Пять в одном: комбинированное отопление для разнотипных потребителей

Д. Лейнов

Комбинированные источники отопления, совместно работающие на систему потребления тепла, где сочетаются устройства с разным температурным режимом – высокотемпературная и низкотемпературная – нетривиальная задача. Но вполне осуществимая техническими средствами, имеющимися на рынке оборудования в Украине. Здесь описывается одно из решений, которое было воплощено практически

Устойчивость системы отопления определяется надежностью применяемого оборудования и диверсификацией энергоносителей, используемых в системе. Оптимальность работы с учетом стоимости энергоносителя и максимально достижимого общего КПД системы в каждый момент времени позволяет получить существенный экономический эффект. Но как это реализовать практически?

Ниже будет рассмотрена действующая схема (объект 2015 года) в которой в единую систему увязаны:

Источники:

• Твердотопливный пеллетный котел (3И-1).
• Тепловой насос с внешним водяным контуром (2И-1).
• Газовый навесной котел (4И-1).
• Электрический бойлер (6И-1).
• Солнечные коллекторы (1И-1,2,3,4).

Потребители:

• Система «теплых полов» (низкотемпературная).
• Система радиаторов (стандартная).
• Система фэнкойлов (низкотемпературная).

Описание объекта

Дом был куплен заказчиком в готовом виде и претерпел некоторые архитектурные изменения (достройку мансардного этажа). Определить конструктив ограждающих конструкций и выполнить расчет теплопотерь не представлялось возможным, поэтому (согласно ТЗ) были приняты теплопотери на уровне 80 Вт/м² приведенной площади.

В доме на момент выполнения проекта уже имелись: система «теплого пола» REHAU) на первом этаже, водогрейный бойлер, газовый котел и несколько радиаторов.

Задача, поставленная заказчиком была такова: установить систему фэнкойлов на втором этаже, добавить систему «теплого пола» в помещение зимнего сада, установить радиаторы в добавившихся с/у и в мансарде.

Также требовалось выполнить реконструкцию топочной, добавив туда тепловой насос (как источник тепла и холода), твердотопливный котел (как резервный источник на случай «больших холодов»). Объект уже был оснащен дизельным генератором, обеспечивающим потребности в электроэнергии всего дома за исключением теплового насоса и циркуляционного насоса внешнего контура.

Исходя из требований заказчика, было разработано приведенное схемное решение. Схема имеет два режима работы «Зима» и «Лето», то есть работает на отопление и ГВС зимой, и на охлаждение – летом. Ниже приводим детальное описание работы схемы.

Система 1

Соларная (фототермальная) система. Состоит из 4 солнечных плоских коллекторов, соединенных параллельно. Общая площадь апертуры составляет 7,92 м². Работает по классическому режиму. При возникновении разницы температур между датчиками температур S1 и S2 (один установлен на коллекторах, другой – в баке 0Бк‑1) равной 10°С включается насос 1Н-1, который выключается при снижении этой разницы менее 5°С. Этот режим совершенно идентичен, как для летнего режима, так и для зимнего режима эксплуатации.

Сразу отметим, что четырехходовые переключатели 2Ач-1 и 2Ач-2 управляются автоматикой теплового насоса и в данном описании их работа отсутствует.

Режим «Зима»

Датчик 2Dt-1, установленный в баке 2Ба-1, управляет включением и выключением теплового насоса. Арматура 0Ат-3 находится в положении «0» (открыта, см. обозначение на схеме). 0Ат-2 в положении «О» (открыто). (Эти обозначения выбраны условно и произвольно). Насос 2Н-1 включен. 0Ат-1 в положении «0». Датчик температуры 2Dt-2 контролирует температуру обратного теплоносителя.

Распределительная гребенка, раздающая теплоноситель потребителям, имеет в своей конструкции балансировочные вентили и перепускные настраиваемые клапаны, что полностью исключает гидравлический разбалансировку системы.

Таким образом, теплоноситель от источника попадает в 2Ба-1 (работающий как аккумулирующая емкость), далее – на распределительную гребенку – в 0Бк-1 и обратно. Это дает возможность поддерживать температуру теплоносителя в 0Бк-1 на необходимом уровне.

Подача теплоносителя из ТН осуществляется с температурой 50°С, что дает возможность использовать 0Бк-1 как источник тепла для ГВС (режим работы ГВС рассматривается ниже). Снижение показаний температуры на датчике 2Dt-2 свидетельствует о том, что идет увеличение теплопотерь и, соответственно, снижение температуры в доме. При падении температуры ниже 40°С идет команда на включение 3Н-1 и запуск 3И-1. При этом тепловой насос продолжает работать.

По мере выхода котла на номинальную мощность (0Dt-1 показывает температуру 80°С) происходит отключение теплового насоса по уставке температуры на своей обратной линии. По сигналу отключения теплового насоса, 0Ат-1 переходит в положение «З». 0Ат-2 переходит в положение «О» и 2Н-1 выключается. При этом шунтируются сигналы с датчика 2Dt-2.

Это позволяет исключить 2Ба-1 из потребителей твердотопливного котла, экономя топливную пеллету. Опыт эксплуатации объекта показал, что температура в 1Ба-1 поднимается не более чем до 52-55°С. Направление потока теплоносителя на гребенке меняется на противоположное («горячая» и «холодная» нитки не меняются местами – меняется направление потоков). Система начинает работать от пеллетного котла. Конструкция котла позволяет работать ему как на пеллете, так и на дровах. Для второго случая (ручной режим подачи топлива), с целью предотвращения срабатывания 3Гб-1 предусмотрены два датчика 3Dt-2 и 3Dt-3, которые подают светозвуковую сигнализацию для прекращения подачи топлива и включают режим «сбрасывания» излишков тепла в 2Ба-1 посредством переключения 0Ат-1 и включения 2Н-2. Этот режим был прописан в ТЗ по требованию заказчика.

Если в процессе эксплуатации пеллетного котла возникает его несанкционированное выключение (забился или заклинил шнек, ошибка автоматики горелки и т.п.) 0Ат-3 переходит в положение «З» и включается газовый котел. При этом также срабатывает свето-звуковая сигнализация. Обратный переход на твердотопливный котел осуществляется вручную (после устранения неполадок и снятия сигнала ошибки с пеллетной горелки).

Обратный переход на тепловой насос происходит следующим образом. (Режим рассчитан только на работу с пеллетной горелкой). Разбор тепла из 0Бк-1 происходит за счет работы насосов потребителей 0Н-1, 0Н-2, 0Н-3, 0Н-4. Эти насосы всегда включены. Терморегулирующие вентили 0Ат(t)-1 и 0Ат(t)-2, установленные на распределительной гребенке, контролируют подаваемую температуру в соответствии с предустановленными значениями. При каждом выключении пеллетной горелки запускается реле времени и если за полтора часа (сначала была установлена уставка 1 час, но в процессе эксплуатации было решено ее изменить в сторону увеличения) не поступает сигнал на включение, то 0Ат-1 переходит в положение «О» и включается 2Н-1. Снимается блокировка с 2Dt-2 и подается сигнал на включение теплового насоса, который запускается по своим внутренним уставкам «обратной» температуры.

Режим ГВС

Система подготовки горячей воды работает следующим образом. В любом режиме работы, «Зима» или «Лето», бак 0Бк-1 находится в подогретом состоянии. Он нагревается твердотопливным котлом и солнечными коллекторами или тепловым насосом и солнечными коллекторами. Подача холодной воды врезана в линию рециркуляции таким образом, что вода будет подаваться независимо от того, чем в данный момент нагревается вода. Если датчик показывает температуру выше 48°С, то 6Ат-2 находится в положении «О». При этом 6Ат-1 тоже находится в положении «О». Насос 6Н-1 включен. Насос рециркуляции работает по своему суточному графику, если на него не приходит «запрет».

Данный «запрет» формируется следующим образом. Датчик температуры показывает температуру ниже 48°С, при этом 6Dt-2 показывает температуру ниже 50°С. Это говорит о том, что дальнейший нагрев через 0Бк-1 невозможен.

Тогда 6Ат-2 переходит из положения «О» в положение «З». Этим мы подключаем электрический бойлер с постоянно нагретой водой, он начинает подавать воду потребителям без просадки по температуре (комфорт: температура воды в кране не меняется). Датчик 6Dt-3 (дифференциального типа) контролирует изменение разницы по температуре и при уменьшении этой разницы (заканчивается горячая вода в бойлере) – подает сигнал на 6Ат-2, который при этом становится в положение «О». 6Ат-1 из положения «З» переходит в положение «О», тем самым начиная подавать воду на контур ГВС газового котла, который включается по своему датчику протока. 6Н-1 при этом – выключается.

Восстановление нормального режима работы схемы происходит при поднятии температуры на 6Dt-2 свыше 50°С. При этом срабатывает временная уставка (2 минуты) и от 6Dt-1 должно прийти подтверждение – температура выше уставки срабатывания 48°С. Датчик протока 6G-1 служит для блокировки 6Н-1 (недопущение работы котла на ГВС при наличии рециркуляции). 6At(t)-1 – термостабилизирующий вентиль, предотвращающий попадание горячей воды (сверх установленной температуры) на людей, которые в данный момент пользуются водой.

Режим «Лето»

Переход с «зимнего» режима эксплуатации на «летний» осуществляется с изменением некоторых уставок датчиков, выключением подвода питания к некоторых приводам арматуры (для исключения ложного срабатывания), а так же ручным закрыванием арматуры 0Ао-7 и 0Ао-4. Таким образом, исключается возможность попадания горячего теплоносителя в холодный.

Тепловой насос начинает работать на охлаждение. Так же перекрываются арматуры 0Ао-1-1 и 0Ао-1-2. Снимается питание с 0Н-3. Температурный режим работы теплового насоса – стандартный для холодильных машин – 7-12°С. На линию теплого пола подмешивается теплоноситель с температурой 16°С. Это позволяет осуществлять частичное кондиционирование, не снижая температуру пола ниже 22°С. То есть «теплый пол» работает на охлаждение. Такие режимы очень интересны с точки зрения климатизации, но требуют более тщательных подходов, как при проектировании, так и в процессе инсталляции. Недаром для этого объекта для инсталляции таких «теплых полов» была применена система REHAU.

Режим работы «на холод» аналогичен режиму работы «на тепло», с разницей только в значении уставок датчиков.

Эффективность – круглый год

Резюмируя все вышеизложенное, можно смело утверждать, что совмещение в одной схеме источников тепла (высокотемпературного и низкотемпературного) не просто возможно, а реализуемо, что такие источники не будут мешать работе друг друга. При проектировании таких схем необходимо учесть, что для того, чтобы летом иметь одновременно горячую воду и холод, то необходимо будет предусмотреть аккумулирующую емкость для всех теплоносителей с разной температурой. Ну а это, в свою очередь, также позволит в холодный период тоже иметь теплоносители с разной температурой.

Применение возобновляемого тепла от солнечных коллекторов в итоге экономит за год значительные средства на эксплуатацию системы в целом.

При проектировании подобных систем необходимо учитывать все энергетические показатели здания. Очевидно, что для частного дома не будет составляться энергетический паспорт и проводиться энергоаудит – это довольного дорого. Но при реализации можно столкнуться с довольно неприятной проблемой, связанной с расположением окон по сторонам света. Бывают случаи, когда датчик погодозависимого регулирования, который надо располагать с северной стороны, чтобы исключить попадание на него прямого солнечного света, все-таки располагают некорректно. Из-за этого может произойти «фальшивый» учет показателя «Solar gain» (поступление в здание солнечного тепла через светопрозрачные проемы), и в доме может случиться недотоп. То есть, за счёт того, что на датчик попадают солнечные лучи, его показания значительно искажаются. При этом автоматика иногда может даже перейти из режима отопление в режим охлаждения, и температура в доме может оказаться, мягко говоря, некомфортной.

В целом схемные решения для частных домов отличаются для систем климат-контроля, применяемых в крупных зданиях. Те подходы, которые выглядят экономически обоснованными для больших строений, могут быть «разорительными» для коттеджей – например, масштабное использование геотермальной энергии, одновременно работающей и на холод, и на тепло. Об этом мы познакомим вас в следующих публикациях.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 5 662