Медные трубы в системах отопления и подогрева воды

Эффективность современных тепловых систем связана как с конструкцией теплогенерерующих агрегатов, со способами транспортировки тепла, так и с возможностью быстрого ремонта и модернизации. Использование медных труб при этом имеет ряд преимуществ.

Рис. 1. Разводка линий отопления, выполненная из труб WICU®extra

Охрана окружающей среды и природных ресурсов предполагает снижение тепловых потерь в зданиях, уменьшение энергетических затрат в системах обогрева или подогрева воды и при транспортировке теплоносителя. Использование нетрадиционных источников энергии является одним из путей снижения энергетических затрат, другим – эффективная теплоизоляция трубопроводов в отопительных системах и системах горячего водоснабжения (рис. 1).


Системы отопления

Трубы из меди, используемые в системах отопления, имеют следующие преимущества:
- абсолютную стойкость против коррозии и отсутствие повреждений вследствие старения;
- устойчивость к повышению температуры горячей воды, также при неконтролируемом повышении температуры (например, при выходе из строя регулирующего устройства) трубам абсолютно не грозят повреждения;
- стойкость к воздействиям таких примесей в горячей воде, как окислители или накипи;
- газонепроницаемость: отсутствие диффузии окисляющих веществ через стенку трубы во время циркуляции воды в процессе отопления; таким образом, детали или комплектующие из стали, например отопительный котёл или распределитель, защищены от коррозии;
- лёгкость прокладки трубопроводов и 100 %-ная переработка отходов;
- надёжная техника соединения пайкой твёрдым припоем или опрессовкой;
- возможность удлинения благодаря практическому равенству коэффициента линейного расширения трубопровода и бесшовного пола.

Таблица 1
Нормы и своды правил для отопительных систем


Надежная эксплуатация систем водяного отопления обеспечивается как квалификацией обслуживающего персонала, так и надежностью монтажа. Принципы монтажа систем изложены в ряде предписаний, норм и сводов правил. Соответствующие нормативные документы приведенные в табл. 1.


Технические меры для безопасной эксплуатации установок

При монтаже систем водяного отопления должна существовать возможность быстрого отключения отопления или надёжного отвода тепла. Установки должны быть оснащены устройствами, ограничивающими максимально допустимую температуру и рабочее давление. Необходимо предусмотреть дополнительное оснащение систем счётчиками для измерения температуры и давления.

Комплектующие отопительных систем, такие как: отопительный котёл, радиатор, конвекторы, насосы и т.д. изготавливаются из разных материалов. Для предотвращения возникновения коррозии система должна быть замкнутого исполнения, а также необходим правильный выбор типа системы и материалов (напр. SANCO®, WICU®, HYPOPLAN® u CUPROTHERM®).

Количество кислорода, попадающее вместе с водой, предназначенной для наполнения установки, также и водой, которая добавляется дополнительно, обычно настолько незначительно, что не может привести к повреждениям вследствие коррозии, так как кислород улетучивается.


Проектирование, монтаж и эксплуатация

В зависимости от способа подачи воды в систему на этажи различают одно- и двухтрубную системы. Самой простой и самой выгодной является однотрубная система отопления с последовательным присоединением радиаторов. Вода в этой системе, протекая в циркуляционном кольце, по очереди в пропорциональном количестве попадает во все радиаторы (рис. 2). При проектировании должен учитываться стабильный объёмный поток, проходящий через радиатор. Тепловая мощность радиатора устанавливается в зависимости от температуры теплоносителя и расхода тепла.

Рис. 2. Однотрубная система отопления: 1 – радиатор; 2 – отопительный котёл; 3 – насос; 4 – терморегулятор; 5 – мембранный расширительный бак; 6 – регулировочный клапан; 7 – предохранительный клапан

Двухтрубная система – это система распределения тепла между параллельно присоединёнными теплоприёмниками (рис. 3). Каждый радиатор присоединен к подающему и отводящему стоякам и получает одинаковую исходную температуру. Регулирование тепловой мощности осуществляется посредством использования терморегуляторов.

Рис. 3. Двухтрубная система отопления: 1 – радиатор; 2 – отопительный котёл; 3 – насос; 4 – терморегулятор; 5 – мембранный расширительный бак; 6 – воздушный клапан; 7 – предохранительный клапан

В современном строительстве прокладка стояков через железобетонные перекрытия осуществляется циркуляционными кольцами или их подключением Т-способом к распределительной магистрали. Широко используют установку стояков по этажам и присоединение радиаторов при помощи труб с небольшим внутренним диаметром.

Система подключения радиаторов CUPROTHERM® делает монтаж простым, быстрым и удобным при помощи нескольких подобранных компонентов системы.

Рис. 4. Двухтрубная система с разводкой на этаже с подключением к стояку, проходящему через бетонное перекрытие

В новостройках трубопроводы прокладываются под штукатуркой или в бесшовном полу, в старых домах - под плинтусом. Осуществляются абсолютно все варианты присоединений. На рис. 4 показана разводка на этаже с подключением к центральному стояку, проходящему через бетонное перекрытие.


Панельное отопление

Современные рациональные системы отопления являются низкотемпературными. В данном случае низкая температура – это температура, которая как можно меньше отличается от желаемой температуры помещения. Сводятся к минимуму потери тепла при подготовке и распределении его в отопительной системе. Низкотемпературные системы наилучшим образом выполняются при помощи больших отопительных панелей. Прокладка отопительных трубопроводов в полу и стенах – идеальное решение для применения низкотемпературной отопительной системы.

С точки зрения расхода энергии следует заметить ещё одно важное преимущество отопительных панелей. На хорошее самочувствие и воспринимаемую температуру влияют как тепловое излучение, так и температура воздуха в помещении. Так как отопление, расположенное в полу и стене имеет сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи (приблизительно 60–75 %), то можно установить более низкую температуру воздуха в помещении, чем при других отопительных системах. При использовании данной системы коэффициент экономии энергии составляет приблизительно 6-12 %.


Напольное отопление CUPROTHERM®

Экономичность водяного напольного отопления обусловлена температурой воды, не превышающей 50 °С, и применением систем поддержания равномерной оптимальной температуры в помещении.

Панельное отопление CUPROTHERM® является в Европе наиболее распространённым видом панельного отопления с применением медных труб. Трубы для напольного отопления CUPROTHERM® имеют жёлто-оранжевую пластмассовую изоляцию, которая защищает медную трубу от механических повреждений при транспортировке и монтаже, допускает беспрепятственное линейное расширение медной трубы при изменении температуры горячей воды. Медные трубы выкладываются на изоляционное покрытие и затем заливаются пластичной массой (рис. 5). Такой метод ещё называют «мокрым». Бесшовное покрытие непосредственно охватывает трубы, что способствует теплопередаче от нагретых труб в помещение.

Рис. 5. Панельное отопление CUPROTHERM®: А – прокладка труб на полу; Б – прокладка труб в литом асфальте; В – труба системы отопления

Не имеющие покрытия трубы CUPROTHERM® преимущественно используются с пластичной массой из литого асфальта. Асфальт, температурой 240 °С, наносится двумя слоями по 2,5 см каждый. После остывания в течение 2-3 ч асфальт окончательно затвердевает.

В панельном отоплении CUPROTHERM® используют трубы (в бухтах по 50 м) 12х0,7 мм и 14х0,8 мм. Система комплектуется наполнителями для бесшовного пола; теплоизоляцией и изоляцией от ударного шума; дополнительной теплоизоляцией алюминиевой фольгой; изоляционными полосами для прокладки по периметру; мягкой лентой; групповым распределителем; регулирующими системами.

Изоляция трубы с внутренними продольными ребрами из синтетического материала имеет допустимую рабочую температуру 100 °C и противопожарные свойства (DIN4102) - B2, обладает свойствами внешней антикоррозионной защиты

Покрытая алюминиевой фольгой дополнительная изоляция PU/РE51+3 WLG 025 имеет класс огнестойкости В2. Тепло- и шумоизоляция PST 52/50 PST 32/30 WLG 040 имеет класс огнестойкости В2 и класс жесткости S = 20.


Система соединения радиаторов CUPROTHERM®

Система соединения радиаторов CUPROTHERM® (одно- и двухтрубная) применяется для этажной и индивидуальной разводки и регулирования температуры. Такая с система делает монтаж быстрым, простым и недорогим. Система состоит (рис. 6) из труб отопительной системы CUPROTHERM®, крестообразного фитинга, резьбовых соединений для подсоединения радиаторов, блоков подсоединения радиаторов.

Рис. 6. Система CUPROTHERM®: А – труба отопительной системы; Б – крестообразный фитинг; В – блок подсоединения радиаторов

Таблица 2
Технические данные труб отопительной системы CUPROTHERM®


Используя систему соединения радиаторов CUPROTHERM®, можно выполнить все варианты соединений, например, из пола или из стены, в старых и новых зданиях. Для прокладки трубопроводов без перекрещивания используют крестообразные фитинги.


Стеновое отопление HYPOPLAN®

Принцип действия системы следующий. По соединенным последовательно секциям труб подается теплоноситель. Нагреваемая панель из минерального материала принимает эту тепловую энергию и передает ее в помещение в виде излучаемого тепла. Оснащенная дополнительной техникой система стенового отопления HYPOPLAN® летом может использоваться для охлаждения помещения.

Рис. 7. Система стенового отопления HYPOPLAN®

Стеновое отопление HYPOPLAN® легко подстраивается регулировкой по мощности и параметрам под любую конфигурацию помещения. Оно имеет высокую надежность, функциональность и экономичность. Площадь, необходимая для размещения отопительной системы HYPOPLAN®, зависит от характеристик помещения, таких как площадь, высота, предназначение, теплоизоляция стен, величина окон и т.д. В домах, построенных согласно требованиям предписания о теплозащите, для площади, занимаемой стеновым отоплением, достаточно 20-25 % от площади помещения. Необходимую площадь стенового отопления можно определить по типовому каталогу (Lagerliste).


Монтаж системы

Монтажный набор HYPOPLAN® содержит все материалы, необходимые для установки стенового отопления: секции труб, изготовленных в производственных условиях, трубопроводы, соединительные колена, крепежи, фитинги profipress и вытяжные вентиляции. К системе также относятся необходимые клапаны и регуляторы для регулирования температуры отопления в отдельных помещениях. В руководстве для монтажников при помощи подробных чертежей и изображений разъяснены все этапы монтажа.

Рис. 8 . Монтаж системы HYPOPLAN®: 1 – соединение труб опрессовкой; 2 – соединение труб пайкой; 3 – монтаж секций
труб

Конструкции собираются по месту, на строительной площадке монтажником, соединяются при помощи фитингов profipress и закрепляются на поверхности отштукатуренной стены. Соединение можно (рис. 8) осуществить при помощи универсальных фитингов пайкой твердым или мягким припоем.


Экономичность системы

Стеновое отопление HYPOPLAN®, по сравнению с обычными отопительными системами, делает эксплуатацию более экономичной, что зависит от следующих факторов.

Пониженная температура воздуха в помещении. Если помещение отапливается системой HYPOPLAN®, температуру воздуха в помещении можно поддерживать ниже на 2-3 °С, чем при отопительных системах с обычной конвективной теплопередачей, при том же ощущении тепла и комфорта.

Преимущество стенового отопления заключается в высокой теплоотдаче системы. Таким образом, температуру воздуха в помещении можно поддерживать 18-19 °С, вместо обычных 20-21 °С. Благодаря меньшим потерям тепла при вентиляции и передаче тепла каждый сэкономленный градус Цельсия требует на 5 % меньше потребляемой энергии.

Низкая температура теплоносителя. Стеновое отопление HYPOPLAN® может работать при температуре теплоносителя до 65 °С, которая необходима, например, для профилактически-оздоровительных комплексов, терапевтических кабинетов. Но оптимальной температурой теплоносителя все-таки является 30-55 °С. Это низкая температура теплоносителя, которая, наряду с применением обычных низкотемпературных и рекупирационных котлов, делает возможным, в частности, использование регенеративной энергии (например, солнечные термоустановки) и тепловых насосов.

Хорошая регулируемость. Особым преимуществом системы стенового отопления HYPOPLAN® является хорошая регулируемость. Небольшая толщина слоя и заделка «голых» медных труб с плотным облеганием обеспечивают наилучшую передачу тепла и оптимальную регулируемость. При этом по сравнению с обычными отопительными системами, низкая температура поверхности оказывается особо выгодной. Незначительная разность между ощущаемой температурой и температурой поверхности стены делает систему достаточно точно регулируемой.


Солнечные термоустановки

Перспективность использования солнечной энергии обусловлена наличием мест для эффективной эксплуатации солнечных термоустановок. В Германии, например, не менее 1300 млн. м² крыш и фасадов могут использоваться для получения солнечной энергии (рис. 9).

Рис. 9. Одноквартирный дом с солнечной установкой для подогрева воды

Таблица 3
Нормативные документы


Нормы и своды правил для солнечных термоустановок приведены в табл. 3. Наряду с нормами DIN, действующими специально для солнечных установок, используется также выборочная информация из предписания по паровым котлам, норм DIN для установок водяного отопления и относительно сохранения теплой питьевой воды документов DVGW-Arbeitsblatt. В ч. 1 и 2 нормы DIN 4757 определены требования техники безопасности по солнечным установкам, в ч. 3 и 4 изложены условия испытаний для их компонентов.


Принцип действия солнечных термоустановок

Основой солнечной термоустановки является коллектор (рис. 10). Плоский коллектор, самый распространенный вид коллектора, состоит из одного – чаще всего селективного, состоящего из нескольких слоев, медного абсорбера, который служит для абсорбции («поглощения») солнечных лучей и их преобразования в тепло. С целью уменьшения потерь тепла этот абсорбер помещен в теплоизолированный ящик с прозрачной крышкой (как правило, из безопасного стекла с низким содержанием железа).

Рис. 10. Коллекторы подогрева: А – трубчатый коллектор Heatpipe; Б – плоский коллектор

В трубчатом вакуумном коллекторе каждая абсорбирующая полоса встроена в вакуумную стеклянную трубку. Это обеспечивает очень хорошую теплоизоляцию.

Абсорбер омывается несущей тепло жидкостью (обычно смесью воды с антифризом), которая циркулирует между коллектором и резервуаром для горячей воды. Солнечные термоустановки запускаются при помощи солнечного регулятора, принцип действия которого основан на гибком регулировании разности температур. Пока температура в коллекторе на несколько градусов превышает температуру в резервуаре, регулятор поддерживает солнечный циркуляционный насос включенным. Несущая тепло жидкость транспортирует тепло, поглощенное коллектором, в резервуар для горячей воды.

Конвективное отопление обеспечивает необходимый дополнительный обогрев благодаря аккумулирующему циклу. Солнечные установки с расчетным сроком службы более 20 лет успешно интегрируются в сферу индивидуального строительства.


Области применения солнечных термоустановок

Подогрев питьевой воды (рис. 11). Предпосылкой для использования в этой области является примерно постоянное потребление горячей питьевой воды в год, приходящееся на один дом. В сравнении, солнечная установка дает почти столько же энергии, сколько для этих же целей дает установка для отопления помещений. Благодаря правильному расчету параметров установки можно ежегодно потреблять 50-65 % теплой воды, подогреваемой при помощи солнечной энергии. В летнее время солнечная установка полностью удовлетворяет потребности в горячей воде.

Рис. 11. Солнечная термоустановка для нагрева питьевой воды: 1 – область коллектора; 2 – солнечная станция; 3 – солнечный регулятор; 4 – сигнальная и управляющая линии; 5 – солнечный накопитель; 6 – нагревательный котел; 7 – предохранительный клапан; 8 – манометр; 9 – термометр; 10 – мембранный расширительный бак; 11 – комбинированный кран для наполнения и слива воды; 12 – вентиль; 13 – насос; 14 – дроссель; 15 – центральная деаэрация; 16 – расходомер; 17 – приемник; 18 – термодатчик

Солнечные установки как дополнительный источник энергии для отопления (рис. 12). Уменьшение потерь тепла при передаче в жилых зданиях и офисах, а также усовершенствованные мощные солнечные установки делают выгодным использование солнечной энергии для отопления помещений.

Фонд «Warentest» путем проведенного исследования установил коэффициент покрытия энергии, расходуемой на подогрев воды и отопление, при помощи солнечной установки для одноквартирного дома.

Согласно предписанию о теплозащите, коэффициент покрытия расхода энергии для одноквартирного дома при годовом ее потреблении 18200 кВт/ч составляет приблизительно 20 %, для одноквартирного дома с меньшим годовым расходом энергии 14900 кВт/ч - 25 %. Площадь установленного плоского коллектора на момент исследования составляла 12 м² с аккумулируемым объемом резервуара для горячей воды 700 л.

При использовании коллекторов больших размеров (площадью 15–20 м²) и резервуаров объемом 1500 л, как это было доказано на экспериментальных установках, можно достичь покрытия расхода энергии уже до 33 %. Этого достаточно, чтобы обеспечить отопление и нагрев воды даже в переходные времена года исключительно при помощи солнечной установки.

Обладатели таких установок могут позднее отключить свое конвективное отопление по сравнению с отоплением газом или жидким топливом. Также сокращается количество выбросов СО2 в атмосферу.

Коэффициенты полезного действия и покрытия расходов энергии растут, а необходимая температура горячей воды пропорционально снижается. Поэтому панельные отопительные установки подходят именно для работы в комбинации с солнечными установками.


Проектирование и монтаж установок

Расчет параметров установки основывается на точных данных по расходу горячей воды с учетом возможности его уменьшения. Исходным пунктом при расчете параметров солнечной установки для нагрева питьевой воды в одноквартирном доме со средним потреблением воды 40 л на человека в день (при температуре 45 °С), и при использовании плоских коллекторов является площадь коллектора 1,0–1,5 м² на человека. При установке трубчатых коллекторов в тех же условиях следует выбрать излучающую поверхность 0,75-1,0 м² на человека.

Солнечные установки как дополнительный источник энергии для отопления помещений могут быть также выбраны из готовых проектных решений при помощи компьютерного моделирования. Наряду с типом постройки, ее размером и формой необходимо учитывать также размещение отопительной установки и время ее работы. Для проведения расчетов разработаны компьютерные программы.

Солнечные установки для нагрева воды отличаются простотой конструкций и являются технически совершенными. В отличие от прочих видов установок водяного отопления их рабочая температура значительно выше, возможно даже образование пара в коллекторах.

Так как температура в коллекторах может достигать 300 °С, а в соединительной линии до 160 °С, все материалы должны подходить для их использования в высокотемпературных условиях. Обычно узлы установки нагреваются на длительное время до температуры 130 °С. Поэтому, особенно при выборе теплоизоляции, следует обратить внимание на герметичность и технику соединения.

При расчете параметров и исполнения установок необходимо учитывать следующие особенности.

Расширительные баки и предохранительные клапаны. Если солнечная установка не работает, например, когда резервуар полный, а вода не расходуется, или если не работает циркуляционный насос коллектора, то при дальнейшем нагревании в коллекторах образуется пар. Объем пара, как правило, соответствует объему коллектора и частично объему соединительной линии коллектора.

Для того чтобы в такой ситуации не произошли сбои в работе установки, проводят расчет параметров расширительного бака. Конструкция расширительного бака должна быть такая, чтобы он был защищен на длительное время от высокой температуры и от паровых ударов. Но он не должен отключаться от коллектора. Предохранительные клапаны должны выдерживать высокую температуру.

В качестве теплоносителей используются преимущественно смеси пропиленгликоля с водой. Наличие 40 % гликоля в смеси надежно предотвращает повреждения установки, при этом возможность ее эксплуатации сохраняется до температур –21 °С, а при более низкой температуре образуется вязкая ледяная кашица, которая не в состоянии разрушить структуру трубопроводов.

Рис. 13. Трубы OSNASOL

Трубопроводы и техника соединения. В качестве трубопроводов для солнечных установок используются исключительно медные трубы. Все медные трубы должны применяться согласно норме DIN EN 1057. Для коллекторной цепи компания КМЕ предоставляет OSNASOL® - пучок одетых в «рубашки» теплоизолированных труб, состоящих из подающих и выводящих линий, а также встроенного кабеля датчика температуры (рис. 13). Капиллярные фитинги, пресс-фитинги со специальными уплотняющими элементами и зажимными резьбовыми соединениями могут использоваться в том случае, если они отвечают требованиям к солнечным термоустановкам. При пайке в коллекторной сети рекомендуется применять твердый припой.


Ввод в эксплуатацию

Испытание избыточным давлением. Коллекторная цепь после монтажа должна подвергаться испытанию избыточным давлением, причем для допуска в эксплуатацию большинство моделей коллекторов требует проведения испытания избыточным давлением водой. Давление при неизменной температуре не должно падать на протяжении всего периода испытания, точного указания о длительности испытания под давлением не существует.

После испытания давление следует снизить и начать промывку установки. Коллектор можно промывать водой или смесью воды с воздухом. Этот этап необходим для устранения из установки остатков загрязнения, его минимальная длительность 10 мин. Многие коллекторы и трубопроводы после испытаний и промывки не должны оставаться пустыми. Существует большая опасность возникновения повреждений вследствие замерзания. Поэтому солнечную установку, уже однажды наполненную водой, из-за вероятности возникновения повреждений вследствие замерзания после промывки следует непременно заполнить теплоносителем. При заполнении следует обратить внимание на точность заданной концентрации антифриза.

Рабочее давление задается на месте размещения манометра с учетом статической высоты установки: это плюс 0,5–0,8 бар избыточного давления. При такой разности высот, когда манометр, например, размещен в подвале, а самая высокая точка коллектора на крыше – на высоте 10 м, давление в наполненной установке будет составлять 1,5–1,8 бар. Давление в установке и концентрация антифриза должны контролироваться регулярно, минимум один раз в год.


Фотоматериалы предоставлены KM Europa Metal AG