эмблемка

современные
инженерные системы
Минск, Минский район


МТС (033) 660-55-50
VEL (029) 113-70-57
УНП 691803803

Наши объекты:

Боровляны частный дом дом в классическом стиле коттедж коттедж частный дом загородный дом просторный дом усадьба Самохваловичи одноэтажный дом двухэтажный дом небольшой дом кирпичный коттедж пригород Минска Каркасный загородный дом на винтовых сваях с мансардой

Перепечатка статей, равно как и их отдельных частей, запрещена. Мы хотим оставить за собой право на эксклюзивное размещение данного материала на нашем сайте home-engineering.net. Здесь мы делимся знаниями и опытом, наработанными нашей командой за годы работы в сфере проектирования и монтажа инженерных систем.


Описание объекта проектирования и строительства
Определение теплопотерь дома
Выбор концепции отопления
Проектирование системы отопления дома
Раскладка петель теплого пола по помещениям
Расчет гидравлических потерь для системы отопления дома
Выбор конденсационного котла для системы отопления
Выбор зональной автоматики для регулирования температуры в комнатах


Описание объекта проектирования и строительства наверх


Квартира в сблокированном доме

В соответствии с техническим заданием, требовалось осуществить проектирование и монтаж системы отопления квартиры в сблокированном загородном доме. Общая площадь квартиры — 210м² (подвал 55м², 1й этаж 55м², 2й этаж 55м², мансарда 45м²). Источник теплоснабжения — магистральный природный газ.

Материал стен дома — автоклавный газобетон (газосиликатные блоки) плотностью D500 на клею, толщина стен 500мм. Дополнительное утепление стен и оконных откосов — пенополистирольные плиты толщиной 100мм (система "мокрый фасад"). Стены подвала (блоки ФБС 400мм) над уровнем земли утеплены экструдированным пенополистиролом (XPS) толщиной 200мм, ниже уровня земли — толщиной 50мм, в дальнейшем планируется устройство утепленной (100мм XPS) отмостки шириной 1,2м. вокруг дома. Пол подвала по грунту утеплен 80мм XPS. Мансардная часть кровли утеплена матами из базальтового волокна плотностью около 40кг/м³ (Гомельстройматериалы Лайт Батс). Общая толщина утеплителя в наклонных частях — 300мм (5 слоев по 60мм), в горизонтальной части кровли мансарды — 420мм (7 слоев по 60мм).

План подвалаПлан 1-ого этажаПлан 2-ого этажаПлан мансарды

Общая площадь остекления дома — около 25м². Установлены окна из 5-ти камерного ПВХ профиля System Brugmann AD Salamander шириной 73мм. Двухкамерные стеклопакеты толщиной 40мм с двумя энергосберегающими стеклами 4i-14-4-14-i4. Внутренние откосы оконных проемов утеплены 50мм XPS. Входные двери — металлические с утепленным полотном, дополнительно установлены тамбурные деревянные двери. Откосы тамбуров утеплены 50мм XPS. Для обеспечения вентиляции дома планировалось использовать приточно-вытяжную установку с рекуперацией тепла.


Определение теплопотерь дома наверх


Кратко изложим результаты теплотехнического расчета дома. Для расчетной температуры воздуха -24°С в самую холодную пятидневку с обеспеченностью 0,92 (Минск) и внутренней температуры в помещениях 15°С (подвал), 18..20°С (спальни), 22°С (гостиная-кухня) и 24°С (санузлы) общие теплопотери составят:

  • через наружные стены (S=190м², R=5,7мК/Вт): 1500Вт;
  • через остекление и двери (S=29м², R=0,8мК/Вт): 1600Вт;
  • через кровлю (S=74м², R=8,0..10,5мК/Вт): 400Вт;
  • на вентиляцию (Q=200м³/час, КПД=70%): 1000 Вт;
  • через стены и пол подвала (150м², R=3,5..5,5 мК/Вт): 1600 Вт;
  • общие теплопотери: 6100Вт;
  • теплопоступления от жильцов и электрооборудования: 450Вт;
  • требуемая расчетная мощность системы отопления: 5650Вт;
  • итого, средняя расчетная удельная мощность/теплопотери: 27/29Вт/м².

Потери тепла через различные элементы энергоэффективного дома

Потери тепла через различные элементы энергоэффективного дома

Как видно, общие теплопотери здания невелики и достаточно равномерно распределены между различными элементами конструкции дома. С учетом средних за зиму температур наружного воздуха, средние теплопотери этого энергоэффективного дома будут составлять всего около 3кВт! А расход природного газа на нужды отопления планируется в районе 1400м³/год на 210м² отапливаемой площади.


Выбор концепции отопления наверх


Изначальная нацеленность на строительство энергоэффективного здания с малыми затратами на отопление нашла продолжение в выборе концепции системы обогрева: отопление только с помощью водяного теплого пола от конденсационного газового котла.

Водяной теплый пол позволяет обеспечить комфорт жителей при температурах воздуха на 1..2°С ниже, чем при использовании традиционных радиаторов (экономия на отоплении около 5..10% в год). Использование конденсационной техники вкупе с грамотным проектированием позволяет снизить расход природного газа для нужд отопления в среднем еще на 10% по сравнению с традиционными котлами. А отказ от радиаторов отопления позволил значительно упростить схему обвязки котельной (а значит, и повысить надежность всей системы отопления дома), уменьшить стоимость комплектующих и снизить эксплуатационные затраты.

Низкотемпературное отопление только тёплым полом

Отопление дома только водяным теплым полом без радиаторов позволяет решить сразу большое количество технических вопросов и снизить капитальные и эксплуатационные затраты на строительство и содержание частного дома.

В общественной зоне 1-го этажа и в подвале планируется применение практичного и долговечного финишного напольного покрытия — напольной плитки из керамогранита. Этот тип покрытия идеально подходит для отопления теплым полом и очень устойчив к повреждениям, а значит, будет служить долгие годы.

В спальных зонах (2-й этаж и мансарда) почти всегда предпочтительны напольные покрытия на основе натуральных материалов: дерева или ламината. Малые удельные теплопотери всего здания и разумные требуемые температуры воздуха в спальных помещениях (около 20°С) позволяют легко реализовать отопление спальных зон водяным теплым полом при использовании такого комфортного для таких помещений финишного напольного покрытия как паркетная доска. При этом риск перегрева и рассыхания паркета сведен к минимуму, т.к. температура поверхности пола будет составлять всего около 23..25°С. Тогда как максимально допустимая температура поверхности для покрытия пола из натурального дерева и ламината составляет 27°С.


Проектирование системы отопления наверх


Исходя из выбранной концепции отопления дома, архитектурных особенностей здания, удобства монтажа и последующего обслуживания системы отопления предложена следующая схема реализации системы отопления:

Схема системы отопления

Концептуальная схема организации системы отопления дома водяным теплым полом. Поэтажные коллекторы подключаются напрямую к отопительному газовому конденсационному котлу со встроенным циркуляционным насосом.
1 - шаровый кран, 2 - предохранительный термостат, 3 - фильтр-грязевик, 4 - зональная автоматика (комнатные термостаты, термоэлектрические сервоприводы, контроллер).

Принципиальными моментами предложенного технического решения являются:

  1. Использование конденсационного газового котла со встроенным циркуляционным насосом, способного работать напрямую на контуры теплых полов без гидравлического разделителя (гидравлической стрелки). Такие котлы, как правило, не имеют ограничений на минимальное значение расхода теплоносителя через теплообменник, что позволяет обойтись без таких элементов системы отопления как гидравлическая стрелка, дополнительный циркуляционный насос и запорная арматура для их обвязки.
  2. Применение поэтажных коллекторов с отсечными кранами на входе для подключения петель теплого пола, отапливающих различные помещения на каждом этаже. Такая мера позволяет удобно и компактно подключить трубы теплого пола, уменьшить длины транзитных участков, облегчить эксплуатацию и обслуживание системы отопления. Произвести обезвоздушивание или другие ремонтные работы можно независимо от других коллекторов, не останавливая работу всей системы отопления.
  3. Применение зональной (комнатной) автоматики для оперативного регулирования и отключения отопления в различных помещениях дома — комнатных электронных термостатов, центрального контроллера и таймера. Это позволит предельно точно поддерживать необходимую температуру воздуха, учитывая теплопоступления от солнца, электроприборов и людей в каждом помещении; легко изменять настройки желаемой температуры в различных помещениях; просто отключать неиспользуемые помещения без необходимости регулировок на самих коллекторах; использовать возможность снижения температуры в ночное время или на время отсутствия жильцов для экономии (в том числе с использованием дистанционного GSM-управления с помощью мобильного телефона).
  4. Прокладка современных и надежных полимерных трубопроводов (PEx или PEx-Al-PEx) цельными участками без их стыковки в элементах конструкции здания для повышения надежности всей системы отопления. Применение низкотемпературного отопительного графика (подача не выше 40°С, обратка 30..35°С) решает вопрос с долговечностью труб и позволяет прогнозировать срок их эксплуатации на протяжении 50 и более лет.


Раскладка петель теплого пола по помещениям дома наверх


Следующим этапом работы над проектом отопления этого дома стала раскладка петель теплого пола в различных помещениях. В зависимости от теплопотерь помещений, требуемых температур воздуха в них, типов напольных покрытий были рассчитаны: шаг укладки и диаметр трубы теплого пола, расход теплоносителя в отдельных контурах, температура подачи теплоносителя в теплые полы и расчетный перепад температур между подачей и обраткой. Также с учетом назначения и температурных режимов помещений была выбрана толщина теплоизоляции под трубами теплого пола. Были определены места установки комнатных датчиков температуры воздуха для системы регулирования.

Раскладка петель теплого пола по грунту

Раскладка петель теплого пола в подвале. Толщина утеплителя под трубами теплого пола 80мм (пол по грунту). Коллектор на 3 контура. Места установки комнатных датчиков температуры (2шт) указаны красным.

Раскладка петель теплого пола на кухне

Раскладка петель теплого пола на 1-м этаже. Толщина утеплителя под трубами теплого пола 50 мм (над подвалом с расчетной температурой 16°С). Коллектор на 4 контура. Места установки комнатных датчиков температуры (2шт) указаны красным.

Раскладка петель теплого пола в спальне

Раскладка петель теплого пола на 2-м этаже. Толщина утеплителя под трубами теплого пола 30мм (над отапливаемыми помещениями 1-го этажа). Коллектор на 4 контура. Места установки комнатных датчиков температуры (4шт) указаны красным.

Раскладка петельна мансарде

Раскладка петель теплого пола на мансардном этаже. Толщина утеплителя под трубами теплого пола 50 мм (для уменьшения потерь из 2-го этажа с большей расчетной температурой). Коллектор на 3 контура. Место установки комнатного датчика температуры указано красным.

Как видно из чертежей, при раскладке трубы теплого пола были сформированы отдельные краевые (рантовые) зоны у наружных стен и у окон для компенсации повышенных теплопотерь в этих зонах. Теплоноситель с наибольшей температурой (подача) поступает сначала в эти зоны, а затем проходит по центральным зонам помещений.

Итоговые данные:

  • общая мощность системы отопления теплым полом: 5700 Вт;
  • расчетная температура подачи в контур теплых полов: 38°С;
  • расчетный перепад температур между подачей и обраткой: 5°К;
  • общий расход теплоносителя: 17л/мин (1,0м³/ч);
  • количество петель теплого пола: 14шт.;
  • предварительно выбранный диаметр трубы теплого пола: 16×2мм;
  • общий расход трубы для теплого пола: 950м;
  • средняя длина петли: около 67м.


Расчет гидравлических потерь для системы отопления дома наверх


Для правильной работы системы отопления требуется провести расчеты гидравлического сопротивления и определить потери напора в подводящих трубопроводах, коллекторах и петлях теплого пола. Полученные потери давления должны быть согласованы с располагаемым остаточным напором циркуляционного насоса в котле. Для расчета необходимо определить трассы прокладки, длины и диаметры трубопроводов, подводящих теплоноситель от котла к этажным коллекторам. После проведенных расчетов, получены следующие результаты:

Схема трубопроводов

Схема трубопроводов с указанием длин участков, расходов теплоносителя, перепадов температур, местных сопротивлений и рассчитанного перепада давления в них. Расчет потерь давления для контуров теплого пола проведен для самых длинных контуров на каждом этаже.

После анализа полученных данных, была определена максимальная потеря напора в системе отопления в самом нагруженном контуре: котел — коллектор 2-го этажа — петля 09. Полученное значение потери давления составляет 12,4кПа при расходе 1,0м³/ч и должно быть меньше остаточного напора циркуляционного насоса котла при данном расходе (необходимо проверить после выбора котла). Общий объем теплоносителя в системе отопления: 135л.


Выбор конденсационного котла для системы отопления наверх


Исходя из малых теплопотерь дома и требуемой мощности системы отопления (максимум 6кВт), необходимо было выбрать котел с минимальной рабочей мощностью. Ко всему прочему, приготовление горячей воды планировалось осуществлять в бойлере косвенного нагрева, что так же снижает требования к мощности котла. Для обеспечения максимально долгого срока службы оборудования требуется, чтобы глубина модуляции мощности горелки котла была как можно больше. Это необходимо, чтобы в период малых нагрузок (в начале и конце отопительного сезона), когда требуемая тепловая мощность для нужд отопления будет составлять всего порядка 2..3кВт, котел мог бы работать на малой мощности, без тактования. Напоследок, котел должен быть способен работать на контур теплых полов без гидравлического разделителя.

Все это резко сузило круг поиска подходящего оборудования, и выбор остановился на настенном газовом двухконтурном конденсационном котле Junkers/Bosch Cerapur Smart ZSB 14 3C. Котел имеет силуминовый теплообменник, не имеющий ограничений на минимальный расход теплоносителя через него и модулируемую горелку 3,5..14,0кВт (глубина модуляции 1:4).

Котёл Junkers/Bosch Cerapur Smart

Внешний вид котла Junkers/Bosch Cerapur Smart ZSB и его теплообменник в разрезе.

Встроенный циркуляционный насос и расширительный бак объемом 10л будут достаточны для разработанной системы отопления, что сведет к минимуму обвязку системы, а значит, снизит стоимость и увеличит ее надежность. Располагаемый остаточный напор встроенного циркуляционного напора при расчетном расходе и требуемое значение давления во встроенном расширительном баке для системы отопления можно найти из графиков в документации на котел.

Напор насоса и давление бака

Определение остаточного напора циркуляционного насоса при расчетном расходе теплоносителя через котел (слева) и определение давления настройки встроенного в котел расширительного бака при расчетной ёмкости системы отопления (справа).

Т.о. располагаемый остаточный напор равен около 13,0кПа, что больше требуемого (12,4кПа) при расходе 1,0м³/ч. Конечно, не очень хорошо, что рабочая точка лежит на краю рабочей характеристики насоса. Однако, нужно учесть, что такой режим работы будет только несколько дней в году (при максимальных теплопотерях). Большую часть времени в течение отопительного периода расход теплоносителя может быть приблизительно в 2 раза ниже при той же разности температур между подачей и обраткой. Так же возможно уменьшение расхода теплоносителя в 2 раза (до 500л/ч), с соответствующим увеличением разности температур между подачей и обраткой (перепад температур вырастет до 10°К), что абсолютно приемлемо для укладки трубы теплого пола улиткой. Скорость насоса при этом можно уменьшить. Опыт эксплуатации смонтированной системы отопления подтвердил правильность расчетов: во всех помещениях поддерживается необходимый расход теплоносителя и достигается расчетная температура воздуха.

Значение давления предварительной настройки встроенного в котел расширительного бака для данной системы отопления должно составлять около 1,0бар. Дополнительный расширительный бак не требуется.


Выбор зональной автоматики для регулирования температуры в комнатах наверх


Для возможности удобного и оперативного изменения температуры в различных помещениях дома, учета теплопоступлений (от дровяной каминной топки, солнца, людей), реализации ночного снижения температуры, снижения температуры воздуха в доме на время отсутствия жильцов дома было решено использовать зональную (комнатную) автоматику: датчики температуры (термостаты), термоэлектрические сервоприводы на коллекторах, контроллер управления и таймер. Дополнительным поводом использования такой автоматики было желание оптимизировать режим работы отопительного котла, продлить ресурс его работы и снизить энергопотребление.

Ввиду малых теплопотерь (средние за зиму теплопотери около 3кВт) и большой тепловой инерции здания становится возможным полностью отключать систему отопления дома в ночное время (например, с 21.00 до 5.00). Благодаря большой массе и тепловой инерции стяжек пола, плит перекрытия, массивных кирпичных стен и внутренней штукатурки падение температуры воздуха за этот период составляет не более 1°С. и к 7.00-8.00 полностью компенсируется включившейся утром системой отопления. Зато удается снизить до нуля затраты электроэнергии на работу котла в течение значительной части суток и продлить ресурс работы оборудования (циркуляционного насоса, вентилятора горелки и самой горелки котла). К тому же, даже в дневное время, когда во всех помещениях достигнуты желаемые температуры, контроллер подает сигнал на отключение котла отопления и он полностью останавливается до появления запроса на нагрев хотя бы одной из комнат дома.

Автоматика Uponor Wired

Общий вид элементов регулирования температуры в различных помещениях Uponor Wired.

В качестве системы покомнатного регулирования отопления дома была выбрана система Uponor Control System Wired: комнатные проводные термостаты T-35 (9шт), термоэлектрические сервоприводы Uponor 24В (14шт), контроллер Uponor Wired С-35 (12 каналов) и таймер I-36.

Спроектированная система отопления была смонтирована в доме, см. Водяной теплый пол как единственная система отопления частного загородного дома. Монтаж.


Если вам необходимо выполнить работы по расчету и монтажу инженерных систем: отопления, водоснабжения, канализации, электрики, вентиляции и встроенного пылесоса, вы можете обратиться к нам в разделе КОНТАКТЫ. Мы проводим работы по монтажу инженерных систем в Минске и Минском районе.