Система отопления загородного дома: настраиваем самостоятельно

В своей предыдущей статье я писал, что одним из эффективных способов модернизации систем отопления в частных постройках является переход от открытой системы отопления к закрытой. Усовершенствованная таким образом система отопления жилого дома имеет много достоинств, которые в совокупности обеспечивают простую её эксплуатацию, необходимо просто включить котёл в начале отопительного сезона и выключить по его окончании. Всё!

Однако для того чтобы система отопления загородного дома работала в таком режиме (включил, «забыл» на полгода, выключил), нужно правильно настроить и отрегулировать её рабочие параметры. Вот об этом и пойдёт речь в моей статье. Основные выкладки, выводы и расчёты я буду делать на примере своей отопительной системы, но читатель всегда может воспользоваться данной информацией, проведя аналогию со своим конкретным случаем.

Несколько общих, но важных замечаний

Для того чтобы можно было рассуждать о правильности работы системы отопления и об её настройке и регулировке, для начала необходимо убедиться в том, что ваша система отопления загородного дома грамотно спроектирована, смонтирована, грамотно подобрано отопительное оборудование.

Такой подход диктуется тем, что нередко в частных домах системы отопления «ваяют» бригады «шабашников». А как, что, и на основании чего они делают, для собственников жилья нередко остаётся большим секретом. Поэтому вынужден обратить внимание читателя на несколько, в общем-то, прописных истин, без понимания которых говорить о настройке и регулировке несерьёзно.

Этап № 1

Первое, в чём необходимо убедиться, — в том, что параметры котлов соответствуют параметрам системы отопления. Арифметика здесь простая. На каждый киловатт мощности котла должно приходиться примерно 13 литров воды (теплоносителя) в системе отопления. Причём отклонения в большую сторону не так критичны, как в меньшую. При этом по большому счёту неважно, кто производитель котла и даже на каком топливе он работает.

Самый простой и надёжный способ определить объём воды в системе отопления — просмотреть показания водомера, заливая жидкость в систему (при первой испытательной топке, при промывке системы). Кроме этого, можно рассчитать объём воды в системе. Для этого необходимо учесть объём её в основных приборах: в отопительном котле, в радиаторах отопления и в трубах. У меня, например, при первой испытательной топке водомер показал, что в систему было залито 295 литров.

Таким образом, удельный объём воды в системе в моём случае составил: 295/20=14,75 л/кВт, что немного превышает требуемое значение. Но больше — не меньше. Поэтому я ничего менять не стал, и впоследствии об этом пожалел.

Если объём воды слишком мал по отношению к мощности используемого котла, целесообразно привести объём теплоносителя в соответствие с мощностью котла. Самый простой путь — добавить количество обогревательных приборов в систему.

При определении мощности котла нужно учитывать возможные нюансы и сюрпризы. Так, например, свой котёл я покупал как 16-киловатный.

При осмотре оборудования и документации, уже дома, выяснилось, что котёл укомплектован газовой горелкой мощностью 20 кВт. Соответственно, мощность котла не 16, а 20 кВт.

Владельцев импортных котлов может подстерегать другой сюрприз. Например, котел мощностью 27 кВт (при номинальном давлении газа 18-20 мбар) в наших газовых сетях при давлении 13 мбар реально будет выдавать чуть более 20 кВт. Зимой, когда давление падает ещё ниже, производительность газового котла ещё больше снизится.

После того как мы убедились, что объём теплоносителя соответствует мощности котла, и уточнили объём воды в системе, можно переходить к следующему этапу.

Этап № 2

На данном этапе, зная, какой объём воды вмещает система отопления жилого дома, необходимо рассчитать требуемый объём расширительного бака (либо проверить эти параметры на соответствие). Поскольку информации в сети по данному вопросу более чем достаточно, буду краток. Как мы знаем, вода практически не сжимается, а при нагреве её объём увеличивается. Для того чтобы компенсировать температурное расширение воды и обеспечить поддержание стабильного давления в закрытой системе отопления, используют мембранный расширительный бак. Для того, чтобы бак исправно выполнял данную функцию, его объём должен быть правильно рассчитан. В самом простом случае объём расширительного бака принимают равным 10-12 % от объема воды в системе. Ниже на рисунке показана зависимость прироста объёма воды в зависимости от перепада температуры. Обычно для бытовых котлов максимально допустимая температура подогрева воды ограничивается 95 оС, в этом случае прирост будет менее 5 %.

Для моей системы отопления (295 литров) объём расширительного бака должен составлять 295 х (10-12)%=(29,5 — 35,4) литра.

На фото показан мой расширительный бак на 35 л, установленный впоследствии в вертикальном положении, подключённый по воде, снизу, трубой ¾ дюйма. С завода бак поставляется уже заправленный азотом (давление — 2 бар). В верхней части бака имеется штуцер, через который можно контролировать и корректировать давление. Как уже было сказано, общий объём моего мембранного бака составляет 35 литров. Но полезный (или рабочий) объём бака заметно меньше 35 литров. Почему так получается?

Если говорить кратко, в конструктивном отношении мембранный расширительный бак представляет собой герметическую ёмкость, поделённую эластичной перегородкой на две герметичных части. Одна часть через систему трубной подводки связана с системой отопления по принципу сообщающихся сосудов. В другую часть бака закачен газ под определённым давлением. Поэтому:

a) В зависимости от начального давления в баке и величины выбранного рабочего давления в системе рабочий объём одного и того же бака может быть разным.

Выбор этих параметров определяет начальные условия работы системы.

b) Поскольку газ, в отличие от воды, может сжиматься, то полезный объём расширительного бака также может меняться в зависимости от рабочих процессов в системе (в цикле «нагрев — остывание»).

Таким образом, дополнительная регулировка параметров в процессе работы системы отопления позволяет обеспечить правильную и стабильную работу системы отопления в рабочем режиме.

Этап № 3

Расчёт или проверка начального давления подпора в расширительном баке и рабочего давления в системе

Я при определении параметров рабочего объёма я пользовался методикой одного из производителей расширительных баков, если память не изменяет, фирмы Zilmet. Хотя имеются и другие методики, но эта, табличная, наиболее понятна, наглядна и позволяет достаточно точно рассчитать требуемые параметры.

Наиболее целесообразно производить расчёт в следующей последовательности.

Определяем допустимое предельное давление в системе

Данную величину нужно рассчитывать с учётом параметров котла, указанных в паспорте. В моём случае величина максимально допустимого рабочего давления составляет 1,2 атм. По отзывам владельцев котлов, аналогичных моему, давление в 2 атм они тоже «держат». Учитывая это, я установил предельное давление в системе равным 1,5 Бара.

Далее необходимо определиться с начальным давлением подпора в баке

(в таблице обозначено «Первоначальное давление воздуха в баке Р 0»)

При определении начального давления подпора в баке рекомендуют придерживаться одного простого принципа. Давление подпора не должно быть меньше статического давления в системе отопления, и к этой величине необходимо добавить ещё 0,2 бар. Статическое давление в моём случае составляет примерно 0,3 бара, оно определяется между верхней и нижней точками в системе. Высота 3 м примерно соответствует давлению 0,3 бара.

Дополнительные 0,2 бар необходимы для того, чтобы создать давление подпора в самой верхней точке системы отопления. Таким образом, минимально допустимое давление подпора в расширительном баке (стартовое давление) для моей системы отопления составляет 0,3 + 0,2 = 0,5 бар.

Важный момент. Настройка российских котлов, в особенности устаревших модификаций, — более сложная, чем в случае современных моделей и импортных котлов. Это обусловлено тем, что допустимый рабочий диапазон давления у таких котлов небольшой, обычно не более 2 атм. Поэтому возможностипо регулировки и настройки сильно ограничены.

Как видно из таблицы, при предельном давлении в 1,5 бар первоначальное давление в баке можно принимать в пределах 0,5 — 1 бар. Лучше выбирать минимально допустимое значение, так как некоторый запас нам потребуются при регулировке и настройке системы отопления в процессе работы.

Приведу параметры, которые выбрал я.

• Предельное давление в системе — 1,5 бара
• Начальное давление подпора в баке — 0,5 Бара.

В вашем случае параметры могут быть другие. Скажем, при допустимом давлении в котле 3 бара (см. таблицу) диапазон выбора начального давления в баке может быть от 0,5 до 2,5 бар, если не учитывать других ограничений, например, по статическому давлению. Соответственно, предохранительный клапан также будет другим.

Я использовал самодельную группу безопасности. Если сравнить её с аналогом заводского изготовления (рисунок справа), то можно увидеть, что кран Маевского и автоматический воздухоотводчик разделены, что позволяет «разнести» их при установке. Как видно из фото ниже, манометр и предохранительный клапан представляют собой одну группу (на фото — группа 1), а кран Маевского и автоматический воздухоотводчик составляют другую группу (на фото — группа 2).

Это обусловлено тем, что группа безопасности устанавливается на выходе из котла. Вывод воздуха из системы я делал в самой верхней её точке. При использовании заводского устройства (показано на рис. справа) может оказаться, что воздухоотводчика, установленного на самой группе безопасности, может быть и не достаточно, и потребуется установка дополнительного воздухоотводчика. Это важный момент с точки зрения настройки и работоспособности системы отопления.

Определение рабочего объёма мембранного бака

Пересечение красных стрелок (см. таблицу) показывает нам величину рабочего объёма расширительного бака при выбранных параметрах давления в системе и давления подпора в баке. Получим: 35 литров х 0,4 = 14 литров. То есть рабочий объём моего бака при указанных параметрах составляет 14 л воды. Сделаем перепроверку: 295 литров х 5 % = 14,75 литра, что можно считать допустимым в пределах погрешностей.

Таким образом, в процессе работы системы отопления выбранный расширительный бак общим объёмом 35 литров имеет возможность компенсировать прирост объёма воды при нагревании в пределах 14 литров, при изменении температуры воды в пределах 10- 95 градусов.

На этом обычно все рекомендации по выбору, расчёту и настройке параметров системы отопления заканчиваются. И начинается головная боль у владельца. Потому что всё выбрано и рассчитано вроде бы правильно, но давление воды в системе скачет, со временем падает, требуется регулярная доливка и т. д. Где уж тут говорить об удобстве эксплуатации?

По крайней мере, мне пришлось столкнуться со следующим проблемами после изготовления и запуска своей системы отопления:

1. Через определённое время давление в системе постепенно снижалось, и требовалось доливать воду. Это вредно для системы и хлопотно.
2. Более того, после добавления воды в систему ситуация стабилизировалась на некоторое время, а затем всё повторялось сначала. И так — несколько раз за отопительный сезон.
3. Кроме того, диапазон разброса давления тоже вызывал некоторое недоумение. Расширительный бак есть, компенсировать температурное расширение воды, по расчёту, должен. Но по факту получается по-другому.

После некоторых размышлений я пришёл к выводу, что имеющиеся в сети рекомендации не позволяют добиться нормального результата. А для стабильной работы системы отопления нужны дополнительные настройки и регулировки.

Этап № 4

Дальше я рассуждал очень просто.

Поскольку всё посчитано, проверено, перепроверено по разным методикам, но всё равно работает нестабильно, то причина должна быть в чём-то другом.

Расчёты, выполненные до начала эксплуатации системы отопления, не соответствуют фактическим параметрам, полученным в рабочих условиях. В частности, при первичном заполнении системы водой вместе с ней в систему поступает некоторое, пусть и небольшое, количество воздуха. Кроме того, в зависимости от качества монтажа воздух в системе отопления может оставаться запросто. Поэтому, когда я залил в систему 295 литров воды, часть резервуара занимал воздух. После начала эксплуатации системы, в процессе неоднократного цикла нагрева — остывания, а также циркуляции воды в системе, воздух выводится из системы отопления. Соответственно, объём воды в системе за счёт вывода воздуха снижается. Давление в системе (в абсолютном значении) начинает падать.

Доливать воду, как я уже отмечал, бессмысленно. Так возникла идея поднять давление в самом баке. За счёт увеличения «начального стартового» давления в баке часть воды из бака компенсирует тот объём воздуха, который был выведен из системы в процессе эксплуатации.

Показания манометра (на фото справа) превысили начальное предустановленное давление в баке, до работы давление подпора было 0,5 бар, в процессе подкачки при эксплуатации давление выросло до 0,7 бар. Но «верить» показаниям будет не совсем правильно, так как бак в рабочем состоянии находится под дополнительным воздействием столба воды. Поэтому его показания в большей степени можно считать ориентировочными.

Кстати, в процессе манипуляций я выявил, что воздух из бака подтравливал через штуцер, что также приводило к постепенному снижению давления. Такую возможность нужно иметь в виду.

Обязательно обратите внимание рабочее давление в системе.

Как видно из фото, при температуре на выходе из котла 60 градусов, рабочее давление в системе составляет 1, 05 атм. Температура воды в обратке немного выше 40 градусов.

Выпуск воздуха и подкачку бака придётся выполнить несколько раз. Всё зависит от качества монтажа системы и, соответственно, наличия в ней воздуха.

Мне, например, пришлось это делать раз пять, с интервалом день-два. В итоге при открытых воздухоотводчиках воздух не идёт, только вода. На этом первую часть регулировки можно считать законченной.

Чтобы хоть как-то наглядно представить физическую сущность процессов настройки системы в рабочем режиме, посмотрим ещё раз на таблицу в тексте. Красным выделены начальные настройки. Зеленым цветом показано, что в процессе настрйки мы фактически изменяем стартовые параметры, которые смещаются вправо (зелёная стрелка) и которые примут какое-то промежуточное значение.

Следующая регулировка связана с окончательной настройкой рабочего давления в системе. В принципе, она может и не понадобиться, если вас всё устраивает. Если вы используете, как в моём случае, российский котёл, то допустимый рабочий диапазон давления очень маленький. Поэтому, если при максимальном нагреве котла рабочее давление в системе будет превышать допустимое, то потребуется его снизить. Это можно сделать экспериментальным путём. Я, например, рабочее давление в системе установил равным 0,9 атм при температуре воды в котле 60 гр. Это было сделано только для того, чтобы иметь «запас» по допустимому давлению при работе котла при максимальной температуре равной 95 градусов.

Нужно понимать, что полностью вывести воздух из системы не так просто, как кажется. Поэтому вполне возможно, что настройку придётся повторить через некоторое время. Для одной системы это придётся сделать через 2 — 3 месяца, для другой — может в следующий отопительный сезон. Самое главное, ни в коем случае нельзя добавлять воду из крана.

Ниже приведены параметры работы моей системы отопления, которых удалось добиться в результате настройки системы.

Рабочий цикл «нагрев — остывание»

(Измерения проводил при температуре «за бортом» минус 23,7 оС, в доме — плюс 23,6 оС)

• Нагревание (от 40 оС до 60 оС), время нагревания — 20 мин.
• Остывание (от 60 оС до 40 оС), время остывания — 1 час 25 мин.
• Таким образом, длительность одного полного цикла составляет (1час 25 мин.+ 20 мин.) = 1 час 45 мин.
• При указанных параметрах, рабочее давление, в цикле (40-60-40), меняется на 0,1 атм (если точно — 0,07 атм).

Некоторые замечания

1. Настройка системы в вашем конкретном случае может занять большее время, чем у меня, так как многое зависит от конкретной реализации. А в отдельных случаях, когда в системе имеются большие недочёты, процесс может затянуться на очень долгое время. Возможно, у вас даже не получится вообще добиться приемлемого результата без проведения дополнительных работ (например, изменения мест установки воздухоотводчиков, замены отдельных приборов и т. д.).
2. В моей системе котёл настроен на низкотемпературный режим работы (более 67 о С. вода не нагревается по определению). Это стало возможным благодаря тщательному утеплению дома. В случае большего перепада температур в котле диапазон давления в рабочем режиме системы может оказаться большим.
3. Очень часто в форумах задают вопрос о допустимых изменениях давления для котла. Критерием правильности работы системы отопления можно считать следующие параметры работы системы отопления:

• В нижней граничной точке (минимальная температура воды в котле) давление не должно опускаться ниже значения в таблице.
• При максимальной температуре воды в котле рабочее давление не должно превышать максимально допустимое давление (если выше, нужно дополнительно, повторно настраивать систему).

При выполнении этих система не будет приносить вам никаких хлопот.