Конденсационный котёл Viessmann Vitocrossal 300 и гелиоколлекторы Vitosol 300-T — для отопления и ГВС дома в Анапе

Целесообразность использования солнечных коллекторов в России часто вызывает споры — ведь немалая часть страны находится в арктическом и субарктическом поясах, где продолжительность солнечного сияния невелика. Тем не менее во многих регионах коллекторы показывают достаточную производительность для нагрева воды в системах ГВС в летнее время, а в отдельных областях — например в Краснодарском крае и ряде других южных регионов — они могут применяться на протяжении всего года.

На территории Краснодарского края, в Анапе, расположен и объект, о котором пойдёт речь в статье. Климат Анапы для гелиоколлекторов благоприятен — здесь стабильно тёплая и солнечная погода (в среднем около 280 солнечных дней в году). В таких условиях коллекторы очень эффективны, поэтому во многих домах города их применяют для приготовления горячей воды. Однако на рассматриваемом объекте гелиоколлекторы решают более широкий круг задач.

Редакция благодарит А. А. Малхасяна, директора Центра инженерного оборудования «Энергия», за предоставленный материал.

Проектирование системы и монтаж произведены Центром инженерного оборудования «Энергия», г. Анапа.
Сайт: www.energy-anapa.ru

Сайт компании «Виссманн»: www.viessmann.ru

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Объекты — четырёхэтажный частный особняк площадью более 500 м2 и двухэтажный гостевой дом жилой площадью 48 м2, построенный в 30 метрах от первого здания. Оба дома расположены на участке площадью свыше 50 соток, на берегу моря. На территории участка есть открытый бассейн, ещё один бассейн — закрытый — внутри особняка. Забор воды осуществляется из скважины глубиной 150 м, находящейся в низине неподалеку, в 300 м от особняка.

Основное здание участка — особняк, в нем постоянно проживают люди. В доме предусмотрены жилые комнаты, четыре санузла, кухня и другие помещения. Гостевой дом в определённой степени — объект сезонного использования, он нередко пустует, особенно в холодное время года. В нём всего две жилые комнаты и небольшой санузел.

У рассматриваемого участка есть особенность, оказавшая существенное влияние на устройство системы отопления объектов, — сад. Участок озеленён, здесь высажено множество цветов, кустарников и деревьев. Многие из них не характерны для местной флоры — они завезены специально из Италии и других стран Средиземноморского бассейна. Эти растения требуют не только особого ухода, но и полива тёплой водой — её температура должна быть не ниже 23 0C. В скважине же температура воды не превышает 9 0C, поэтому её нельзя было перекачивать из скважины в систему полива напрямую — это могло губительно сказаться на дорогостоящих растениях. Требовался предварительный подогрев.

При организации инженерных систем в зданиях предстояло решить несколько задач:
— подача и очистка санитарной воды для домов;
— нагрев воды для ГВС в каждом здании;
— нагрев теплоносителя для систем отопления в основном доме и в гостевом;
— подогрев приточного воздуха в вентиляционной установке основного дома;
— подогрев воды в обоих бассейнах — через теплообменники;
— подогрев воды для полива растений;
— обеспечение работы системы отопления в основном доме в погодозависимом режиме;
— обеспечение подогрева воды для полива в случае недостаточной мощности установленного в гостевом доме гелиополя — по запросу автоматики произвести подогрев с помощью газового котла из основного дома.

В результате функции теплоснабжения объектов были разделены между двумя теплогенераторами. В особняке был установлен газовый конденсационный котёл, который должен был полностью перекрыть его потребность в ГВС, отоплении и подогреве бассейнов, а также мог бы служить резервным источником тепла для подогрева воды для полива. Другой мощный теплогенератор на территории участка — система из солнечных коллекторов — был смонтирован на пристройке гостевого дома, в его функции вошли подготовка ГВС и теплоносителя для системы отопления гостевого дома, а также нагрев воды для полива.

Реализовать этот проект удалось благодаря большому опыту работы Центра инженерного оборудования «Энергия» с продукцией Viessmann (свыше 10 лет сотрудничества) и помощи технических специалистов представительства компании Viessmann в России.

СИСТЕМА

Источником воды для зданий и системы полива служит артезианская скважина. Для накопления воды на участке под гостевым домом закопаны две 60‑тонные ёмкости. Как уже говорилось, гостевой дом — двухэтажный, но жилые комнаты расположены только на втором этаже. Первый этаж занимает технологическое помещение, где установлено оборудование для водоочистки производительностью 1,5 тонны в час. Алгоритм водоподготовки таков: сначала вода из скважины поступает в первую ёмкость, затем проходит очистку обратным осмосом и после этого сбрасывается во вторую ёмкость. Здесь же происходит предварительный нагрев воды до температуры не ниже 23 ºC. Далее уже очищенная и подогретая вода распределяется по системам. Так, насос Grundfos с частотным регулированием перекачивает воду в основной дом, ещё два насоса обеспечивают автоматический полив растений.

Необходимое для отопления и водоснабжения особняка тепло генерирует газовый конденсационный котёл Viessmann Vitocrossal 300 мощностью 87 кВт. Эта модель котлов на сегодняшний день является самой эффективной с точки зрения КПД, самой чистой моделью в плане экологичности, а применяемая автоматика позволяет выполнять множество сложных задач. Котёл оснащён теплообменником Inox-Crossal из высококачественной нержавеющей стали. В Viessmann Vitocrossal 300 предусмотрены два патрубка для подачи в котёл остывшего теплоносителя. С их помощью можно разделить обратные линии разных контуров и использовать для подачи в теплообменник теплоноситель из более холодного контура в нижнюю часть котла, а более горячий — направлять в среднюю часть, тем самым минимизируя перемешивание воды в котле для повышения КПД.

Продукты сгорания газа отводятся через керамический дымоход Sсhiedel. Воздух, необходимый для работы горелки, котёл забирает непосредственно из помещения. Уровень шума во время его работы не превышает шум при работе системного блока компьютера — этот параметр был тоже важен при подборе оборудования.

Система отопления включает несколько контуров (тёплый пол, радиаторы, подогрев вентиляции, бойлер для ГВС), подключённых через коллектор. Циркуляцию теплоносителя в контурах тёплых полов и радиаторного отопления обеспечивают насосные группы с частотным регулированием. Разводка в котельной выполнена полипропиленовыми трубами итальянской фирмы Prandelli, а сама система отопления — металлопластиковыми (лучевая разводка).

Нагрев воды для ГВС происходит в 300‑литровом теплоизолированном бойлере Viessmann Vitocell 300‑B. Данная модель выполнена из нержавеющей стали и снабжена двумя теплообменниками. Технически этот бивалентный бойлер позволяет задействовать для нагрева воды два разных теплогенератора, но в данном случае оба теплообменника подключены к одному источнику тепла последовательно — с подачей теплоносителя сначала в верхний теплообменник и затем в нижний. При такой схеме подключения горячий теплоноситель начинает отдавать тепло сначала воде в верхней части ёмкости и по мере циркуляции по спирали понемногу остывает. Когда температура вверху бойлера поднимется настолько, что вода перестанет поглощать тепло, в нижний теплообменник станет поступать не успевающий остыть теплоноситель. В результате бойлер не только равномерно прогревается, но и быстрее восполняет потери тепла, когда жильцы активно пользуются горячей водой. Благодаря высокой скорости подготовки воды для ГВС по этой схеме удалось ограничиться ёмкостью объёмом 300 л (в обычных условиях потребовался бы бойлер на 500 л).

В жилых помещениях установлены радиаторы — чугунные модели в дизайнерском исполнении. В санузлах, кухне и помещении внутреннего бассейна основными источниками тепла служат водяные тёплые полы. В морозную погоду, когда мощности тёплых полов становится недостаточно для поддержания комфортной температуры в этих помещениях, нехватку тепла восполняют другие приборы отопления. Так, в кухне роль дополнительного источника тепла играет радиатор, а санузлы оборудованы полотенцесушителями. В помещении бассейна воздух дополнительно нагревается с помощью внутрипольных конвекторов водяного отопления. Это частая практика при отоплении бассейнов — внутрипольные конвекторы в смонтированном состоянии незаметны, находятся в нишах внутри пола и сверху закрыты решётками. В данном случае для объекта выбраны конвекторы Kampmann в специальном влагостойком исполнении — с коробом из оцинкованной стали, устойчивой к коррозии. Приборы с естественной конвекцией — без вентиляторов, а значит, и без подключения электричества, они безопасны при контакте с водой.

Ещё один потребитель тепла в особняке — система приточно-вытяжной вентиляции, обеспечивающая дом свежим воздухом. Система современная, снабжена рекуператором, что значительно снижает потери тепловой энергии через вентиляцию. Рекуператор позволяет сохранить часть тепла, выбрасываемого с отработанным воздухом за пределы постройки, и через теплообменник передать его приточному воздуху. Однако даже в такой системе может потребоваться дополнительный подогрев воздуха. В данном случае в вентиляционной установке стоит водяной нагревательный элемент, питаемый от котла.

Погодозависимое управление контурами отопления в особняке обеспечивает автоматика Viessmann Vitotronic 300 GW 2. Она же по запросу из гостевого дома включает нагрев воды для полива силами котла, если есть угроза снижения температуры воды из-за уменьшения мощности гелиоколлекторов.

В доме также предусмотрена защита от отключения электроэнергии. В качестве резервного источника питания предлагается дизельный электрогенератор с автоматическим запуском.

В гостевом доме в качестве теплогенераторов выступают восемь солнечных коллекторов Vitosol 300. Это трубчатые вакуумные коллекторы с тепловыми трубками и сухим соединением конденсаторов трубок и теплообменника. Антибликовое стекло и высокоселективное покрытие пластин позволяют поглощать до 80 % тепловой энергии солнечных лучей, а вакуум обеспечивает хорошую теплоизоляцию и помогает сохранить полученное тепло практически без потерь. По сравнению с плоскими коллекторами вакуумные трубчатые модели могут получать больше тепловой энергии из рассеянного солнечного света, поэтому они эффективны не только в летний сезон с пиковыми значениями температуры окружающей среды, но и в межсезонье, а в благоприятных условиях — и зимой (хоть и со значительным снижением производительности). Возможность работы с весны по осень стала важным преимуществом при выборе типа коллекторов для данного объекта. Ведь именно в эти месяцы растения требуют обильного полива, в то время как зимой, со снижением светового дня, их потребность во влаге уменьшается. Получается, что коллекторы обеспечивают подогрев воды как раз в тот период, когда это особенно нужно.

Коллекторы смонтированы на скатной крыше пристройки гостевого дома, которая служит для хранения растений в горшках. Расположение и наклон крыши пристройки не случайны — её изначально спроектировали с учётом того, что она станет площадкой для монтажа гелиоколлекторов. В результате были созданы оптимальные условия для эффективной работы коллекторов — они ориентированы на юг и размещены под углом 27 градусов.

Контур солнечных коллекторов замкнутый, выполнен из медных труб. Он заполнен фирменным теплоносителем Viessmann Tyfocor, изготовленным на основе пропиленгликоля. Tyfocor кипит при температуре свыше 160 ºC, но главное — он безвреден для здоровья человека. Теплоноситель циркулирует в теплообменнике бойлера, готовящего воду для бытовых нужд, и в случае возникновения протечки теплообменника есть риск попадания теплоносителя в воду. В случае с Tyfocor такая протечка не будет представлять опасности для людей, так как, даже попав в желудок вместе с водой, теплоноситель не вызовет отравления.

Потребителей тепла, производимого гелиоколлекторами, два — бойлер (установлен в техническом помещении) и ёмкость с очищенной водой под домом. Бойлер в гостевом доме — той же модели, что и в особняке, то есть нержавеющий бивалентный Vitocell 300‑B на 300 л. Только в данном случае теплообменники не связаны друг с другом. Нижний, например, соединён с контуром солнечных коллекторов. Через верхний теплообменник, который расположен в самой горячей области ёмкости, циркулирует теплоноситель системы отопления и нагревается от воды в бойлере. В бойлер встроен также ТЭН мощностью 6 кВт, он включается только тогда, когда тепловой мощности коллекторов недостаточно для достижения нужной температуры в бойлере (например, в пасмурную погоду или зимой). Из-за необходимости поддерживать за счёт бойлера систему отопления, воду в нём нагревают до 75 ºC. Контур системы отопления в гостевом доме только один — радиаторный, к нему подсоединены три панельных радиатора (два установлены в комнатах, ещё один — в коридоре). Когда в гостевом доме живут люди, радиаторы поддерживают комфортную температуру, в остальное время их функции сводятся к защите здания от промерзания в холодную погоду — они не дают температуре воздуха опускаться ниже 10 ºC.

Бойлер при распределении тепла имеет приоритет. Когда он нагревается до нужной температуры, система начинает греть воду для полива — через теплообменник Viessmann Vitotrans 200, размещённый всё в том же техническом помещении. Важно отметить, что постоянный сброс тепла в цистерну позволяет избежать стагнации системы солнечных коллекторов. Шестидесятитонная ёмкость с водой способна поглотить любые излишки тепла, генерируемые коллекторами, поэтому закипание теплоносителю в системе не грозит.

Если по каким-то причинам мощности солнечных коллекторов недостаточно для нагрева воды в цистерне до требуемых 23 ºC, нехватку тепла восполняет котёл особняка. На случай таких ситуаций от основного дома к гостевому проложена теплотрасса, и через теплообменник тепло котла передаётся в контур нагрева цистерны.

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Данный объект был запущен в 2010 году. Как показал опыт эксплуатации системы, применение солнечных коллекторов позволило на 95 % закрыть потребности в тепле по отоплению гостевого дома, обеспечить круглогодичный нагрев воды для ГВС этого же здания, а также подогревать большие объёмы воды для полива растений (5–20 тонн в сутки) в весенний, летний и осенний периоды.

Статья опубликована в объединённом выпуске «Весна 2015»
журналов «GardenTools»+ «Всё для стройки и ремонта» серии «Потребитель»
Апрель 2015