В данном обзоре я разберу гидравлику котельной, которая сильно влияет на выбор оборудования (несколько примеров я уже разбирал в статье "Мощность котла"), на его стоимость и на функциональность системы. Материал сложен для понимания, но он важен для понимания работы всей системы.
Немного “теории”.
В термодинамике есть формула, которая будет часто встречаться в следующих обзорах:
G = Q / c * ∆Т
где G - расход теплоносителя, Q - мощность (кол-во теплоты), с - удельная теплоемкость воды ( = 1,16), ∆Т — разница температур. Единицы измерения специально не пишу, чтобы не усложнять, да и для общего понимания они не нужны.
Схема достаточно проста. Нам нужно определенное кол-во тепла, которые мы рассчитали, котел, как его источник, вырабатывает тепло при помощи сжигания топлива, вода от источника тепла переносит полученное тепло - "Q" до конечного потребителя, поэтому ее и называют “теплоноситель”. Именно вода по своим теплотехническим и другим свойствам является идеальным теплоносителем. Выбор котла (источника тепла), в большинстве случаев, обусловлен выбором вида топлива (вернее сказать, выбора как такового нет). Часто это газ или электричество, газ как самое бюджетное решение, а электричество как самое доступное. Дальше экзотика в виде дизельного топлива, сжиженный газ или пеллеты, отдельно выделю “Тепловые насосы”, но тоже как “экзотику” и т.д. В качестве конечного потребителя служат отопительные приборы, теплые полы и другие потребители тепла. Задача "гидравлики котельной" состоит в правильном распределении, полученного от котла, тепла (считается по формуле) между контурами отопления в необходимом им кол-ве. Формулу привел для того, чтобы было видно что и как влияет на кол-во тепла - расход теплоносителя, его температурные параметра и вид теплоносителя, который отражает коэффициент теплоемкости (это может быть не только вода).
Котел при сжигании топлива вырабатывает тепло, которое нагревает теплоноситель, циркулирующий через “тело” котла. Кол-во тепла переданного теплоносителю считается по той же формуле (см выше). Расход или кол-во теплоты зависят от разницы температур между подающей и обратной линией. Чем больше разница температур, тем меньше расход или больше кол-во теплоты (отданной или полученной). Этот момент мы уже обсуждали при выборе бойлера и подсчете расхода горячей воды (формула та же). Этот контур назову “первичным”. Циркуляция в котором происходит при помощи насоса, который встроен в котел (для маломощных настенных котлов) или ставиться отдельно, но он есть всегда. Цель этого насоса обеспечить минимальный проток через котел, чтобы обеспечить необходимый “теплосъем” с “тела” котла путем нагревания теплоносителя (определяется по формуле выше). Если расход будет слишком маленьким, то вода в котле может закипеть (по формуле можно рассчитать при каком расходе вода нагреется до 100 °С, беря кол-во теплоты выработанное котлом при минимальной мощности). Вернее она не закипит, т.к. автоматика безопасности отключит подачу газа при повышении температуры выше положенной и котел отключится (при такой ситуации сам он не запустится и нужно вызывать специалиста). Насос, встроенный в котел, может служить одновременно циркуляционным насосом для системы отопления, но для этого нужно проверить параметры насоса, но основная функция этого насоса это обеспечить нужный расход в “первичном контуре” и подбирается он именно из этих параметров в первую очередь.
Схема котельной.
Дальше нагретый теплоноситель поступает к другим потребителям через отдельные контуры. Для определения кол-ва и типа (прямой или смесительный) этих контуров нужно знать температурные режимы каждого потребителя. Система отопления - условные 90-70 °С, теплый пол - условные 50-35 °С, теплообменник бассейна 60-40 °С и тд. Как можно заметить, температурные режимы разные и соответственно для обеспечения нужных температур нужны отдельные контуры, для каждого свой. Когда температурные режимы совпадают, то их можно “посадить” на один контур. Если базовая максимальная температура из котла выше необходимой в контуре, то снижение температуры в каждом, отличном от основного, контуре происходит путем смешения обратной линии с подающей (см схему 1 и схему котельной).
Схема 1.
Все насосы подбираются на основании гидравлического расчета, а не на “на глазок”, типа - поставь помощней, пусть будет с запасом, хуже не будет. Это решение может привести к некорректной работе контура и всей системы. Хотя на небольших системах современные насосы можно определить “на глазок”, но нужно понимать как он будет работать и не будет-ли последствий, о которых я расскажу ниже. Для расчета необходимого расхода насоса берется все та же формула.
На первый взгляд все просто - распределяем полученное тепло между всеми потребителями, но сложность в том, что статических систем почти не бывает, они всегда динамические. В любой системе отопления стоят термостатические вентили, которые постоянно то прикрывают подачу теплоносителя в прибор отопления, то открывают (посредством термоголовок), тем самым меняя сопротивление системы. А с изменением сопротивления системы/контура меняются расходы теплоносителя (меняется рабочая точка насоса) и соответственно кол-во теплоты передаваемое теплоносителем тоже меняется. Чем же это плохо для системы в целом? Вот тут мы и возвращаемся в работе насоса “первичного контура”, при увеличении гидравлического сопротивления системы расход теплоносителя снижается, а в случае использования встроенного в котел насоса, который служит в качестве циркуляционного насоса системы отопления, снижение расхода чревато закипанием воды в котле. Вы скажете, что котел отключится и отчасти будете правы. Но при выключенном котле температура в топке котла не снижается так быстро (температура в топке при горении газа не менее 600 °С), что может привести к повышению температуры теплоносителя выше, чем нужно. Именно для этого нужно соблюдать минимальный проток через котел, чтобы обеспечить необходимый минимальный теплосъем. Возвращаясь к автоматике котла - в логике работы котлового насоса установлено минимальное время работы после выключения горелки (ее можно менять, но минимальный порог превышать не даст автоматика).
Что же делать спросите вы? Решение как всегда есть - в большинстве случае это гидравлический разделитель или гидрострелка (ставится между котлом и распределительным коллектором) как бы разделяя контур котла и остальную систему друг от друга (см схему 2 и схему котельной), но и здесь есть свои нюансы.
Схема 2.
Основное правило правильной работы гидроразделителя - расход “первичного контура” Vp=G котла должен быть равен или больше суммарного расхода всех одновременно работающих контуров - Vs (рис 1 и 2 на схеме) = G системы (к вопросу важности понимания работы системы на стадии подбора оборудования и гидравлики котельной). Режим работы системы, когда расход “первичного контура” меньше расхода рабочих контуров (рис 3 на схеме) тоже имеет место быть, но не долго. Дело все в «конфликте» температур. Котел определяет температуру теплоносителей при помощи соответствующих датчиков и регулирует систему исходя из этих данных. Но если будет происходить "подмес" обратной воды в подачу (рис 3 схемы выше), то датчик температуры в котле (он стоит там по умолчанию) или в гидрострелке (его ставят туда при каскаде - когда в системе не один котел, а несколько) этого не "увидит" и не сможет правильно отреагировать на изменение температуры, а "подмес" непременно снизит температуру в подающей линии контура. Котел будет повышать температуру “первичного контура”, ведь датчик в каком-нибудь контуре равнозначно покажет снижение этой температуры, и температура в “первичном контуре” будет повышаться, что может привести к перегреву. Это все исходит из логики работы автоматики котла и с этим ничего не поделаешь. Поэтому важно обеспечить правильную гидравлическую схему, что бы система и автоматика, ее регулирующая, работали синхронно и без сбоев.
В простых решениях очень часто можно обойтись без сложных гидравлических схем, гидрострелки, сохраняя тот же самый режим работы, оборудование, функционал и будет значительно проще в монтаже, а значит дешевле. Не понимая логики работы всей системы сложно определить, когда нужна одна схема, а в каком случае другая. Поэтому “специалисты” часто ставят гидрострелку везде и даже туда, где она не нужна или можно обойтись без нее.
Очень часто встречаю такие кейсы, когда «специалист» предлагает хорошее оборудование и дублирует функции уже заложенные в автоматике котла дополнительными или не нужными опциями, которые красиво звучат, но по факту клиенту это и не нужно вовсе. Или наворочено так, что при наладке системы возможны «конфликты».
Вывод:
Гидравлика котельной определяет работу всей системы в целом и к этому вопросу нужно подходить ответственно. Ошибки в выборе могут привести к возникновению аварийных ситуация, но в тоже время оптимальные решения позволяют снизить бюджет котельной в целом.