СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ОТОПИТЕЛЬНЫЕ КОТЛЫ

Статья для журнала "Технологии строительства", №3, 2004 г.

Что такое загородный дом без отопления - холодная коробка, практически непригодная для проживания. Как наполнить дом теплом, какое оборудование выбрать, какие параметры наиболее важные? Ответам на эти вопросы и посвящена предлагаемая статья.

Настенный газовый котел

Основная часть традиционной водяной отопительной системы - котел. От него нагретый теплоноситель (вода или антифриз) с помощью циркуляционного насоса (если система с принудительной циркуляцией) или без него (естественная циркуляция) движется по трубам и отдает тепло помещению через отопительные приборы. Кроме вышеназванных основных элементов в систему отопления входит еще масса других более мелких, но необходимых для нормальной работы вещей: расширительный бак, который компенсирует температурное расширение воды, фитинги, соединяющие трубы, воздушные клапаны и многое другое.

Перед тем, как выбрать оптимальную систему стоит разобраться, какие варианты существуют.

Закрытые и открытые системы отопления

Для начала упомянем, что система может быть открытого и закрытого типа. В первом случае для компенсации расширения воды в системе отопления используется открытый расширительный бак. Во втором - применяется закрытый мембранный бак.
В открытой системе расширительный бак должен устанавливаться в наивысшей точке системы. В закрытой же системе отопления размещать мембранный бак наверху нет никакой необходимости. Система с закрытым мембранным баком имеет массу преимуществ по сравнению с открытой.

Основные преимущества закрытой системы отопления:

- бак можно расположить там же, где и котел, то есть нет необходимости тянуть трубу на чердак,

- нет контакта воды и воздуха, а, следовательно, и возможности растворения в воде дополнительного кислорода (что продлевает срок "жизни" радиаторам и котлу),

- есть возможность создать дополнительное давление даже в верхней точке системы отопления, что уменьшает риск образования воздушных пробок в верхних радиаторах.

Выше были упомянуты системы с принудительной и естественной циркуляцией. В чем же их отличие? В системе с принудительной циркуляцией движение теплоносителя осуществляется с помощью циркуляционного насоса. Достоинствами такой системы являются: комфорт (есть возможность поддерживать заданную температуру в каждой комнате), более высокое качество, небольшой диаметр труб, меньшая разница температур выходящей из котла нагретой воды и возвращающейся в котел остывшей (увеличивает срок службы котла). Основной и, пожалуй, единственный минус таких систем - насос требует наличия электричества. В системе с естественной циркуляцией насоса нет. Роль насоса в ней выполняет гравитационная сила, возникающая за счет разности плотности (удельного веса) теплоносителя в подающей и обратной трубах (плотность горячей воды меньше, т.е. она легче, чем холодная). Для такой системы требуются трубы большого диаметра, она практически не поддается регулированию, и при ее использовании получается меньший комфорт при больших затратах топлива.

Еще один важный вопрос - как подвести трубы к отопительным приборам (радиаторам, конвекторам). Существует два способа разводки - однотрубная и двухтрубная. При двухтрубной к каждому радиатору подведено две трубы - "прямая" и "обратная". Эта разводка позволяет иметь одинаковую температуру теплоносителя на входе во все приборы. Двухтрубная разводка может быть двух типов:

1. с параллельным подключением радиаторов,
2. лучевая (коллекторная), когда от коллектора "лучами" к каждому отопительному прибору подводятся две трубы - прямая и обратная.

Минус лучевой системы - большие затраты труб. Плюс - легкая регулировка отопительных приборов и балансировка системы.

При однотрубной разводке теплоноситель переходит последовательно от одного радиатора к другому, при этом остывая. Таким образом, последний радиатор в цепочке может быть значительно холоднее первого. Если заботитеся о качестве системы отопления - стоит выбрать двухтрубную систему, позволяющую регулировать температуру в каждой комнате. Единственное достоинство однотрубной системы - более низкая цена.

Узнав о типах отопительных систем, перейдем к конкретным рекомендациям по выбору основного элемента отопительной системы - котла (теплогенератора).

Как выбрать котел

На российском рынке представлены сотни моделей котлов как зарубежных, так и отечественных производителей. Как разобраться в этом разнообразии? Как выбрать оптимальный вариант? Для начала рассмотрим основные параметры, характеризующие отопительные котлы.

Мощность

Мощность - это важнейший параметр любого отопительного котла. Правильный выбор мощности - залог комфортной температуры в помещении при минимальных затратах энергоносителя. Ориентировочная мощность котла для хорошо утепленного здания при высоте потолков до 3 м определяется следующим соотношением: 1 кВт мощности потребуется для обогрева 10 м² отапливаемой площади. Но это только предварительные, ориентировочные цифры. Для окончательно определения мощности надо делать серьезный расчет с учетом массы факторов: из чего построен дом, сколько и каких окон и т.д.

Естественно при выборе мощности отопительного котла надо учесть и дополнительные источники тепла, которые будут использоваться в строящемся коттедже. Это касается, в частности, камина. Ведь он не только приносит в дом уют и позволяет коротать вечера в приятном блеске живого огня, но и дарит дому тепло. С другой стороны, учесть на сколько мощность котла может быть снижена при установке камина совсем не просто. Скорее всего, камин будет работать не постоянно и, следовательно, поддержание комфортной температуры в первую очередь "ляжет на плечи" отопительной системы с использованием котла. Для того, чтобы не оказаться в недогретом доме зимним вечером обязательно надо сделать грамотный тепловой расчет, который доступен только профессиональным инженерам.

Топливо

Это второй ключевой параметр котла. Выбирать придется из следующих вариантов: газ, жидкое (дизельное) топливо, электричество, твердое топливо (уголь, дерево, кокс и др.).

Ниже рассмотрим достоинства и недостатки применения оборудования, работающего на различных видах топлива.

Очевидно, что наиболее дешевое топливо в России - природный газ. Т. о., если к объекту подведен магистральный газ, то, в подавляющем большинстве случаев, оптимальным является именно газовый котел.

Газовые котлы

Все газовые котлы принято подразделять на напольные и настенные. Напольные - вариант традиционный, консервативный, достаточно массивный и тяжелый. Такие котлы выпускаются на протяжении многих десятилетий, и их конструкция за эти годы не претерпела очень существенных изменений. Они надежны и проверены временем. Настенные котлы появились относительно недавно и стремительно завоевывают популярность во всем мире. Их нередко называют "котельной в миниатюре". Такой термин совсем не случаен, ведь в небольшом корпусе настенного котла находится не только горелка, теплообменник и устройство управления, но и, в большинстве моделей, один или два циркуляционных насоса, расширительный бак, система, обеспечивающая безопасную работу котла, манометр, термометр, и многие другие элементы, без которых не обходится работа нормальной котельной.

Если говорить о мощности газовых котлов, то, за достаточно редким исключением, для настенных газовых котлов предел около 35 кВт, в то время как напольные модели могут иметь мощность и во много сотен кВт.

При использовании газовых котлов очень актуален вопрос о правильном построении системы отходящих газов. Есть два варианта - традиционный высокий дымоход и короткий коаксиальный, который может использоваться, если котел имеет принудительный отвод продуктов сгорания (с принудительной тягой). К котлам, которые имеют естественную тягу и используют традиционный дымоход, все уже давно привыкли. А вот на моделях с принудительной тягой хочется остановиться поподробнее. Такие котлы имеют массу преимуществ при монтаже и эксплуатации. В них удаление отходящих газов происходит с помощью встроенного вентилятора. Такие модели идеальны для помещений без традиционного дымохода, так как продукты сгорания в этом случае выводятся через специальный коаксиальный дымоход, для которого достаточно сделать только отверстие в стене. Коаксиальный дымоход еще часто называют "труба в трубе". По внутренней трубе такого дымохода продукты сгорания выводятся на улицу с помощью вентилятора, а по внешней поступает воздух. Кроме того, эти котлы не сжигают кислород в помещении, не требуют дополнительного притока холодного воздуха в здание с улицы для поддержания процесса горения, позволяют снизить капиталовложения при установке, т.к. не нужно изготавливать дорогостоящий традиционный дымоход. Подавляющее большинство моделей с принудительным отводом продуктов сгорания - настенные. Но есть и редкие исключения. Напольные котлы, которые могут обойтись без традиционного дымохода, выпускает итальянская фирма BAXI.

Газовые котлы могут быть одноступенчатыми (работают только на одном уровне мощности) и двухступенчатыми (2 уровня мощности), а также с модуляцией (плавным регулированием) мощности. Т.к. полная мощность котла требуется примерно 15% отопительного сезона, а 85% времени она является излишней, то понятно, что экономичнее использовать котел с двумя уровнями мощности или модуляцией мощности. Основными плюсами двухступенчатого котла являются:

1. увеличение срока эксплуатации котла, за счет снижение частоты включений/выключений горелки примерно на 70%,
2. работа на 1-ой ступени с пониженной мощностью и снижение количества включений/выключений горелки позволяет экономить газ, а, следовательно, и деньги.
3. меньшее количество дымовых газов и меньшее количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.
4. двухступенчатый котел расширяет возможности по использованию совместно с ним бойлеров различной емкости.

Еще больший эффект достигается при использование котла с модуляцией мощности.

Хочется остановиться еще на одном, важном для российских условий, вопросе - зависимости автоматики котла от наличия электроэнергии. В нашей стране нередки случаи возникновения проблем с электричеством - где-то оно подается с перебоями, а в отдельных местах отсутствует совсем. Большинство российских газовых котлов с атмосферными горелками работают независимо от наличия электропитания. Что касается импортных котлов, то понятно, что подобные проблемы в западных странах отсутствуют, и часто возникает вопрос, а существуют ли хорошие импортные газовые котлы, работающие автономно от электроэнергии? Да существуют. Такая автономность может быть достигнута двумя способами. Первый - максимально упростить систему управления котлом и за счет практически полного отсутствия автоматики добиться независимости от электричества (это относится и к отечественным котлам). В таком случае котел может поддерживать только заданную температуру теплоносителя, и не будет ориентироваться на температуру воздуха в вашем помещении. Второй способ, более прогрессивный - с использованием теплогенератора, который из тепла вырабатывает электричество необходимое для работы автоматики котла. Эти котлы можно использовать с выносными комнатными термостатами, которые будут управлять котлом, и поддерживать заданную вами температуру в помещении (такие котлы, например, выпускаются чешской фирмой DAKON).

Представительство фирм, предлагающих газовые котлы очень велико. Только перечисление наиболее известных на российском рынке марок займет достаточно много места: Ariston, BAXI, Beretta, Biasi (все Италия),BOSCH (Германия), Buderus (Германия), CHAPPEE (Франция), CTC (Швеция), DAKON (Чехия), De Dietrich (Франция), Ferroli, Fondital (Италия), Frisquet (Франция), Kiturami (Южная Корея),Mora (Чехия), Protherm (Словакия), Rinnai (Япония), Roca (Испания), Saunier Duval (Франция),Vaillant (Германия), Viadrus (Чехия), Viessmann, WOLF (Германия), жуковские - АОГВ, АКГВ, подольские "ЗИОСАБ" и др.

Электрические котлы

Распространение этого типа отопительных котлов ограничивается тремя основными причинами:

1. 1) далеко не на всех участках есть возможность выделить несколько десятков киловатт электроэнергии (1 кВт энергии требуется для отопления примерно 10 м² хорошо утепленного здания с высотой потолков до 3 м),
2. 2) относительно высокая стоимость электроэнергии,
3. 3) перебои с электроснабжением.

Зато если вышеописанных проблем нет, то использование электрокотлов имеет широчайших перечень преимуществ, среди которых:

1. невысокая цена,
2. простота монтажа,
3. легкие и компактные, можно вешать на стену, как следствие - экономия места,
4. безопасность (нет открытого пламени),
5. простота в эксплуатации,
6. не требуют отдельного помещения (котельной),
7. не требуют монтажа дымохода,
8. не требуют особого ухода,
9. бесшумны,
10. экологичны, нет вредных выбросов и посторонних запахов.

Стоит отметить, что при установке в больших городах с жесткими экологическими нормами и проблемами согласования, электрокотлы часто выигрывают у всех остальных типов котлов (включая газовые).

Несколько слов об устройстве и комплектации электрических котлов. Как уже говорилось выше, электрический котел - достаточно простое устройство. Основными его элементами являются теплообменник, состоящий из бака с укрепленными в нем электронагревателями (ТЭНами), и блока управления и регулирования. Электрические котлы некоторых фирм поставляются уже укомплектованными циркуляционным насосом, расширительным баком, предохранительным клапаном и фильтром.

Важно отметить, что электрокотлы небольшой мощности бывают в двух разных исполнениях - однофазные (220 В) и трехфазные (380 В). Котлы мощностью более 12 кВт обычно производятся только трехфазными.

Подавляющее большинство электрических котлов мощностью более 6 кВт выпускается многоступенчатыми, что позволяет рационально использовать электроэнергию и не включать котел на полную мощность в переходные периоды - весной и осенью.

При выборе электрического котла, будут полезны следующие таблицы с ориентировочными значениями сечения кабеля для электроподключения котла (таблица №1) и значений токов предохранительных автоматов в зависимости от мощности котла (таблица №2)

Таблица №1

Таблица №2

Из наиболее заметных зарубежных производителей электрокотлов стоит назвать ACV (Бельгия), DAKON (Чехия), Eleko и Protherm (Словакия), BOSCH и Wespe Heizung (Германия), Kospel (Польша), Roca (Испания).
Из российских производителей, пожалуй, больше других известны электрокотлы "РусНИТ" (Рязань), "ЭПО" ("ЭВАН", Нижний Новгород), "ЕРМАК" (Кимры).

Жидкотопливные котлы (котлы со сменными горелками)

Сразу хочется отметить, что, установив котел с горелкой, работающей на жидком топливе можно обеспечить практически полную автономность отопления дома от внешних источников. Во-первых, отсутствует зависимость от подачи газа. Во-вторых, при установке дополнительно к жидкотопливному котлу еще и автономного источника электропитания (для обеспечения нормальной работы автоматики котла, горелки, насосов), то не будет зависимости и от подачи электроэнергии. Единственное, что понадобится от "внешнего мира" - это подвоз дизельного топлива.

Кроме того, котлы со сменными горелками удобны в ситуации, когда газа около дома, который требуется отопить пока нет, но известно, что он появится в обозримом будущем. В этом случае первое время можно использовать жидкотопливную горелку, а с появлением магистрального газа установить газовую.
При этом стоит заметить, что наддувная горелка - вещь сложная и дорогая. Так средняя стоимость газовой горелки мощностью около 50 кВт превосходит 1000 евро, что соизмеримо со стоимостью многих газовых котлов со встроенной атмосферной горелкой. Столь высокая цена газовой наддувной горелки объясняется тем, что это технически сложное устройство, обеспечивающее высокий КПД (около 94%).

Часто возникает вопрос, как рассчитать расход жидкого топлива. Ориентировочно этот расход (при работе котла на полную мощность) можно рассчитать по очень простой формуле:

Расход топлива (л/час) = мощность горелки (кВт) х 0,1.

При использовании жидкотопливного котла понадобится емкость для хранения топлива. На российском рынке представлены пластиковые и стальные баки как российских, так и зарубежных производителей и стоят они обычно в пределах 250 - 500 евро (в зависимости от объема, материала и производителя). К наиболее заметным производителям баков для жидкого топлива можно отнести: "Анион" (Россия, пластиковые), "Kautex" (Германия, пластиковые), "Kiturami" (Южная Корея, металлические).

Если говорить о конкретных производителях котлов, способных работать на жидком топливе, то их список почти полностью совпадет с приведенным выше перечнем производителей котлов газовых.

Твердотопливные котлы

Топливом для твердотопливных котлов могут быть дрова (дерево), бурый или каменный уголь, кокс. Существуют как "всеядные" модели, которые могут работать на всех вышеуказанных видах топлива, так и работающие на некоторых из них, но имеющие при этом больший КПД.

Условно все котлы, использующие твердое топливо, можно разделить на две группы:

1. традиционные твердотопливные котлы,
2. твердотопливные котлы с пиролизным сжиганием древесины,

Говоря о традиционных твердотопливных котлах, стоит иметь в виду, что существуют варианты, сочетающие в себе основное достоинство моделей существующих уже много лет - независимость от электроэнергии и способные при этом автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя на выходе из котла. Автоматическое поддержание температуры осуществляется следующим образом. На котле установлен датчик, отслеживающий температуру теплоносителя. Этот датчик механически соединен с заслонкой. В случае, если температура теплоносителя становится выше заданной, то заслонка автоматически прикрывается и процесс горения замедляется. Когда температура понижается, то заслонка приоткрывается. Еще раз хочется подчеркнуть, что данное устройство не требует подключения к электрической сети

При выборе и покупке твердотопливного котла пригодится таблица с ориентировочной высотой дымовой трубы в зависимости от ее внутренних размеров и мощности котла.

Естественно, что требуемые параметры дымовой трубы зависят от типа котла и его мощности и для окончательного определения сечения и высоты дымохода надо следовать руководствам по обслуживанию конкретных котлов.
Рассказывая о твердотопливных котлах, нельзя не упомянуть об устройствах с пиролизным сжиганием древесины. Главные достоинства этих котлов - значительно более высокий КПД (до 85 %) и простота регулирования мощности. Основным отличием котлов с пиролизным сжиганием является то, что в них горят не только сами дрова, но и древесный газ выделяющийся из них под воздействием высокой температуры. Во время такого сжигания не образуется сажа и появляется минимальное количество золы.
В котлах с пиролизным сжиганием древесный газ, возникающий благодаря высокой температуре в бункере топлива, проходит через специальную форсунку и горит очень чистым пламенем желтого или даже почти белого цвета.
К недостаткам пиролизных котлов можно отнести необходимость электропитания и более высокую, по сравнению с традиционными твердотопливными котлами, цену.

Среди производителей котлов с пиролизным сжиганием древесины стоит упомянуть чешские фирмы ATMOS и DAKON, а также немецкую OLYMP.

Существуют и котлы способные работать на нескольких видах топлива. Пожалуй, самый распространенный вариант универсальных котлов - с камерой для сжигания твердого топлива и имеющие возможность установки навесных горелок на газ и жидкое топливо.
Из зарубежных производителей, выпускающих котлы на трех видах топлива (газ, жидкое и твердое топливо) можно назвать DAKON и VIADRUS (Чехия), DEMIR DOKUM (Турция), ROCA (Испания), JAMA (Финляндия). Стоит заметить, что котел фирмы JAMA - двухконтурный (в его конструкции имеется змеевик для обеспечения горячего водоснабжения).
Бывают и котлы со сменными горелками для работы на газе и жидком топливе и, кроме того, имеющие встроенный электрический ТЭН для работы от электроэнергии (такие модели есть в ассортименте шведской фирмы CTC).
Встречаются и котлы, работающие на твердом, газообразном (или жидком топливе) и оборудованные встроенным ТЭНом. Т.е. эти модели могут работать на всех четырех основных видах топлива. Такие котлы выпускают шведская фирма CTC, финская JAMA и российское ЗАО "ЗИОСАБ".

В завершении статьи еще раз хочется подчеркнуть, что создание качественной системы отопления дело сложное и ответственное. Не стоит доверять эту работу фирмам и людям недостаточно квалифицированным, даже если расценки крупных профессиональных фирм покажутся на первый взгляд слишком высокими. Лучше один раз оплатить хорошо сделанный проект и монтаж, чем оказаться в холодном коттедже зимой.