Котел: подключаем радиаторы, теплый пол и бойлер ГВС

Многие из Вас впервые сталкиваются с задачами отопления своего дома. И эта статья предназначена для того, чтобы внести ясность в основные понятия и элементы системы отопления. Система отопления в ней будет рассматриваться на примере универсального твердотопливного котла Пеллетрон-U, но сам подход универсален для любого твердотопливного котла.

Итак, любая система отопления начинается с источника тепла. В данном случае источником тепла будет котел. Котел представляет собой устройство для нагрева теплоносителя. Теплоносителем может быть вода или незамерзающая жидкость — антифриз (далее по тексту для упрощения будем писать — вода). Как видно из рисунка ниже, холодная вода поступает в нижний патрубок котла. Патрубок — это небольшая труба, присоединённая к трубопроводу, резервуару и др. конструкциям, в нашем случае — к котлу. Вода нагревается в котле и в нагретом виде выходит из верхнего патрубка котла. Этой горячей водой мы нагреем то, что нам нужно: радиаторы, бойлер ГВС (горячего водоснабжения) и теплые полы.

1. ПОДКЛЮЧАЕМ РАДИАТОРЫ

Самый простой способ нагреть воздух в доме — установить радиаторы отопления. Давайте присоединим к котлу радиатор отопления и система отопления готова.

Итак мы присоединили к котлу радиатор отопления.

Будет ли это все работать? Нет!
Почему? По трем причинам.

Для передачи тепла от котла к радиатору вода должна циркулировать, т.е. двигаться (течь) по кругу: подогретая вода движется из котла в радиатор, там отдает тепло воздуху и остывает, далее движется из радиатора в котел, а там нагревается и далее движется в радиатор и т.д. Сама по себе вода течь не будет. Для движения воды нужно специальное устройство — циркуляционный насос.

Итак, мы поставили в систему циркуляционный насос, теперь вода в трубах у нас циркулирует.

Будет ли это всё работать? Еще нет.

Из школьного курса физики нам известно, что нагреваемые тела расширяются. Мы заливаем в систему отопления холодную воду, включаем котел, вода нагревается и ее объем увеличивается. Куда же девается избыток воды? Сейчас такого места нет. Расширившаяся вода просто разрушит нашу систему отопления и выльется на пол. Для того, что бы этого не случилось необходимо добавить в систему отопления специальное устройство для хранения излишков воды — расширительный бак.

Кроме компенсации объема воды в системе отопления, расширительный бак выполняет еще одну важную функцию: он позволяет создать и поддерживать в системе отопления небольшое повышенное давление 1-2 Атм., что важно для стабильной работы системы.

Итак, мы добавили в систему расширительный бак, температурные изменения объема воды скомпенсированы.

Но будет ли сейчас всё это работать? Еще нет.

Представьте: давление в нашей системе отопления вырастает так сильно, что расширительный бак не сможет его компенсировать. Котел например закипит? Тогда может произойти ужасное — паровой взрыв котла или другого элемента системы отопления, например радиатора.

Такой вариант лучше сразу исключить. Для этого мы добавляем в систему отопления специальное устройство сброса избыточного давления — аварийный сбросной клапан. Если давление в системе отопления превысит безопасный уровень, аварийный клапан сбросит излишнее давление (как воду или пар) в атмосферу. Аварийный клапан, как правило, входит в состав устройства, которое называется «группа безопасности» (объединяет аварийный клапан, манометр и воздухоотводник). Добавим в нашу систему группу безопасности.

Итак, мы добавили в систему аварийный клапан, система защищена от избыточного давления.

А сейчас то будет всё это работать? Теперь будет. Но не очень хорошо.
Разберемся почему?

На самом деле по схеме, нарисованной выше построено множество систем отопления частных домов. Все они имеют один большой недостаток — плохое управление температурой в доме.

Смотрите — температура в доме будет прямо зависеть от температуры радиатора, а температура радиатора — от интенсивности работы котла. То есть если Вам жарко, нужно бежать в котельную убавлять интенсивность горения котла, а если холодно — опять бежать и открывать заслонку. Все это довольно странно, поскольку давно придуман механизм самостоятельно регулирующий положение заслонки — тягорегулятор.

Тягорегулятор позволяет задать температуру в котле. Например, Вы установили на тягорегуляторе 60 градусов. Тягорегулятор будет регулировать положение заслонки увеличивая или уменьшая интенсивность горения так, что бы температура на выходе котла была примерно 60 градусов. Давайте добавим в систему тягорегулятор.

Итак, в системе отопления установлен тягорегулятор. Теперь не нужно постоянно бегать вручную менять мощность. Котел сам регулирует температуру воды в радиаторах по Вашему заказу.

Работает! Хорошо, да не очень. Почему?

Во первых, потому что управлять температурой воздуха, задавая температуру воды не очень удобно. Например на улице потеплело, нужно бежать крутить регулятор — ведь котел то не знает, что потеплело, он как гнал воду 60 градусов, так и гонит ее в радиаторы. Во вторых, невозможно раздельно регулировать температуру по помещениям: скажем в гостиной +22, а в ванной +28?

Тягорегулятор такую регулировку не выполнит — он подает воду только одной заданной температуры. Что делать? Перевести систему отопления на следующий уровень комфорта — воздушное термостатирование (термостатирование — это процесс поддержания постоянной температуры где-то).

Система с воздушным термостатированием использует совершенно другую логику работы.

Основной элемент воздушного термостатирования — воздушный термостат радиатора. Воздушный термостат регулирует проток горячей воды через радиатор поддерживая ровно ту температуру воздуха, которую Вы установили на термостате.

Здесь важно понять следующее:
1. Температура воды на входе в радиатор может колебаться в широких пределах, от этого температура в помещении никак не меняется: термостат пропустит в радиатор ровно столько горячей воды, сколько нужно для поддержания заданной температуры воздуха — более горячей воды меньше, менее горячей больше. Терморегулятор котла мы можем поставить на 60 или на 90 градусов, температура воздуха в помещении от этого не изменится.
2. Проток воды через радиатор может быть мал или даже равен нулю. Т.е. термостат может вообще закрыть проток через радиатор, например в комнате стало слишком тепло. Отсюда возникают некоторые дополнительные требования к системе отопления, которые мы рассмотрим ниже. Давайте добавим к нашему радиатору термостат.

Итак, теперь наш радиатор сам управляет температурой воздуха в помещении.

Будет работать? Нет. Почему?

Как было указано выше, в какой то момент термостат может вообще закрыть проток воды через радиатор. И тогда у нас сгорит циркуляционный насос. Дело в том, что циркуляционный насос охлаждается водой, которую прокачивает через себя. Неважно, что вода горячая — для охлаждения насоса подходит и горячая вода, главное что бы она текла через него. В нашей схеме, вода течет через насос только тогда, когда термостат радиатора открыт. Если он — закрыт поток воды в системе полностью останавливается, насос лишается охлаждения, перегревается и выходит из строя.

Что бы этого избежать, давайте исключим полную остановку циркуляции воды, добавив в систему обход радиатора т.н. байпасную линию (т.е. трубу). Байпасная линия — это линия, предназначена для создания обходного пути для движения чего либо , в нашем случае — воды.

Байпасная линия имеет меньшее сечение и, соответственно, более высокое сопротивление, чем радиатор, поэтому сильного влияния на работу радиатора не оказывает. Вместо байпасной линии может быть установлен прибор отопления с полным протоком. Например радиатор без термостата или бойлер (но об этом ниже).

Итак, мы сделали обход закрытого радиатора байпасной линией.

Работает хорошо! Да, но можно сделать еще лучше!

Дело в том, что сейчас в нашей системе два термостата (регулятор котла и термостат радиатора) связанные напрямую, что не есть хорошо. Характеристики этих термостатов (в частности время реакции на изменения температуры) разные, что не добавляет стабильности в работу котла. Для достижения хороших показателей стабильности неплохо в систему отопления добавить элемент, разделяющий потоки теплоносителя через котел и радиатор. Такой элемент называется гидравлический разделитель. Давайте добавим его в систему.

Гидравлический разделитель, это просто бочка с водой. Маленький разделитель (до 200 литров) называется гидрострелкой. Большой — теплоаккумулятором.

В нашем случае вполне достаточно гидрострелки объемом 50-200 литров воды. Обратите внимание, что в системе отопления появился еще один насос и теперь у нас в системе два контура: контур котла и контур радиатора.А контур, кстати, это просто замкнутая линия, система трубопроводов и различного оборудования, насосов, теплообменников и т.д.

Как это работает. Вы регулятором котла задаете в контуре котла требуемую температуру, например 70 градусов, что исключает конденсатообразование в котле. Котел будет поддерживать в своем контуре (и в гидрострелке) температуру 70 градусов, вне зависимости от расхода тепла радиатором. А радиатор возьмет воды из гидрострелки столько, сколько нужно для поддержания требуемой температуры воздуха.

Итак, мы добавили в систему гидрострелку и развязали производство и потребление тепла.

Теперь все работает замечательно! Уж куда как замечательно, скажете Вы. Дома тепло, но воду греем в тазике.

Для того, что бы в доме появилась горячая вода, необходимо установить бойлер.

2. ПОДКЛЮЧАЕМ БОЙЛЕР ГВС

Давайте сделаем в Вашем доме систему горячего водоснабжения. Есть такая вещь, как накопительный водонагреватель. Это бочка с водой, которая нагревается электрическим ТЭНом. Так вот, в нашей системе ГВС (горячего водоснабжения) мы также используем накопительный водонагреватель, только нагреваться он будет не ТЭНом, а котлом и мощностью нагрева не в пару, а в пару десятков киловатт. Такой нагреватель называется бойлер косвенного нагрева (БКН). Устройство БКН показано на рисунке ниже.

БКН представляет собой бочку через которую протекает чистая вода (из скважины). Внутри бочки размещен теплообменник (как правило змеевик) по которому циркулирует теплоноситель, нагреваемый котлом. Чистая вода и теплоноситель не смешиваются.

На каждого проживающего в доме рекомендуется закладывать 50 литров объема БКН. Т.е. если в Вашем доме проживает четверо, то объем БКН 4*50=200 литров. Мощность нагрева должна быть не менее 1/4 об объема, т.е. в данном случае 200/4=25 кВт. БКН указанных параметров позволяет получать горячую воду без ограничений практически для всех домашних применений.

Давайте подключим БКН в нашу систему отопления.

Эта схема подключения БКН работает отлично и позволяет обойтись без дорогих трехходовых клапанов, применение которых зачастую сомнительно. Стоп, скажете Вы, а куда делась байпасная линия радиатора? А мы ее убрали, теперь она не нужна, поскольку роль байпаса в данной схеме берет на себя БКН, ведь проток через него никогда не останавливается.

Итак, мы установили в систему БКН и теперь у нас есть горячая вода

Замечательно! Но можно сделать еще лучше!

Вам знакомо то чувство, когда открываешь горячий кран, а из него идет холодная вода и горячей воду нужно ждать. Давайте избавимся от этого ожидания, установив систему рециркуляции ГВС.

Заметили изменения? Мы добавили так называемый насос рециркуляции ГВС. Он не создает давления в системе ГВС, но постоянно гоняет горячую воду мимо вашего смесителя. Стоит открыть кран и горячая вода будет преодолевать не десятки метров остывшего трубопровода, а всего 30-50 сантиметров. Т.е. горячая вода из крана идет почти мгновенно. Да, и не забываем ставить обратный клапан за смесителем.

А знаете, зачем еще нужна система рециркуляции ГВС? Она позволяет Вам подключить полотенцесушители даже летом, когда система отопления отключена и работает только ГВС.

Итак, рециркуляция ГВС подключена.

Вот теперь все совсем хорошо! Но какой то холодок все же остался!

Ага, ноги мерзнут. Теплые полы то мы и забыли. Давайте подключим их.

3. ПОДКЛЮЧАЕМ ТЕПЛЫЙ ПОЛ

Теплый пол — система низкотемпературного инфракрасного отопления. Работает собственно так, как и называется — подогретый пол подогревает воздух. Система модная, современная и каждый домовладелец считает своим долгом запихнуть ее куда можно или нельзя. Относительно теплого пола следует понять следующее: пол должен быть теплым, а не горячим. Комфортная температура 22-24 градуса. Горячий пол 26 градусов и более, уместен в ванной комнате и прихожей — что бы обувь сохла. В других местах горячий пол вызывает дискомфорт.

Не факт, что комфортной температуры теплого пола в Ваших условиях хватит для обогрева Вашего помещения. Поэтому совместно с теплым полом рекомендуется предусмотреть радиаторы отопления на тех местах где они должны стоять, т.е. под окнами, хотя бы несколько. Иначе может получится так, что пол-зимы Вам придется ходить не по теплому, а по горячему полу.

Вот как работает теплый пол.

Система «теплый пол» имеет змеевик, проложенный в полу (розовый). Змеевик имеет собственный циркуляционный насос, который обеспечивает непрерывную циркуляцию воды по змеевику. Регулировкой температуры воды в змеевике занимается смесительный клапан.

Как это работает? Предположим, смесительный клапан установлен на 26 градусов. С одной стороны на вход клапана подана вода с температурой 70 градусов (красная стрелка) из системы отопления. С другой стороны на смесительный клапан подана вода температурой 20 градусов (розовая стрелка) из змеевика. Клапан смешает воду так, что бы на входе в змеевик было ровно 26 градусов. Избыток воды забранный из системы отопления при смешении сливается обратно в систему (синяя стрелка).

Подобная схема сборки теплого пола весьма жизнеспособна и недорога. Так что перед приобретением дорогущего смесительного узла для теплого пола, подумайте, так уж это необходимо?

Теперь подключим теплый пол к системе отопления.

Кстати предложенная схема теплого пола имеет ручное управление (т.е. она не термостатирована). Управление температурой теплого пола осуществляется вращением регулятора смесительного клапана и, как правило, этого абсолютно достаточно.

А можно ли теплым полом управлять автоматически по температуре воздуха? Конечно можно, но существенные финансовые затраты на подобное управление должны быть хорошо обоснованы.

Вот теперь у нас действительно все работает как надо!

Как видите от одного источника тепла (котла с или без гидрострелки) с температурой 70 градусов мы запитали сразу все тепловое оборудование: и радиаторы и теплые полы и бойлер ГВС.

Предложенные схемы принципиальные, т.е. они показывают принцип построения системы отопления на твердотопливных котлах, опуская собственно техническое исполнение решений.

А почему, собственно 70 градусов в котле? Температура должна быть выше 60, но ниже 80. Выше 60, что бы избежать конденсатообразования в котле, а ниже 80, что бы был запас на заброс температуры до нормального ограничения пластиковых труб — 92 градуса. Предложенных 70 градусов обычно хватает на все случаи жизни зимой и летом.

А вот модное «погодное регулирование», имеющееся в некоторых котлах, это всего лишь изменение температуры в котле на несколько градусов при изменение заборной температуры. И, как Вы сейчас понимаете, никакой роли оно не играет.

И еще один важный момент. У котла есть минимальная мощность. Минимальная мощность котлов Пеллетрон: U25, 35, 25 — 3 кВт, а U60 — 5 кВт. Если Вы вообще прекратите расход тепла системой отопления, то котел не сразу, но все равно закипит.

Для того, чтобы этого не случилось, обеспечьте гарантированное потребление тепла выше указанного. Для этого: поставьте 1-2 радиатора на полный проток (без головок или выкрутив головки на максимум), установите полотенцесушители в ванных и туалетах, не относитесь рьяно к изоляции трубопроводов, коллекторов и прочих элементов системы отопления.

Обычно этих мероприятий вполне достаточно для обеспечения расхода тепла выше минимума.