Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Тема этой статьи — проектирование отопления. Нам с читателем предстоит познакомиться с методами расчета потребности дома в тепловой энергии и мощности отдельных отопительных приборов, с выбором материалов и разводки отопления, с особенностями разных источников тепла и их экономичностью.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Проект системы отопления частного дома.

Что выбираем

  1. Какие именно параметры отопления подбираются на стадии проектирования?

Вот полный перечень:

  • Источник тепла и тип котла;

Я намеренно ограничу список возможных вариантов водяным отоплением. Печи, котлы воздушного отопления и системы распределенного обогрева (например, газовые конвекторы или пленочный теплый пол в каждой комнате) требуют отдельного изучения в полностью посвященной им статье.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Монтаж пленочного теплого пола.

  • Тепловая мощность котла;
  • Тепловая мощность отдельных отопительных приборов;
  • Схема разводки и подключения радиаторов;
  • Материалы для отопления дома (трубы, батареи, запорная арматура и т.д.);

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Выбор труб — одна из проблем, которые встанут перед нами при составлении проекта.

  • Диаметр розлива и подводок.

Источник тепловой энергии

  1. По каким параметрам подбирается котел?

Их всего два:

  • Экономичность (то есть минимальная стоимость киловатт-часа тепла);
  • Удобство пользования (время автономной работы отопительного оборудования и то количество проблем, которое оно создает владельцу).

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Идеальный источник тепла не требует внимания владельца.

Экономичность

  1. Какой источник тепла обеспечивает наиболее экономичное отопление загородного дома?

Магистральный газ при использовании конденсационного газового котла.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Этот прибор использует не только теплоту сгорания газа, но и теплоту конденсации продукта сгорания — водяного пара.

Вот примерные цены на киловатт-час тепловой энергии, полученной из разных источников:

  • Природный газ — 50 копеек;
  • Дрова — 90 копеек;
  • Пеллеты (гранулы из прессованных опилок) — 1,4 рубля;
  • Уголь — 1,6 рубля;
  • Сжиженный газ из газгольдера — 2,3 рубля;
  • Сжиженный газ из баллонов — 2,8 рубля;
  • Дизельное топливо — 3,2 рубля;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Устройство дизельного котла.

  • Электроэнергия — 4 рубля.

Лазейки

Да, у электрических систем отопления наиболее высокая стоимость киловатт-часа тепла. Однако существует ряд способов ее уменьшить.

Обогрев водяным теплым полом с электрокотлом позволит заметно (на 20- 30%) сократить расходы за счет перераспределения температур в помещении. Теплее всего воздух будет на уровне пола, а вот под потолком его температура снизится до 16-20 градусов.

Отсюда — меньшие утечки тепла через перекрытие и снижение средней температуры в помещении, приводящее опять-таки к уменьшению расхода тепловой энергии через ограждающие конструкции.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Распределение температур: слева — отопление радиаторами, справа — теплый пол.

Еще большую экономию обеспечит использование теплоаккумулятора в комплекте с двухтарифным счетчиком. Вода в баке объемом в 2-3 кубометра греется ночью, когда цена киловатт-часа минимальна. Днем накопленное тепло расходуется на обогрев дома.

Наконец, наибольшую экономичность обеспечивает эксплуатация тепловых насосов. Эти приборы расходуют электроэнергию не на нагрев воздуха в доме, а на перекачку тепла от низкопотенциальных источников (грунта, воды в незамерзающих водоемах или воздуха). В результате на каждый потраченный киловатт-час электричества в отапливаемое помещение транспортируется от 2,5 до 6 киловатт тепла.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Схема работы геотермального теплового насоса.

Ахиллесова пята тепловых насосов — высокая стоимость оборудования и его монтажа. Приборы, работающие по схеме «воздух-вода», отличаются еще и привередливостью к уличной температуре: при ее снижении падает энергоэффективность (теплоотдача на киловатт электрической мощности), а при температурах ниже -25 — -30 прибор просто оказывается работать.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Воздушный тепловой насос.

Удобство

  1. Какая система отопления частного дома создает минимум проблем владельцу?

Лидирующее положение занимают все виды электрических отопительных установок. Они работают в автономном режиме неограниченное время, не требуют обслуживания, отвода продуктов сгорания и совместимы с выносными термостатами (в том числе программируемыми), что позволяет с минимальными затратами поддерживать в доме комфортный температурный режим.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

На фото — ТЭНовый электрокотел, который я использую в качестве резервного источника тепла.

Незначительно уступают им газовые котлы в сочетании с магистральным природным газом. Котел с электророзжигом тоже может неограниченно долго работать автономно, но он требует отвода продуктов сгорания.

Эта особенность привязывает расположение прибора к дымоходу, вентиляции или внешней стене дома (при использовании наддувной горелки с коаксиальным воздуховодом).

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Вывод коаксиального воздуховода газового котла.

Газовый котел, питающийся от газгольдера или баллонов, требует периодического пополнения запасов энергоносителя. Газгольдер заправляется один-два раза в год, комплект баллонов придется возить на заправку примерно раз в неделю.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Установка газгольдера во дворе коттеджа.

Дизельный котел работает до тех пор, пока в баке есть топливо. К его минусам мы отнесем неизбежный запах солярки, необходимость хранения в котельной большого объема топлива (сотен, а то и тысяч литров) и высокий уровень шума, сопровождающий работу дизельной горелки.

В хвосте нашего хит-парада уныло плетутся твердотопливные котлы. Они требуют чистки зольника и растопки раз в несколько часов.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Растопка твердотопливного котла.

Лазейки

И в этом случае есть ряд способов подтянуть позицию аутсайдера.

  • Пиролизный котел разбивает процесс горения твердого топлива на два этапа: вначале оно тлеет при ограниченном притоке воздуха, затем летучие продукты неполного сгорания дожигаются в отдельной топке. Результат — гибкая регулировка тепловой мощности без потери КПД и, как следствие, автономность в 10-12 часов;
Статья в тему:  Критерии выбора водонагревателя

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Пиролизный (газогенераторный) котел.

  • Котел верхнего горения переносит процесс пиролиза дров или угля на верхнюю поверхность закладки топлива. При такой схеме работы увеличение объема закладки топлива приводит не к росту тепловой мощности котла, а к увеличению продолжительности горения. В результате растопка требуется лишь раз в сутки, а то и того реже;

Рекорд принадлежит котлу литовской компании Stropuva (к слову, разработчику концепции верхнего горения), проработавшему на одной закладке угля 31 час.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Устройство котла верхнего горения.

  • Примерно такой же автономности можно добиться, используя классический твердотопливный котел в сочетании с теплоаккумулятором большого объема;

При охлаждении на 40 градусов 3 кубометра воды отдают 175 киловатт-часов тепла. Этого достаточно для обогрева дома площадью около 80 м2 в течение суток.

  • Наконец, пеллетный котел с бункером для топлива и его шнековой подачей в топку способен работать без обслуживания до недели.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Пеллетный котел с автоматической подачей пеллет из бункера.

Мощность котла

  1. Как выполнить тепловой расчет отопительной системы при известных параметрах отапливаемого дома?

Потребность дома в тепле рассчитывается по формуле Q=V*Dt*k/860, в которой:

  • Q — мощность котла в киловаттах;
  • V — отапливаемый объем (в м3);
  • Dt — разница между уличной температурой и температурой в помещении;
  • k — коэффициент теплопотерь, связанный с качеством утепления дома.

Последние два параметра нуждаются в комментариях.

Разница температур вычисляется как разность температуры в жилом помещении, соответствующей санитарным нормам, и температуры самой холодной пятидневки зимы.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Распределение температур самой холодной пятидневки по территории России.

Вот значения санитарных норм для жилых помещений:

Описание помещения Температура, С
Комната в середине дома, абсолютный минимум зимней температуры выше -31С 18
Комната в середине дома, абсолютный минимум зимней температуры ниже -31С 20
Угловая или торцевая комната, абсолютный минимум зимней температуры выше -31С 20
Угловая или торцевая комната, абсолютный минимум зимней температуры ниже -31С 22

Коэффициент утепления подбирается из следующего ряда:

  • Утепленный фасад, энергосберегающее остекление или тройные стеклопакеты — 0,6-0,9;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Наружное утепление фасада пенопластом.

  • Стены в 2 кирпича, окна с остеклением в две нитки — 1-1,9;
  • Стены толщиной в кирпич, окна с остеклением в одну нитку — 2-2,9;
  • Полное отсутствие утепления (холодный склад, ангар) — 3-4.

Давайте в качестве примера рассчитаем проект системы отопления для следующих условий:

  • Одноэтажный дом размером 6х8 метров с потолками высотой 3 метра расположен в Инкермане (температура самой холодной пятидневки — -11 С);
  • Толщина каменных стен — около 50 см;
  • Остекление окон — в одну нитку.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Я привел параметры вполне реального дома, стоящего прямо перед моими окнами.

Очевидно, что в небольшом по площади доме все комнаты будут угловыми или торцевыми. Поэтому внутреннюю температуру мы принимаем равной 20С.

Толщина стен и остекление окон дают коэффициент утепления 1,8 — 2,0.

Считаем: Q=6*8*3*(20 — -11)*2/860=10 КВт (с округлением до целого значения).

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Наш выбор — 10-киловаттный котел.

Размер и мощность отопительного прибора

  1. Как рассчитать количество секций для радиаторного отопления отдельной комнаты?

Расчет тепловой мощности для отдельного помещения выполняется так же, как для дома в целом.

При этом следует учитывать дополнительную нагрузку в виде помещений без отопительных приборов — прихожих, коридоров, лестниц и т.д.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Прихожая лишена отопительных приборов, но тоже нуждается в обогреве.

Чтобы пересчитать ватты в количество секций, нужно лишь разделить расчетную мощность на тепловой поток от одной секции. Соответствующие данные обычно можно найти на сайте изготовителя отопительного прибора. В их отсутствие можно воспользоваться очередной таблицей:

Материал секции радиатора Тепловой поток при стандартном размере секции (500 мм по осям коллекторов)
Чугун 160
Биметалл (сталь+алюминий) 180
Алюминий 200

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Устройство биметаллического радиатора.

Важный момент: производители указывают тепловой поток для разницы температур между теплоносителем и воздухом в комнате в 70 градусов. При уменьшении дельты (скажем, температура батареи в 50 градусов при температуре воздуха 24С) мощность прибора будет пропорционально уменьшаться.

Давайте продолжим проектирование отопления в нашем доме в Инкермане и рассчитаем минимальное количество алюминиевых секций для температуры теплоносителя в 70 градусов при +25С в жилых комнатах.

Дельта температур будет равной 70-25=45 градусов. Номинальный тепловой поток от секции (200 ватт) уменьшится в 70/45=1,55 раза и составит 130 ватт. При потребности в тепле в 10000 ватт нам потребуется 77 секций.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Радиаторы монтируются под окнами и создают тепловую завесу в проемах.

Разводка

  1. Как развести систему отопления от котла?

На мой взгляд, внимания заслуживают два типа разводки:

  • Однотрубная ленинградка (розлив по периметру этажа с подключенными параллельно его трубе радиаторами). Она предельно проста в монтаже, обладает минимальной материалоемкостью (розлив всего один) и максимальной отказоустойчивостью: пока на концах розлива есть хотя бы минимальный перепад давлений, отопительный контур будет функционировать;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Самая простая и надежная система отопления — однотрубная ленинградка.

  • Попутная двухтрубная система (петля Тихельмана). В отличие от тупиковых систем, она не требует балансировки (дросселирования ближних к котлу радиаторов) и обеспечивает одинаковую температуру всех отопительных приборов.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Версия петли Тихельмана для двухэтажного дома.

Отдельно стоит упомянуть систему напольного отопления — теплый пол. Уложенные в стяжку трубы превращают в отопительный прибор всю поверхность чистового покрытия пола.

Статья в тему:  Разновидности бытовых печей

Максимальная длина одного контура водяного теплого пола ограничена значением 100 — 120 метров, поскольку трубы имеют небольшой диаметр и, соответственно, достаточно высокое гидравлическое сопротивление. Именно поэтому для обогрева большого помещения приходится формировать несколько параллельных контуров с одинаковой температурой теплоносителя, что подразумевает коллекторную разводку.

Каждый отвод коллектора снабжается собственным дросселем для регулировки температуры контура.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Схема низкотемпературного отопления с несколькими контурами.

Подключение радиаторов

  1. Как подключить радиаторы, чтобы обеспечить их максимальную теплоотдачу?

При количестве секций до десяти можно смело использовать одностороннее боковое подключение, типичное для многоквартирных домов. Благодаря разнице в диаметре коллекторов и вертикальных каналов все секции будут прогреты равномерно.

При большем количестве секций стоит предпочесть диагональное подключение. Оно позволит нагреть до одинаковой температуры неограниченное количество секций.

Ненамного уступает ему в теплоотдаче двухстороннее нижнее подключение. В этом случае основной объем теплоносителя циркулирует через нижний коллектор, что позволяет работать даже завоздушенным батареям. Верх секций прогревается за счет их теплопроводности.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Варианты подключения радиаторов. Стрелками указано направление движения теплоносителя.

Материалы и арматура

  1. Какие виды дополнительного оборудования и материалов стоит приобрести для монтажа водяного отопления своими руками?

Начну с перечня элементов обвязки котла.

В закрытой (работающей с избыточным давлением) системе в список входят:

  • Расширительный бак, компенсирующий увеличение объема теплоносителя при его нагреве. Его объем должен быть примерно равен 1/10 от количества теплоносителя;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Мембранный расширительный бачок.

Объем труб и батарей можно вычислить, заполнив контур водой и слив ее в мерную емкость. В сбалансированной системе отопления количество теплоносителя примерно равно 15 литрам на киловатт мощности котла.

  • Автоматический воздухоотводчик, позволяющий избавиться от воздушных пробок;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Устройство автоматического воздушника.

  • Предохранительный клапан. Он сбросит давление при нехватке объема расширительного бака или при закипании воды в теплообменнике котла;

Для открытой (без избыточного давления) системы используют открытый бак, который располагается в верхней точке контура и используется для заливки воды или антифриза, а также в качестве воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Гравитационная система с открытым расширительным баком.

  • Манометр для контроля давления;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Группа безопасности: предохранительный клапан, воздушник и манометр.

  • Циркуляционный насос. Инструкция по подбору его производительности предельно проста: она должна быть не менее 1 м3/час на 25 киловатт мощности котла.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Насос со ступенчатой регулировкой скорости.

Для настройки температуры отдельных отопительных приборов и контуров могут использоваться дроссели или термоголовки, регулирующие проходимость в автоматическом режиме, в зависимости от комнатной температуры.

Для отключения батарей и участков контура применяются шаровые краны. От пробковых кранов и винтовых вентилей они выгодно отличаются отказоустойчивостью, огромным ресурсом и отсутствием потребности в обслуживании (в набивке сальников, в замене прокладок и т.д.).

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Кран в разрезе.

Теперь перейдем к материалам и отопительным приборам.

Начну с небольшого лирического отступления.

Действующими СНиП максимальная температура любых инженерных систем в жилом здании ограничена значением в 95С. Однако в автономных системах отопления температура теплоносителя обычно не поднимается выше 70 — 75 градусов, а давление держится в пределах 1,5-2,5 атмосфер. Все параметры отопления стабильны и полностью подконтрольны владельцу.

Именно поэтому в проект отопления можно заложить недорогие трубы и отопительные приборы, не обладающие большим запасом прочности и термостойкости.

Это:

  • Напорные трубы из армированного алюминиевой фольгой полипропилена;

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Материал труб — полипропилен с алюминиевым армированием.

Армирование не только увеличивает прочность трубы на разрыв, но и уменьшает ее удлинение при нагреве. Полипропилен — лидер по этому параметру среди всех пластиков: при повышении температуры на 50 градусов каждый погонный метр трубы прибавляет в длине 6,5 мм.

  • Алюминиевые секционные радиаторы.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Алюминиевый радиатор: максимальная теплоотдача при минимальной стоимости.

Диаметры

  1. Как спроектировать отопление самому, подобрав оптимальные диаметры розливов и подводок к радиаторам?

Диаметр определяется:

  • Тепловой нагрузкой на участок контура (то есть мощностью котла для розлива и мощностью отопительного прибора для подводок к нему);
  • Скоростью циркуляции теплоносителя. Чем она выше, тем меньшим диаметром можно обойтись.

Разумный максимум скорости циркуляции — 0,7 м/с. При более высокой скорости появляются гидравлические шумы: вначале на дросселирующей арматуре, а при дальнейшем ускорении потока — на всех поворотах и фитингах.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

При большой скорости потока каждый фитинг станет источником раздражающего шума.

Вот таблица зависимости внутреннего (подчеркиваю, внутреннего!) диаметра трубы от тепловой нагрузки при скорости потока теплоносителя 0,7 м/с:

Диаметр, мм Мощность, КВт
15 10
20 17,9
25 28
32 45,8
40 71,5
50 112

Внешний диаметр полипропиленовых труб обычно на шаг больше внутреннего. Скажем, труба с номинальным размером 25 мм имеет внутренний диаметр около 20 мм.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Внешний диаметр больше внутреннего на удвоенную толщину стенки трубы.

В системе отопления с естественной циркуляцией (без циркуляционного насоса) сечение розлива обычно увеличивается на шаг относительно расчетного. Это делается для снижения гидравлического сопротивления трубопровода, работающего с минимальным перепадом давлений.

Проектирование отопления: 10 рекомендаций по выбору параметров и компонентов

Розлив сварен из водогазопроводной трубы размером ДУ 32.

Заключение

Вот, собственно, и все. Теперь проектирование отопления вполне по силам читателю. Узнать о нем больше вам поможет видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!

Поделитесь с друзьями в соц.сетях

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *