Почему теплые полы.
Есть довольно расхожее утверждение, что снижение температуры в доме на градус, дает около 6% экономии энергии на отопление.
На модели энергобаланса дома прогнал разные типы строений, результаты в таблице.
Размер всех домов (внутри) 10*10*2,5, вентиляция 30 м3/ч (60 и рекуперация с КПД 50%), 10 м2 окон, с сопротивлением 0,5 С*м2/Вт (двухкамерка с обычными стеклами), в доме выделяется 500 Вт бытового тепла. Отопление от электричества, однотарифный, 3 р/кВт*ч.
Замечу, что специально включил пару домов с равными потерями, но разной теплоинерцией (вторая и третья строчки). Как видим, никаких чудес экономии, теплоинерция не дает. Подробнее, будет в серии статей про мифы строительной физики.
Вывод простой. Чем более теплый дом, тем актуальнее в нем снижение температуры.
Мы строим очень теплый дом, соответственно есть смысл подумать о этом снижении, разумеется без ущерба для комфорта.
Обитаемость любого дома, это зона полов. До 1,5 метра (а скорее до 1,2 метра) в высоту. В доме, мы в основном сидим, или лежим.
Есть и физиологические предпосылки, ноги мерзнут быстрее головы. Проверяется легко. Выходим на мороз градусов 10, для чистоты эксперимента садимся, чтоб ноги на весу (без контакта с холодной поверхностью). Ну и ждем, что быстрее отмерзнет, нос или пятки :)
В идеале, тепло нужно снизу. Снизу у нас пол, его и греем.
Довольно известная картинка. Отметим, что средняя (по высоте ограждений) температура - различна, для разных типов отопителя. Около +20С у теплого пола, около +22,5С для тепловентиляторов, +22С для радиаторов. Т.е. на теплом полу, мы экономим около 2 градусов, при том же субъективном ощущении тепла.
Почему водяной пол.
Вначале (в проекте) был пол с электроподогревом. Дело в том, что такие дома без серьезных систем управления (будет отдельная серия статей) - не реализуют свой потенциал. И одна из таких систем - раздельное управление температурой по помещениям. Управлять электро-нагревом просто. С гидравликой - возиться очень не хотелось.
Окончательный выбор определили два факта:
- электрополы - нельзя накрывать. Нельзя на них шкаф (без ножек), или сундук.
При этом возникает вопрос, где именно этот сундук, будет стоять лет через пятнадцать. Как решать такие задачи - понятия не имею. Зачем мне сундук тоже не знаю, но сам факт - напрягает :) - многотопливность. Прижмут с электротарифами - твердотопливник, солнечный коллектор, тепловой насос воздух-вода.
Это многотопливный источник тепла. И низкопотенциальный (не нужно греть до +80С) источник. Проходят и солнечный и тепловой насос.
Еще один довод - теплоаккумулятор меньших размеров. Верхняя температура ограничена кипением. Нижняя - системой отопления. Если в радиаторном отоплении, нижняя температура порядка +50С, для теплых полов +30С, вполне себе источник тепла.
Управляющий орган - китайские термоголовки.
Конструкция простая - замкнутый сильфон (обычно заполненный толуолом, он хорошо расширяется от температуры), на него накручена нихромовая спиралька, на спиральку подается напряжение, она нагревает толуол, сильфон удлиняется, задавливает шток клапана обратки.
Цена 400-600 руб за штуку. На али - искать по запросу "thermostat electric actuator valve head".
Управлять, либо примерно такой сборкой - https://www.chipdip.ru/product/stk0045-0.9a за 180 руб, либо мелкими оптосимисторами без обвязок (снабберная цепь там не нужна).
Марка - MOC3041-MOC3043, у китайцев по 10 руб. Детальнее будет, когда дойдем до управления, софта и электроники, пока на пальцах:
Управление на начальной отладочной стадии, через Бенукс (очень нравится). Реализован протокол 1-Wire и поддержка, пожалуй любых приблуд умного дома. Очень быстро настраивается, очень гибкий, быстро пишутся свои приблуды.
Дело в том, что на этапе разработки, появляется куча идей, мулек, фич... - которые в этот момент кажутся прям гениальными и всем позарез нужными.
Это нормально, процентов 80 от этих гениальных бантиков - благополучно помрут невостребованными, но на этом этапе, они нужны. Для того, что бы выявить 20% нужных действительно.
Для этого, нужен гибкий инструмент. По сути стенд. Когда будет определен функционал, можно перенести на любую платформу (скорее всего ардуино).
Ну, для примера. Нужен ли алгоритм, который по команде "приеду послезавтра к 18:00, хочу +22 на кухне и +18 в спальне" - будет вычислять время старта разогрева, с учетом температуры дома, улицы (еще и в инет за прогнозом слазит), так, чтоб не было лишних часов с высокой температурой, чтоб +22С, было ровно к 18:00.
Насколько будет востребовано - гадать сложно, но почему бы не сделать, паять для этого - ничего не нужно, по сути, сводится к небольшому скрипту.
Подключение управляющих головок - довольно простое. Оптосимистор цепляем к DS2408, это 8-ми канальный ключ 1-wire, на который, через MOC3041 можно подключить до 8-ми приводов термоголовок. Этот ключ, бенукс видит и рулит напрямую.
Описание схемы управления
Схемка на пальцах для моего случая (7 контуров тёплого пола)
Комп под любыми виндами, на борту стоит Бенукс, в USB воткнут контроллер 1wire. Из него витая пара, подходит к коллектору тёплого пола. На неё (витую пару) вешаем в параллель 7 датчиков температуры на обратку, один на подачу, по разнице, можно судить о теплосъеме контуров. На тот же провод, цепляем восьмиканальный коммутатор, на который, через оптосимисторы - цепляем привода головок.
Витая пара, по дороге к коллектору, обходит все помещения, где на неё цепляем ещё 7 датчиков температуры. Один датчик выводим на улицу. Собственно, вся система управления отоплением по гидравлике.
Простейший алгоритм - в помещении температура вышла за уставку, включается соответствующая термоголовка, закрывает кран, температура снижается, кран снова открывается.
Более сложных алгоритмов - много, те, или иные сочетания управления мощностью котла (от встроенного реле температуры, до подключения через симисторы).
Чувствительность датчика температуры (DS18B20) 0.0625С, при цене 40 руб. Можно довести гистерезис управления до 0.1С.
В коммутаторе DS2408 8 каналов, на термоголовки задействовано 7, на восьмой, можно подцепить котёл. Принцип тот же, прямо на выход коммутатора тот же оптосимистор (с цепью контроля включения в нуле) на него мощный симистор и котёл.
На регулятор котла, подвесить функцию общей (аварийной) температуры, допустим градусов 50, которые возможны только при старте размороженного здания, или при закрытых контурах.
Мощный симистор на 50А, в чипедипе, стоит 900 р, у китайцев 100 руб.
Самое приятное, что потом можно играться, как расходами контуров, так и управлением общей температурой, при этом, не трогая ничего механически, сидишь за компом, кнопочки нажимаешь...
Подробнее будет рассмотрено в статьях по управлению домом.
Цены.
Весь комплект:
- Полкилометра трубы PE-RT2
- 60 литров пропиленгликоля
- циркуляционный насос
- байпасный клапан
- коллектор на 7 контуров (краны подачи, термоголовки обратки, два воздухоотводчика, краны слива/залива)
- эл. котёл 5 кВт
- настраиваемые байпасный клапан,
- группа безопасности (предохранительный клапан, расширительный бак, воздухоотводчик, манометр).
- фитинги
- крепеж трубы
Всего на 56 тыс. руб.
Теплоносителя, кстати не хватило, примерно 10 литров, хотя брал с запасом 5 литров. Видимо либо трубы расширяются, либо внутренний диаметр чуть больше указанного.
Схема котельной.
Насос на обратке. Не догма, там минимальная температура, меньше перегревы, теор. больше срок службы. Практически, как сегодня утверждают производители - им все равно.
Обычная группа безопасности, предохранительный клапан, расширительный бачок, ну и манометр, воздушник (кран Маевского).
Байпас - как страховка, если вдруг софт перекроет все краны одновременно. Это настраиваемый дифференциальный клапан
Первоначально, была идея обычного реле давления, от которого выключать котёл и насос, при росте давления выше заданного (когда все краны закрыты электроникой).
Отказался по причине рисков частых срабатываний при малых расходах, а увеличение гистерезиса - потеря точности.
Ну и уходит главное требование: - софт и электроника сдохла, отопление осталось.
Трубы крепятся прямо к черному полу, вот такими скобками.
Улитку "рисуем" обычной дюймовкой. Труба 16 мм, спокойно прячется за доской.
Почему улитка, а не зигзаг - в улитке, трубы подачи и обратки - чередуются, меньшие тепловые неоднородности. По сути пол ведем двумя трубами, подачей и обраткой. Проложили спираль, в центре "стык".
Шаг 200 мм, колотить удобно, приложил доску, как кондуктор - к ней прижал доску улитки, пристрелил.
Схемку прикидываем прямо на столе. Это в тему подхода к проектированию в стиле Agile. Подробнее разберем, когда доберемся до проектирования. Тут отмечу, что традиционные подходы к проектированию, для малоэтажки, а тем более для самостроя - на мой взгляд не пригодны. Есть подход, который без малейшего ущерба, позволяет вообще отказаться от проектов инженерки, вплоть до этапа финишной отделки.
Расчет, проектирование.
Можно ли не считать. В принципе - можно (нежелательно). Соблюдаем ограничение - 60 (край 80) метров на контур. Если длиннее, то делим контур на два отдельных, со своими подключениями к коллектору.
Как считать.
Длину улитки - нарисовать в скече (sketchup). Просто потому, что проект нарисован там же. Причин много, разберем в проектировании.
Рисуете линию, в свойствах получаете длину.
Это подход "а что у меня влезет в комнату" (сколько метров).
Есть другой подход. А сколько нужно для этой комнаты (исходя из мощности). А потом, сколько для этой мощности, нужно шланга. И уж потом, гадать, как впихнуть невпихуемое (столько шланга в эту несчастную комнату).
К счастью, в этом проекте (в хорошо утепленном доме), все сильно упрощается. Потери в разы меньше, потребные мощности (и длины) - тоже в разы. Навскидку, труба 16 с шагом 200, покрывает потребность почти впятеро.
По выделяемой мощности - делал эксперимент. 1,7 кВт, нагружал всего на один контур. Кухня, 60 погонных метров шланга, 3*4 метра, при открытых трубах.
Температура котла, поднималась до 55С. Еще раз, это всего с одного контура. С учетом, что для всего дома при -40С, требуется около 2 кВт, а контуров аж 7 - думаю понятно, что переживать за нехватку мощности в таком доме - не нужно. Поэтому, можно смело рисовать улитку с шагом 200, считать длины шлангов и выбирать насос.
Для расчетов, рекомендую софтинку VALTEC C.O. 3.8. Программа для проектирования систем отопления. Там все достаточно просто. Из полезностей, быстро можно оценить потребные давления и расходы. В принципе, можно обойтись коллектором без расходомеров, вычислив потребное количество оборотов на регулировочных кранах коллектора подачи.
На всякий случай, о чем вообще речь.
О настройке. Один контур 70 метров, а второй 15. А зависимости расхода от сопротивления - квадратичны. Если открыть все краны коллектора, практически весь теплоноситель, пойдет в контур с малой длиной. Соответственно, этот контур нужно прижать, а длинный - открыть. Этот увлекательный процесс, называется балансировкой теплого пола.
Расходомер - здорово помогает, но еще раз, если с деньгами напряг, можно без него.
При этом, отказываться не рекомендую. Расходомер, помимо прочего, несет сигнальную функцию. Открыта/закрыта термоголовка. Не завоздушился ли контур.
Можно сделать альтернативный вариант, оценка расходов, контролируя температуру обратки. Подробнее про это - когда перейдем к управлению.
Заливка.
В принципе, ничего сложного. Прозрачные шланги на кранах подачи и обратки. Воронка в шланге на подаче.
Открываем оба крана (подача, обратка) коллектора.
Открываем оба крана заливаемого контура (остальные контура закрыты, т.е. заливаем по одному).
Открываем ВСЕ ВОЗДУХООТВОДЧИКИ. С закрытыми - без шансов.
Наливаем, сколько влезает, включаем насос. Теплоноситель в прозрачном шланге убывает, подливаем. Стараемся держать уровень, выше забора насоса.
Залили один контур, закрыли, открыли другой - заливаем точно так же.
Что заливать.
В плане отопления, идеал - обычная вода. Высокая теплоемкость, малая вязкость. Минус очевиден - риски разморозки системы.
У меня пропиленгликоль. Единственный плюс - не замерзает. При этом, более агрессивен, чем вода (быстрее "ест" разные прокладки), высокая вязкость.
Народ льет спиртовые растворы. От паленки, до водки, спирта.
Разводят (для пожарной безопасности).
В связи с этим, два физических факта:
- 5% (объемные проценты) спирт, на границе ГЖ и ЛВЖ (горючая и легко воспламеняемая). ГОСТ 12.1.044-89, граница между ГЖ и ЛВЖ - +61С, этанол 5% - как раз +61,8С
- Эти 5%, замерзают уже при -2.
И еще одна табличка
Особо опасными ЛВЖ, являются жидкости с температурой вспышки 28С.
При более менее приличной температуре замерзания (водка, -18С), это уже особо опасная (легко воспламеняемая) жидкость (температура вспышки +26С).
Словом, все эти разбавления, больше для самоуспокоения.
Недостатки такого пола.
"Тепловая зебра". При старте размороженного дома, дельта между пространством над трубой и над доской лабиринта - более 10 градусов.
Потом выравнивается, в носках разница не чувствуется вообще, босиком, если специально "прислушиваться" - можно нащупать трубу.
Достоинства.
Быстрый (малоинерционный). Легкий, по сути не дает дополнительных нагрузок. Нет мокрых работ в доме.
