Комбинированные системы отопления: рекомендовано производителями

С. Шовкопляс

Реализация современных систем отопления и горячего водоснабжения все чаще опирается на принцип диверсификации потребляемой энергии – это может быть твердое, жидкое или газообразное топливо в сочетании с электроэнергией, поступающей из централизованной сети или от локальных возобновляемых источников. Среди множества предлагаемых технических решений на рынке представлены готовые решения для комбинированных систем отопления, разработанные и рекомендованные самими производителями

Принципы устойчивого развития в приложении к строительству и инженерным системам зданий и сооружений охватывают множество аспектов, которые можно разделить на четыре основные группы: затраты энергии и средств, функциональность и технология, обеспечение безопасности и степень воздействия на окружающую среду. Они охватывают как экономические, технические, эксплуатационные и производственные факторы, так и факторы качества жизни, безопасности, удобства и комфорта проживания.

Эти принципы диктуют, что из огромного числа альтернатив лучшим с точки зрения устойчивого развития окажется наиболее экономичное решение (для реализации и с учетом стоимости последующей эксплуатации), выбранное исходя из локальных условий. Локализованное решение опирается на тщательный анализ множества параметров: особенностей местности, цены, сроков реализации, доступности, надежности, качества и прочих.

Современный подход к инженерному оборудованию зданий состоит в том, что, с целью диверсификации источников энергоснабжения и снижения эксплуатационных затрат, все больше применяются комбинированные системы, сочетающие функции отопления, подачи горячей и холодной воды, зачастую совмещенные с системами подготовки воздуха и климатическими системами. Все чаще они имеют общее управление (и все чаще – с возможностью удаленного доступа для контроля состояния, настройки и даже для дистанционной отладки), которое нередко интегрировано в единую многоуровневую систему, управляющую всем инженерным оборудованием дома (помимо HVAC, это системы освещения, солнцезащиты, проветривания), действующими по единому алгоритму с назначенной приоритетной целевой функцией. Это может быть, например, экономия средств с учетом тарифов на энергоносители или минимизация выбросов парниковых газов (подробнее о современных европейских тенденциях см. статью «Три тренда Евросоюза в отоплении»).

Готовые решения, предлагаемые известными производителями оборудования для HVAC и представленные в каталогах, охватывают практически все варианты и сочетания подсистем, включая совместную работу с источниками возобновляемой энергии. Рассмотрим некоторые примеры из них.

Базовая схема

У фирмы Baxi (Италия) в линейке предлагаемых готовых решений имеется схема комбинированной системы отопления с газовым котлом Luna Platinum, твердотопливным котлом BPI-Eco и солнечным коллектором для отопления и ГВС (рис. 1, таблица 1).

Ris_1

Рис. 1. Схема комбинированной системы отопления с газовым котлом, твердотопливным котлом и солнечной гелиосистемой для отопления и ГВС

В данной схеме газовый котел с электронным управлением Luna Platinum – центральный нагревательный элемент. В качестве резервного или параллельного теплогенератора выступают твердотопливный котел BPI-Eco и солнечный коллектор. Контуры нагревателей в этой схеме полностью разделены, теплообмен между ними осуществляется в бойлере косвенного нагрева с внешней «рубашкой», в которой размещены отдельные теплообменники теплоносителя, поступающего от твердотопливного котла (вода) и от солнечного коллектора (антифриз). В «рубашке» они омываются теплоносителем, циркулирующим через газовый котел. Этот же теплоноситель поступает к потребителям системы отопления (на схеме изображен как контур «теплого пола»).

Tab_Ris_1Таблица 1. Обозначения на схеме, приведенной на рис. 1

В центральной части бойлера имеется резервуар для воды, используемой и расходуемой в ГВС. Она поступает отдельно от воды для системы отопления. Управляемый смесительный клапан (СК) подмешивает в ГВС холодную воду, если вода в бойлере перегрета. Контур потребителей тепла («теплый пол») управляется сигналами от внешнего программируемого модуля расширения AVS 75.

В контуре управления котлом Luna Platinum с модулем расширения AGU 2.550 анализируется состояние температур теплоносителей в солнечном коллекторе, во внешней «рубашке» и внутреннем баке бойлера ГВС.

Фактически контур солнечного коллектора – самостоятельная гидросистема со своим датчиком температуры CS, модулем управления с «дожимным» насосом, распределительной и контрольноизмерительной арматурой. Тем не менее сигнал от датчика температуры теплоносителя от солнечного коллектора заведен во внутренний модуль расширения AGU 2.550 электронной системы управления газовым котлом и всей системой.

Датчики температуры воды QAZ 37 подают сигнал о величине и разнице теплового потенциала между внешней «рубашкой» бойлера и внутренним резервуаром горячей воды ГВС в контур управления газовым котлом AGU 2.550. Туда же поступают сигналы от датчика уличной температуры QAC 34 (в проводном или беспроводном исполнении), датчика комнатной температуры QAA 55 или климатического регулятора дистанционного управления QAA 75 (проводного или беспроводного), сигналы которого предварительно обрабатываются во внешнем программируемом модуле расширения AVS 75 системы управления. Этот же модуль расширения от накладного датчика температуры QAD 36 управляет «дожимным» насосом и приводом смесительного клапана, регулирующего расход через байпас контура нагрева от твердотопливного котла по схеме «после себя». Твердотопливный котел соединен с расширительным баком открытого типа. Бойлер ГВС одновременно служит и аккумулятором тепла для всей системы.

Такое решение, которое физически объединяется на уровне тепловых потоков через бойлер, а в смысле управления представляет собой иерархическое соединение автономных составляющих (газовый котел, коллектор и твердотопливный котел) на уровне системы управления газового котла Luna Platinum и ее модуля расширения AGU 2.550, позволяет реализовать как независимую работу каждой из систем нагрева (при выключенных других), так и совместное функционирование в любых сочетаниях.

Например, если солнечного тепла достаточно для потребления в ГВС и для отопления, то нагрева воды в бойлере от обоих котлов не происходит. По мере увеличения расходования тепла при снижении уличной температуры автоматика подключит малоинерционную быстродействующую систему нагрева от газового котла, а при дальнейшем похолодании можно запустить твердотопливный котел, после выхода которого на стационарный тепловой режим газовый котел отключается и затем используется только для краткосрочной компенсации нехватки тепла.

В зимнем режиме обогрева твердотопливный котел может использоваться постоянно в оптимальном режиме и с максимальным КПД, а в другое время года его контур отопления может быть отключен, и теплоноситель, поступавший от твердотопливного котла, будет зациклен в бойлере ГВС управляемым клапаном через байпас. В зимний максимум работают или все три нагревателя совместно, или (при угрозе замерзания теплоносителя в коллекторах) без гелиосистемы.

Бассейн — в дополнение

Типовым проектом №17 из каталога «Типовые проекты Buderus» от немецкой компании Buderus (рис. 2, таблица 2) для обеспечения частного дома (частного отеля и т.д.) горячей водой, подогрева воды в бассейне и отопления помещений предусмотрена комбинированная система отопления, которая состоит из: настенного конденсационного котла Logamax plus GB162 мощностью 65 кВт (поз. К.1), твердотопливного котла с автоматической подачей топлива Logano G221 A мощностью 30 кВт (поз. К.24) и гелиосистемы из шести плоских гелиоколлекторов SKN 4.0 (поз. К.7), группы баков, а именно: бивалентного бака нагрева ГВС Logalux SM 300 (поз. К.9), буферного бака-накопителя Logalux PNR500-80/5E (поз. К.10). Отличительная особенность данной схемы в том, что твердотопливный котел и гелиосистема гидравлически соединены с основным теплогенератором – конденсационным газовым котлом – по буферно-байпасной схеме. Подогрев теплоносителя в
буферном баке-накопителе Logalux PNR 500-80/5E (поз. К.10) осуществляется в первую очередь за счет гелиосистемы и твердотопливного котла Logano G221A (поз. К.24). Накопленное в буферном баке тепло направляется в систему отопления.

Ris_2Рис. 2. Схема комбинированной системы отопления и ГВС с конденсационным газовым котлом, твердотопливным котлом с автоматической подачей топлива и гелиосистемой

Согласованная работа данной комбинированной схемы организована цифровой системой регулирования Buderus Logamatic 4323 и отдельным регулятором гелиосистемы Logamatic SC40. Гелиосистема предназначена для нагрева горячей воды и поддержки отопления. При достаточном количестве тепла, поглощаемом гелиоколлекторами, включается циркуляционный насос гелиоконтура, и его теплоноситель направляется в бивалентный бак ГВС Logalux SM 300 (поз. К.9) для нагрева горячей воды в контуре ГВС, откуда она подается к потребителю. После нагрева горячей воды до установленной температуры избыточное тепло от гелиоколлекторного поля направляется в буферный бак-накопитель Logalux PNR500-80/5E (поз. К.10). Перенаправление теплоносителя в буферный бак-накопитель осуществляется с помощью переключающего клапана для второго потребителя VS-SU (поз. К.11). Система управления Logamatic 4323 работает по погодозависимому алгоритму. Через «стратегический» датчик температуры, который размещен на гидравлической стрелке, осуществляется анализ температуры воды, поступающей к контурам отопления. Если температура воды, поступающей из буферного бака, недостаточна для покрытия всей тепловойнагрузки, то включается основной источник теплообеспечения – конденсационный газовый котел Logamax plus GB162, который подогревает теплоноситель до заданного значения.

Tab_Ris_2Таблица 2. Обозначения на схеме, приведенной на рис. 2

В данной комбинированной системе теплоснабжения роль «ведущего» источника тепла отводится твердотопливному теплогенератору Logano G221 A. Если от системы теплоснабжения нет запроса на тепло, то этот котел находится в режиме ожидания. Для покрытия возросшего теплопотребления (для нагрева горячей воды, бассейна или от отопительного контура) функциональный модуль FM444 дает команду на включение Logano G221 A, который нагревает буферный бак. FM444 проводит анализ температуры в буферном баке (поз. К.10). И если буферный бак уже нагрет от гелиосистемы, то твердотопливный котел не включается или включается кратковременно, что позволяет экономить твердое топливо (пеллеты). Основной же источник тепла, «ведомый» в данной схеме – конденсационный котел Logamax plus GB162, включается в работу, только когда недостаточно тепла, полученного от гелиосистемы и/или от твердотопливного котла, чем достигается максимальная экономия газа.

Применение теплонасоса

Нередко проектировщики сталкиваются с тем, что новое или реконструируемое жилье расположено в местности, где нет централизованного газоснабжения. При этом, как правило, в населенном пункте есть электроснабжение. В этой ситуации для обогрева и горячего водоснабжения небольшого дома можно обойтись без газового котла, используя солнечные панели и тепловой насос. В случае отключения электричества для работы теплового насоса его тоже можно «произвести» самостоятельно – фотовольтаическими панелями, генератором и/или запасти его в аккумуляторах в благоприятное время.

Одно из готовых технических решений, предлагаемых фирмой Vaillant (Германия), позволяет сделать огромный шаг к собственной энергонезависимости или по меньшей мере существенно снизить потребление из внешних энергосетей. Это схема низкотемпературного обогрева и подготовки воды для ГВС с использованием универсального теплового насоса серии flexoTHERM и гелиосистемы auroFLOW plus в сочетании с буферным накопителем allSTOR exclusiv VPS и автоматическим погодозависимым регулятором отопления multiMATIC VRC 700, работающим совместно с модулем коммутации VR 70 и устройством дистанционного управления VR 91. Каждое из упомянутых устройств – это, скорее, целая система, заслуживающая отдельного рассмотрения.

Потребители низкопотенциального тепла в данной схеме – раздельные контуры фэнкойлов и система «теплый пол», подключенные через циркуляционные насосы и регулируемые клапаны. ГВС запитана и управляется отдельно.

Наружное звено гелиосистемы состоит из плоских солнечных коллекторов auroTHERM classic VFK 135 (в приведенном случае – в наклонном исполнении (VD)) с алюминиево-медным абсорбером и экстрапрочным стеклом с селективным покрытием для эффективного поглощения солнечной энергии. Данные коллекторы предназначены для работы в самосливных не закипающих системах, например, в сочетании с гелиостанцией auroFLOW plus, в которой возможность закипания исключается за счет запатентованной конструкции DrainBack (при недостаточном отборе тепла и перегреве системы теплоноситель из коллекторов сливается в собственный бойлер). Особенность гелиосистемы – солнечный контур без давления: под давлением находится только контур водонагревателя, отсутствует расширительный бак и автоматический сапун.

С насосной станцией VPM 15 D (базовый модуль) можно использовать до шести коллекторов. Они могут быть установлены в ряд или «полями» 2х3 или 3х2 панелей. При использовании модулей расширения VPM 30 D могут быть задействованы до 12 коллекторов – в этом случае устанавливаются два ряда по шесть коллекторов или они разделяются на поля 3х4 или 4х3; можно комбинировать до четырех модулей в каскад. Максимально возможное количество используемых панелей – 48 шт.

Гелиосистема auroFLOW plus полностью совместима с буферным накопителем allSTOR exclusiv VPS, главная функция которого, помимо аккумулирования тепловой энергии, – предотвратить смешивание слоев холодной и нагретой воды от разных источников. Буферный накопитель allSTOR exclusiv VPS может работать в комбинации с тепловыми насосами, солнечными системами, напольными и навесными газовыми котлами всех типов, твердотопливными котлами. Имеется возможность установки на нем внешней станции приготовления горячей воды для ГВС. На нем же можно смонтировать и гелиостанцию.

В буферной емкости происходит постоянный замер температуры слоев воды для подачи данных автоматике для анализа входных и выходящих тепловых потоков и оценки производительности тепла от разных источников для оптимального выбора и переключения между ними. В частности, буферный накопитель allSTOR exclusiv VPS оснащен восемью гильзами для подключения температурных датчиков по всей длине бака.

Верхние входы буферного накопителя соединены с гелиосистемой, которая в данном случае представляет собой источник тепла с более высокой температурой, чем тепловой насос, подключаемый к нижним штуцерам.

В решении, показанном на рис. 3, фирма Vaillant предлагает применять модульные тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения flexoTHERM exclusive VWF 57/4–197/4. Они используют тепло грунта, воды или наружного воздуха. В качестве наружного контура насоса может быть использован воздушный теплообменник, грунтовый зонд или забор воды из подземного водоносного слоя – в этом качестве можно использовать даже обычный колодец. Тепловые насосы этой серии оснащены системой автоматики, обеспечивающей функции активного и пассивного охлаждения, учета потребленной и выработанной энергии, есть возможность удаленного мониторинга и управления через блок дистанционного управления VR900. Они обеспечивают температуру нагрева до 65 0С, благодаря системе звукоизоляции Piharmonic обладают низким уровнем шума (до 42 дБ). Тепловые насосы серии flexoTHERM exclusive VWF 57/4–197/4, в зависимости от исполнения, подключаются к однофазной (220 В) или трехфазной (380 В) сети и вырабатывают тепловую мощность при нагревеот 5,3 до 19,7 кВт, а в режиме охлаждения – от 6,6 до 22,3 кВт. Номинальный коэффициент преобразования COP ≈ 4,7–5,0. Агрегаты имеютвозможность работы в системах отопления с газовыми котлами, солнечнымиколлекторами и фотовольтаическими панелями, поэтому предлагаемая схема может быть расширена по мере необходимости.

Ris_3Рис. 3. Схема комбинированной системы отопления и ГВС с тепловым насосом и комплектной гелиосистемой

Мозг всей системы – автоматический погодозависимый регулятор отопления серии multiMATIC VRC 700 с дисплеем. Он позволяет настроить оптимальную погодозависимую кривую системы в целом и на каждый отопительный контур, установить время работы от каждого из теплогенераторов (например, на ночную работу при многозонном тарифе на электроэнергию). При этом нагревательная система будет потреблять ровно столько тепла, сколько нужно для поддержания требуемой температуры в помещениях в данную погоду с минимально возможным расходом энергии. Применение погодозависимого регулирования также уменьшает и технологические потери тепла в трубопроводах.Автоматический погодозависимый регулятор отопления серии multiMATIC VRC 700 с помощью модулей коммутации также оптимизирует работу оборудования (модуляция и контроль количества пусков/остановок), может оценивать эффективность работы системы – подсчитывать количество потребленной и выработанной энергии. Предусмотрена возможность расширения функций регулятора без его замены при модернизации системы. В комбинации с модулем коммутации VR70 регулятор управляет одним смесительным контуром отопления, контуром солнечных коллекторов и контуром ГВС. Регулятор защищает установку от замерзания, имеет режимы снижения температуры для экономии, а также режимы «Отпуск», «Встреча», «Одноразовый нагрев водонагревателя» (чтобы набрать ванну с горячей водой), «1 день вне дома», «1 день дома». Кроме того, предусмотрена термическая дезинфекция водонагревателя. Благодаря тепловому насосу и контуру теплообмена фэнкойлов данная система в жаркое время года охлаждает помещение, в то время как гелиосистема обеспечивает подготовку горячей воды.

Взвешенный выбор

Положительная особенность готовых решений, предлагаемых производителями HVAC, – они апробированы, имеют проверенные параметры, подтвержденные сертификатами результаты испытаний и качество, используют заведомо согласующиеся между собой компоненты и узлы (от протоколов управления, блоков питания и разъемов до резьбовых присоединений). К тому же нет нужды приобретать по отдельности разрозненные устройства и детали для таких комбинированных и довольно сложных систем.

Разработка и поиск оптимальных технических энергоэффективных решений для комбинированных систем отопления, горячего и холодного
водоснабжения, климатизации и воздухоподготовки продолжаются во всем мире; научные исследования и инженерные изыскания не прекращаются. Возникают все новые и новые захватывающие предложения для экономии. В этот увлекательный процесс вовлечены и профессионалы, и любители.

Но, прежде чем начинать самостоятельно «изобретать велосипед» или набирать систему отопления из несогласованных блоков разных фирм, имеет смысл проанализировать готовые комплексные решения от надежных производителей и выбрать подходящие среди них. В большинстве случаев это вполне может оказаться самым оптимальным вариантом для локальных условий с учетом всех значимых факторов выбора, включая, помимо технико-экономических параметров, авторизованную пуско-наладку, гарантийный сервис и послегарантийное обслуживание, наличие запасных частей, сертифицированного персонала, работающего в данной местности. В итоге все это позволит сэкономить время и деньги на устранение неполадок, согласования и на прочие сопутствующие затраты.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!



Оставьте комментарий

Telegram