связано с тем, что многие приборы, к примеру, погружные насосы, сами по себе уже являющиеся достаточно мощными потребителями электричества, при старте увеличивают потребление в 2-3 раза превышающее свою номинальную мощность.

Отсюда: одна из важнейших характеристик, это возможность ИБП выдерживать 2-х/3-х кратное превышение мощности от номинала в течение 15-30 секунд. А в целом, всегда подбирайте ИБП для котельной с необходимым запасом как по мощности ИБП, так и по ёмкости аккумуляторов, исходя из расчёта достаточного обеспечения электричеством всех потребителей.

Идём дальше. Принцип действия резервного питания можно описать простым алгоритмом. При включении в сеть, через встроенное в ИБП зарядное устройство происходит зарядка аккумулятора или аккумуляторов (если используется несколько батарей). Одновременно через ИБП ведётся подача электроэнергии на потребители — котёл, циркуляционные насосы и т.д. При полной зарядке аккумулятора зарядник автоматически отключается, и питание системы происходит напрямую от электросети, через ИБП в т.н. штатном режиме.

В случае отключения электричества бесперебойник обеспечит подачу электроэнергии от аккумулятора (преобразовав его из постоянного в переменный 220 В, 50 Гц) на котельное и на другое подключенное оборудование. Подача энергии будет осуществлять до тех пор, пока не будет восстановлено электроснабжение дома, или пока не разрядятся аккумуляторы.

В отличие от бензинового или дизельного генератора, ИБП могут быть установлены в любом помещении, практически не требуют обслуживания, кроме замены раз в несколько лет аккумуляторных батарей, мгновенно восстанавливают электропитание и бесшумны в работе.

Также, выбирая бесперебойник для котла, нужно определиться с рядом ключевых требований, которые предъявляются к этому оборудованию. По принципу работы все ИБП делятся на три больших группы.

1. Офф-лайн (off-line) ИБП.
2. Линейно-интерактивные устройства.
3. Он-лайн (on-line) модели непрерывного действия.

Чтобы сделать осознанный выбор, необходимо разобраться в отличиях между этими ИБП.

Офф-лайн бесперебойники не имеют встроенного стабилизатора, а в настройках аппарата зафиксирован диапазон допустимого напряжения сети, например от 180 до 250 В. При понижении или скачках напряжения за рамки диапазона входного напряжения (а это часто бывает в загородных поселениях), устройство расценит это как сигнал к переключению питания котельной от аккумуляторов. При возвращении уровня напряжения к установленным номиналам бесперебойник снова переключится на питание от основной сети. Т.е. при любых скачках будет происходить излишне частое переключение ИБП: сеть/аккумуляторы.

Помимо отсутствия защиты подключенного оборудования от перепадов напряжения, работа бесперебойника в этом режиме приведёт к частому циклу заряд/разряд аккумуляторов, что снизит срок их службы. Кроме этого, при выборе ИБП этого типа, к нему дополнительно придётся приобретать стабилизирующее устройство для защиты оборудования.

В отличие от off-line, линейно-интерактивные устройства, хотя и имеют граничные показатели допустимого напряжения, дополнительно снабжены стабилизатором напряжения, защищающим оборудование от скачков напряжения. Кроме простой подачи напряжения, ИБП этого типа позволяют скорректировать его в определенных пределах (около 20%), но обычно эта регулировка ступенчатая.

Он-лайн бесперебойники, или ИБП непрерывного действия, являются, на первый взгляд, самым оптимальным оборудованием, подходящим для использования в связке с отопительным котлом, требовательным к качеству напряжения и его частоте. ИБП этого типа, за счёт своих конструктивных особенностей, «вытягивают» напряжение до нужного нам качества, подавая на потребитель 220 В 50 Гц.

В таком бесперебойнике установлен инвертор, который работает по схеме двойного преобразования поступающего тока. Т.е. сначала переменный ток преобразуется в постоянный, далее он преобразуется ещё раз в нужный для работы оборудования переменный ток стабильного качества. При всех плюсах он-лайн топологии, есть один существенный минус, на который обязательно нужно обратить внимание.

Из-за того, что система работает по принципу двойного преобразования, подключенные батареи все время задействованы. Это в разы по сравнению с линейно-интерактивной топологией снижает ресурс батарей, а батареи, в свою очередь, являются достаточно дорогим удовольствием, в малых мощностях перекрывая по стоимости сам ИБП.

Для полноценной работы системы бесперебойного электропитания, для котельной, будет, более чем достаточно линейно-интерактивного устройства, так как по сумме потребительских характеристик это представляется оптимальным выбором.

Важный момент: обычно у ИБП начальной мощности с внешними батареями напряжение питания составляет 12 В или 24 В и далее по нарастающей — 36, 48 В, в зависимости от мощности, т.е. при 24 В требуется подключение как минимум 2-х батарей, что не всегда экономически целесообразно. Поэтому, выбирая качественный бесперебойник, смотрим в его технических характеристиках, сможет ли он работать на необходимом минимуме, т.е. от 1-й батареи на 12 В.

Также обращаем внимание на скорость перехода режимов переключения аккумулятор/сеть (время переключения не должно превышать 6 м/с — 10 м/с), максимальное количество батарей, которые можно подключить к ИБП. Последний параметр важен, если в дальнейшем планируется расширить возможности системы и, нарастив ёмкость батарей, подключить к системе резервного питания дополнительных потребителей или увеличить время автономной работы.

Выбор аккумулятора для источника бесперебойного питания

Стоимость аккумуляторов может составлять свыше 50% от цены всей системы бесперебойного питания. Поэтому к их выбору нужно относится так же ответственно, как и к выбору бесперебойника. При этом к батареям для построения системы резервного питания предъявляются особенные требования.

Обычные стартерные аккумуляторные батареи, требующие периодического обслуживания и выделяющие в процессе работы пары серной кислоты, не предназначены для использования в закрытом помещении в непосредственной близости от людей. Более того, стартерные АКБ не предназначены для автономного питания и моментально выйдут из строя после 2-3 раз разряда.

Возникает вопрос, что же выбрать? Запоминаем второе правило: для использования с ИБП лучше всего подходят гелевые батареи GEL (Gelled Electrolite) или аккумуляторы, построенные на технологии AGM (Absorptive Glass Mat). Несмотря на малопонятную на первый взгляд аббревиатуру, оба типа аккумуляторов являются свинцово-кислотными, но отличаются друг от друга типом использованной технологии.

В AGM аккумуляторах между свинцовыми пластинами находятся плотно сжатые с двух сторон стекловолокнистые маты — сепараторы (они действуют, как губка, не позволяя кислоте растекаться), пропитанные электролитом.

В GEL батареях электролит также находится между пластинами, но за счёт добавления двуокиси кремния он доведён до желеобразной массы — геля.

Отсюда — электролит в этих необслуживаемых батареях не расплёскивается. В ходе химической реакции газов, вода распадется на водород и кислород, но, при рекомбинации, ионы этих химических элементов не испаряются, а остаются в замкнутом герметичном пространстве батареи, «возвращаясь» обратно в электролит, который сохраняет свои свойства на протяжении 5-10 лет.

Это увеличивает срок службы резервной системы электроснабжения котельной, а оба типа аккумуляторов можно использовать в закрытых помещениях, снабжённых только естественной системой вентиляции.

Среди преимуществ аккумуляторов этих типов можно выделить: возможность эксплуатации в широком диапазоне температур от -30 до + 50-60 °C. Также их можно устанавливать в любом положении, кроме не рекомендованного производителем «вверх ногами».

Технология AGM новее, чем GEL. Надо учесть, что гелевый аккумулятор весьма чувствителен к перезаряду и выходит на номинальную ёмкость только спустя 15-20 циклов разряд/заряд, но, в отличие от AGM, выдерживает большее количество этих циклов, а также лучше выдерживает разряд при недозарядке. Например, если случилось повторное отключение электричества, а также полностью восстанавливают емкость после глубокого разряда.

В активе AGM аккумуляторов (при одинаковой ёмкости) – более низкая цена, чем у гелевых, более высокая мощность отдачи тока (что важно при запуске мощного оборудования, например насоса), высокая скорость зарядки. Но при этом аккумуляторы данного типа не «переносят» недозарядку и меньше работают при глубоком разряде. В случае разрядки недозаряженного аккумулятора (например, повторно отключили свет, и котёл снова работает от ИБП) ёмкость батареи необратимо снижается.

Выводы: при построении индивидуальной системы бесперебойного электроснабжения системы отопления коттеджа необходимо учесть множество нюансов, начиная от выбора оборудования, расчёта мощности ИБП и заканчивая монтажом оборудования. Всё это требует профессиональных знаний, которые можно приобрести, придерживаясь советов наших экспертов и изучая советующие темы на портале.