Схема отопления частного дома с газовым котлом

Газовое отопление давно и прочно занимает ведущие позиции среди всех типов автономных отопительных систем. Но, несмотря на его широкую популярность, производители постоянно разрабатывают и внедряют новые, более эффективные, технологии. Кроме того, существует множество брендов и ещё большее количество разновидностей и моделей газовых котлов. В данной статье будет предоставлена исчерпывающая информация об особенностях обустройства газового отопления в частном доме: критерии выбора котлов, преимущества и недостатки различных типов, схема отопления частного дома с газовым котлом, правила монтажа и т.п.

Двухтрубная схема отопления дома с гидрострелкой и коллекторами, рассчитанная на цокольный этаж и 1этаж

Преимущества и недостатки отопления частного дома с использованием газового котла

Вначале, перечислим несомненные преимущества газового отопления:

• Доступная стоимость, как топлива, так и необходимого оборудования;
• Высокая эффективность. В зависимости от марки котла от 80% до 90% газа будет использовано на нагрев теплоносителя. Некоторые бренды регламентируют энергоэффективность их продукции на уровне 96-98% КПД, это есть не что иное, как рекламный трюк и манипулирование цифрами;
• Компактные размеры в сочетании с высокой мощностью оборудования;
• Эксплуатация газового котла не требует особых знаний, частого технического обслуживания, или тщательного ухода. Большинство моделей автоматически поддерживают требуемую температуру теплоносителя или воздуха внутри помещений;
• Газовый котел не требует систематической очистки и наполнения его топливом и выгрузки золы;
• Использование двухконтурного котла позволит не только обогреть помещение, но и получить горячую воду.

Однако у газового отопления существуют определенные недостатки и технические ограничения:

• Функционирование системы, особенно с высокими показателями автоматизации, достигается за счёт использования программируемого микроконтроллера, зависимого от источника электроэнергии;
• Перебои в энергоснабжении, скачки напряжения могут привести к выходу из строя отопительного оборудования, плата управления гарантировано сгорит без надлежащей защиты;
• Помещение, в котором расположен газовый котел, должно быть оборудовано естественной или принудительной вентиляцией, дымоходом, иметь размеры и месторасположение котла в соответствии с нормативами;
• Установка газового оборудования требует соответствующих разрешений и может проводиться только специалистами, имеющими допуск для работ такого типа.

Кроме газового существует целый ряд других способов отопления, использующих «альтернативные» виды топлива:

• Электричество. Несмотря на то, что это наиболее распространенный вид используемой в быту энергии, ее применение для отопления частных домов на несколько этажей является экономически невыгодным. Хотя современные технологии не стоят на месте, и некоторые типы электрических котлов отопления конкурируют с газовыми, при обогреве квартиры средней площади.
• Твердое топливо. Цена угля и древесины в некоторых регионах России, в пересчете на стоимость килоджоулей выделяемой для обогрева энергии, сопоставима с газом. Однако следует учитывать необходимость обустройства отдельной котельной и склада для топлива. Кроме того, твердотопливные котлы периодически загружаются и очищаются от золы. Периодичность, в зависимости от типа, составляет от нескольких часов до нескольких дней.
• Пеллетные котлы. Они более эффективны, чем обычные твердотопливные, имеют высокий уровень автоматизации, но их стоимость несопоставимо выше остальных устройств отопления, за исключением жидкотопливных;
• Жидкое топливо. Дорогостоящие импортные дизельные котлы чувствительны к качеству топлива. Отечественное оборудование, относится к разряду универсального и может быть настроено на потребление пеллет, мазута, дизеля. Однако его уровень автоматизации, надежности систем безопасности и КПД оставляет желать лучшего.

Классификация газовых котлов, основные эксплуатационные характеристики, рекомендации по выбору

Бытовые газовые котлы, используемые для систем отопления частных домов и квартир, разделяют по следующим признакам:

• Способ установки;
• Мощность;
• Тип газовой горелки;
• Способ розжига горелки;
• Вид тяги;
• Тип камеры сгорания;
• Количество контуров;
• Материал теплообменника.

Рассмотрим характеристики указанных параметров более подробно.

Способ (место) установки

• Парапетные. Имеют небольшую мощность 5-15 кВт и используются для обогрева квартир и домов небольшой площади. Устанавливаются на стене, можно под окнами. Дымоход (коаксиальный) выводится через отверстие в стене непосредственно в месте установки;
• Настенные. Диапазон мощности настенных газовых котлов 10-35(40) кВт. Имеют небольшие габаритные размеры, некоторые модели стильный дизайн, позволяющий устанавливать их на кухне, не закрывая фальшпанелью. Компактны, конструкция включает все необходимые устройства и системы управления. Имеют широкие функциональные возможности. Их использования вполне допустимо для одно- и двухэтажных домов небольшой и средней площади при условии качественного утепления;
• Напольные. Характеризуются большой мощностью, производительностью и широкими функциональными возможностями. Необходимо наличие дымоходной трубы, в некоторых случаях установка должна быть произведена в специальном помещении.

Количество контуров

• Одноконтурные устройства, единственным назначением которых является нагрев теплоносителя системы отопления;
• Двухконтурные — кроме обогрева осуществляют нагрев воды для системы ГВС. Бывают проточными или со встроенным бойлером. Последние более экономны в эксплуатации, но имеют несколько большие габаритные размеры и стоимость. Двухконтурные котлы в летнее время могут функционировать исключительно в режиме ГВС.

Вид тяги

Каждый вид котла, (кроме электрических) независимо от вида топлива, нуждается в кислороде для горения. Способ его поступления называется тягой.

Естественная тяга. Подразумевает поступление воздуха непосредственно из помещения, в котором установлен котел. Водяной пар и продукты сгорания выводится посредством вертикального дымохода. Конструкция таких котлов несколько проще, стоимость, соответственно, ниже. Кроме того они имеют дополнительные преимущества: бесшумность работы, энергонезависимость. Однако, такие устройства чувствительны к давлению газа. При низком давлении пламя горелки может уходить внутрь, вызывая ее прогорание.

Принудительная тяга. В конструкцию такого котла выходят вентиляторы, осуществляющие подачу воздуха в камеру сгорания закрытого типа. Вывод продуктов сгорания и забор воздуха извне строения осуществляется по одному и тому же коаксиальному дымоходу. Такая конструкция имеет свои преимущества:

• Не используется воздух из комнаты, поэтому не нужно делать систему вентиляции;
• Не нужно строить дорогостоящий вертикальный дымоход;
• Обеспечивается стабильность функционирования даже при существенном снижении давления в газопроводе;
• Котел можно установить в любом помещении, нет необходимости делать котельную;

Недостатками котла с принудительной тягой являются:

• Шумная работа – звук от работы вентилятора довольно громкий;
• Высокая стоимость;
• Энергозависимость.

Материал теплообменника

Теплообменник — это конструкционный элемент газового котла отопления, на который приходятся основные динамические тепловые нагрузки. Производятся теплообменники из следующих материалов:

Чугун. Срок эксплуатации до 40 лет. Устойчив к химически агрессивному теплоносителю, рекомендуется использовать в системах, наполненных антифризом или другими аналогичными жидкостями. За счёт большой массы обладает хорошей тепловой инерционностью (способность нагревать теплоноситель уже после отключения газовой горелки), которая усиливается особой секционной конструкцией. Существуют и некоторые технические ограничения:

• Чугун довольно хрупок, в процессе транспортировки и установки котла необходимо проявлять особую осторожность и предохранять изделие от механических воздействий;
• Чувствителен к теплоносителю (воде) со значительным содержанием солей и минералов – высокой жесткостью;
• Негативно реагирует на большую разность температур теплоносителя на входе и выходе. Внутри материала могут возникать напряжения, вследствие неоднородного термического расширения;

Сталь. Срок эксплуатации до 25 лет. Теплообменники из стали устойчивы к температурным и механическим деформациям, однако могут подвергаться коррозии при неправильной эксплуатации;

Медь. Одни из наиболее долговечных и качественных материалов для теплообменника. Несмотря на самую высокую стоимость среди устройств такого типа они довольно популярны, так как обладают следующими достоинствами:

• Благодаря термодинамическим свойствам меди прогрев теплоносителя осуществляется равномерно без возникновения зон перегрева;
• Медь демонстрирует достаточно высокую устойчивость к коррозии и образованию накипи и осадка;
• Имеет небольшой вес, что позволяет использовать в настенных котлах.

Способ розжига

В газовых котлах используется два типа розжига:

• Ручной или полуавтоматический. Изначальное воспламенение газа осуществляется от спички или пьезоэлементом после нажатия кнопки. После этого в котле остается горящим фитилек, от которого и осуществляется поджог горелок. Такой способ неэкономичный, так как за год форсунка способна сжечь до 100м 3 газа.
• Автоматический. Электророзжиг не только существенно экономит газ, но и является одной из функций системы безопасности. При падении давления газа в системе ниже критического автоматика котла выключает устройство, а после поднятия уровня рабочего давления устройство вновь начинает функционировать. Существенным недостатком является зависимость отопительного оборудования от наличия электроэнергии в доме.

Вид газовой горелки

В современных газовых котлах отопления используется две разновидности горелок:

• Атмосферные – получаю кислород, необходимый для горения, способом естественной тяги. Устанавливаются на устройства мощностью до 70 кВт. Работают практически бесшумно, но имеют низкий КПД.
• Вентиляционные (наддувные, принудительной вентиляции). Воздух в горелку заканчивается под давлением, это позволяет использовать несколько режимов функционирования отопительного оборудования, способствует более точному поддержанию предустановленной температуры теплоносителя, отличаются высоким КПД. Их стоимость гораздо выше атмосферных горелок, а мощность может достигать нескольких сотен кВт.

Мощность

По мощности газовый котёл может быть одно- и двухступенчатый.

Одноступенчатые — бюджетное устройство с низкими показателями автоматизации. Управление таким оборудованием осуществляется вручную, регулировкой температуры теплоносителя;

Двухступенчатые — позволяют изменять уровень мощности оборудования. Такая функция называется переход на летний или зимний режим. Возможность перевода оборудования в другой режим имеет следующие преимущества:

• Регулируется потребление газа, что дает существенную экономию;
• Снижается частота циклов включения и выключения, что уменьшает нагрузку на оборудование и увеличивает ресурс эксплуатации.

Особенности выбора

При выборе газового котла, кроме подбора мощности достаточной для обогрева всего 2х-этажного дома, необходимо обратить внимание на функциональность оборудования. Комфортную и экономную эксплуатацию обеспечивают следующие функции:

• Погодозависимая регулировка температуры. Котел комплектуется выносным температурным датчиком, устанавливаемым снаружи дома;
• Контроль температуры теплоносителя по датчикам, установленным в помещениях или непосредственно в трубопроводе (коллекторе);
• Программирование недельного, суточного и почасового графика осуществляется как вручную, так и с использованием уже прописанных в контроллере подпрограммах – дневной ночной режим;
• Газовые котлы премиум-класса имеют возможность подключения внешнего управления через GPS соединение. Текущий контроль температуры и удаленное управление производится через мобильные устройства, при помощи специальных предложений.

Расчёт мощности газового котла

Как правило, при заказе газового котла большинство мастеров, не задумываясь, определяют требуемую величину мощности, как 1 кВт на 10 м 2 обогреваемой площади +15% в качестве резерва, чтобы избежать пиковых нагрузок. Однако на территории России расположены несколько климатических зон, поэтому если рассчитывается система отопления в частном доме от газового котла своими руками, то более целесообразно выводить мощность оборудования исходя из следующей формулы:

MK=S×UMK/10,

• MK – мощность котла;
• S – площадь коттеджа, которую нужно обогреть;
• UMK – удельная мощность котла.

UMK – принимается в виде коэффициента в зависимости от зоны расположения дома:

• Южные регионы — 0,7-0,9;
• Средняя полоса России — 1,0-1,2;
• Зоны с резко континентальным климатом — 1,2-1,5;
• Северные и дальневосточные регионы — 1,5-2,5.

Представленный расчёт справедлив для зданий в 1 этаж, возведенных по типовым проектам и в точном соответствии со СНиПами. Расчёт мощности отопительного оборудования для сооружений индивидуальной застройки осуществляется по другой формуле:

MK=Qt×Kz,

• Qt — расчетные теплопотери сооружения, кВт;
• Kz — коэффициент запаса от 1,15 до 1,25, то есть 15-25%.

Расчёт теплопотерь сооружения осуществляется по следующей упрощенной формуле:

Qt=V×Pt×k/860,

• V – объем отапливаемого помещения;
• Pt – разница между температурой снаружи и изнутри здания;
• K – коэффициент рассеивания, зависит от конструкционных материалов здания и толщины утеплителя.

Коэффициент рассеивания принимается следующий:

• Сооружения из деревянного бруса или оцилиндрованного бревна без утепления (отсутствие теплоизоляции) — 3,0-3,5;
• Здания со стенами из одинарной кирпичной кладки, обычными окнами и не утепленной крышей (слабая теплоизоляция) — 2,0-2,9;
• Строения со стенами из двойной кирпичной кладки, двойными деревянными окнами и крышей защищённой стекловатой (средняя теплоизоляция) — 1,0-1,9;
• Внешние стены и чердачные помещения утеплены пенополистиролом или минеральной ватой, используются металлопластиковые энергосберегающие окна с двойным стеклопакетом (хорошо утеплённые сооружения) — 0,6-0,9.

Схема разводки отопления загородного дома с использованием газового котла

Схема газового отопления в частном доме может быть одно, двухтрубной или лучевой, с использованием коллектора. Каждый из предложенных вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

Одно и двухтрубная схема подачи теплоносителя в радиаторы

Однотрубная схема подключения (ленинградка). Подача горячего и возврат холодного теплоносителя осуществляется по одной трубе, к которой последовательно подключены все радиаторы.

Преимущества

Недостатки

Сокращение затрат на приобретение труб

Нельзя использовать для обогрева значительных площадей, так как количество подключаемых радиаторов ограничено

Радиаторы отопления в системе нагреваются неравномерно – первые очень сильно, последние очень слабо

Минимальное количество стыков, что снижает риск протечек

Для выравнивания возможности нагрева в помещениях к радиаторным батареям подсоединенным последними, подключают дополнительные секции, это полностью нивелирует экономическую выгоду

Отключение одного или нескольких радиаторов отопления, подключённых первыми, изменит температурный режим остальных элементов нагрева

Двухтрубная система отопления. По одной трубе от газового котла подается горячий теплоноситель, а по другой происходит возврат охлаждённого.

Преимущества

Недостатки

Во все радиаторы отопления поступает теплоноситель одинаковой температуры

В два раза увеличивается метраж труб

Отключение радиаторов не влияет на температуру основной системы

Несколько возрастает сложность монтажа

Количество подключаемых радиаторов значительно больше, чем у однотрубной системы и зависит от пропускной способности трубопровода

В свою очередь, двухтрубная схема отопления может быть тупиковой, когда теплоноситель с обраткой движутся в разные стороны или попутной – схема «Тихельмана». Последняя, осуществляет нагрев радиаторов более равномерно.

Разновидности двухтрубной подачи теплоносителя

Следующим по важности моментом является способ циркуляции теплоносителя в системе.

Естественная циркуляция. Характеризуется небольшим давлением теплоносителя в трубопроводе. Система в обязательном порядке должна иметь коллектор разгона. Это ёмкость, находящаяся в верхней точке системы отопления, в которую подается горячий теплоноситель. Такой способ используется в вертикальной разводке. Называется – гравитационной циркуляцией.

Принудительная циркуляция. Система отопления является герметично закрытой, а движение теплоносителя обеспечивается специальным циркуляционным насосом, врезанным в систему отопления. Разводка труб имеет горизонтальную схему, что значительно улучшает эстетические характеристики помещения.

Для обеспечения естественного колебания объемов теплоносителя из-за температурного расширения жидкости в системе безопасности газового котла предусмотрен мембранный расширительный бачок.

Правила обустройства газового отопления и монтажные рекомендации

Установка, обвязка и подключение газового котла производится работниками специализированной организации, имеющей допуск и лицензию на выполнение работ такого типа. Как правило, проект газового отопления в частном доме разрабатывается, по техусловию, полученному владельцами сооружения от государственной газовой службы. Техусловие выдается на основании прошения, в котором необходимо указать расчетный (предполагаемый) объем потребления газа в месяц (год).

На основании разработанного проекта, согласованного в государственной газовой службе, монтируются котлы, трубы и радиаторы отопления, различные вспомогательные устройства. Для проектирования и последующего согласования заказчик предоставляет техпаспорт выбранного котла с сертификатом и заключением экспертизы о его соответствие техническим нормам для эксплуатации в России. Проектирование и монтаж схемы газового отопления осуществляется в соответствии с СП 62.13330.2011, СП 60.13330.2012, СП 42-101-2003, а также другими нормативными документами.

Для окончательной регистрации газового отопления владелец предоставляет организации «Горгаз»:

• Проект «газоснабжение» на сооружение;
• Техпаспорт и инструкцию по эксплуатации приобретенного котла;
• Сертификат соответствия выбранной модели техническим требованиям эксплуатации в России (по требованию).

Газовые котлы большой мощности (более 30 кВт) устанавливаются в специально отведенном для этого помещении – котельной. Существуют обязательные требования к монтажу газового котла:

• Котельная для установки газового котла должна иметь площадь не менее 4м 2 и высоту не менее 2,5м. Для частных жилых домов допускается обустройство котельной в подвале сооружения;
• Помещение оборудуется дверным проемом шириной от 80см. Также в помещении устраиваются окна размерами не менее 0,3 м 2 на каждые 10 м 2 площади;
• Для котлов с естественной тягой устраивается система вентиляции с отверстиями в верхней части помещения. Размер вентиляционного отверстия, для поступления свежего воздуха, принимается из расчета 8 см 2 на 1кВт мощности котла.
• Диаметр дымоходной трубы рассчитывается по специальной формуле и зависит от мощности котла. К примеру, для 30 кВт — 13 см, а для 40 кВт — 17см. При этом, внутренний размер дымохода не меньше площади сечения переходника соединяющего дымоход с трубой. Сам переходник не длиннее 25см;
• Высота дымохода на 50 см выше конька крыши, форма цилиндрическая, в конструкцию входит ревизия, для очистки внутреннего пространства от копоти;
• На случаи утечки газа в помещении устанавливается специальный датчик-анализатор. Желательно его подсоединение к пожарно-охранной сигнализации.

Функции устройств, используемых для обвязки газового котла:

1. Расширительный бак. Бывает открытый, в системах с гравитационной циркуляцией, и мембранный в закрытых системах с принудительной циркуляцией. Компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Объем мембранного бака, по нормативам, не менее 10% от общего объема теплоносителя. К открытому расширительному баку подсоединяют кран холодного водоснабжения, для периодического пополнения теплоносителя.
2. Циркуляционный насос. Перегоняет теплоноситель по трубопроводу. Его основными характеристиками являются сила напора и производительность. Циркуляционные насосы выполняют функцию регулировки скорости теплоносителя в автоматическом режиме или вручную. Теплый водяной пол комплектуется собственным насосом и гребенкой.
3. Гребенка (распределительный коллектор) – устройство для равномерного распределения теплоносителя, как подачи, так и обратки, по всем контурам отопления. В комплект входит: запорная арматура, датчики контроля и учета с ручным или электронным управлением.
4. Группа безопасности – несколько приборов, установленных на отдельную гребенку, подключенную к обвязке газового котла. В эту группу входит:
   • манометр — контролирует рабочее давление теплоносителя;
   • предохранительный клапан, сбрасывающий излишки теплоносителя при возникновении критического давления. Иногда этот клапан соединяют с канализационным или дренажным стоком через пластиковую трубу;
   • воздухоотводчик – клапан, устанавливаемый в группе безопасности, для стравливания воздуха, циркулирующего в системе.
5. Грязевик — фильтр грубой очистки, врезается в трубу подачи воды в систему отопления. Периодичность его очистки один раз в год, перед отопительным сезоном.
6. Гидрострелка — вертикально ориентированная закрытая ёмкость с двумя парами труб, входными и выходными, куда подключаются контур отопления и обратка.

Газовый автономный котел отопления с циркуляционным насосом потребляет большое количество электроэнергии. Его подключение к аккумуляторному блоку бесперебойного питания бессмысленно. Для организации бесперебойного (резервного) электроснабжения рекомендуется использование дизель генератор.

Характерные ошибки, допускаемые при монтаже газового котла

1. Наиболее грубой ошибкой, допускаемой при подключении автономного газового котла, является отсутствие заземления и подключение оборудования без применения устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Такая халатность чревата полным выходом из строя платы управления. Причиной могут стать как молнии, так и подключение мощного оборудования по соседству, к примеру, сварочного аппарата.
2. Все трубопроводы и радиаторы, соединённые в единую систему отопления необходимо тщательно промыть. Это касается как старых систем, которые эксплуатировались несколько лет, так и новых. Остатки технологических жидкостей, содержащиеся на внутренних стенках, могут стать причиной коррозии теплообменника.
3. Ошибки в использовании антифризов теплоносителей. Прежде всего, это касается разбавления концентрата антифриза. Для этого рекомендуется использовать дистиллированную воду или допускается применение воды из-под крана при условии, что ее жесткость не превышает 5 мг экв./л. В противном случае соли кальция и магния, растворенные в ней, выпадут в осадок, и образуют накипь на внутренних поверхностях труб и радиаторов, снижая эффективность теплопередачи. Большинство теплоносителей на основе тосола имеют срок эксплуатации – не более 2-3 лет.

О прочих типичных ошибках, влияющих на работу схемы отопления частного дома с газовым котлом, например относящиеся к нарушениям нормативов при возведении дымоходов, изготовлении вентиляционных отверстий, сборке трубопроводов, можно узнать из следующих видео:

Подводя итоги

Несомненно, часть газового отопления частного дома можно сделать своими руками. К примеру, работы по монтажу периферийных устройств системы отопления владелец частного дома может выполнить самостоятельно. Однако подключение к газопроводу и ввод в эксплуатацию осуществляют сертифицированные газовщики с профильным допуском.