Бивалентные и мультивалентные системы отопления. Выбор резервного и основного котла. Наращивание мощности

Хорошо, когда в доме тепло. А ещё лучше, когда этого тепла хватает на всё, оно никогда не кончается и ни от чего не зависит. Задача выполнима, если, например, использовать в системе отопления несколько тепловых генераторов, что позволит подстраховаться и на случай перебоев с топливом, и при появлении новых «поглотителей» тепла. Кстати, теплогенераторами могут быть не только котлы, но и тепловые насосы или гелио- системы. Мы попытались разобраться в вопросах, которые часто возникают у тех, кто решил применить в доме подобную мультиидею.

Бивалентная система отопления с оборудованием Viessmann

НАРАЩИВАНИЕ МОЩНОСТИ

При увеличении площади дома или появлении в системе отопления новых потребителей тепла зачастую требуется увеличение мощности действующего оборудования. Ситуация возникает, например, при постройке бани, пусть и небольшой, но потребляющей много горячей воды, либо при вводе теплообменника для нагрева воды в бассейне. Заменить котёл на более мощный, работающий на том же типе топлива, не всегда возможно, хотя бы по причине того, что газ, электричество и пространство котельной уже освоены. Кроме того, важно чётко понимать, для чего необходима дополнительная мощность и в каком количестве. Идеально заказать тепловой расчёт и на его основании определить недостаточность существующего тепла. Но, как правило, нехватка мощности выявляется потом — после первой зимы.

Важно помнить, что установку нового котла или другого генератора требуется выполнить так, чтобы не допустить разбалансировки уже существующей системы, включающей в себя котёл, насос, расширительный бак, отопительные приборы. Если мощности не хватает для какой-­то одной не слишком большой задачи, иногда разумнее установить автономный генератор и сделать независимую систему. Но это касается случая, когда наращивают мощность системы отопления. При резервировании или временной схеме такое решение обойдётся слишком дорого.

РЕЗЕРВНЫЙ ИСТОЧНИК ОТОПЛЕНИЯ

За 25 лет в области инженерных систем частного домостроения появилось множество решений. Производители стремятся делать надёжную технику, но, к сожалению, любая система, даже самая совершенная, может дать сбой, причём в самый неожиданный момент. Поэтому о факторе «внезапной неприятности» стоит подумать заранее.

Схема 1. Параллельное подключение двух котлов

Газ +

Знакомая ситуация, когда сбоит электроснабжение дома или когда при строительстве газопровода, например в соседний поселок, газ идёт с перебоями. Расширение газотранспортной сети не всегда успевает за бурными темпами строительства, и при низких температурах, когда разбор газа максимален, возможны серьёзные просадки давления газа, при которых котёл уже не в состоянии запуститься. Для резервирования работы газового котла в этом случае может подойти твердотопливный или жидкотопливный котёл.

Электрический тоже сгодится, но в меньшей степени, поскольку в морозы электричество также может «просесть». Электрические сети в нашей стране сильно изношены, что часто приводит к авариям при увеличении нагрузки, зачастую совпадающим с самыми холодными днями году. Поэтому использовать электрические котлы как резервный теплогенератор нежелательно.

Электричество +

Электрический котёл — самый уязвимый источник тепла и, пожалуй, на сегодняшний день самый дорогой. Для резерва применяется твердотопливный, дизельный или газовый котёл с газгольдером. Если дом небольшой и место в котельной ограничено, то используется печь или газовый конвектор.

Дизель +

Самое слабое место этого вида генераторов в нашей стране — топливо. Даже от проверенных поставщиков качество его не всегда на высоте. Как резервную систему для дизельных котлов стоит рассмотреть твердотопливный или газовый котёл на связке из нескольких газовых баллонов. Конечно, последний вариант дом не протопит, но замерзнуть системе не даст.

Твёрдое топливо +

Для работы твердотопливного котла необходимо постоянно подбрасывать в него дрова (есть котлы с автоматической подачей топлива, но по стоимости они доступны далеко не всем, да и удаление золы пока никому автоматизировать не удалось.). Когда дрова прогорают, температура в системе отопления падает, дом остывает. Организация бивалентной системы отопления с дополнительным генератором тепла и надёжной автоматикой решит проблему обогрева — например в ночное время, когда хозяин спит, второй котёл будет брать функцию отопления на себя.

ВРЕМЕННАЯ СХЕМА

Дом есть, газ обещали, но пока не подвели. Знакомая ситуация? В этом случае электрический котёл — самый дешёвый вариант, так как требует меньше всего вложений. Ему не нужен дымоход, он укомплектован насосом и необходимыми элементами гидравлической и электрической безопасности. Однако здесь встаёт вопрос ограничения выделяемой на отопление электрической мощности. Замечательно, если дом подключён к современной системе электроснабжения. А если нет? В такой ситуации приходится устанавливать котёл «позволенной» мощности, который обеспечит плюсовые температуры в доме, и ждать газ, дополнительно обогревая дом, например, дровяной печью.

ЭКОНОМИЯ

Эта ситуация для тех, у кого есть желание сделать систему отопления и водоснабжения дома более экономичной при наличии уже действующего с достаточной мощностью газового котла. Стоит добавить гелиосистему, состоящую из накопительного водонагревателя, насосной группы и двух солнечных панелей, и солнце обеспечит 60 % потребностей дома в горячей воде в течение года. Конечно, в Московской или Ленинградской областях эта идея не очень популярна, но жители Ставропольского края, Кубани, Ростовской области в своих домах такие системы внедряют. А производители активно предлагают им свое оборудование.

Схема 2. Подключение нескольких генераторов с буферной емкостью

СОВРЕМЕННОЕ РЕШЕНИЕ

В 2014 году в Европе выпустили директиву о том, что во вновь возводимых и реконструируемых домах рекомендуется устанавливать несколько генераторов тепла, даже если у пользователя есть газ и, соответственно, газовый котёл. Направлена эта директива на стимуляцию потребления энергии, получаемой из возобновляемых источников. В России стоимость газа растёт, но простые потребители пока не торопятся использовать другие энергоэффективные источники энергии в помощь газовому котлу. И причина того — отсутствие бюджета на такие современные и «модные» решения.

Однако есть и такие, кто «гонится за модой», в том числе в области инженерных систем. В современном «модном доме» тепло «собирают» из нескольких источников: геотермальный тепловой насос, гелиоколлекторы, конденсационный газовый котёл и даже камин с встроенным теплообменником. Вся эта система подчиняется современной автоматике, которая позволяет управлять погодой в доме, в том числе и удалённо, через Интернет. Разумеется, такая мультигенерационная система требует тщательного проектирования, качественного исполнения и денежных затрат.

КОМБИНАЦИИ

В ассортименте многих компаний­-производителей есть комплексные решения, позволяющие выбрать практически любую комбинацию теплогенераторов. Если оборудование производителя понравилось, но в его ассортименте нет готового «пакетного предложения», то его может обеспечить инжиниринговая компания. Все производители работают по единым стандартам, принятым в отрасли. Не бывает такого, чтобы одна модель кардинально не подходила для использования с устройствами и приборами других производителей. Даже такие «динозавры», как котлы  с постоянно горящим запальным пламенем, реально встроить в современную систему отопления при её модернизации.

Схема 3. Подключение нескольких котлов с первичным и вторичными кольцами

ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Выбор схемы подключения сразу нескольких генераторов зависит от решаемых задач на том или ином объекте. Расскажем о самых распространённых.

При подключении двух котлов в параллели (схема 1) необходимо учитывать, что температура подачи различных генераторов зависит от источника тепла и не всегда стабильна. Чтобы согласовать температуру в подающей линии при одновременном использовании различных теплогенераторов, используют гидравлические коллекторы. Коллектор представляет собой трубы с компактно размещёнными на них отводами. Готовые теплоизолированные узлы поставляются как поставщиками котлов, так и специализированными производителями.

В системе, где много контуров и несколько генераторов с различной температурой подачи, применяют буферную ёмкость (схема 2), которая представляет собой стальной резервуар с толстым слоем изоляции и множеством присоединительных патрубков. Генераторы сбрасывают в буфер тепло, а потребители отбирают ровно столько, сколько необходимо для того или иного контура. Буфер работает и как теплоаккумулятор, позволяя расходовать пиковый избыток тепла равномерно. Так же как у гидравлических коллекторов, существует огромное количество производителей буферных ёмкостей. Для правильного выбора конструкции и объёма необходим грамотный расчёт.

В схеме с последовательным подключением теплоноситель после первого котла направляется во второй на догрев. Обычно подобная схема применима в том случае, когда второй котёл используется как резервный, работая, например, в пиковые холода.

Схема подключения с первичным и вторичными кольцами (схема 3) актуальна, если требуется интегрировать новый генератор в уже существующий.

Олег Козлов, ведущий инженер компании «Дё Дитриш Термик» (бренд De Dietrich)

В каких случаях выгодна, а в каких невыгодна комбинация генераторов тепла на разном типе топлива?

Комбинация различных источников тепла может быть уместна в трёх основных случаях: сильное колебание стоимости одного из энергоносителей в течение года, недоступность одного из них в определённые промежутки времени и непостоянная работа одного из теплогенераторов. В то же время совершенно не рационально комбинировать несколько типов топлива, имея бесперебойное снабжение хотя бы одним сравнительно недорогим энергоресурсом, например природным газом при использовании газового водогрейного котла. В этом случае наличие дополнительного источника тепла, например электрокотла, способно обеспечить аварийный резерв, но не постоянную работу в комбинации с газовым котлом, поскольку это экономически не оправданно.

Потребность в комбинации теплогенераторов часто возникает при отсутствии у потребителей самого недорогого типа топлива — природного газа. Здесь будет уместна эксплуатация котла на жидком топливе или сжиженном газе и электрокотла, который будет работать в ночные часы, используя более дешёвый тариф. Также котёл на дорогом топливе (пропан или дизель) может быть дополнен твердотопливным котлом, который будет периодически растапливаться для снижения расходов на более дорогое топливо.

Какие генераторы тепла возможно комбинировать, а какие не рекомендуется?

На практике можно комбинировать между собой любые генераторы тепла и в любом количестве. Главным вопросом здесь является их согласованная работа для обеспечения чётких параметров отопления и при этом экономия ресурсов. Тем не менее комбинирование котлов с равными по стоимости типами топлива экономически не оправданно и необоснованно усложняет систему отопления.

Какие комбинации генераторов встречаются чаще всего?

В России наиболее часто комбинируют газовые и твердотопливные котлы. Несмотря на относительно невысокую стоимость природного газа в России, у многих людей есть возможность получать дрова или другое твёрдое топливо по очень низким ценам или даже бесплатно. Эта комбинация ещё более выгодна, когда основным топливом является дорогостоящий сжиженный газ или дизель. Таким образом, желательно максимально использовать твердотопливный котёл, растапливая и поддерживая его работу вручную, а при невозможности этого пользоваться газовым или жидкотопливным котлом в полностью автоматическом режиме. Проблема подобных систем — в отсутствии полной автоматизации. Высоким уровнем автоматизации и экономичности обладает комбинация теплового насоса и водогрейного котла. Оборудование в этом случае настраивается так, чтобы большую часть года работал тепловой насос, используя тепло наружного воздуха или земли и потребляя при этом наименьшее количество электроэнергии. И только в сильные морозы включался бы котёл, восполняя существующие теплопотери.

Изначально дом обогревал электрический котёл Protherm «Скат». После газификации посёлка основным котлом стал газовый конденсационный Ariston Genius Premium Evo System 24FF, а электрический теплогенератор начал исполнять роль резервного источника тепла. Фото: компания «Сила Энергий», Хабаровск

ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

При обвязке генераторов тепла в системе отопления может быть столько контуров, сколько необходимо, и в таком сочетании, в котором это требуется пользователю. Тут стоит упомянуть, что отопительные контуры бывают прямые и смесительные. Но если в системе с одним теплогенератором чаще всего контур прямой с датчиком температуры линии, по которому автоматика котла понимает и принимает решение дать или не дать тепло, то в системе с несколькими генераторами температура подачи бывает различна. В этом случае лучше применять смесительные контуры, температура теплоносителя в контуре определяется положением штока или заслонки трёхходового смесителя с сервоприводом.

Смесительные контуры удобны ещё и потому, что требуемая в контуре температура может быть разной. В контуре радиаторного отопления температура подающей линии устанавливается в пределах от 50 до 80 °C. Если дом большой, то на нескольких этажах монтируется отдельный контур радиаторного отопления. Температура может задаваться индивидуально по каждому контуру. В контуре ГВС рабочая температура составляет 60 °C, а максимальная — 85 °C — это необходимо для периодической дезинфекции приготавливаемой санитарной воды. К высокотемпературным (50–85 °C) можно отнести контур подогрева бассейна или контур теплообменника в системе приточно-­вытяжной вентиляции. В этих контурах шире диапазон запрашиваемой температуры. Низкотемпературный контур тёплого пола работает с изменяемой температурой в линии подачи в диапазоне 30–50 °C.

При коллекторной схеме обвязки удобна насосно-­смесительная группа, в состав которой входит трёхходовой смесительный вентиль с сервоприводом и насос. Собранная и опрессованная группа поставляется в теплоизоляции и монтируется на гидравлический коллектор. Подключения и габариты приведены к единому стандарту. Как и гидравлический коллектор, группа быстрого монтажа стоит дороже, чем конструкция «соберу сам», но скорость монтажа и надёжность соединений, а также защита от ошибки у подобных узлов значительно выше. Гидравлические группы применяются в котельных мощностью до 80 кВт.

Схема теплоснабжения дома с использованием твердотопливного котла Buderus и солнечных коллекторов Buderus

Илья Шабанов, инженер службы поддержки продаж компании «Бош Термотехника» (бренды Bosch и Buderus)

Возможно ли присоединение нового теплогенератора к старой напорной (безнапорной) системе отопления со старым, но рабочим теплогенератором? Каковы особенности такого подключения?

Система управления Buderus Logamatic 4000 обладает широчайшими возможностями. Например, при использовании функционального модуля FM458 реально объединение в одну схему котлов разного исполнения с дизельной, газовой или комбинированной горелкой. Причём котлы могут быть разной мощности и исполнения (напольные/настенные). Возможно объединение до восьми котлов в одну систему. Как правило, в схемах с использованием нескольких котлов применяется гидравлическая стрелка или же монтаж трубопроводов системы отопления выполняется по схеме Тихельмана. А с помощью функционального модуля FM444 допустимо включение в общую схему альтернативного теплогенератора, в роли которого может выступать твердотопливный котёл, блок-ТЭЦ, тепловой насос или другие источники тепла. В таких схемах рекомендуется установка бака — аккумулятора тепла.

Каковы рекомендации по гидравлической обвязке теплогенераторов (в мультивалентной системе) с различной температурой подающей линии?

В данном случае рекомендуется задействовать баки — аккумуляторы тепла. Они имеют несколько подключений, разнесённых по всей высоте бака с разными температурными зонами. Таким образом, подключив теплогенераторы с разной температурой подачи теплоносителя к соответствующим подключениям бака, можно намного эффективнее использовать имеющееся оборудование.

Котельная частного дома с оборудованием De Dietrich: твердотопливный котёл, два атмосферных газовых котла и бойлер

УПРАВЛЕНИЕ КОТЛОМ

Самое простое решение — регулировка работы теплогенераторов в ручном режиме. По принципу «похолодало — прибавил, потеплело — убавил» или «включил–выключил». Но в этом случае пользователь всегда привязан к дому. Кроме того, система будет постоянно перегревать или не догревать дом, что не комфортно. И главное — расходы на отопление сократить вряд ли удастся, так как стоимость всех видов топлива, помимо тепла, получаемого из окружающей среды, только растёт.

Внедрение автоматики стоит денег. Но, во‑первых, производители постоянно предлагают массу новинок, расширяя их функциональные возможности, а в условиях конкурентного рынка — ещё и лучшую цену. Например, сейчас производители котлов стали устанавливать контроллеры, управляемые по протоколу Opentherm, что расширило выбор автоматики. А во‑вторых, автоматизированное управление системой отопления — это огромные возможности по её настройке под ритм обитателей дома, а также под температуру окружающей среды. И самое приятное, что современные модули позволяют это делать удалённо — со смартфона или планшента.

Сегодня контроллер самого простого котла имеет возможность реагировать на температуру в одном прямом контуре, а также при запросе на тепло для приготовления горячей воды переключать поток теплоносителя на бойлер или встроенный теплообменник. Тут всё зависит от типа и конструкции котла. Но схема, в общем, одинаковая.

Всё в одном

Для управления несколькими генераторами производители предлагают ряд решений. Например, контроллер с панелью управления, соединённый с котлами шиной и интегрированный в теплогенератор или установленный отдельно, например на стене в комнате. Если в котельной смонтированы теплогенераторы одного производителя и сроки их изготовления не различаются десятками лет, то данный контроллер берёт на себя функцию по управлению генераторами, температурой в линии подачи, а также несколькими смесительными контурами. В качестве опции к нему подключают модуль удалённого доступа для дистанционного управления системой.

Модульный конструктор

Есть и другое решение для оборудования одной марки — по шине к контроллеру подключают датчик уличной и комнатной температуры. Через него настраивают параметры генераторов и конфигурации контуров, а исполнение берут на себя модули управления контурами. Причём сколько смесительных контуров в системе, столько должно быть и модулей. То есть модульное решение всегда позволяет при необходимости добавить контур или генератор.

На объекте установлены электрический котёл (использовался как основной, потом стал резервным), конденсационный газовый котёл De Dietrich Innovens MCA и тепловой насос для горячей воды De Dietrich Kaliko

Свой–чужой

Если в котельной стоят генераторы тепла разных производителей, то отдельный модуль позволяет управлять котлом стороннего производителя, давая ему распоряжение включиться или выключиться. Однако согласовать сигналы не всегда реально по причине того, что некоторые генераторы ограничены в таком функционале или вообще его не имеют, поскольку являются устаревшей техникой. Для таких решений есть контроллеры специализированных производителей, которые позволяют управлять несколькими генераторами тепла и нескольким контурами. А также надстраивать и достраивать систему в зависимости от конкретной конфигурации, подключать удалённый доступ, датчики уличной и комнатной температуры.

ЧТО УЧЕСТЬ?

• Прежде чем модернизировать существующую или монтировать новую систему отопления, нужно оценить, какие виды топлива доступны/недоступны на данный период и на ближайшие пять лет и какова динамика роста их стоимости.
• Оценить фактор «внезапной неприятности».
• При выборе производителя оборудования заранее узнать о возможностях комбинированного его использования.
• При проектировании сложной системы с несколькими контурами проверить ещё раз все расчёты. Потраченные на это деньги позволят избежать ошибок, которые могут сказаться в виде недостаточно тёплого пола или шума в контуре радиаторов.
• Учесть условия эксплуатации и требования для генераторов на разных видах топлива. А также оценить свои возможности по хранению этого топлива и выполнению требований по вентиляции помещений.

Игорь Кениг, руководитель «Академии Viessmann» ООО «Виссманн» (бренд Viessmann)

Возможно ли в мультивалентной системе автоматизировать управление генераторами тепла различных производителей? Как автоматизировать управление системой с использованием различных источников тепла?

Сложный вопрос. При потребности в выработке тепла различными теплогенераторами все-таки лучше склониться к одному производителю оборудования и, таким образом, решить проблему коммуникации между устройствами каким-то общим устройством, например «каскадным» контроллером. Но это не означает невозможность совместной работы оборудования различных производителей.

Каждый случай индивидуален. Тем не менее часто встречаются схожие задачи, например достижение максимальной автоматизации переключения котла на сжиженном газе (или дизельном топливе) и дровяного, требующего ручной закладки. При растопке дровяного котла газовый должен выключаться, что реализуется за счёт установки термостата на подающую магистраль или буферную ёмкость дровяного котла и ввода этого сигнала в контроллер газового котла. В результате контроллер газового котла в полном объёме управляет системой отопления дома и производством тепла, а при розжиге дровяного котла термостат блокирует горелку газового котла, но управление отоплением сохраняется за газовым котлом. Более того, таким образом легко можно реализовать автоматическое переключение температуры, поддерживаемой внутри дома. Разумеется, всё это умеют устройства Viessmann.

Или, к примеру, часто возникающая задача — резервирование основного котла с помощью электрического, что реализуется через разблокировку электрического котла по сигналу «авария» на основном теплогенераторе.

А самые гибкие возможности зачастую предлагают тепловые насосы, способные управлять внешними теплогенераторами по самым разным условиям: нехватка мощности теплового насоса для нагрева теплоносителя, авария, а в новых моделях Vitocal 300 реализована функция Energy Cockpit, позволяющая тепловому насосу самостоятельно оценивать экономическую целесообразность работы различных теплогенераторов. Требуется лишь ввести стоимость различных доступных энергоносителей, в том числе и по тарифной сетке, а контроллер уже сам оценит текущие условия работы и выберет наиболее дешёвый вариант.

Удобно использование «каскадного» контроллера для разных генераторов тепла — он расставит приоритеты работы и моменты включения каждого из них. Но ограничивающим фактором могут стать протоколы передачи данных между контроллером теплогенератора и «каскадного» контроллера. Оборудование одного бренда позволило бы устранить эту проблему.

Как согласовать работу генераторов при последовательной (параллельной) работе?

Многое определяют возможности «каскадного» контроллера. Современные модули Viessmann позволяют настроить задержки и очерёдность запуска, выбрать постоянно «ведущие» и постоянно «последние» теплогенараторы, запрет на запуск до наступления определённых условий (авария других теплогенераторов, наступление определённых уличных температур). Кроме того, современный «каскадный» контроллер старается оптимизировать расходы, оценивая мощность каждого теплогенератора, и добиться оптимальной загрузки каждого из них в текущий момент работы.

Ликбез опубликован в объединённом выпуске «Осень-Зима 2016»
журналов «Инструменты» + «Всё для стройки и ремонта» + «GardenTools»
серии «Потребитель»

Архив всех выпусков в pdf-формате смотрите здесь