Схеми опалювальних систем із одним котлом
Для початку розглянемо систему опалення на основі популярних двоконтурних настінних котлів потужністю до 35 кВт, в яких другий контур спрямований на забезпечення гарячого водопостачання. У цих котлах передбачено чотири патрубки: два з яких приєднуються до системи опалення, а два інших на гаряче водопостачання. У котлі є свій циркуляційний насос та розширювальний бак і здавалося б, що досить просто змонтувати котел на стіну, підвести до нього газ, приєднати труби водопроводу, гарячого водопостачання та опалення, і можна запускати систему. І це справді так, але лише за наявності одного опалювального контуру, наприклад, радіаторного. Але що потрібно зробити, якщо крім опалювального контуру в будинку ще хочеться мати «теплі підлоги», благо потужність котла дозволяє?
Температура теплоносія в системі опалення та системі «теплої підлоги» різна, тому просто приєднати дві різні системи опалення за допомогою трійників до патрубка подачі з котла можна, але потрібно вигадувати схему вирівнювання перепадів тисків у двох різних кільцях опалення. В принципі, це не так складно, але не володіючи інженерними знаннями в галузі теплотехніки, можна зробити простіше — використовувати систему первинно-вторинних кілець з гідроколектором, який у цьому випадку виступає ще й як гідровирівнювач тиску. Цей прийом широко відомий у теплотехніці, такий вирівнювач називають "стрілкою". "Стрілка" забезпечує постійну витрату теплоносія через котел, що сприятливо позначається на його довгостроковій роботі.
Беремо готовий гідроколектор, наприклад, «елемент-мікро» від фірми «Гідромонтаж» і приєднуємо його до котла, а на вихідні патрубки «саджаємо» радіаторну систему опалення та систему «теплої підлоги» (рис. 54). Ось і вся обв'язка казана.
Мал. 54. Схема обв'язування настінного котла
При необхідності влаштування кількох контурів «теплих підлог» до гідроколектора приєднується ще й звичайний колектор (мал. 55), головне, щоб сумарна витрата теплоносія у вторинних кільцях не перевищувала витрати в котлі. Іншими словами, котел може видати повну потужність своїм насосом, обертаючи гарячу воду по первинному кільцю (за гідроколектором та власним контуром), а споживачі (вторинні кільця) не повинні відкачувати з гідроколектора більше гарячої води, ніж він може дати. В іншому випадку вода в контурах, звичайно, буде присутня, але котел не встигне її нагріти. Розрахунок потужності вторинних кілець проводиться за обсягом теплоносія, завданням швидкості руху теплоносія в опалювальних контурах, підбором довжини та внутрішнього діаметра труб. Сума всіх обсягів теплоносія, що протікає по вторинних кільцях за одну годину, не повинна перевищувати об'єм теплоносія, що видається котлом за ту саму годину.
Мал. 55. Збільшення кількості споживачів на обв'язку настінного котла
Якщо використовується простіше котел, наприклад, підлоговий, в якому немає контуру гарячого водопостачання, розширювального бака, автоматичного повітровідвідника і циркуляційного насоса, то в схему опалення повинні бути включені ці прилади (рис. 56).
Мал. 56. Система опалення з вертикальним гідроколектором
При збільшенні числа споживачів і ця схема може бути змінена включенням до її ланцюга звичайних колекторів (рис. 57). Зверніть увагу, що і в цьому випадку, як у випадку зі схемою, зображеною на малюнку 55, кількість вторинних кілець не було збільшено, воно залишилося незмінним. Одне з вторинних кілець було замінено на двухтрубную колекторну систему. Саме таке поєднання систем опалення зпервинно-вторинними кільцями та звичайними системами опалення (колекторними, дво- або однотрубними) і називається комбінованою системою опалення.
Мал. 57. Система опалення з вертикальним гідроколектором зі збільшенням кількості споживачів
Як працюватимуть комбіновані системи? Припустимо, що у вторинних кільцях чотири- або триходові змішувачі знаходяться в закритому положенні, тобто вторинні кільця не надсилають запиту на теплоносій. У цьому випадку теплоносій нагрівається в котлі і спонукає циркуляційним насосом «крутиться» в первинному кільці - гідроколекторі. Вода надходить у казан приблизно тієї ж температури, що й вийшла з нього. Це дуже добре впливає на роботу котла: немає термічного удару, немає великого перепаду тиску. Всі сучасні котли забезпечуються автоматикою, що вимірює температуру теплоносія на подачі, тому що вода приходить в гарячий котел, то підігрівати її майже не треба. Автоматика наказує на пальник котла і він знижує висоту полум'я або зовсім вимикає пальник. Котел працює в економічному режимі. Далі, теплоносій, що циркулює по вторинному кільцю, остигає і змішувач відкривається - була команда на запит тепла. Циркуляційний насос вторинного кільця через змішувач починає відкачувати гарячу воду з гідроколектора та скидати в нього охолоджену. Зворот, змішуючись із водою в гідроколекторі, надходить у котел. Датчик температури на котлі фіксує зниження температури і відразу підвищує полум'я пальника. Таким чином, чим більше буде запитів на тепло з боку вторинних кілець, тим сильніше котел нагріватиме воду і, навпаки, за відсутності запитів на тепло — котел переходить в економічний режим, аж до повного відключення пальника.
Для підлогових казанів потужністю до 50кВт можна використовувати гідроколектор «Компакт» фірми «Гідромонтаж», змонтований на спеціальному сталевому модулі, який прикріплюють до стіни та підлоги (рис. 58). У цій схемі використовується «подовжується» первинне кільце з м'яким пріоритетом гарячого водонагрівання. Коли бойлер наповнений гарячою водою, чотириходовий змішувач знаходиться в закритому положенні, теплоносій, який підганяє циркуляційний насос первинного кільця, протікає по обох секціях гідроколектора і повертається в котел. При включенні водорозбору гарячої води бойлер посилає запит на тепло і змішувач відкривається, таким чином первинне кільце як би подовжується і вже включає бойлер. Автоматика бойлера налаштована таким чином, що дозволяє настроювати водопідігрів на «жорсткий», «м'який» та «паралельний» режим. Іншими словами, при «подовженні» первинного кільця бойлер може мати пріоритет над іншими споживачами тепла або працювати з ними паралельно.
Мал. 58. Система опалення з горизонтальним гідроколектором. Модуль «ГідроЛОГО-Компакт» із встановленою системою автоматики та насосно-змішувальними групами
Як і попередні схеми, опалювальна система на гідроколекторах "компакт" може бути розширена для підключення додаткових споживачів (рис. 59). Для цього до гідроколектора можуть бути приєднані спеціальні вставки або звичайні колектори за двотрубною схемою. При необхідності стандартна схема може бути не розширена, а навпаки, зменшена.
Мал. 59. Нарощування та вкорочування системи опалення на гідроколекторах «ГідроЛОГО-Компакт»
Погодьтеся, що схемою, розрахованою на потужність котла до 50 кВт, здатною опалити будинок площею до 500 м², скористаються не всі. Однак необхідно пояснити, що гідроколектори, розраховані на таку потужність,можна застосовувати на менших теплових навантаженнях. Але ще раз повторимося, що купівлі гідроколекторів необхідно порівнювати їх живий переріз з витратою теплоносія від котла, так щоб швидкість руху води колектором була в нормованих межах. Для слабких котлів колектор має бути обраний поменше, для потужних – побільше. Наприклад, для котла продуктивністю 30 кВт витрата теплоносія становить 1,8 м³/год (30 л/хв), якщо прийняти швидкість руху теплоносія по колектору 0,3 м/с, живий переріз колектора повинен становити: fжс = Q/(3600 ×V) = 1,8/(3600×0,3) = (м³/год)/(м/с) = 1,8×(100³ см³/год)/3600×0,3×(100 см/с ) = 1800000/108000 = (см³/с)/(см/с) = 16 см², це може бути короб з розмірами 2×8 або, наприклад, 3×5,5 см. Якщо колектор такого ж перерізу прийняти для котла потужністю 50 кВт, то швидкість руху рідини в ньому складе (обчислення пропустимо) 5,2 м/с, тобто перерізу даного колектора обмаль і він повинен бути збільшений. Але якщо потужність котла буде меншою, наприклад, 15 кВт, то швидкість руху теплоносія в колекторі складе 0,26 м/с, що відповідає нормам – цей гідроколектор придатний для котла даної потужності.
Мал. 60. Система опалення з горизонтальним гідроколектором. Модуль «ГідроЛОГО–Компроміс» із встановленою системою автоматики та насосно-змішувальними групами
У опалювальних системах потужністю понад 50 кВт у схему (рис. 60) трубного розведення обов'язково встановлюється вирівнювач тиску (інші назви: гідророзділювач або «стрілка»). У цій схемі первинне кільце складається з контуру котла та гідровирівнювача, у якому циркулює теплоносій під дією насоса котла. Гідровирівнювач (рис. 61 забезпечує безперешкодну гарантовану циркуляцію через котел, а також гальмування потоку тазменшення перепаду тиску між прямою та зворотною магістралями колектора. При запиті тепла від споживачів теплоносій циркулює через котел, гідровирівнювач, гідроколектор та відповідне кільце споживача. Відбір тепла вторинними кільцями відбувається із верхньої камери колектора.
Мал. 61. Гідровирівнювач
Для потужних опалювальних систем з котлами від 50 кВт застосовуються гідровирівнювачі з сітками, що розділяють, і магнітними пластинками. Гарячий теплоносій від труби котла, що подає первинний циркуляційний насос, затікає в гідровирівнювач і, стикаючись з перегородкою, потрапляє у верхню частину корпусу. Тут знаходиться ще одна перегородка, що сепарує теплоносій, відокремлюючи від нього повітря. Далі гаряча вода поєднується з охолодженою, що прийшла від споживачів, і подається в систему опалення. Теплоносій, що прийшов із системи опалення, стикається з магнітними пластинами, які притягують до себе частинки металу і служать гальмом для охолодженої води, тут вода пригальмовує свою течію і скидає в осад шлам. Тут же відбувається і підмішування до охолодженої води звороту гарячої води від подачі котла - підігрітий теплоносій звороту потрапляє в котел. Таким чином, гідровирівнювач одночасно служить сепаратором повітря, змішувачем, гальмом та відстійником.
Для слабких систем опалення, до 50 кВт, застосовується гідровирівнювач не менш функціональний, але простіший конструкції. Це зазвичай ємність прямокутної форми з площею живого перерізу, що забезпечує зниження швидкості теплоносія від 0,2 до 0,4 м/с. Завдяки низькій швидкості з теплоносія випадає шлам і осідає на дні гідровирівнювача і вивільняється повітря, яке стравлюється автоматичними відвідниками повітря. зацентру гідровирівнювача (у камері змішування) встановлюються 1-3 перфоровані перегородки, без герметичного проварювання по периметру. Якщо розрізати такий гідровирівнювач, він дуже сильно нагадує автомобільний глушник, та й працює, приблизно, також.
Однією з найбільш популярних конструкцій на основі гідроколекторів є схема на двох півкільцях (рис. 62), що є розвитком схеми, зображеної на малюнку 56. Система опалення на двох півкільцях дозволяє розширити кількість споживачів (вторинних кілець), але за умови, що навантаження на півкільцях будуть приблизно однаковими. Схема застосовується з котлами будь-яких потужностей, якщо одного котла мало, можна включити в схему другий котел.
Мал. 62. Схема опалення з двох напівкілець
Включенням у схему опалення двох і більше котлів можна переслідувати мету не лише нарощування опалювальної потужності, а й зниження енергоспоживання. Замість одного котла потужністю 55 кВт можна встановити два котли, наприклад, по 25 і 30 кВт або три котли: два по 20 кВт і один — 15 кВт. Тоді будь-якого дня в році в системі можуть працювати менш потужні котли, а при піковому навантаженні включатися всі.
Джерело: «Опалення будинку. Розрахунок та монтаж систем » 2011. Савельєв А.А.