Проектирование системы отопления
«Если хочешь, чтобы дело было сделано хорошо, сделай его сам!» - считает большинство наших соотечественников, хотя бы раз столкнувшихся с некомпетентностью, с позволения сказать, «профессионалов». А поскольку особенно много негативного опыта у потребителей накопилось в сфере строительства и смежных с ним услуг, многие и строят, и отделывают, и оснащают дома в буквальном смысле своими руками. К сожалению, не всегда обладая необходимыми знаниями и навыками.
Данная статья не ставит цель научить проектировать систему отопления полностью, от А до Я, хотя конечно, если задаться целью, научиться можно всему, в том числе проектированию систем отопления. Вопрос - нужно ли это? Наверное, иногда достаточно уметь оценить компетентность приглашённых специалистов.
Начнем со стен
Понятно, что в нашем климате только стен, крыши, окон и дверей недостаточно, чтобы круглый год поддерживать в доме необходимый температурный режим. (Вообще-то правильнее было бы говорить о температурно-влажностном режиме и воздухообмене, но в рамках этой статьи мы делаем акцент именно на отоплении, хотя оно и должно проектироваться в комплексе с вентиляцией и теплозащитой здания.) И большинство бессистемных «знатоков от теплотехники» ничтоже сумняшеся измеряют площадь коттеджа и подбирают котёл по мощности из расчёта 1 кВт на 10 м2 вне зависимости от архитектурных и конструктивных особенностей дома. В результате получается своего рода сказка о трёх поросятах. Только в отличие от ленивых свинок, пострадавших от порывистого ветра, незадачливые котельных дел мастера проектируют отопление, плохо приспособленное к зимним условиям. Так что в стужу в их жилищах или холодно, или невыносимо жарко, или же наблюдается чересчур большой перерасход топлива. А ведь если задуматься, даже интуитивно понятно, что в сохранении тепла не последнюю роль играет толщи на и конструкция стен, вид и площадь остекления, расстановка отопительных приборов.
Итак, если вы хотите обогревать дом. а не улицу, эффективно расходуя топливо и создавая в помещениях действительно комфортные условия, начните с теплозащиты здания: она должна отвечать местным климатическим условиям. Логично, что при проектировании теплозащиты ограждающих конструкций ориентируются на холодный период года (когда среднесуточная наружная температура ниже 8 °С) - он же, как правило, является отопительным. Основное требование, предъявляемое к стенам, окнам и т. п., тоже достаточно очевидно: температура их внутренних поверхностей должна быть выше точки росы комнатного воздуха, чтобы на них не выпадал конденсат, а люди в помещении не испытывали интенсивного «радиационного охлаждения» с их стороны. Для этого ограждающие конструкции должны иметь требуемое сопротивление теплопередаче (Р0). Его величина определяется в соответствии с методикой СНиП 23-02-2003. При расчётах во внимание принимают среднюю температуру отопительного периода и наиболее холодной пятидневки, сезонную скорость ветра, влажностиые условия района строительства и интенсивность солнечной радиации в отопительный период. Разумеется, конструкцию ограждений выбирают не только по теплотехническим, но и по прочностным, а также экономическим показателям.
Приведём пример. В Московском регионе отопительный период (когда, как уже говорилось, среднесуточная температура ниже 8 °С) длится 214 суток. Для этого отрезка времени характерна средняя температура наружного воздуха -3,1 °С и наиболее холодная пятидневка с температурой -28 °С. Так вот, чтобы построить в Подмосковье энергоэффективный дом, рекомендуются стены, имеющие сопротивление теплопередаче Р0 = 3,13 м2* °С/Вт, минимально допустимый показатель - 1,97 м2* °С/Вт.
Учёт тепла
До сих пор мы говорили о проектировании конструкции ограждений будущего энергоэффективного дома. А теперь вплотную подошли к проектированию самой системы отопления. Её расчётная тепловая мощность должна компенсировать максимальный дефицит тепла, который, как правило, наблюдается в холодный период года. Определяют эту величину, сводя в единый баланс те-плопотери через ограждающие конструкции (окна, двери, стены, полы и потолки), расход тепла на нагрев наружного воздуха, поступающего в помещение в результате инфильтрации или для компенсации нормативного воздухообмена, а также теплопоступления от бытовой техники.
Ориентировочно оценить теплопоте-ри здания можно даже на этапе проектирования, когда ещё нет детальной проработки конструкции всех наружных ограждений и окончательной планировки. Но частному домостроителю ничто не мешает сделать точный расчёт и по окончании строительства. Уж если котельная заложена в проект дома, подобрать оборудование для неё можно непосредственно перед монтажом системы отопления, в соответствии с реальной потребностью здания в тепле.
Для расчёта теплопотерь определяют площадь отдельных ограждающих конструкций. Обратите внимание, что их площади определяют по наружному обмеру. Это гарантирует, что отопительная система будет рассчитана с небольшим запасом по мощности. А вот площадь окон и дверей считают по наименьшему строительному проёму. Потери тепла через внутренние ограждения принимают во внимание лишь в случае, если разница расчётных температур в соседних помещениях превышает 3°С (например, за стеной жилой комнаты находятся холодные сени или. наоборот, жаркая сауна). Ещё учитывают так называемые добавочные теплопотери. связанные с ориентацией ограждений по сторонам света, с поступлением холодного воздуха в помещение через входные двери и с наличием угловых помещений с двумя и более наружными стенами. Все выкладки сводят в таблицу, по которой легко проверить, насколько добросовестно специалисты отнеслись к поставленной задаче. Результаты теплового баланса используют впоследствии для теплового расчёта и подбора отопительных приборов.
Вода или электричество
Какому способу обогрева - с помощью водяных или электрических приборов - отдать предпочтение? Ответ на этот вопрос зависит от конкретных условий и режима проживания в доме. Но. пожалуй, для наших климатических и технико-экономических условий наиболее подходит водяное отопление (с газовым, дизельным, дровяным или электрическим котлом). Его основное преимущество - умеренные эксплуатационные затраты (хотя стартовые вложения могут превышать стоимость электроконвекторов в несколько раз). Кроме того, подкупает простота центрального регулирования теплоотдачи - достаточно изменить температуру теплоносителя (уменьшением нагрева или подмесом из «обратки»). Опять же ничто не мешает снабдить все отопительные приборы персональными терморегуляторами и поддерживать в каждой комнате свою температуру. Наконец, многие современные газовые котлы оснащены погодозависимой автоматикой, что ещё более упрощает управление системой.
Температурный вопрос
Сегодня в проекты частных домов всё чаще закладываются системы отопления с низкими температурными параметрами теплоносителя (например, на подающей магистрали 80 °С, а на обратной - 60 °С). Кстати, такой режим особенно хорош для антифриза, да и для современных котлов предпочтителен, поскольку продлевает их ресурс. Чтобы обеспечить расчётную тепловую мощность, для низкотемпературных систем выбирают более габаритные (чем для стандартных систем с температурным перепадом на подаче и «обратке» - 105/70 °С или 95/70 °С) отопительные приборы. Зато они позволяют создать наиболее комфортные температурные условия в доме, потому что не перегреваются до ожогоопасных температур и эффективнее поддаются терморегулированию. Наконец, такие приборы образуют более равномерную тепловую завесу перед световыми проёмами - ведь основные теплопотери, как известно, происходят именно через окна. Так что по нормам обогреватель должен перекрывать не менее 75 % длины подоконника. Поэтому вдоль витражного остекления лучше расположить встраиваемые в пол конвекторы с вентиляторным обдувом (он обеспечит более высокую тепловую завесу), а в глубине помещения - основные отопительные приборы, компенсирующие расчётные теплопотери.
Циркуляция и гравитация
Обычно низкотемпературные системы отопления проектируются насосными. В них теплоноситель циркулирует по отопительному контуру благодаря циркуляционному насосу, электромотор которого работает от электричества (потребляет 30-150 Вт). В более архаичных гравитационных системах теплоноситель движется по трубам самотёком за счёт разности плотности воды в прямой и обратной трубе - точность температурного регулирования в них очень невысока, потому что при такой организации центрального отопления управлять расходом теплоносителя через приборы (а от этого зависит их теплоотдача) практически невозможно. Для компенсации температурных расширений теплоносителя обязательно используется расширительный бак. В насосных системах чаще закрытый, а в гравитационных - обычно открытый, хотя бывает и наоборот.
Конечно, время систем с естественной циркуляцией ещё не прошло. Но сегодня их применение оправдано только там, где вообще нет электричества (редкие отключения не в счёт, потому что современные источники бесперебойного питания вполне в состоянии запитать такую несущественную нагрузку, как циркуляционный насос и котельная автоматика), или где доступны только твёрдые виды топлива. Ведь управлять горением дров, торфа или угля довольно сложно, поэтому точность поддержания температуры котловой воды довольно низкая. Так что обеспечить температурное регулирование и комфорт на уровне циркуляционной системы всё равно не удастся - ради чего же огород городить?
Отдавая должное энергонезависимости гравитационных систем, обратим ваше внимание, что они подходят исключительно для работы с радиаторным (или конвек-торным) контуром. (А вот создать водяной тёплый пол можно только с циркуляционным насосом!) Да и внешний вид некоторых элементов подобных систем может не оправдать ожиданий несведущих потребителей. Например, для самотёка нужны трубы большого диаметра и отопительные приборы с широкими коллекторами. При этом не каждый из этих приборов пригоден для работы в системе с открытым (всё-таки такой тип чаще используется в гравитационных системах) расширительным баком, подразумевающим, что в теплоносителе присутствует растворённый кислород. Например, от тонкостенных стальных радиаторов и большинства алюминиевых моделей придётся отказаться, а вот, например, чугунные батареи подойдут по всем параметрам. Вопрос о дешевизне безнасосной системы тоже представляется довольно спорным. Скажем, если проводить полимерный трубопровод, то толстые трубы обойдутся едва ли не на порядок дороже, чем тонкие вместе с циркуляционным насосом.