Чтобы в доме было тепло

Петренко С. Чтобы в доме было тепло // Будмайстер. 2002 . №22. C. 20-24



В холодный период года для обеспечения теплового равновесия и теплорегуляторных функций организма в жилых помещениях необходимо поддерживать температуру в диапазоне 18-22?С, влажность ? 35-45%, подвижность воздуха ? 0.07-0.15 м/с. При этом внутренняя температура помещения должна быть устойчивой, а ее суточные колебания не должны превышать 2?С. Выполнение этих задач в помещении осуществляют различные отопительные системы, важнейшей составной частью которых являются отопительные котлы.

Отопительные котлы: какими они бывают

Отопительный котел служит для получения горячей воды (водогрейный) или пара (паровой). Он состоит из топки, нагреваемой части (чугунных или стальных секций, собранных в пакеты), внешнего ограждения (кожуха), оборудования для присоединения к тепловым и водопроводным сетям, приборов безопасности, контроля и регулирования (управления) (предохранительные клапаны, обратные клапаны, термометры, манометры, регуляторы горения, механические и автоматические питатели).

Работу отопительного котла характеризуют показатели:

- максимальная мощность, кВт;

- коэффициент полезного действия (КПД), %;

- максимальный расход топлива: газа (м3/ч) или жидкого топлива (кг/ч).

Для характеристики работы отопительного котла служат также следующие показатели: отапливаемая площадь; рабочее давление газа, измеряемое в милибарах или мм вод. ст. (водяного столба); максимальная температура воды; рабочее напряжение (для электрических котлов) и другие показатели. Для установки котла необходимо также знать его габариты и вес. Диапазон мощностей современных отопительных котлов составляет от 5 кВт до 15 МВт и более, а их КПД может достигать 95-96%.

По конструктивному исполнению котлы подразделяют на напольные и настенные (навесные). В навесных котлах теплообменник, как правило, из меди, а в напольных -чугунный или стальной. Навесные котлы выпускают в основном в двухконтурном исполнении: первый контур для отопления помещений; второй - для приготовления горячей воды для бытовых нужд (выполнен в виде проточного водонагревателя). Однако встречаются и одноконтурные модели навесных котлов. Так, итальянская фирма ?HERMANN? выпускает модель со встроенным бойлером, ?Junkers? (ФРГ) - модели ZS и ZSE с возможностью подключения бойлера. Следует отметить, что разница в цене между одно- и двухконтурными моделями настенных котлов незначительна. Максимальная мощность таких котлов не превышает, как правило, 30-35 кВт. При необходимости мощность отопительной системы можно увеличить, соединив несколько (2-3) навесных котлов последовательно (каскадом).

Напольные котлы изготавливают, в основном, одноконтурными, реже - двухконтурными, встречаются также и котлы со встроенным бойлером (мощность таких котлов не более 40 кВт). Чтобы в системах отопления с напольным котлом создать второй контур, добавляют бойлер косвенного нагрева, внутри которого установлен дополнительный теплообменник.

Настенные котлы выпускают как в обычном, так и в TURBO (бездымоходном) исполнении. В обычных котлах отвод продуктов сгорания происходит через дымоход с естественной тягой. В котлах TURBO камера сгорания герметично закрыта, а подвод воздуха для горения и отвод продуктов сгорания осуществляют по специально изготовленной коаксиальной трубе, которая обычно выводится через наружную стену здания. Согласно новому ДБН ?Газоснабжение?, вышедшему в 2001 году, установка таких котлов мощностью до 30 кВт разрешается в квартирах зданий высотой до 10 этажей.

Мощность котлов, используемых в крышных котельных, определяемая экономической целесообразностью их установки, составляет не менее 90-100 кВт. К расчету и монтажу крышных котельных, учитывая особенности их эксплуатации, предъявляют жесткие требования. При их проектировании приходится учитывать влияние гораздо большего количества различных факторов, чем для котельных в пристроенных или отдельно стоящих зданиях, что значительно усложняет расчеты.

По виду используемого топлива специалисты классифицируют отопительные котлы следующим образом:

- твердотопливные (дрова, уголь, торф);

- газовые (природный или сжиженный газ);

- жидкотопливные (керосин, дизельное топливо);

- электрические;

- комбинированные (использующие различные виды топлива, например газ и жидкое топливо).

Классификацию котлов осуществляют также по теплоносителю - водогрейные и паровые. Наиболее широкое распространение для отопления жилых и общественных зданий получили водогрейные котлы, обладающие рядом санитарно-гигиенических и эксплуатационных достоинств: возможность регулировки теплоотдачи приборов в соответствии с колебаниями температуры наружного воздуха изменением температуры горячей воды, направляемой из котла в систему; поддержание средней температуры на поверхности батарей, радиаторов на уровне 60-70?С; пожарная безопасность и долговечность системы; простота эксплуатации.

Передача теплоносителя от водяного котла к нагревательным приборам может осуществляться за счет разности плотностей восходящего горячего и нисходящего столба воды (?гравитационная система?) либо за счет работы циркуляционного насоса.

Необходимым элементом гравитационной системы является расширительный бак, компенсирующий расширение воды, используемый также для удаления воздуха из системы. Его объем составляет 4% от объема всей жидкости, функционирующей в системе отопления. В такой системе отопления применяют трубы большого диаметра.

Существенными недостатками систем такого типа являются потери воды в результате испарения, а также растворение в воде кислорода, вызывающего коррозию оборудования. Кроме того, при испарении воды содержащиеся в ней соли оседают в системе, что приводит к засорению труб и образованию накипи в котле.

При использовании циркуляционного насоса теплоотдача становится более эффективной, возможно использование труб малого диаметра, уменьшаются потери воды, улучшается регулирование температуры воздуха в помещении, т.к. количество воды в системе отопления уменьшается, в результате чего система отопления становится менее инерционной.

Паровые котлы используют в основном для отопления промышленных помещений и в технологических целях на производстве. Главный недостаток такого отопления - высокая температура поверхности батарей. К тому же, температуру в помещениях, отапливаемых паровыми котлами, довольно сложно регулировать (только за счет уменьшения или прерывистой подачи пара в систему), а при сбоях в подаче пара отопительные приборы быстро остывают.

Котлы, работающие на твердом топливе, в настоящее время отходят на второй или даже на третий план. Основная причина такого положения заключается в том, что такие котлы можно загружать топливом только вручную. В этом случае невозможно создать автоматически работающую систему отопления, обеспечивающую современный комфорт.

Наиболее простое по устройству и дешевое по ?капиталовложениям? отопление - от электрического котла. В этом случае не требуются системы подачи топлива и воздуха, их смешивания, отсутствуют дымоходы. Однако эксплуатация электрических котлов влетит в крупную ?копеечку?, так как электроэнергия стоит недешево. Кроме того, отключение электроэнергии (по различным причинам) чревато серьезными неприятностями. В сельской местности применение электрических котлов ограничено низкой надежностью функционирования местных электросетей. По оценкам специалистов, из электрических моделей у потребителей наибольшим спросом пользуются котлы мощностью 6-9 кВт для отопления квартир и коттеджей и 40-45 кВт для обогрева промышленных помещений.

Самыми популярными являются газовые котлы. Этому способствует относительно низкая стоимость природного газа. Сжиженный газ стоит несколько дороже. По конструктивному исполнению газовые котлы могут быть напольными или настенными. Наряду с отоплением настенные котлы могут быть использованы и для горячего водоснабжения (так называемые двухконтурные или двухфункциональные). Мощность большинства моделей таких котлов составляет 2-27 кВт. Как правило, они рассчитаны на отопление небольших помещений. Недостаток таких котлов в том, что они не могут одновременно отапливать помещение и нагревать воду для бытовых нужд, так как для обеспечения приемлемого уровня комфорта горячего водоснабжения котел должен иметь мощность не менее 20 кВт. Снижение температуры в помещении будет незаметно за счет его тепловой инерционности, если только осуществлять подогрев воды в течение 20-30 мин. Однако при более длительном отборе горячей воды снижение температуры в помещении становится ощутимым. Для компенсации этого недостатка следует подключить бойлер емкостью 120-160 л. В этом случае за счет большой тепловой инерции нагретой воды бойлера котел сможет и отапливать помещение, и нагревать воду в бойлере даже при ее постоянном потреблении, кратковременно переключаясь то в режим отопления, то в режим горячего водоснабжения.

В комплект настенного котла входят: расширительный бак, циркуляционный насос, предохранительный клапан, регулирующие и предохранительные устройства; проточный или емкостной водонагреватель; атмосферная инжекционная горелка предварительного смешивания со встроенным охлаждением поверхности горелки за счет объемного тока отопительной воды.

Распространение газовых котлов ограничивают отсутствие в сельской местности развитой сети газопроводов, а также нестабильность давления. Для надежной работы котлов необходимо давление газа 180-200 мм вод. ст. При падении давления газа ниже допустимого котел автоматически отключится. В газовых котлах система горения пригодна для использования природного или сжиженного газа. Регулировка ее производительности осуществляется при помощи комбинированного газового вентиля в зависимости от тепловой способности газа. Поджиг газа происходит с помощью высоковольтного розжигающего электрода. Специальное пространственное распределение формы пламени нержавеющих и кислостойких (трубчатых) горелок обеспечивает максимальное сгорание газа и бесшумный режим работы. Автоматическая система управления газового котла работает от стационарной электросети, поэтому на случай отключения электричества необходимо иметь аварийный источник электроснабжения - автономный дизельный или бензиновый электрогенератор. Среди газовых наиболее популярны настенные котлы мощностью 23-24 кВт, обеспечивающие отопление квартир, коттеджей, небольших зданий площадью 70-250 м2. Настенные котлы приобретают, в основном, для отопления бытовых помещений.

В определенных условиях оптимальным является использование жидкотопливных котлов. Однако системы отопления, работающие на жидком топливе, самые сложные, а их оборудование - самое дорогое. Для таких систем необходимы резервуар с топливом на весь сезон (несколько тонн), а также топливный фильтр, так как топливо бывает загрязненным частицами песка, смолистыми веществами и т.д. При засорениях горелки котел начинает ?чихать?, дымить и останавливается. Наиболее существенное преимущество ?жидкотопливников? перед газовыми котлами - независимость работы инженерного оборудования от газовой сети. Наверное, поэтому жидкотопливные котлы популярны среди владельцев коттеджей.

Кроме перечисленных основных типов котлов, существуют комбинированные котлы, которые могут работать на различных видах топлива: твердом и газе; газе и жидком топливе; электричестве и газе, электричестве и жидком топливе. Такие котлы оснащены несколькими видами горелок. Возможность использования различных видов топлива обеспечивает хорошую адаптивность и универсальность применения таких котлов.

Жидкотопливные, твердотопливные, электрические котлы приобретают в основном тогда, когда нет возможности использовать газ для отопления.

Крупные фирмы предлагают потребителю не просто котлы, а комплекты оборудования. Дело в том, что для создания новой системы отопления или реконструкции старой могут понадобиться не только котел, но и бойлер, радиаторы и другие элементы для различных контуров. Поэтому котлы комплектуют всем необходимым для работы систем горячего водоснабжения и отопления.

Расчет мощности котла

Расчет мощности котла производят исходя из требования обеспечения комфортного уровня температуры (20?С) в помещениях при самой низкой расчетной наружной температуре (-22?С). При этом необходимо исходить из общей отапливаемой площади помещений. Кроме того, при расчете проектной мощности системы отопления следует учитывать: особенности ограждающих конструкций здания