Оптимизация обвязки контура «теплый пол»

В этой статье рассматриваются типичные схемы обвязки низкотемпературного отопительного контура «теплый пол», их особенности, достоинства и недостатки, а также самые распространенные способы их оптимизации в самых различных условиях.

В украинской практике проектирования и монтажа отопительных систем напольное отопление в подавляющем большинстве случаев является не единственным и не основным источником тепла в здании. Следовательно, температура в подающей линии котельного контура намного превышает показатели, характерные для контуров «теплого пола», а потому нуждается в корректировке.

Высокая температура в подающей линии

Наиболее распространенной моделью управления температурой теплоносителя является установка на подающей линии смесительного вентиля, соединяющего горячую воду из котельного контура с остывшей обратной линией.

Схема подобной установки приведена на рис. 1.

Данная система имеет определенные недостатки, связанные с необходимостью использования смесителя с чрезмерной пропускной способностью, при том, что он никогда не будет открываться полностью. Действительно, при разнице между подающей и обратной линий в 10°C и температуре в подающей линии в районе 50°C и подающей линии котельного контура 80°C смеситель будет открываться примерно на четверть, поскольку зависимость между температурой и объемным протоком подмеса прямая.

Рис.1. Система напольного отопления с нагревом теплоносителя до 90°C и смесительным вентилем. (1 - отопительный котел; 2 - смеситель с сервоприводом; 3 - циркуляционный насос контура «теплый пол»)

Это заключение удобнее всего проиллюстрировать на примере. Предположим, имеется контур теплого пола мощностью P = 20 кВт, температурой подающей линии tп = 50°C и температурой обратной линии tо = 40°C, а также температурой подающей линии котельного контура tк = 80°C. Любой проток в контуре рассчитывается по формуле:

где V — проток, м3/ч; P — мощность контура, кВт; Δt — разница температур, K; 0,86 — коэффициент для перехода от единиц СИ к более удобным единицам. Сначала произведем расчет величины общего протока Vцн [м3/ч] теплоносителя в контуре, на основании которого будет впоследствии подобран циркуляционный насос:

Теперь посмотрим, каков будет максимальный поворот смесителя при смешивании теплоносителя котельного контура с «обраткой» теплого пола. Предельное значение протока через смеситель котельной воды обозначим через Vсм [м3/ч]. В качестве Δt берем два смешиваемых компонента — температуры в подающей линии котельного контура и в обратной линии теплого пола:

Указанный пример наглядно иллюстрирует неполное использование ресурса смесительного вентиля при внедрении распространенной схемы обвязки контура теплого пола: проток через смеситель составляет лишь в максимальном случае 25% от протока в контуре. Что, кстати, позволяют далеко не все смесители. Точнее, сервоприводы. Необходимо выбирать привод с опцией промежуточной остановки.

Избежать подобных неудобств поможет схема с байпасной линией, через которую проходит необходимый объем теплоносителя из обратной линии (см. рис. 2). Байпасный вентиль настраивается таким образом, чтобы через него в нашем случае в подающую линию контура «теплый пол» поступал объем величиной 1,72–0,43=1,29 м3/ч теплоносителя, оставшийся же объем пойдет, как и прежде, через смеситель. В этом случае можно использовать смесительный вентиль гораздо меньшей пропускной способности и открывать его полностью.

Рис.2. Система напольного отопления с нагревом теплоносителя до 90°C, смесительным и байпасным вентилями. (1 - отопительный котел; 2 - смеситель с сервоприводом; 3 - циркуляционный насос контура «теплый пол»; 4 - байпасный вентиль; 5 - регулировочный вентиль)

В схеме на рис. 2 принято также использовать регулировочный вентиль, создающий дополнительное сопротивление и ограничивающий скорость протока теплоносителя. И байпасный, и регулировочный вентили следует настраивать так, чтобы они были полностью открыты при полной нагрузке контура.

Второй вариант альтернативной обвязки вместо трехходового вентиля предусматривает установку дроссельного механизма, добавляющего при необходимости горячий теплоноситель в контур «теплого пола» (рис. 3). Излишек же остывшего теплоносителя вытесняется при этом в котельный контур через патрубок обратной линии. При полностью закрытом сервомоторе циркуляционный насос «гоняет» теплоноситель по регулируемому контуру. Стоит температуре в подающей линии упасть, дроссельный вентиль открывается.

Рис.3. Система напольного отопления с нагревом теплоносителя до 90°C, дроссельным и байпасным вентилями. (1 - отопительный котел; 2 - смеситель с сервоприводом; 3 - циркуляционный насос контура «теплый пол»; 4 - байпасный вентиль; 5 - регулировочный вентиль)

Низкая температура в подающей линии

Иным образом дело обстоит в отопительных системах, где температура подающей линии в котельном контуре находится в низкотемпературном диапазоне 40–60°C. Это может быть как специализированный источник тепла, например, тепловой насос или конденсационный котел, так и обычный термоблок. В первом случае в схеме обвязки допускается отсутствие смесителя (рис. 4), но все же некая регулировочная арматура рекомендуется — хотя бы обычный термостатический вентиль.

Рис.4. Система напольного отопления с нагревом теплоносителя до 20–60 °C без смесительного вентиля. (1 - конденсационный отопительный котел или тепловой насос; 2 - циркуляционный насос контура «теплый пол»)

Во втором случае, особенно при наличии в системе емкостного водонагревателя косвенного нагрева, смеситель неизбежен (рис. 5), поскольку при нагреве емкости всегда используется максимально высокая температура теплоносителя для ускорения нагрева. Даже если отопительный котел настроен на работу отопительного контура при температуре 50°C, и установлен приоритетный, а не параллельный режим нагрева бойлера, в момент окончания нагрева бойлера температура теплоносителя в отопительном контуре может значительно превышать допустимые значения и привести к серьезным повреждениям пластиковых трубопроводов, напольного покрытия и даже к ожогам. Помимо этого, недостаточно высокая температура теплоносителя в обычном котле может привести к выпадению конденсата и коррозии теплообменника и дымовых труб, поэтому указанный вариант обвязки может применяться лишь ограниченно и с контролем температурных параметров обратной линии.

Рис.5. Система напольного отопления со смесительным вентилем и контуром ГВС. (1 - отопительный котел; 2 - смеситель с сервоприводом и приоритетом ГВС; 3 - циркуляционный насос контура «теплый пол»; 4 - циркуляционный насос контура ГВС)

Единственное отличие данной схемы от варианта, изображенного на рис. 1, в настройке смесителя на 100%-ное открытие при полной отопительной нагрузке контура, что, несомненно, как в схеме на рис. 2, предоставляет возможность полноценного использования ресурса смесительного вентиля.

Подбор смесительного вентиля необходимо производить после проведения расчетов по формуле (1), с тем чтобы избежать избыточности или недостаточности. Добавление в схему регулировочного вентиля также не повредит, поскольку он позволяет произвести регулировку производительности контура в более широком диапазоне и более точно по сравнению с возможностями, которые предоставляются смесительным вентилем и циркуляционным насосом.

Независимо от выбранной схемы обвязки регулируемого контура и типа теплогенератора желательным элементом системы является погодозависимое управление температурой подающей линии котельного контура. Оно поможет сгладить температурные скачки в системе на протяжении большей части отопительного периода и продлить срок службы как горелки, так и всего отопительного оборудования. Ведь нагрев до 80–90°C требуется по сути всего в течение нескольких дней в году.

Правила использования материалов сайта