Достоинства и недостатки системы отопления закрытого типа

Прежде всего, не происходит испарения теплоносителя. Это дает одно важное преимущество – можно использовать в этом качестве не только воду, но и антифриз. Стало быть, устраняется возможность промерзания системы при вынужденных перерывах в ее эксплуатации, например, при необходимости оставить дом на длительный срок в зимнее время.
Компенсационный бак можно расположить практически в любой точке системы. Обычно для нег предусматривают место прямо в котельной, в непосредственной близости от нагревательного прибора. Эта обеспечивает компактность системы. Расширительный бачок открытого типа нередко располагают в самой высокой точке – на неотапливаемом чердаке, что потребует обязательной его термоизоляции. В системе закрытого типа подобной проблемы не существует.
Принудительная циркуляция в системе закрытого типа гораздо быстрее обеспечивает прогрев помещений с момента запуска котла. Нет ненужных потерь тепловой энергии в районе расширительного бачка.
Система отличается гибкостью – можно регулировать температуру нагрева в каждом конкретном помещении, выборочно отключать некоторые участки общего контура.
Нет столь существенной разницы в температуре теплоносителя на входе и выходе – а это значительно повышает сроки безаварийной эксплуатации оборудования.
Для разводки отопления можно применять трубы гораздо меньшего диаметра, нежели в открытой системе с естественной циркуляцией без какой бы то ни было потери эффективности обогрева. А это – и существенное облегчение монтажных работ, и значительная экономия материальных средств.
Система герметична, и при правильном ее заполнении и нормальной работе клапанной системы в ней просто не должно быть воздуха. Это исключит появление воздушных пробок в трубопроводах и радиаторах. Кроме того, отсутствие доступа кислорода, содержащегося в воздухе, не дает активно развиваться коррозионным процессам.
Система обладает высокой универсальностью: кроме обычных радиаторов отопления к ней можно подключать водяные «теплые полы» или же скрытые в поверхности пола конвекторы. К такой системе отопления легко подключается контур подогрева воды для бытовых нужд – через бойлер косвенного нагрева.
Недостатков у закрытой системы отопления немного:
Расширительный компенсационный бак должен иметь объем больше, чем при открытой системе – это обусловлено особенностью его внутренней конструкции.
Потребуется обязательная установка так называемой «группы безопасности» – системы предохранительных клапанов.
Корректная работа закрытой системы отопления с принудительной циркуляцией зависит от непрерывности подачи электроэнергии. Можно, конечно, предусмотреть, как и при открытом типе, переключение на естественную циркуляцию, но это уже потребует совсем иного расположения труб, что может свести ряд основных преимуществ системы к нулю (например, полностью исключается использование «теплых полов»). Кроме того, резко снизится и эффективность обогрева. Поэтому естественная циркуляция если и может рассматриваться, то лишь как «аварийная», но чаще всего закрытую систему планируют и монтируют именно под использование циркуляционного насоса.
Основные элементы системы отопления закрытого типа
Итак, в состав общей системы отопления закрытого типа для частного дома входят:
— отопительный прибор – котел;
— циркуляционный насос;
— система разводки труб для передачи теплоносителя;
— расширительный компенсационный бак герметичного типа;
— радиаторы отопления, установленные в помещениях дома, либо другие устройства теплопередачи («теплые полы» или конвекторы);
— группа безопасности – система клапанов и воздухоотводчиков;
— необходимая запорная арматура;
— в некоторых случаях – дополнительные устройства автоматического контроля и управления, оптимизирующие работу системы.
Отопительный котел
Самыми распространенными являются газовые котлы. Если к дому проведена газовая магистраль или есть реальная возможность ее проложить, то большинство хозяев безальтернативно отдают предпочтение именно такому способу нагрева теплоносителя.
Газовые котлы отличает высокий КПД, простота эксплуатации, надежность и экономичность в плане оплаты энергоносителя. Недостатком их является необходимость согласования проекта установки с соответствующими организациями, так как к такой системе отопления предъявляются совершенно особые требования обеспечения безопасности.
Разнообразие газовых котлов очень велико – можно подобрать напольную или настенную модель, с одним или двумя контурами, простую в устройстве или же насыщенную электроникой, требующую подключения к стационарному дымоходу или снабженную коаксиальной системой отвода продуктов сгорания.
Электрические котлы. Их обычно устанавливают в тех условиях, когда газоснабжение дома по каким-либо причинам невозможно. Согласования подобная установка не потребует- главное, чтобы были соблюдены требования электробезопасности и соответствия мощности котла возможностям электрической сети. Подобные отопительные приборы отличает компактность, простота и удобство регулировок.
За системами отопления с электрическими котлами твёрдо установилась репутация «неэкономичных» из-за достаточного высокой стоимости электроэнергии. Это справедливо лишь отчасти – современные электрические отопительные приборы, благодаря новым технологиям нагрева воды, имеют очень высокий КПД, и при надежном утеплении дома не должны слишком обременять бюджет.
Кроме знакомых всем котлов с ТЭНами (которые и правда не слишком экономичны), активно применяются современные разработки.
Например, широкое распространение получают электродные котлы, в которых нагрев осуществляется за счет протекания переменного тока непосредственно через теплоноситель (правда, здесь потребуется специально подобранный химический состав воды в системе). Сами по себе такие котлы недороги, но есть определённые проблемы с регулировкой.
Другой вариант – котлы индукционного типа действия, в которых нагревательными элементами выступают все металлические поверхности конструкции, на которые наводятся индукционные токи Фуко. КПД таких установок стремится к 100%, а блоки автоматики позволяют легко настроить систему в нужный режим работы, обеспечивающий максимальную экономичность. Так что современный электрический тип отопительной закрытой системы – достойная альтернатива газовой, причем по многим параметрам – даже имеющая преимущества.
Котлы на твёрдом топливе тоже нельзя сбрасывать со счетов. В некоторых регионах это даже будет оптимальным вариантом организации системы отопления – например, при отсутствии газового снабжения и нестабильности электропитания.
Эти отопительные приборы – вовсе не те старые «буржуйки», а современные установки, устройство которых позволяет минимизировать вмешательство человека в их работу. Так, многие котлы длительного горения с пиролизным дожигом способны на одной закладке дров обеспечивать работу отопительной системы в течение 10 – 15 часов, а у некоторых моделей этот показатель доходит даже до суток. Многие котлы снабжены системой электронного контроля и управления режимами работы.
Так что, если в местности проживания нет никаких проблем с заготовкой необходимых запасов дров или другого твёрдого топлива, то это может стать оптимальным решением.
Рачительный хозяин в определенных обстоятельствах может продумать вопрос установки и комбинированного котла, например, «дрова – газ», «дрова – электричество», «электричество – газ», обеспечивая тем самым универсальность своей системы отопления.
Универсальность системе отопления придаст комбинированный котел, работающий на разных видах топлива
Универсальность системе отопления придаст комбинированный котел, работающий на разных видах топлива
Какой бы котел ни выбирался, необходимо правильно просчитать его мощность. По большому счету, это должен проводить специалист, с учетом характеристик конкретного дома, его теплопотерь, зависящих от количества и площади окон и дверей, материала и толщины стен здания, климатических условий местности и других факторов. Далеко не всегда, правда, хозяева прибегают к помощи профессионалов, ориентируясь на упрощенные схемы расчета.
С некоторым допущением, для условий средней полосы России, при условии качественной термоизоляции строения, можно приять величину 1 кВт на 10 м? отапливаемой площади, если высота потолков в пределах 2,5 ? 3 м. Так, для дома общей площадью 150 м? потребуется котел мощностью не менее 15 кВт.
Циркуляционный насос
Главная задача этого прибора – обеспечить устойчивую циркуляцию теплоносителя по всему контуру отопления, включая проложенные участки труб и радиаторы. Значит, неизбежно встает проблема правильности подбора необходимого насоса, чтобы он в полной мере справился со своей функцией. Это определяется вовсе не диаметром трубы, под которую он рассчитан, а показателями производительности и создаваемого водяного напора.
1. Первый параметр – производительность. Насос должен быть способен перекачивать определенное количество жидкости в единицу времени, а стало быть – перенести необходимое количество тепла вместе с теплоносителем по помещениям дома. Как рассчитать требуемую величину.
Упрощенно формула выглядит так:
Q = P / (t * 1,16)
Q – требуемая производительность насоса;
P – общая мощность отопительной системы, упрощённый расчёт которой упомянут выше, в разделе о котлах;
t — разница температур теплоносителя на входе и выходе их системы. Для систем закрытого типа обычно принимается 20 градусов, в случае использование радиаторов. Для теплого пола эта величина составляет 5 градусов, а для скрытых конвекторов – 10.
1,16 – показатель теплоемкости воды. Если применяется другая жидкость, то ее теплоемкость несложно найти в справочниках.
Возьмем тот же пример, с домом площадью 150 м? и котлом 15 кВт, в отопительной системе которого используются радиаторы.
G = 150000 / ( 20 ? 1,16 ) 646 кг/час
Плотность воды при температуре в районе 80? С – 972 кг/м?. Итак, потребуется производительность:
646 / 972 ? 0,66 м?/час
Стало быть, приобретаемый насос должен иметь производительность не ниже расчетной.
2. Вторая важная величина – создаваемый насосом напор воды. Он должен обеспечивать нормальный ток жидкости на любом участке системы.
Рассчитать требуемый напор, с некоторым упрощением, можно по следующей формуле:
H = R * L * Zf
H – требуемый для системы создаваемый насосом напор воды.
R – сопротивление прямого участка трубы (Па/м). Для обычного одноэтажного дома можно принять равным 100 ? 150 Па/м.
L – общая длина трубопровода, с учетом, в том числе, и труб «обратки».
Zf – поправочный коэффициент на повышение сопротивления в фитингах, кранах и т.п. При использовании шаровых кранов и стандартных фитингов можно принять за 1,3. Если в схеме используются термостатические регуляторы, то коэффициент возрастает до 1,7.
Проводим расчет для системы отопления с обычными шаровыми кранами и общей длиной труб 80 м:
H = 150 * 80 * 1,3 = 15600 Па
Так как обычно эта величина в паспортах изделий указывается в метрах водяного столба, переводим из расчета 1 м ? 10000 Па. В итоге получаем, что минимальный необходимый напор насоса должен быть 1,56 метра водяного столба.
Практика показывает, что все потери давления учесть достаточно сложно, поэтому рекомендуется при приобретении насоса выбирать модель с резервом в пределах 10 ? 15 %.
Расширительный бак
Главная особенность системы отопления закрытого типа – наличие специального герметичного расширительного бака. Смысл его работы прост – нагрев воды сопровождается ее расширением. Так как жидкость является несжимаемой субстанцией, ей необходим дополнительный объем для компенсации расширения.
Бак состоит из двух камер – водяной и воздушной, которые разделяет непроницаемая эластичная мембрана. Давление в воздушной камере изначально выставляется таким образом, чтобы при заполненной системе создавался определенный резерв воды и достигалось гидростатическое равновесие. При повышении температуры теплоносителя и его расширении, излишки жидкости начинают продавливать мембрану, уменьшая объем воздушной камеры и, стало быть, повышая в ней давление. При снижении температуры происходит обратный процесс – давление газа вытесняет жидкость обратно в трубы. Таким образом, при правильно настроенном баке в любой момент времени соблюдается равновесие всей системы.
Расширительные баки выпускаются различного объема. Какой требуется для конкретной системы – это зависит нескольких параметров. Методика расчета, которой пользуются специалисты, достаточно сложна, но она обычно применяется только лишь в случаях очень сложной системы отопления с несколькими контурами и разветвлениями. В условиях среднестатистического дома с не слишком сложной разводкой можно принять усредненные значения:
Объёмное расширение воды при ее нагреве от 20 до 80 ? составит порядка 4 – 5%;
Необходимый резерв теплоносителя можно создать примерно в тех же объемах;
Итого, получаем 10% от общего объема заполнения всей системы.
Имея примерный проект с указанным объемом котла, количеством и типом радиаторов, протяженностью всех трубопроводов, несложно найти общий объем теплоносителя, и из него вывести и требуемый размер расширительного бачка. Например, для отопительной системы объемом 200 л потребуется 20-литровый бачок.
Можно подойти к делу и более ответственно, проведя расчет с использованием формул.
Vб = Vс * k / D
где:
Vб –рабочий объем расширительного бачка;
Vс – общий объем теплоносителя в системе отопления;
k – коэффициент объемного расширения теплоносителя при нагреве (см. таблицу)
Зависимость коэффициента термического расширения теплоносителя от температуры и концентрации антифризных присадок:
Температура нагрева теплоносителя, °С Содержание гликоля, % от общего объема
0 10 20 30 40 50 70 90
0 0.00013 0.0032 0.0064 0.0096 0.0128 0.016 0.0224 0.0288
10 0.00027 0.0034 0.0066 0.0098 0.013 0.0162 0.0226 0.029
20 0.00177 0.0048 0.008 0.0112 0.0144 0.0176 0.024 0.0304
30 0.00435 0.0074 0.0106 0.0138 0.017 0.0202 0.0266 0.033
40 0.0078 0.0109 0.0141 0.0173 0.0205 0.0237 0.0301 0.0365
50 0.0121 0.0151 0.0183 0.0215 0.0247 0.0279 0.0343 0.0407
60 0.0171 0.0201 0.0232 0.0263 0.0294 0.0325 0.0387 0.0449
70 0.0227 0.0258 0.0288 0.0318 0.0348 0.0378 0.0438 0.0498
80 0.029 0.032 0.0349 0.0378 0.0407 0.0436 0.0494 0.0552
90 0.0359 0.0389 0.0417 0.0445 0.0473 0.0501 0.0557 0.0613
100 0.0434 0.0465 0.0491 0.0517 0.0543 0.0569 0.0621 0.0729
D – коэффициент эффективности расширительного бака.
Общий объем системы (Vс) можно в данном случае без большой погрешности взять, как 15 литров на киловатт мощности:
Значение D (показателя эффективности расширительного бачка) рассчитывается по отдельной формуле:
D = (Qm – Qб) / (Qm + 1)
где:
Qm — максимально допустимое давление в системе отопления. На него рассчитано срабатывание клапана группы безопасности
Qб — давление предварительной накачки воздушной камеры расширительного бака – заводские установки либо при самостоятельной закачке (обычно советуют 1,0 – 1,5 атмосферы).
Радиаторы отопления
Эффективность работы всей системы отопления зависит и от правильности выбора и установки радиаторов – именно эти приборы осуществляют непосредственную передачу тепловой энергии от циркулирующего теплоносителя в помещения дома.
Существует несколько видов радиаторов, каждый из которых обладает своим набором достоинств и недостатков:
Чугунные батареи отопления несмотря на свой солидный «возраст» остаются весьма востребованы и в наши дни. Они подходят для любых систем отопления, обладают хорошей теплоотдачей, однако чрезмерно массивны и не всегда хорошо вписываются в интерьер помещения. Существуют и определенные сложности с точной регулировкой системы из-за высокой тепловой инертности чугунных радиаторов.
Стальные радиаторы отличает невысокая цена и разнообразие внешнего оформления – они бывают панельными или трубчатыми. Главные недостатки – подверженность коррозии и малая теплоемкость из-за тонких стенок.