Устройство и описание современной котельной

Котельная установка - это комплекс устройств для получения водяного пара под давлением (или горячей воды). Котельная установка состоит из котельного агрегата, в котором производится водяной пар с заданными давлением и температурой, и ряда вспомогательных устройств, предназначенных для приготовления и подачи топлива, питательной воды и воздуха, а также удаления производственных отходов (дымовых газов и зольных остатков топлива). Водяной пар используется в энергетике для привода паровых турбин, а также как греющая среда в технологических процессах (нагревание, сушка, выпаривание и т.д.) и в быту (отопление, горячее водоснабжение). Наряду с паровыми котлоагрегатами в небольших коммунальных котельных применяются также водогрейные котлы, в которых подогреваются вода, используемая для нужд теплоснабжения.[1]

В зависимости от производительности различают котельные установки малой (до 20 т/ч), средней (20-70 т/ч), и большой (свыше 100 т пара в час) производительности. По величине давления пара котельные установки бывают низкого (до 3 МПа), среднего (3-7,5 МПа), высокого (10-15 МПа), сверхвысокого (15-22,5 МПа) и сверхкритического (более 22,5 МПа) давления. [2]

Для отопления и теплоснабжения отдельных зданий и небольших групп домов могут применяться котельные низкого давления, как правило, с чугунными секционными котлами отопления. Монтаж отопления в этих котельных, в отличие от котельных высокого давления, относится к санитарно-техническим работам и выполняется слесарями-сантехниками. Котельные низкого давления (в дальнейшем мы их будем называть котельные) могут располагаться в подвалах, первых этажах зданий или в отдельно стоящих зданиях, специально приспособленных для этих целей.

Чугунные секционные котлы отопления собирают из отдельных секций, благодаря чему возможен монтаж котлов отопления с различной поверхностью нагрева и, как следствие этого, с различной теплопрозводительностью. Но так как современные котлы отопления имеют плиточные колосники, ширина которых больше одной секции отопительного котла, уменьшать число секций произвольно нельзя. Чугунные водогрейные секционные котлы отопления обычно нагревают воду при наружной расчетной отопительной температуре до +95 °С, но они могут нагревать воду и до температуры +115 °С, что соответствует давлению 0,7 кгс/см кв.

Рис.1. Паросборник

• 1 – корпус;
• 2 – питательное корыто;
• 3 – циркуляционная труба;
• 4 – подставка;
• 5 – манометр;
• 6 – водомерное стекло;
• 7 – сепаратор;
• 8 – секции котла отопления,

Водогрейные секционные котлы отопления могут вырабатывать пар низкого давления (т. е. не свыше 0,7 кгс/см кв), для этого над ними устанавливают паросборники (рис.1).

В зависимости от потребной теплопроизводительности в котельной устанавливают не менее двух котлов отопления, как правило, одного типа и одной поверхности нагрева. Установка одного отопительного котла не допускается, так как в случае его аварии теплоснабжение будет полностью прервано. Установка одного котла, обычно парового, допускается при работе его для нужд горячего водоснабжения, да и то только в том случае, если допустим перерыв в подаче горячей воды. [1] Котлы отопления могут устанавливаться в один или в два ряда, строго по одной линии. При установке в один ряд их фронт должен быть обращен к окнам (рис.2).

Рис.2. Котельная с чугунными секционными котлами

• 1 – водогрейный котел;
• 2 – паровой котел;
• 3 – дутьевой вентилятор с электродвигателем;
• 4 – дутьевой подземный канал;
• 5 – предохранительные клапана; в – воздухосборник;
• 7 – циркуляционный насос с электродвигателем;
• 8 – питательный самовсасывающий насос с электродвигателем;
• 9 – подпиточный насос с электродвигателем; 10 – насос системы горячего водоснабжения с электродвигателем;
• 11 – конденсационный бак;
• 12-. деаэрационный бак;
• 13 – горячий трубопровод системы отопления;
• 14 – обратный трубопровод системы отопления;
• 15 – грязевик;
• 16 – паропровод;
• 17 – трубопровод горячего водоснабжения;
• 18 – циркуляционный трубопровод горячего водоснабжения;
• 19 – трубопровод подпитки системы отопления;
• 20 – выброс в атмосферу пара после предохранительных клапанов;
• 21 – безрычажный самопритирающийся предохранительный клапан;
• 22 – боров.

При установке котлов отопления в два ряда фронтом друг к другу расстояние между ними должно быть равно 4 м. Перед фронтом отопительных котлов можно устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и электрощиты, при этом свободный проход допустим не менее 1,5 м. Ширина прохода между котлами или котлом отопления и стеной должна быть не менее 1 м, а между стеной и выступающими частями котла – 0,8 м. Котлы отопления одного вида теплоносителя могут устанавливаться в спаренной обмуровке, т. е. с одной общей стенкой обмуровки.

Установленные отопительные котлы обвязываются трубопроводами из бесшовных труб, общими для каждого вида теплоносителя, при этом каждый котел оборудуют запорными устройствами (вентили, задвижки), позволяющими полностью отключать его от трубопроводов. Установка этих запорных устройств, так же как и в других случаях, вниз шпинделями не допускается.

Трубопровод горячей воды присоединяют к котлу отопления со стороны фронта обычно через тройник или отвод, подсоединяемый к верхним ниппельным отверстиям секций. Трубопровод охлажденной воды присоединяют через такой же тройник и отвод к нижним ниппельным отверстиям секций со стороны борова. Общий трубопровод горячей воды обычно прокладывают на подвесках под потолком котельного зала. В системах с естественной циркуляцией он соединяется с главным стояком, на котором устанавливают расширительный бак. В более крупных системах с насосной циркуляцией общий трубопровод подсоединяют к водораспределителю (коллектору) горячей воды в котельном зале, установив перед ним задвижки.

Водораспределители (распределительные коллекторы) представляют собой отрезок трубы на два-три калибра больше, чем диаметр подводящей трубы, в которой врезаны штуцеры с задвижками или вентилями. Устанавливают водораспределители горизонтально на кронштейнах с таким расчетом, чтобы оси шпинделей находились на расстоянии 1,3 м от пола. Водораспределители (распределительные коллекторы) имеют столько штуцеров, сколько имеется ответвлений трубопроводов, плюс один запасной. Обычно диаметры штуцеров бывают разные, и, следовательно, длина задвижек или вентилей также будет неодинаковой. Поэтому для придания водораспределителю хорошего внешнего вида необходимо делать высоту штуцеров различной, с тем чтобы все шпинделя находились на одном уровне. Помимо штуцеров в водораспределители вваривают муфты для установки термометра, манометра и спуска грязи, закрываемые пробками на резьбе. [1]

При заполнении системы трубопроводов котельной водой воздух, вытесняемый ею, собирается в их верхних частях и в случае, если они имеют П-образную форму, создает в них воздушные пробки, препятствующие в дальнейшем циркуляции теплоносителя. Для улавливания этого воздуха в верхней части таких трубопроводов устанавливают воздухосборники, из верхней части которых производится удаление воздуха. Трубопроводы к воздухосборникам прокладывают с уклоном, одновременно обеспечивающим и сток воды при спуске.

При небрежном отношении эксплуатационников возможна топка котла отопления при закрытых задвижках, отсоединяющих котел от трубопроводов горячей и обратной воды. В этом случае находящаяся в отопительном котле вода при нагреве увеличит свой объем и может разорвать котел. Для предохранения котлов отопления от аварии предусматривают два мероприятия, обеспечивающих стравливание избыточного количества воды. При присоединении котлов к системе отопления, на которой от задвижки на котле до расширительного бака нет ни одного запорного устройства, монтируют обводную линию у задвижки с установкой обратного клапана. При повышении давления в котле при закрытых задвижках вода открывает обратный клапан и выходит из котла отопления в общий трубопровод, соединенный с расширительным баком. Обратному движению воды из системы отопления в котел препятствует клапан. В случае, если между задвижкой на котле отопления и расширительным баком имеются запорные устройства (например, задвижки или вентили на водораспределителях в котельной), то на каждом отопительном котле устанавливают грузовые предохранительные клапаны, выпускающие в канализацию излишнее количество воды по специальному трубопроводу, присоединенному к ним. Для этого общую трубу от всех предохранительных клапанов выводят к раковине, устанавливаемой в котельном зале или в помещении насосной. Предохранительные клапаны располагают непосредственно на отопительном котле или на патрубках, присоединенных к котлу. Один из установленных на котле предохранительных клапанов (контрольный) должен иметь устройство – обычно кожух из кровельной стали, не позволяющее персоналу производить произвольную регулировку клапана. Грузы на рычагах клапанов после регулировки должны надежно закрепляться.

В системах отопления с естественной циркуляцией охлаждения вода по общему обратному трубопроводу поступает к котлам для нагрева, а в насосных системах (системах с принудительной циркуляцией) – в коллекторы обратной воды, выполняемые так же, как и водораспределители, устанавливаемые в машинных отделениях насосных. Оттуда, пройдя через грязевик, вода поступает в насосы (один – рабочий, другой – резервный) и затем в котлы по общему обратному трубопроводу, обычно прокладываемому на подвесках под потолком котельного зала за котлами. Трубная обвязка насосов предусматривает устройство обводной линии, которая позволяет при временном прекращении электроснабжения, а следовательно, и остановке насоса осуществить частичную естественную циркуляцию воды в системе отопления.

Для удаления воды и осадка из отопительных котлов в канализацию устраивают спускной (дренажный) трубопровод, к которому присоединяют все котлы. Обычно спускной трубопровод подсоединяют с фронта к нижнему ниппельному отверстию каждого пакета секций котла. На этих подсоединениях устанавливают пробочные краны. Применение вентилей для этих целей недопустимо, так как поток воды, проходящий через них, может идти в обоих направлениях (при наполнении и спуске), а движение воды в вентилях допускается только под клапан. Кроме того, повороты в теле вентиля способствуют задержке осадка, выходящего из котла. В тех случаях, когда не удается обеспечить спуск воды из котлов в канализацию самотеком, предусматривают возможность путем соответствующих переключений запорных устройств переключить подпиточный ручной насос на выкачивание воды из котлов отопления . В процессе эксплуатации часть воды из системы отопления теряется за счет различного рода незначительных утечек, изменяется и объем воды в системе при изменении ее температуры. Поэтому для восполнения объема воды производят подпитку системы чистой водой, прошедшей в необходимых случаях специальную химводоочистку. Подпитку водогрейных котлов при работе их на центральное отопление производят через трубопровод охлажденной воды на расстоянии не менее 3 м от котла. При насосных системах подпитку обычно производят через трубы перед насосами. Это делается для того, Чтобы холодная вода перемешалась с водой, идущей из системы, так как в случае попадания холодной воды на перегретый участок стенки секции возможно образование трещины. Подпитка должна производиться подпиточными насосами. Однако в случае, если давление в водопроводе превышает статическое давление в нижней части системы отопления не менее чем на 1 кгс/см кв, допускается подпитка из водопровода без насоса..

В зависимости от расхода воды, идущей на подпитку, могут устанавливаться как центробежные, так и ручные насосы. На рис.3 показана схема обвязки ручного насоса, позволяющая как подпитывать систему, так и удалять из нее воду.

Рис.3. Трубная обвязка ручного насоса

o 1 - вентиль;

o 2 – кран пробковый;

o 3 – обратный клапан

Для контроля работы водогрейных котлов используются термометры и манометры. Термометры устанавливают на трубопроводе горячей воды между котлом и задвижкой и на трубопроводе охлажденной водопровод воды перед котлом. При наличии нескольких котлов термометры, кроме того, устанавливают на общих трубопроводах горячей и охлажденной воды или на коллекторах (водораспределителях). В этом случае не обязательна установка термометров на обратном трубопроводе перед каждым котлом отопления.[1]

Манометры располагают на горячей линии между котлом отопления и задвижкой. Кроме того, манометры устанавливают на коллекторах и на линии питательной воды от водопровода к котлу.

При наличии искусственной циркуляции воды в системе отопления манометры устанавливают на всасывающей и нагнетательной линии насоса на одном уровне по высоте. Такая установка приборов позволяет узнать разность давления воды и освобождает от необходимости коррекции на величину высоты водяного столба, равного разности уровней установки манометров. На выходе из котла отопления до запорного устройства на трубопроводе горячей воды устанавливают водопроводный кран, позволяющий судить о степени заполнения котла водой и для выпуска воздуха в период его заполнения. В паровых котлах отбор пара производят из верхней части паросборника через тройник, к одному концу которого присоединяют паропровод, а к другому – предохранительное устройство. Задвижку, отключающую котел, следует устанавливать на паропроводе возможно ближе к котлу.

Общий паропровод, объединяющий несколько отопительных котлов, обычно прокладывают на подвесках перед фронтом котлов под потолком. При наличии нескольких потребителей пара или нескольких ответвлений устанавливают паровой коллектор, по своему устройству аналогичный водораспределителю, к которому и подсоединяют общий паропровод. Как известно, насыщенный водяной пар при охлаждении отдает скрытую теплоту парообразования и при этом конденсируется в воду, образуя конденсат с той же температурой, что и пар. Такое же явление происходит и при частичной потере тепла паропроводами при прохождении по ним пара, в результате чего образуется так называемый попутный конденсат. Пар, движущийся по паропроводу с большой скоростью, гонит попутный конденсат и на различных поворотах ударяет водяными пробками в стенки труб, создавая гидравлические удары тем более сильные, чем больше попутного конденсата и чем больше скорость движения пара. Известны случаи, когда гидравлические удары разрушали трубопроводы, особенно при пуске большого количества пара в остывший трубопровод, в результате чего образовывалась сплошная водяная пробка.

Для ликвидации подобных явлений необходимо прокладывать трубопроводы с уклоном в сторону движения пара и устраивать отвод попутного конденсата в конденсатопроводы через конденсатоотводчики – специальные устройства, пропускающие конденсат и не пропускающие пар. Для этой цели в нижней части паровых коллекторов вваривают штуцер для подсоединения консенсатоотводчика, отводящего воду, образовавшуюся общем паропроводе и непосредственно в коллекторе.

Питание паровых котлов отопления, как правило, должно осуществляться конденсатом, возвращающимся из системы. В этом случае не надо расходовать топливо для нагрева воды до температуры конденсата. Но если потребитель получает острый пар (например, для пропаривания белья в прачечной или для нагрева инертных материалов в бункерах), то, естественно, конденсат не возвращается, и тогда приходится питать котлы полностью или частично водопроводной водой, в необходимых случаях прошедшей химводоочистку. Умягчение воды, т.е. удаление из нее накипеобразующих солей, обычно производят в специальных установках, где происходит поглощение из воды катионов кальция и магния. Взамен вода получает в эквивалентных количествах катионы веществ, не образующих накипи. Указанный процесс осуществляется при прохождении воды через слой зернистого материала – катионита. Однако в процессе умягчения воды катионит постепенно истощается. Для восстановления умягчающей способности его подвергают регенерации, для чего отключают фильтр и пропускают через него водный раствор регенерирующего вещества. Регенерация восстанавливает реактивную способность катионита, а загруженный таким катионитом фильтр может служить несколько лет.

Конденсат из всех систем отопления, как правило, самотеком стекает в конденсационные баки, устанавливаемые в приямках полов котельных. Но возможны случаи, когда баки устанавливаются на полу котельных при расположении пароприемников, бойлеров, нагревательных приборов, калориферов и т. п. на высоте, обеспечивающей слив конденсата в бак самотеком. В некоторых случаях, когда пароприемники установлены высоко над котлами, возможно поступление конденсата в котел самотеком, минуя конденсационный бак. Подача водопроводной воды для восполнения утечек или невозвращаемого конденсата осуществляется для лучшего перемешивания в конденсационный бак. Из баков конденсат подают насосами через общий трубопровод в паросборники котлов отопления. Для питания паровых котлов устанавливают не менее двух центробежных питательных насосов, один из которых резервный. При производительности котлов не более 500 кг/ч может применяться ручной насос в качестве резервного, а для котлов производительностью не выше 150 кг/ч только один насос, в том числе ручной.

Питательные насосы всасывают воду из конденсационных баков с довольно высокой температурой, поэтому при большом разрежении, создаваемом во всасывающем патрубке насоса, возможно вскипание в нем воды и, следовательно, нарушение работы насоса. Во избежание этого явления необходимо питательные насосы устанавливать под залив, т. е. ниже уровня воды в баке, так как в этом случае разрежения не будет и вода не вскипит. На питательных трубопроводах у котлов отопления устанавливают вентили или задвижки и обратный клапан, причем запорные устройства размещают между паросборником и обратным клапаном. Обратный клапан устанавливается непосредственно к запорному устройству, а если это невозможно, то допускается установка промежуточного отвода, но без промежуточных фланцев. При питании котла конденсатом, возвращающимся самотеком, установка обратного клапана не требуется. Необходимость установки обратного клапана объясняется тем, что питательные насосы перекачивают конденсат периодически, по мере его накопления в конденсационном баке, и в случае отсутствия клапана, когда насос не работает, пар из котла по питательному трубопроводу уйдет в конденсационный бак и через атмосферную трубу в атмосферу.

Для контроля давления на каждом паровом котле в системе отопления устанавливают манометр, сообщающийся с паровым пространством паросборника. Для контроля уровня воды на каждом паровом котле на паросборнике располагают не менее двух водоуказательных приборов. Один из них может быть заменен двумя пробными кранами.

Нижний кран устанавливают на уровне низшего, а верхний – на уровне высшего допустимого уровня воды в котле отопления. Чугунные паровые котлы с поверхностью нагрева до 25 м кв. могут иметь только один водоуказательный прибор. К паросборникам такие приборы присоединяют непосредственно. Если приборы присоединяются при помощи труб длиной до 500 мм, то внутренний диаметр их должен быть не менее 25 мм; эти трубы должны быть доступны для прочистки.

Чтобы предотвратить повышение давления в паровых котлах низкого давления, каждый из них снабжают предохранительным выкидным приспособлением или безрычажным самопритирающимся предохранительным клапаном, присоединяемым, как уже отмечалось выше, к тройнику в верхней части паросборника, т. е. к паровому пространству котла. Эти предохранительные устройства не должны допускать давления сверх рабочего более чем на 0,1 кгс/см кв.. Установка каких-либо запорных устройств между предохранительным устройством и котлом не допускается.

Пар, выбрасываемый при срабатывании предохранительного устройства, должен отводиться по трубопроводу в безопасное место. При установке нескольких предохранительных устройств допускается прокладка общей отводной трубы площадью не менее 1,25 суммарной площади всех присоединяемых устройств. К каждому выкидному предохранительному устройству должна быть подсоединена труба от водопровода с запорным вентилем и обратным клапаном, препятствующим проходу воды из предохранительного устройства в водопровод.

При сжигании в котлах отопления топлива образуются дымовые газы, которые по газоходам котла выводятся в борова (горизонтальные кирпичные каналы), к которым подсоединяются все котлы, а из боровов в дымовую трубу и далее в атмосферу. В зависимости от наличия грунтовых вод борова могут быть подземными, надземными и полуподземными. Подземные борова можно выполнять с более тонкими стенками, так как в этом случае будет отсутствовать подсос воздуха через стенки и, кроме того, они не загромождают пространство за котлами. Но такие борова труднее чистить. На выходе из отопительного котла на газоходах для регулировки тяги устанавливают шибера, управление которыми при помощи противовесов и тросов на роликах выводится на фронт котлов. Шибера выполняют в виде литой чугунной пластины типа печной заслонки, двигающейся в литых чугунных направляющих. Применение стальных листов даже толщиной 5-6 мм недопустимо, так как при нагреве дымовыми газами происходит коробление их и возможно застревание в направляющих.

При установке шиберов на котлах отопления, переоборудованных для сжигания газа, в их полотне прорезают отверстия диаметром 100 мм, обеспечивающие проветривание объема котла при закрытом шибере. Это необходимо для того, чтобы в котле не скапливался газ при возможных его утечках. Борова выкладывают из целого, хорошо обожженного красного кирпича на глиняном растворе. Основанием боровов служит бетон. Дно борова выстилают двумя рядами кирпича, уложенного плашмя. Стены борова обычно выкладывают толщиной в полтора кирпича, при этом толщина швов не должна превышать 5 мм. Верх боровов перекрывают сводом толщиной в один кирпич со стрелой подъема 1:5 – 1:6 пролета. Поверх свода укладывают плашмя два кирпича. Учитывая, что температурные удлинения боровов и строительных конструкций зданий не совпадают, борова не должны плотно соприкасаться с ними. Для этого между боровом и стеной или фундаментом здания оставляют зазор не менее 70 мм, а в местах прохождения его через стену над боровом устраивают разгрузочную перемычку. По длине борова в своде у ответвлений к котлам устраивают чистки с двумя крышками, пространство между которыми засыпают сухим песком. С торца борова и в основании дымовой трубы делают лазы для чистки, закладываемые кирпичом на глиняном растворе без перевязки швов.

В газифицированных котельных в своде боровов устанавливают взрывные клапаны. Эти клапаны при возможном взрыве газа в борове разрушаются, в то время как сам боров остается целым. В тех случаях, когда борова проходят по улице, их верх необходимо покрывать, кровельным железом со стоком воды на одну или две стороны, а грунт у основания спланировать так, чтобы был обеспечен отвод воды.

Дымовые трубы в котельных с чугунными секционными отопительными котлами могут быть кирпичными или стальными, установленными на цоколях. Высота труб и их сечение, назначаемые на основании расчета, должны обеспечивать достаточное разрежение в котле для полного сгорания топлива. Во всех случаях высота трубы не должна быть ниже 20 м. При такой высоте трубы отопления обеспечивается достаточное рассеивание дымовых газов в атмосфере, в результате чего не загрязняется окружающая территория.

Для очистки дымовых газов от золы устанавливают циклоны, обеспечивающие очистку газов до 90%. В связи с тем, что циклоны обладают большим сопротивлением проходу дымовых газов, разрежения, создаваемого дымовыми трубами, недостаточно. Поэтому приходится устанавливать дымососы (обычно два), рассчитанные каждый на 75% их суммарной производительности. Для сжигания топлива необходим определенный объем воздуха, который через поддувало котла попадает под колосники. Для интенсификации процесса горения в котлах применяют механическое дутье, т. е. подачу воздуха под колосники при помощи дутьевых вентиляторов. В котельных устанавливают два вентилятора (один рабочий, другой – резервный), работающих на общую для всех котлов сеть воздуховодов или подземных каналов, через которые воздух поступает к каждому котлу. Забор воздуха на дутье обычно осуществляют через воздуховод, расположенный под потолком котельного зала. Приток наружного воздуха в котельный зал в этом случае происходит через жалюзийную решетку с утепленным клапаном и воздуховод, присоединенный к ней за котлами, т.е. в зоне, где холодное дутье не будет ощущаться обслуживающим их персоналом. Однако в некоторых случаях приходится воздух для дутья частично или полностью брать снаружи; так как забор всего количества из помещения может вызвать опрокидывание тяги в вытяжной вентиляции, которой оборудуется котельный зал, а это особенно недопустимо при работе котлов на газе.

1. Средства автоматического управления современной котельной

Современную котельную невозможно представить себе без систем автоматики, объединивших все последние достижения в области управления тепловыми потоками.

На сегодняшний день существенно снизить затраты на отопление и заодно сформировать благоприятный температурный фон в доме под силу только современной системе терморегулирования. Это происходит за счет оптимизации работы всех компонентов отопительного оборудования. Заметим, что практически все котлы в их базовой комплектации имеют стандартную автоматику, которая управляет горелкой, принимает сигналы от устройств безопасности котла, а также поддерживает заданную температуру теплоносителя. Именно "котловую" температуру, а не комнатную.

Современные микропроцессорные панели управления позволяют поддерживать разную температуру сразу в нескольких нагревательных контурах. Под таким контуром понимается часть системы, работающая со своими температурными и гидравлическими характеристиками и имеющая возможность их регулировки. Это, скажем, контур радиаторного отопления или один контур водяных теплых полов. Например, система R 33/4 DigiComfort от WOLF управляет четырьмя независимыми контурами, а ColorMatic от VAILLANT имеет возможность контролировать работу сразу пятнадцати, причем температура теплоносителя внутри их напрямую зависит от состояния погоды на улице. Системы с таким принципом регулирования называются метеоуправляемыми или, как говорят специалисты, погодозависимыми. Для контроля наружной температуры в этих системах используется уличный датчик, устанавливаемый на здании снаружи, с северной стороны. Контроллер (программатор) системы также полностью отвечает за процесс приготовления горячей воды в бойлере.

В некоторых системах заложен принцип модульного построения. Он позволяет укомплектовывать систему под конкретную ситуацию и требования заказчика, а также подключать дополнительные контуры и контролировать их работу с помощью установки соответствующего модуля - без замены панели управления в целом, что дает значительную экономию средств. Реализация автоматизированного погодозависимого отопления усложняется тем, что в современной практике управлять приходится не одним контуром отопления дома, а системой с несколькими контурами.

Как правило, всегда есть контур радиаторного отопления. Чтобы эффективно им управлять, необходимо поддерживать температуру подающей линии в пределах 50-85°С. Иногда устанавливается несколько таких контуров, например на разных этажах дома, причем температура в них тоже может быть разной. Если не установлены самостоятельные электрические или газовые водонагреватели, тогда, как правило, предусматривают высокотемпературный (до 70-85°С) контур подогрева бойлера горячего водоснабжения. Температура теплоносителя в нем должна быть постоянной.[2]

Расход воды через радиаторный и контур теплых полов может быть переменным. Это происходит в тех случаях, когда, например, на радиаторах установлены термостатические клапаны с термоголовками, функция которых заключается в изменении расхода теплоносителя именно через них и, соответственно, через весь отопительный контур в целом. Точно так же на распределительном коллекторе системы теплого пола могут быть установлены отдельные терморегуляторы.

Поясним, каким образом осуществляется поддержание комнатной температуры с учетом изменений уличной. При настройке контроллера устанавливается так называемая температурная кривая, отражающая зависимость температуры теплоносителя в отопительном контуре от изменения погодных условий снаружи. Эта кривая представляет собой линию, одна точка которой соответствует 20°С на улице (при этом температура теплоносителя в отопительном контуре тоже равна 20°С, поскольку считается, что при таких условиях в отоплении нет необходимости). Вторая точка - это температура теплоносителя (скажем, 70°С), при которой даже в самые холодные сутки отопительного сезона температура в комнате будет оставаться заданной (например, 23°С). В случае, если здание утеплено недостаточно, для компенсации теплопотерь потребуется несколько большая температура теплоносителя в отопительном контуре. Соответственно, наклон кривой будет крутым. И наоборот, если с теплоизоляцией дома все в порядке. При изготовлении контроллера в память прибора вносят множество подобных кривых, чтобы можно было потом выбрать из всего семейства подходящую линию конкретно для условий вашего жилища.[3]

Как правило, для создания максимального уровня теплового комфорта, а также для экономии топлива одного-единственного уличного датчика бывает недостаточно. Поэтому часто монтируют дополнительный датчик внутри обогреваемого помещения. Наличие сразу двух датчиков, и комнатного и уличного, позволяет точно отслеживать и оперативно корректировать температуру в помещениях дома. Обычно датчик комнатной температуры устанавливается в так называемом эталонном помещении - температура в нем будет соответствовать вашему понятию о комфортном тепловом фоне. Это помещение не должно нагреваться прямыми солнечными лучами и продуваться сквозняками. Как правило, в качестве эталона выбираются детские и спальни. Установка комнатного датчика делает возможным включение режима самоадаптации, при котором отопительная кривая подбирается под соответствующее помещение автоматически - самим микрокомпьютером панели управления. Кроме того, часто комнатный датчик интегрируют в термостат, с помощью которого можно задавать нужную температуру и ее средний уровень во всем доме. Локальная регулировка температуры в отдельно взятом помещении при этом достигается установкой на радиаторы термостатических клапанов с термоголовками.[2]

Очень важным аспектом применения термостата является опять же экономия топлива.. Допустим, в помещении, где установлен датчик, собрались гости и произошло повышение температуры на 2°С вследствие естественного тепловыделения людей. Панель управления улавливает эти изменения и дает команду на снижение температуры теплоносителя в данном контуре, хотя уличный датчик может требовать как раз обратного. Уменьшение расхода тепла на обогрев этого помещения естественным образом экономит топливо. Но существуют здесь и проблемы. Если затопить в комнате, где установлен термостат, камин или надолго оставить открытым окно, это может привести к изменению температуры во всем доме. Для учета подобных факторов во многих системах предусматривают возможность внесения поправок в алгоритм управления путем установки коэффициента влияния комнатного датчика на характер отопительной кривой.

Следует обратить внимание и на то, что установка одного только комнатного термостата, без датчика наружной температуры, существенно увеличивает инерционность системы терморегулирования. Изменения в тепловом фоне будут происходить с запозданием, поскольку автоматика начнет действовать лишь тогда, когда температура в доме, например, понизится, а это произойдет уже позже реального похолодания на улице.

Современные контроллеры не только следят за погодой, но и обладают достаточно большим количеством функций, часть из которых - пользовательские, а часть - сервисные. Если первые стоят на страже комфорта, то вторые следят за состоянием системы и обеспечивают правильную и безопасную работу оборудования. Для того чтобы организовать работу одного или нескольких отопительных контуров в гидравлической системе, их необходимо присоединить к теплогенератору-котлу. Эту задачу можно решить разными способами, специалисты называют их схемами обвязки котельных. Рассмотрим наиболее распространенные из них, а также принципы организации соответствующего процесса управления со всеми их достоинствами и недостатками.

Отопительные контуры по способу достижения температуры в них подразделяются на прямой и смесительный. Температура воды в прямом контуре достигается только за счет горелки и зависит от продолжительности ее работы. В смесительном температура теплоносителя определяется как работой горелки, так и положением заслонки исполнительного устройства - смесителя с сервоприводом. Прибегнув к первому варианту, можно без проблем связать низкотемпературный котел с одним контуром радиаторного отопления и обеспечить автоматизированное управление им в зависимости от наружной температуры. Если же требуется организовать, помимо отопления, и горячее водоснабжение, причем не прибегая к смесительным узлам, применяют два типа схем.

Самой простой является схема с трехходовым переключающим краном, оснащенным сервоприводом. Вода от котла направляется к крану, который, в свою очередь, направляет ее либо в отопительный контур, либо в контур подогрева бойлера. Переключение может осуществляться как вручную, что обычно трудоемко, так и по команде панели управления котла. Контроль температуры воды в бойлере осуществляет автоматика с помощью установленного в нем датчика температуры. Как только вода остынет ниже необходимого уровня, подается команда на переключение трехходового крана. При такой схеме обвязки и управления во время нагревания воды в бойлере отопление отключается (то есть нельзя организовать управление горячим водоснабжением со смешанным приоритетом).

Коллекторная схема, как следует из названия, предполагает использование для обвязки котельной коллекторов, представляющих собой трубы с выводами на необходимое количество контуров. Эта схема, будучи достаточно простой, получила широкое распространение благодаря появлению так называемых компонентов быстрого монтажа. В их состав входят насосно-смесительные группы, выпускаемые сейчас многими фирмами-производителями отопительного оборудования. Эти устройства позволяют достаточно быстро (обвязка котельной занимает считанные дни) собрать систему с несколькими нагревательными контурами. Однако необходимо отметить, что подобные модули применяются главным образом для котельных небольшой мощности - до 85 кВт. Тем не менее они чрезвычайно удобны при монтаже и заметно снижают риск ошибки из-за пресловутого человеческого фактора, поскольку собраны и проверены на работоспособность и герметичность в заводских условиях. Важно заметить, что автоматика многих производителей позволяет осуществлять управление котлом и контурами в самых различных схемах обвязки котельной.

К пользовательским функциям прежде всего относятся различные программы отопления, которые позволяют адаптировать режим обогрева дома к ритму жизни его обитателей (сон и бодрствование, отпуска, посменная работа). Аналогичным образом выбираются программы для горячего водоснабжения. Если пользователя не устроит ни одна из того стандартного набора, который предлагается производителем, можно составить свою индивидуальную - как для отопления, так и для горячего водоснабжения.

А) Низкотемпературные системы. На современном уровне развития отопительной техники наблюдается тенденция к переходу на низкотемпературный режим отопления. Иными словами - к уменьшению рабочей температуры отопительных приборов. Важнейшим достоинством низкотемпературного режима является уменьшение расхода топлива. Эксплуатировать систему отопления в низкотемпературном режиме позволяет также установка автоматики. Следует разделить такие понятия, как низкотемпературный режим и низкотемпературный котел. Низкотемпературный котел - это устройство, в котором, в силу специфичных свойств материалов, применяемых при его изготовлении, или благодаря оригинальным техническим решениям имеется возможность поддержания температуры подающей линии на уровне до 40°С и даже меньше - до 30°С. При этом температура обратной линии вообще не регламентируется. Низкотемпературный режим отопления можно получить и не используя низкотемпературный котел, но для этого понадобятся исполнительные устройства - трех- или четырехходовые смесительные краны с сервоприводом. В сочетании с ними отопительный котел будет работать в постоянном режиме с высокой температурой котловой воды, а температура в отопительных контурах будет зависеть от степени открытия смесительного крана, в котором горячая вода смешивается с холодной, обратной.

Б) Система приоритетов. К одной из важных функций систем автоматического регулирования относят возможность организации управления горячим водоснабжением. Оно бывает приоритетным, смешанным и неприоритетным. Самый распространенный, приоритетный метод не лишен недостатков: во время потребления горячей воды система отопления попросту отключается. Обычно это не приводит к тому, чтобы в доме похолодало. Способ смешанного приоритета позволяет использовать для обогрева дома ту часть мощности котла, которая не применяется для приготовления горячей воды. Впрочем, при недостатке мощности на последнюю тратится весь ресурс. А что такое "неприоритетное горячее водоснабжение", можно понять уже из названия.

В) Дезинфекция. Программное обеспечение многих панелей управления позволяет производить термическую дезинфекцию бойлера один раз в неделю. Это делается путем повышения температуры в бойлере до 80°С в течение 20-30 минут. Такая процедура избавляет от возможного присутствия в воде бактерий легионеллеза, вызывающих пневмонию.

Г) Защита от замерзания. Как только наружная температура опустится ниже определенного значения, автоматика сама запустит котел и будет поддерживать определенную температуру в системе отопления для предотвращения ее размораживания.

Для того чтобы организовать работу нескольких отопительных контуров с различными, не всегда постоянными температурами, требуются исполнительные устройства. Самыми распространенными являются трех- и четырехходовые смесительные краны (смесители). Принцип их работы заключается в регулировании температуры теплоносителя в отдельном отопительном контуре путем смешивания воды из котла с водой из обратной линии. Таким образом, температура теплоносителя в подающей линии контура может меняться от минимальной, например равной комнатной, до максимальной, равной температуре котловой воды, но не выше нее. Поворот крана можно осуществлять вручную или с помощью специального двигателя - сервопривода.

Обычно несколько параметров сервоприводов указываются в техническом паспорте. Это напряжение сети питания, максимальный крутящий момент, создаваемый на валу, и быстродействие привода. Стоит иметь в виду, что меньшее время реакции сервопривода вовсе не гарантирует быстрого изменения температуры в отопительном контуре. Все тепловые процессы очень инерционны. Именно по этой причине обычно не применяются приводы с быстродействием менее 60 секунд. Примерно такое количество времени требуется, чтобы на изменения в температуре теплоносителя успел отреагировать датчик, установленный на подающей трубе, температура которой не может измениться мгновенно. В сервисном меню многих панелей управления имеется установочный параметр, учитывающий быстродействие сервопривода.