Можливості індивідуального теплопостачання: стан і перспективи розвитку

Будівництво приватних малоповерхових будинків за останні роки стрімко виросло. Багато людей вважають за краще жити за містом протягом цілого року. Природно, що на перший план виходять питання забезпечення комфортних умов проживання. Особливо теплопостачання, адже сучасна людина не уявляє собі будинок без таких вигод як опалення та гаряча вода.

Відмінність у системах теплопостачання заміських та міських будинків є значною. Насамперед, це джерела теплопостачання. Як правило, місто зорієнтоване на централізоване теплопостачання, і теплоносії подаються за централізованим графіком. Теплопостачання котеджів спрямоване на забезпечення опалення та гарячого водопостачання заміських будинків. У цьому випадку використовуються автономні котли, а режими роботи програмуються автономно та індивідуально.

На вибір потужності котла істотно впливає площа котеджу і кількість осіб, що постійно проживають в будинку. Якщо в міських умовах щільність проживання досить висока (як правило, на одну людину припадає 20–25 м2), то в заміських будинках найчастіше на одну людину припадає 40–60, а іноді й 100 м2. Це впливає на внутрішні тепловиділення, які треба враховувати при проектуванні і розрахунку джерел теплопостачання. Рівна кількість тепловиділяючого обладнання (холодильники, телевізори, комп'ютери, чайники) буде давати в перерахунку на 1 м2 різне теплове навантаження для заміського будинку і міської квартири. У першому випадку навантаження буде набагато менше. Якщо для міських квартир величина внутрішніх тепловиділень для розрахунків береться на рівні 10 Вт/м2, то для заміського будинку вона складає 3–5 Вт/м2. З іншого боку, рівень вимог до теплозахисту заміських будинків дещо нижчий, ніж у міській забудові. Це пов'язане з тим, що питомі тепловтрати для заміського будинку по конфігурації самого будинку, його поверховості, є трохи вищими, ніж для міської забудови. Звичайна квартира на середньому поверсі з усіх боків — крім фасадної, зовнішньої стіни — оточена опалювальними приміщеннями. У котеджі всі приміщення, по суті, мають кілька зовнішніх огороджень. У випадку одноповерхового будинку — покриття, і стіни. У випадку дво- або триповерхового будинку верхні поверхи теж мають велику поверхню зовнішніх огороджень. І об'єктивно трансмісійні тепловтрати в малоповерховій забудові вище, ніж в багатоповерховій. Тим не менш, рівень вимог до теплозахисту огороджувальних конструкцій, станом на на сьогодні, для середньої смуги характеризується цифрами в 50–60 Вт/м2 для малоповерхової забудови (до 4 поверхів). У той час, як ще в 1980–1990-х ця цифра наближалася до 100–120 Вт/м2.

Обираючи потужність котла, слід враховувати не тільки опалювальне, але і гарячеводне навантаження, що в багатьох випадках є визначальним. Так, наприклад, котедж площею 150 м2 має дві ванні кімнати, що можуть експлуатуватися одночасно. У цьому випадку один повністю відкритий кран приблизно відповідає потужності котла 25 кВт, тобто два крани – 50 кВт, у той час як для теплопостачання системи опалення будинку 120–150 м2 достатньо 6–7 кВт опалювального навантаження. Виходячи з цього, на вибір котла вплине в першу чергу гарячеводне, а не опалювальне навантаження. Як правило, це стосується котеджів порівняно невеликої площі (250 м2). Для великих котеджів треба брати до уваги кількість ванних кімнат і площа, і залежно від цього обирати потужність системи теплопостачання.

Особливості сучасних джерел теплопостачання для котеджів

Домінючим джерелом теплопостачання для котеджів залишаються індивідуальні котли. Як правило, це газові котли (близько 70%), оскільки газ досі залишається найдешевшим джерелом енергопостачання. До того ж масштаби газифікації країни постійно збільшуються, чому сприяють відповідні муніципальні програми. У районах, де немає газу, застосовується електричне опалення, дизельне і тверде паливо, але набагато менше. Зустрічаються і комбіновані котли, де з метою підвищення надійності використовується два різних види джерела теплопостачання. Наприклад є електричне та газове опалення або газове з дизельним. Але ступінь надійності газопостачання безперервно підвищується, і часто в резервному паливі немає необхідності.

Типів котлів досить багато. Двоконтурні котли одночасно можуть готувати гарячу воду для гарячого водопостачання та опалення. Як правило, це котли порівняно невеликої потужності (до 30–40 кВт), вони призначені для невеликих котеджів і будівель невеликий забудови. Котли мінімальної потужності (16–20 кВт) розраховані на один повністю відкритий кран гарячої води. Такі котли в більшості випадків працюють з пріоритетом гарячого водопостачання. Якщо виникає потреба в гарячій воді, котел всю свою потужність направляє на контур гарячого водопостачання, на короткий період часу залишаючи опалення без енергоджерела. Завдяки теплостійкості огороджувальних конструкцій будівлі, температура повітря у приміщеннях у цей період, як правило, практично не знижується, тому що період використання максимальної витрати гарячої води порівняно невеликий: півгодини, максимум годину.

Коли мова йде про теплопостачання великих будівель, як правило, використовується одноконтурний котел з додатковим теплообмінником для гарячого водопостачання. Він може бути ємнісним, швидкісним, пластинчастим. Це залежить від різних факторів: від потреби в гарячій воді, від бажаного режиму використання гарячої води, що залежить від вибору замовника. Якщо мова йде про порівняно невеликі витрати гарячої води і невелику кількості водозабірних точок, то переваги мають швидкісні теплообмінники, як правило, пластинчасті. Вони дозволяють швидко забезпечити досить великий розхід води і досить тривалий час. У випадках, коли необхідний запас гарячої води, тобто можливий дуже великий піковий водозабір, як правило, використовують ємнісні теплообмінники для приготування великої кількості гарячої води (до 500 л). Це дозволяє наповнити кілька ванн одночасно, якщо кількість ванних кімнат більше двох–трьох. Ємнісні теплообмінники мають свою перевагу порівняно зі швидкісними — вони менш чутливі до якості води, що нагрівається. Річ у тім, що при температурах вище +50…+60°C відбувається активне відкладення солей карбонатної жорсткості на нагрітих поверхнях, і пластинчасті теплообмінники можуть досить швидко заростати. Їх очищення часто стає проблемою, тому швидкісні теплообмінники досить часто доводиться міняти. Якщо вода м'яка, з невеликим вмістом солей жорсткості, пластинчасті теплообмінники можуть працювати досить тривалий час без суттєвих проблем. Ємнісні теплообмінники, як правило, гладкотрубні, вбудовані у велику ємність, теплоізольований бак. Навіть якщо відбувається відкладення солей, це не дуже впливає на працездатність системи теплопостачання. Для жорсткої води рекомендується ставити саме ємнісні теплообмінники, що дозволяють збільшувати термін служби обладнання порівняно зі швидкісними.

Використання конденсаційних котлів

Конденсаційні котли використовують тепло конденсації водяних парів продуктів згоряння. Як правило, ККД котлів встановлюється за явною тепловіддачею без урахування прихованої теплоти. У сучасних котлів з ККД, зазвичай, знаходиться в діапазоні 92–95%. Це означає, що відповідна частка теплотворної здатності палива перетворюється в теплову енергію, що переходить до теплоносія, до води. Решта 5–8% – це втрати, пов'язані з продуктами згоряння, з втратою самого котла через стінки в навколишнє середовище. Ці показники є досить високими. За діючими нормативами планка в 92% є мінімальною для всіх країн Європейського союзу, США, Канади. Стосовно чинної класифікації ККД, конденсаційні котли мають так званий умовний ККД понад 100%. Це означає, що до явних відсотків ми додаємо ту кількість тепла, якае виділяється при конденсації водяної пари, що містяться в продуктах згоряння. Тому найчастіше викликає подив, коли написано, що котел має ККД 102, 104, 106%. Це означає, що добавка в 8–10% до теплової ефективної продуктивності відбувається за рахунок конденсації водяних парів. Це показник повноти використання теплотворної здатності палива.

Інша характеристика – це температурний режим. Для конденсації водяних парів потрібна досить низька температура поверхонь, на яких ці пари конденсуються. Конденсація водяних парів починається, як правило, з температурою на теплообмінної поверхні +40…+60°C. Якщо температура теплообмінної поверхні вище +60°C, то конденсації практично не відбувається. Тому або в котлах є додаткові поверхні, на яких водяні пари конденсуються і виконують функції попереднього підігріву води, або розвинена поверхня самої топки, теплообмінних поверхонь дозволяє забезпечити досить низьку температуру поверхні теплообміну. Як правило, конденсаційні котли – це котли низькотемпературних режимів роботи. Більшість звичайних котлів працює з температурою зворотної води близько +50…+60°C, конденсаційні котли працюють з температурою зворотної води близько +35…+40°C, а іноді і нижче – до +30°C. Це зумовлює відмінність у конструкції таких котлів. Лідером з виробництва і розробки конденсаційних котлів є, безумовно, Німеччина. Широка лінійка конденсаційних котлів випускається фірмами Viessmann, Vaillant, Bosch та низкою інших. Ці котли принципово дорожче, ніж звичайні, і додаток у 10% ефективності має окупатися за розумні терміни. При високій вартості палива, яка сьогодні існує в Європі, конденсаційні котли цілком прийнятні з позиції енергоефективності. У реаліях нашої за наявної вартості паливних ресурсів строк окупності конденсаційних котлів складає 3-5 років. Тому, з точки зору енергоефективності конденсаційні котли вже мають широкий ринок збуту в Україні. З підвищенням вартості палива їх привабливість буде лише зростати.

Використання котлів спільно з альтернативними джерелами енергії

Поєднання котлів з альтернативними джерелами енергії, такими як сонячні колектори і теплові насоси, в нашій країні набуває масового характеру. Реалізація комбінованого теплопостачання пов'язана з тим, що обладнання альтернативної енергетики, ті ж теплові насоси, досить дорогі: розрахунок і вибір обладнання на пікові навантаження призводить до великих термінів окупності. Якщо теплові насоси використовувати приблизно на 50–70% від пікового навантаження, вони будуть покривати близько 80–90% річної потреби в тепловій енергії. А решту 10–20% від пікового навантаження можуть компенсувати недорогі котли. Таке поєднання котлів з тепловими насосами досить часто використовується, дозволяє знизити термін окупності та підвищити енергоефективність застосування теплових насосів. Те ж саме можна сказати і про сонячні колектори. Як правило, сонячні колектори розраховані на пікове навантаження і мають досить високий термін окупності. Поєднання з котлами і тепловими насосами дозволяє знайти оптимум початкових інвестиційних витрат і економії енергетичних ресурсів. Ця комбінація широко використовується в південноєвропейських країнах, США, на півночі Африки. Особливо популярним та ефективним є використання таких сполучень, в основному з сонячними колекторами, в курортних країнах: Туреччині, Іспанії, Марокко, Єгипті.

Вимоги до приміщень для котлів

Вимоги до приміщень, в яких встановлюються котли, досить стандартні. Для котлів порівняно великої потужності потрібно виділяти окреме приміщення – теплогенераторне. Для котеджів іноді будують окремі котельні, щоб відокремити приміщення підвищеної пожежної небезпеки.

Малі котли для невеликих котеджів дозволяється встановлювати безпосередньо в будинку. Як правило, для цих цілей використовують приміщення кухні або допоміжне приміщення.

У приміщеннях для котлів повинен бути достатній об'єм, висота, повітрообмін. Таке приміщення повинне добре провітрюватися, і найголовніше – продукти згоряння не повинні поширюватися по приміщенню. Це досягається шляхом створення в приміщенні невеликого розрідження. Велике розрідження не допускається, оскільки багато котлів можуть працювати з пальниками на природній тязі, тобто не з надувними, а з атмосферними. Якщо буде дуже велике розрідження, тяга в котлах може перекинутися. Котел – це засіб підвищеної небезпеки, тому до вибору приміщення і до місця розміщення котла треба підходити дуже обачно. Конструкції, розташовані навколо котла, повинні бути, безумовно, вогнетривкими. Вентиляція повинна бути гарантована з урахуванням можливості як механічного, так і природного провітрювання. Система вентиляції повинна працювати цілодобово і протягом усього року.

Як правило, усередині будинку і на кухні можна встановлювати котли потужністю до 35 кВт. Для більш потужних котлів повинна бути передбачена окрема теплогенераторна або окрема будівля з окремим входом. Також регламентується розмір світлопрозорого огородження, що в разі вибуху котла має виконати функції конструкції, що легко скидається, і прийняти на себе вибухову хвилю, щоб напруга вибуху не передалося на конструкцію будинку і не призвела до його руйнування. Природно, в приміщенні теплогенераторної повинна бути вогнезахисна конструкція; як правило, це штукатурка на стінах, на підлозі – керамічна плитка. Дерев'яної обробки в приміщенні теплогенераторній не повинно бути. Використання приміщення теплогенераторній для інших цілей (наприклад, вбиральні або складу) неприпустиме. Пожежного навантаження в приміщенні теплогенераторній, в котельні не повинно бути.

Підлогові котли, якщо це монокотли, повинні встановлюватися на невеликому постаменті, фундаменті. Котел повинен бути вище підлоги на 5–10 див. У разі аварії, пов'язаної з розривом трубопроводів, це дозволить уникнути затоплення котла водою. Іноді в конструкції котлів вже закладена можливість підйому – спеціальні ніжки. У деяких сучасних котлах використовується так званий режим самозбереження. Коли жителі їдуть на довгий період, вони ставлять режим самозбереження внутрішньої циркуляції, який при виникненні аварійної ситуації не дозволяє котлу замерзнути і вийти з ладу. Але це не гарантує того, що системи теплопостачання не замерзнуть. У цьому режимі можуть порватися труби гарячого водопостачання, труби опалення, але сам котел може залишитися працездатним.

Вибір котельного обладнання

Котельне обладнання можна умовно розділити на три класи: елітний (високоякісне обладнання з хорошою автоматикою і високими показниками надійності захисту), середній і економ-клас. Цінові характеристики відповідають цим трьом категоріям. До елітного класу належать, у першу чергу, німецькі виробники. Вітчизняні котли, на жаль, можна віднести тільки до економ-класу. Наймасовіше використання отримали котли типу АГВ та їх модифікації – досить надійні і прості, вони є комбінацією різних комплектуючих, у тому числі і високотехнологічних, наприклад, на них встановлюється автоматика. На жаль, основна частина вітчизняного ринку (близько 95%) припадає на закордонне обладнання.

Вибір котла залежить від можливостей замовника, від вимог до рівня комфортності. Для невеликих котеджів площею 120–150 м2 використовують, як правило, настінні двоконтурні котли. Вони широко застосовуються в таун-хаусах економ- і середнього бізнес-класу. В індивідуальних великих котеджах, як правило, використовуються підлогові котли. Є два типи теплообмінників – сталеві котли або комбіновані (сталь або кольоровий метал) і чавунні. Незважаючи на те, що чавунні котли досить важкі, вони надійні, мають високий ККД і мають свій сегмент застосування. Майже всі серйозні виробники мають свої лінійки чавунних котлів. Вітчизняні чавунні котли типу КЧМ мають вагомий недолік. Якщо імпортні котли добре захищені з точки зору режимів експлуатації, то цей захист не завжди спрацьовує на вітчизняних котлах. Річ у тім, що чавун – досить крихкий матеріал, і при виникненні конденсації на окремих теплообмінних секціях виникають сильні температурні напруги, що можуть призвести до розриву чавунних теплообмінників. Такі ситуації виникають, коли різко знижується температура зворотної води. Якщо вона падає до +25…+30°C, то на перших секціях по ходу зворотної води утворюється конденсат, що приводить як раз до таких напруг. Це може спричинити пошкодження котла. Автоматика має передбачати захист від таких ситуацій. Як правило, імпортні котли мають захисний контур циркуляції, що не дозволяє знижувати температуру поверхні теплообмінної секції нижче температури точки роси продукту згоряння. Вітчизняні моделі, на відміну від імпортних, не завжди забезпечені захистом, тому вони вимагають обачної експлуатації.

Котли та опалювальні системи

У котеджах, заміських будинках найбільш поширеними є системи з місцевими опалювальними приладами, що ставляться, як правило, під вікнами у приміщеннях. Розведення здійснюється традиційно вертикальними стояками, якщо це 2–3-поверховий заміський будинок; у випадку горизонтальних систем розведення здійснюється периметрально, труби закладають у підготовку підлоги або в плінтуси, нижня підводка – до опалювальних приладів. Як трубопровоив використовуються як сталеві, так і металопластикові труби або труби із зшитого поліетилену. Для відкритої прокладки пластикові та металопластикові труби не підходять, оскільки мають високі коефіцієнти лінійного розширення і схильні до деформацій. Стояки з таких труб виглядають неестетично. Ці труби добре підходять для замонолічування і цілком придатні для систем опалення. Враховуючи, що підвищилися вимоги до рівня теплозахисту зовнішніх огороджень, і максимальні навантаження в розрахунковий період знизилися, при такій тепловіддачі вже цілком можна використовувати системи підлогового опалення. Вони можуть повністю компенсувати тепловтрати будинку, включаючи і нагрівання вентиляційного повітря, тобто компенсацію тепловтрат, пов'язану з інфільтрацією. Як правило, системи підлогового опалення — зонні, тобто для кожного приміщення створюється окремий контур, та теплопостачання будинку здійснюється від загальної колекторної гребінки, на якій встановлюються балансувальні клапани і термостат. Ці системи, безумовно, більш комфортні, ніж з місцевими приладами, і поступово вони починають застосовуватися в котеджному будівництві. Іноді системи комбінують: підлогове опалення поєднують з місцевими приладами, наприклад підлогове опалення встановлюють у передпокої, на кухні, у ванних кімнатах; в інших приміщеннях (спальнях, дитячих, ігрових) встановлюють місцеві нагрівальні прилади. Такі варіанти мають бути грамотно спроектовані для того, щоб циркуляція іивитрата води в контурах для підлогового опалення та місцевих приладів відповідали розрахунковим характеристиками. Це робиться або з допомогою відповідної балансувальної арматури, або з використанням додаткових циркуляційних насосів для окремих контурів. Наприклад для контурів підлогового опалення. Варто пам'ятати, що для тривалого постійного перебування максимальна температура поверхні підлоги не повинна перевищувати +26°C, для ванних кімнат вона може бути близько +30°C, для басейнів – до +33°C, тому температурний режим системи теплопостачання для підлогового опалення відрізняється від температурного режиму для місцевих приладів. Місцеві прилади, як правило, обираються для котеджів за графіком в розрахунковому режимі +80…+60°C, рідше +85…+90°C. Це пов'язане з тим, що пластикові труби мають обмеження по максимальній температурі теплоносія, та їх довговічність суттєво знижується при його високих температурах. Що ж стосується систем підлогового опалення, якщо вони використовуються в комбінації з місцевими приладами, то в контур підлогового опалення вже подається зворотна вода після місцевих приладів. Але, нагадаємо, вимоги за рівнем теплозахисту сьогодні такі, що можна обійтися без місцевих приладів, сутопідлоговим опаленням. У цьому випадку режим приготування води для систем підлогового опалення буде низькотемпературним, температура подачі води повинна бути +40…+45°C, а температура зворотної води не більше +25…+30°C. У такому режимі потрібно відповідним чином встановлювати регулювання, щоб не було конденсації водяних парів (якщо це не конденсаційні котли) – спеціальний циркуляційний контур повинен захищати поверхню котлів від внутрішньої конденсації.

Цікаво, що систему підлогового опалення можна використовувати для охолодження приміщення влітку. Такі системи з'явилися в Європі нещодавно. Вони більш комфортні і мають переваги порівняно з традиційними системами кондиціонування (спліт-системами або фенкойлами): відсутність шуму, рухомих частин, великих градієнтів по температурі і швидкості руху повітря в приміщенні. Однак треба зазначити, що температура поверхні підлоги не повинна падати нижче +20…+21°C. При цьому навантаження на систему охолодження – можливість зняти тепло з квадратного метра такої підлогової системи охолодження – обмежується величиною близько 25–30 Вт/м2. Це порівняно невелике навантаження, але в поєднанні з тепловим захистом зовнішніх огороджень цього достатньо для того, щоб підтримувати комфортну температуру в приміщенні навіть за екстремально високих зовнішніх температурах влітку. Іншою особливістю такої системи, що використовується і влітку, і взимку, є те, що розраховувати цю систему треба не з холодного періоду року, не по режиму опалення, а по режиму охолодження, оскільки режим охолодження передбачає більш щільне укладання трубопроводів з тим, щоб забезпечити відповідну тепловіддачу. Потім розраховане укладання трубопроводів необхідно перевірити в режимі опалення.

Можливі помилки при проектуванні

Існує певний тип помилок, пов'язаний з неправильним вибором потужності котла. Деякі проектувальники, виходячи з того, що великий запас потужності гарантує високий рівень комфортності, часто закладають 2–3-кратний запас потужності котла. Це призводить до напружених режимів експлуатації. Котли працюють в режимах частих перерв з напругою систем регулювання (балансування і термостатичної арматури, електроніки). Режим «on/off» при частому використанні призводить до швидкого виходу з ладу систем терморегулювання. Для нормальної роботи котла достатній запас не більше 10–15% стосовно розрахункової потужності.

Інша помилка пов'язана з тим, що часто не передбачається компенсація навантаження на вентиляцію. Як правило, в заміських будинках намагаються не застосовувати механічну вентиляцію, а орієнтуються на місцеву. Якщо знехтувати цією вентиляційною складовою, то не можна забезпечити комфортного середовища проживання. Іноді доводиться стикатися з ситуаціями, коли в особливо холодні періоди, та ще при невисокому рівні теплозахисту будинку і високому рівні інфільтрації, жителі змушені закривати вентиляційні отвори, обмежуючи повітрообмін, щоб підтримувати потрібний рівень температури. Ця ситуація пов'язана з неправильною оцінкою теплової потреби будівлі. Те саме стосується недообліку потреби в гарячому водопостачанні. Іноді при використанні котла малої потужності, особливо зі швидкісними теплообмінниками, треба чекати 30–40 хв, щоб наповнити ванну на 170–200 л. Може виникнути ситуація, коли одночасно потрібно користуватися гарячою водою і на кухні, і у ванній, тому при виборі котла треба звертати увагу на пріоритет гарячого водопостачання.

Що стосується внутрішніх систем опалення, тут важливо не економити і забезпечувати можливість автономного регулювання в кожному приміщенні. Термостатичні регулятори з автоналаштуванням дозволять надійно регулювати температуру в будівлях різної орієнтації: навіть при низькому зимовому сонці сонячна радіація в приміщеннях південної орієнтації може призводити до перегріву. Якщо системи не мають зонального регулювання і прилади не обладнані регулювальними термостатами, існує ймовірність виникнення суттєвої диспропорції. З південної сторони температура може підніматися до +27°C, а з північної залишатися на рівні +18…+20°C. Такі температурні контрасти небажані. При використанні місцевих опалювальних приладів необхідно ставити на кожен із них термостатичний регулятор, а для підлогового опалення використовувати зональні нагрівачі.

Звичайно, необхідно правильно обирати матеріали. Іноді використовуються труби, що не відповідають режимам опалення: наприклад, ППРЦ (поліпропіленові труби) не витримують високу температуру. Якщо система опалення експлуатується з температурою подачі +85…+90°C, звичайні труби ППРЦ деформуються і можуть руйнуватися. Необхідно враховувати це, і закладати трубопроводи, що гарантовано призначені для систем опалення.

У сучасному будівництві при монтажі систем опалення та гарячого водопостачання все більше поширення отримують мідні труби, і тут важливо враховувати питання, пов'язані з компенсацією теплових подовжень. Мідь має достатньо великий коефіцієнт лінійного подовження, тому треба звернути увагу на самокомпенсацію теплових подовжень, щоб ситуація не призвела до руйнування систем. Якщо через теплове подовження трубопровід упреться в стінку, може статися аварія. При проходженні трубопроводу через стіни повинні використовуватися хороші гільзи.

Правила використання матеріалів сайту