Схема отопления и охлаждения с несколькими источниками тепла

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Для своего энергоэффективного дома дошел до стадии обвязки оборудования котельной.
Прошу покритиковать или поправить схему, которую я сделал.

Пояснения.
1. Источники тепла: геотермальный тепловой насос ТН, воздушный солнечный коллектор ВСК на фасаде дома, электрокотел. Также есть 6 ТЭН по 2 кВт в ТА.
На будущее предусматриваю точки подключения газового настенного котла и вакуумного солнечного коллектора на крыше дома.
2. Потребители: теплый пол на 2 этажах. Теплые стены на 2 этажах. Бойлер ГВС.
3. Теплоаккумулятор - водяной из еврокуба. Прошлую зиму отработал без теплообменников, сейчас делаю 2 змеевика из меди 15 мм - один для теплых стен, второй для солнечного коллектора.
4. Еще 2 теплоаккумулятора - фундаментная плита Ф (в ней 3 петли по 100 м PEX-20) и грунтовый ТА под домом (там петля из 100 м ПНД-32).
5. Вокруг дома под дренажом проложено еще около 100 м ПНД-32. Этот контур будет закольцован на теплообменник воздух-вода, который стоит сразу после забора воздуха приточно-вытяжной вентиляции. Т. к. в грунте температура круглый год примерно 5-10С, этот ТО будет летом охлаждать подаваемый воздух, а зимой немного подогревать. Включаться циркуляция через него будет если температура воздуха на улице или меньше 0С, или больше 25С (например).

Схема использует первично-вторичные кольца.
Главное кольцо через коллектор К1. В этот коллектора сначала дает тепло ТН, потом электрокотел. После этого идет отбор тепла в бойлер ГВС. Бойлер ГВС может работать как на потребление тепла от К1, так и на подачу тепла, если СК будет греть воду в бойлере выше 60-70С.
После бойлера стоит основной потребитель тепла - теплые полы 1 и 2 этажа. Далее тепло идет в ТА.
Предусмотрел байпас, если вдруг не нужно будет греть ТА или греть его с задержкой после прогрева ТП. Не знаю, насколько нужен этот байпас. ТА безнапорный поэтому насос стоит на подаче в коллектор, в контуре вода.

Коллектор К2 служит для 2 основных целей.
1. Летом в теплые стены подается теплоноситель из геотермального коллектора для охлаждения дома. Одновременно тепло сбрасывается в геоконтур.
2. Зимой и в межсезонье ТС переключаются на отопление от теплообменника ТО3, расположенного в ТА. Теперь теплоноситель, приходящий из земли, подогревается теплом от солнечных коллекторов. При увеличении температуры, подаваемой в ТН, его СОР будет расти.

Коллектор К3 служит для объединения теплоаккумуляторов ГФ (грунтовый под фундаментом) и Ф (в фундаментной плите). Управлением циркуляционными насосами можно будет закачивать излишки солнечной энергии или в фундамент, или в грунт под домом, или в основной геоколлектор. Для последнего варианта предусмотрен 3-ходовой клапан ТК1, с его помощью отсекается коллектор К3, если не нужно подавать солнечное тепло в ТН или в геоколлектор.

Потребовался внешний теплообменник ТО5 для разделения солнечного и геотермального контуров. Сделано это из-за того, что СК находятся снаружи и в их контур заливается теплоноситель до -30С, а геотермальный контур заливается спиртом до -10С.

В воздушном солнечном коллекторе на фасаде разложены 4 петли из гофрированной нержавейки, они сходятся на чердаке и обозначены на схеме как СК1. Эти петли греются непосредственно на фасаде. Теплый воздух, который выходит из СК1, проходит через теплообменник ТО2, где отдает оставшееся тепло теплоносителю. Эти 2 контура запараллелены (чтобы сэкономить на насосе)
Также, в будущем к СК1+ТО2 будет параллельно подключен вакуумный коллектор СК2.
Тепло от солнечных коллекторов идет на 3 теплообменника в режиме ИЛИ:
- ТО2 в бойлере для нагрева ГВС
- ТО3 в ТА для нагрева ТА в межсезонье
- ТО5 для сброса тепла летом под фундамент и в землю, или для предподогрева спирта перед подачей в ТН.

По 3-ходовым клапанам.
3К1 - подключает и отключает коллектор К2
3К2 - переключает солнечные коллекторы между ТО5 и ТО4/ТО2
3К3 - переключает солнечные коллекторы между ТО4 в ТА и ТО2 в бойлере
3К4 - ручной, переключает теплые стены с нагрева от ТО3 на охлаждение от ГеоК
3К5 - термосмеситель для ТП
3К6 - термосмеситель для ТС
3К7 - подключает или отключает бойлер из основной петли коллектора К1. Да, кстати, при через бойлер излишки солнечной энергии могут сбрасываться в основной контур отопления - через ТО2 и ТО1 в бойлере.

Приму любые замечания по упрощению схемы. Сразу оговорюсь - я не специалист по отоплению. Просто инженер.

Пока не добавил расширительные бачки и краны на схему. Для основного контура РБ не нужен, для остальных нужны. Около К2 будет РБ примерно на 100 л, около ТО5 - литров на 15-20. Считаю примерно 10% от объема теплоносителя в контуре.

 

А Дизайнсталь из нержавейки? Россия?

@Ovit1 посмотрите пожалуйста, как специалист, мою схему. Я помню, вы мне помогли с обвязкой безнапорной системы ТП на 2 этажах

 

Да, вопросов будет много и не сразу.
Коллектора К1, К2, К3 имеют подачу и обратку или работают как гидрострелки?
Насосы должны качать в направлении стрелки, поэтому надо их переставить (как для контура СК например) или поменять направление стрелки.
Решение охлаждаться "холодными" стенами не очень хорошее, может применить ещё фанкойлы.
Что представляет собой ГеоК ТН, его может не хватить на пассивное охлаждение дома, тем более что вы хотите греть ГеоК от СК.
Что за отдельная схемка с ГД, ТО1, Н11 про неё ничего не сказано.
Для лучшего восприятия может сделать таблицу режимов работы в зимний (пиковый), переходный (весна-осень), летний. С указанием температур в системах и узлах регулирования 3-х ходовых клапанов и положений отключающих кранов.
Сколько хотим снимать тепла с систем СК (а их три, и каждый работает в своем диапазоне температур) в разные месяцы года.
Ну вот пока так для начала.

 

@awlan, спасибо, что откликнулись

Это не классические коллектора с раздельными подачей и обраткой. Это коллектора для первично-вторичных колец. Вот такие:

Для СК можно. Для ТН - не знаю, вроде всегда в сторону ТН циркуляция.
Насосы Н1-Н4 должны стоять именно так, т. к. система безнапорная, по-другому они качать через свои контуры не будут. Я это уже проходил, когда запускал систему с ТП, сначала сделал как везде советуют с насосом на обратке, циркуляции не было, все давление насосов гасилось в ТА.

Нормально должно быть. И гораздо надежнее и тише фанкойлов. Фотографии теплообменников в стенах есть в теме про мой дом.

Это многоэтажка, 8 петель по 135 м на глубине от 1.5 до 3,5 м.

Есть еще геотермальная петля под дренажом вокруг здания. Она имеет вертикальную петлю на глубину 12 м - осталась скважина от неудачного бурения на воду, я ее решил использовать. Всего около 100 м длиной. Эта петля будет закольцована на теплообменник воздух-вода, который стоит сразу после забора приточного воздуха. Т. к. температура в земле круглый год 5-15С, то зимой он будет немного нагревать, а летом охлаждать вентиляционный воздух.

НА форуме таблицы очень неудобно делать. Могу без таблицы, текстом.
Зима. В ТА температура до 70С. В ТП будет подаваться 28-35С. В ТС - 30-45С. Думаю, этих температур будет достаточно для обогрева дома. Расчетное потребление тепла дома - 6,5 кВт. У меня этой зимой он потреблял около 50 кВт*ч/сутки (в морозы до 100 кВт*ч) но у меня до сих пор не утеплен чердак. С утепленным чердаком думаю выйти на расчетные цифры по энергопотреблению на отопление, которые процентов на 40 ниже.
Лето. Температура в ТП - около 22С. В ТС если охлаждать не надо, то циркуляции нет. Если нужно охлаждать - то подается примерно 13-15С из геоконтура.

Геоконтур надеюсь нагреть до градусов 20 к зиме. Но в первую очередь будет греться ТА под домом. Поэтому в жару июнь-июль СК греть основной геоконтур не должны, его будут нагревать только ТС во время жары.

По грунтовому ТА под домом - надеюсь нагреть его до градусов 20-25, потом СК будут переключаться на основной геоконтур. Начиная примерно с сентября буду греть фундамент, готовясь к зиме. Его можно нагреть до градусов 25С.

Сейчас под домом круглый год 11-12С, фундамент тоже круглый год около 15-17С.

Я замерял примерно мощность моего воздушного СК этим летом по расходу воздуха и дельте температур на входе и выходе. Получилось около 4-5 кВт. СК стабильно нагревает воздух на градусов 15 по сравнению с входящим. Это при том, что около 50 метров воздуховодов еще не утепены. После утепления надеюсь на бОльшую дельту.
Таким образом, из воздушного СК пойдет около 5 кВт сначала на ГВС, потом летом излишки будут качаться в геотермальные контура, а в межсесознье - в стяжку ТП, в фундамент и водяной ТА (если нужно подтапливать периодически).

 

Кстати, у меня были мысли сначала закольцевать теплые полы с фундаментом для охлаждения летом - к инерционности стяжки ТП толщиной 5 см добавилась бы инерция плиты толщиной 25 см. Но как это сделать просто, я пока не знаю. В моей схеме забор тепла из фундамента только через тепловой насос. Ставить еще трехходовой кран и дополнительный теплообменник можно, но это не простое решение. Проблема еще в том, что теплоносители в фундаменте, ТА под ним и в геоконтуре и в теплых полах разные. Он одинаковый с теплыми стенами, в принципе, можно попробовать выкачивать тепло из фундамента и грунта сразу в теплые стены минуя ТН. Для этого нужно модифицировать узел с К2 так, чтобы циркуляция из коллектора К3 пошла через ТС. Но это имеет смысл только, если температура под домом (в фундамнте и грунте) будет устойчиво более 25С. Я пока в этом не уверен. В похожей системе, которую делал @PipilatsMotors (автономный склад на солнечном отоплении) грунт нагревался в среднем до 15-20С, что для ТС явно недостаточно.

 

Что то не вызывают они доверия. Непонятна схема работы. Если перегородка герметичная, то это просто два коллектора (подача-обратка) соединены, будет паразитный теплообмен. Если не герметична (типа гидрострелки), то как это все будет работать одному Богу известно.

И нужно переставить на другую сторону (холодную) подача в СК.
Про другие, посмотрите внимательней что куда перекачивается. Например Н3 у Вас качает в подачу ЭК.

Конечно решает хозяин, но высота ТС от пола наверное 1,0 - 1,2 м., а тепло (жара) у потолка, и без механического перемешивания эффективность охлаждения будет маленькой.

ОК.

Зависит от мощности и режима работы вентиляции, может и за месяц уйти в минуса.

Можно сначала в ЕКСЕЛе, а сюда прикрепить.

откуда там будет такая температура, основной теплоисточник у Вас кто?
Вы же в #1 п. 1 написали - основной источник тепла ТН.
Если ТН, то больше чем 50С не надо рассчитывать, а при 70С он просто не будет работать.
Если ЭК или ГК тогда зачем городить грунтовые контура под ТН.

Вот и появляются противоречия в связи с разнохарактерными нагрузками, ведь 70С нужно для ГВС.
А вентиляцию чем планируете догревать, электричеством. И это при наличии ТН.

ГеоК-ра прогревать нужно, но скорость закачки тепла для грунта небольшая. Читал в какой то теме про ТН данные англичан, скорость изменения температуры в грунте на 1С, на расстояние 1м. в течении 1 месяца. Поэтому уже к началу зимы температуры могут вернутся к среднегодовым.

А зимой?

И где же будем брать 70С в ТА.

Дело в том, что это нежилое помещение, а Вы хотите ПМЖ.

 

Так я же написал "до" 70С. Это максимум, который может выдерживать ТА. До такой температуры его можно греть ночным тарифом электричества.
ТН будет работать напрямую на ТП днем, ТА нужен для него только если понадобится уменьшить старт-стопы компрессора (планирую неинверторный ТН). Ну или в межсезонье, когда ночное электричество не все будет выбираться электрокотлом, направлять часть в ТА. Естественно, из ТН будет не более 50С, скорее всего 40-45 максимум.

70 С для ГВС (на самом деле, думаю 60С будет достаточно), можно получить от вакуумных СК и от встроенного в бойлер электронагревателя (ночной нагрев).
Вентиляция будет греться в основном СК и рекуператором. Хотя электродогреватель тоже стоит, но я надеюсь им пользоваться очень редко.

Зимой СК на фасаде работает только на предподогрев входящего в дом воздуха. Если температура воздуха из дома будет идти меньше, чем приход из СК, то входящий прогоняется через рекуператор. Если СК нагреет больше, чем выходит из дома (такой вариант возможен), то для этого случая есть байпас рекуператора.

Перегородка негерметичная, а служит только для разделения подачи и обратки вторичных колец. Для первичного кольца этот коллектор просто гребенка с последовательной подачей или отбором тепла вторичными кольцами.
Очень подробно эта система со множеством примеров описана в книге "Александр Савельев Отопление дома. Расчет и монтаж систем (2013)". Очень доступно и наглядно. Ну или тут на форуме советовали загуглить фразу "Отопление - это просто". Тоже про эту систему выдает описание, только намного короче, чем в книжке. Но принцип действия понять можно.

А я читал, что до среднегодовых может быть около месяца работы ТН на запасенном летом тепле. Соответственно, снижается температура в ГК медленнее, и к весне вполне можно прийти с плюсовыми температурами в земле.

Неужели в разделе нет профи, которые работают с первично-вторичными кольцами отопления?
Меня интересует, какой диаметр/сечение коллектора нужно делать. Насколько я понял, его сечение должно быть примерно 1 см2 на 1 кВт тепловой мощности. У меня по максимуму ТН 12 кВт, ЭК 9 кВт и газовый может быть тоже киловатт на 15-20. Поэтому я рассчитываю коллектор на максимум 30 кВт. К сожалению, на рынках и в магазинах таких коллекторов нет. Видимо, система еще не набрала популярность и, как пишут в книжках, понятна не всем монтажникам. Я вот думаю, может сварить такой коллектор из 2 профильных труб 40*40, сваренных вместе. Перегородку сделать негерметичной, чтобы контур был общий. Примерно получится как на рисунке из книжки с 2 швеллерами и плоской перегородкой. Сечение как раз около 30 см2 получится.

 

при наличии ТН о каком ночном тарифе электричества речь?
При ТН, ЭК нужен как резерв и покрытия пиковых (самый мороз) нагрузок (если ТН не рассчитан на 100% покрытие).

Для этого теплоноситель и должен быть 65-70С. А его нет, поэтому догрев электроэнергией.

Можно, но в каком объеме, и вакуумники у Вас связаны вместе с самопальными СК где такой температуры не бывает (если это не стагнация конечно). Да и при завязке на грунт температура в СК больше 50С не поднимется.

Посмотрел, почитал получается это однотрубная система (к последующим потребителям приходит теплоноситель с пониженной температурой). Что то похожее я тоже применяю, только на замыкающих участках ставлю краны и насос один.
Подключать к этой системе ТН считаю не рационально, в него поступает вода из ТА с максимальной темепратурой, а значит СОР будет минимальным. ТН лучше подключить непосредственно в ТА (низ-верх). На освободившееся место в К1 подключить контур ТС (теперь это будет самое нижнее подключение в К1).
Предлагаю такую логику работы.
Зима. ТН на тепло, в ТА 40-45С.
Отопление. Если температура в ТА стала падать (не хватает мощности ТН) включаются ЭК или ГК (по своему датчику внутреннего воздуха) и догревают до расчетных 40-45С.
ГВС. В баке ГВС температура вода тоже в районе 40-45С, после него надо ставить ещё один с электроподогревом, вот тут и будет постоянно на ГВС 60С.
Вентиляция. Ещё один отбор от К1 на догрев приточного воздуха после ГК и рекуперации.
Лето. ТН на охлаждение, в ТА 14-16С.
Охлаждение. На К1 отключено все кроме ТС (и фанкойлов) и вентиляции.
ГВС. Греется Солнцем и догревается (при необходимости) электричеством.

 

Ну все правильно. Вот и буду греть ночным тарифом ТА для покрытия пиковых нагрузок.
ТН на редкие морозы не рассчитан. Точнее, его геоконтур. Он на примерно 7 кВт. Плюс часть от сети, получится при СОР4 8,75 кВт. Расчетное теплопотребление 6,5-7 кВт. Но это при идеально выполненных конструкциях. Я беру запас 20% до 10 кВт. Для этой цели еще стоит пеллетный камин, который включаю для быстрого прогрева и в сильные морозы.

Плюс еще ТН по ночному тарифу - это "двойная выгода"

да, плюс летом еще вакуумные СК.

Я думал о развязке вакуумных СК и воздушного. Все трубы приведены раздельно в котельную, в принципе, можно и разделить. Но для этого нужно ставить еще больше трех-ходовых, потому что пока вакуумников нет, а воду хочется греть и от солнца (точнее, частично греть, хотя бы до 40С, остальное догревать ТЭНом).

СК греет грунт и воду по очереди.

Да, поэтому и расположил источники тепла последовательно начиная с низкотемпературного, потом потребители начиная с высокотемпературного (бойлер), потом ТП.

По опыту у меня ТА нагревался с 20-21 до 45С к утру ночным тарифом, одновременно грелись ТП на 2 этажах. В зависимости от погоды включал от 4 до 10 кВт ТЭНов, в среднем было 6 зимой, 4 весной. При отключении ТЭНов в ТА температура падала до 30-35 примерно за 3 часа. Поэтому я думал, что утром ТН будет отключаться до тех пор, пока температура в ТА не упадет до градусов 30-35. В таком случае ТА мешать ТН не будет. ЭК - вообще для быстрого прогрева и на случай поломки ТН (ну и до тех пор, пока я его не куплю и установлю).

Схема с первично-вторичными кольцами хороша тем, что можно независимо регулировать потоки в первичном кольце и в любых вторичных простым изменением скорости цирк. насосов без влияния на гидравлику остальных контуров.

Я изначально так и хотел, даже сделал выводы из ТА выше и ниже основных обратки и подачи, т. е. примерно чтобы греть среднюю часть ТА. Но в этом случае я должен будут нагреть ТА хотя бы частично, перед тем как тепло пойдет от него в ТП.

ТС нельзя подключать в общий водяной контур без теплообменника. Во-первых, потому что в нем должна быть незамерзайка, т. к. стены не обладают такой инерцией, как стяжка ТП, и при любых авариях вероятность замерзания гораздо выше, чем для ТП. Во-вторых, в трассе ТП много участков с подъемом трассы, везде поставить воздухоотводчики нереально. Поэтому эти контуры не могут быть без давления, чтобы иметь возможность выводить воздух штатными воздухоотводчиками (установлены на коллекторах). Я уже писал в этой теме, что долго разбирался, откуда воздух в системе, оказалось, что был постоянный подсос через воздухоотводчик 2 этажа, т. к. в этом месте (обратный коллектор 2 этажа) у меня в системе отрицательное давление. Такую ситуацию с ТС хочу избежать.

В моей схеме есть возможность сброса излишков солнечного тепла в водяной ТА через верхний теплообменник. Штатно я установил ТО змеевик из 10 м трубы 15 мм в самый низ ТА. Но вдруг его мощности не хватит? Тогда можно скидывать излишки тепла в контур ТА из верхнего ТО бойлера.

Это уже невозможно. Вся вентиляция смонтирована, причем после рекуператора все очень плотно, вставить ТО воздух вода там уже некуда.

Почему вы думаете, что мощности геоконтура не хватит для охлаждения простой циркуляцией через ТС? Стабильные 5-15С максимум, зачем еще ТН на охлаждение? Теоретически это возможно, но вряд ли потребуется. Через ТН на охлаждение в моей схеме можно запитать ТП, в крайнем случае. 19-20С в ТП, как показывает практика, более чем достаточно для эффективного охлаждения дома.

Вернусь к вашему замечанию из 1 сообщения.

Если система замкнутая и под давлением, какая разница, где будет стоять ЦН - до или после коллектора? Ведь ставят ЦН на обратке, все прекрасно работает.

 

Другие, это Н7, Н8 и не обозначенный к ГК.

 

Если разделить солнечные коллекторы, то получится вот так:

Но в этом случае энергия от вакуумного коллектора пойдет в бойлер, потом можно излишки сбрасывать в водяной ТА, а в грунт оно не пойдет. А в водяном ТА излишки нужно хранить только в отопительный период, когда они там не нужны.

Нашел ошибки в своей первоначальной схеме, правильнее вот так:

А еще лучше вот так, чтобы не зауживать сечение основного контура трехходовым клапаном бойлера:

 

Понял, про что вы. Я забыл удалить значок насоса на картинке ЭК. Можно считать, что ее там нет. Исправил в предыдущем сообщении.

Эти качают правильно вроде, для основгого ГК стоит Н5

 

Попытался изобразить свое видение Вашей системы. На компьютере рисовать не умею, поэтому ручкой на листочке. Насосов получилось пять, вместо 12-ти и 3-х ходовых два, вместо семи.
Как это работает.
Зима. ТН закачивает тепло из грунтовых контуров (ГеоК, ГФ, Ф) в ТА. Перед входом в ТН первичный контур подогревается СК, насколько можно при зимнем Солнце. В ТА 40-45С, как уже было сказано. В безнапорном ТА два ТО для отопления и ГВС. Отопление регулируется 3-х ходовым с "умным" приводом, если температура в доме падает включаются на догрев ЭК или ГК.
ГВС теперь 2-х ступенчатая, в первой ступени температура 40-45С. Зимой греется от ТА, летом от СК.
Вторая ступень ГВС, догрев электричеством.
Лето. ТН работает на охлаждение. Н12 выключен. Греем грунтовые контура теплом от охлаждения дома и излишками от нагрева ГВС СК.

 

@awlan, спасибо за схему. По ней есть несколько замечаний.

1. Теплообменник от СК должен быть нижний.
2. гео Контуры нельзя просто запараллелить. У них разное гидравлическое сопротивление и разное назначение.
3. непонятна схема подключения ЭК и ГК. Они почему-то у вас после термосмесителя. Как они будут греть ТА?

 

В моей схеме с первичным кольцом мне не нравится то, что у меня источники тепла стоят последовательно. Если они работают по очереди, нет проблем. Но если одновременно, то получается, что в них поступает для подогрева уже нагретая в ТА и в предыдущем источнике теплоноситель.
Обычно в нагреватель поступает холодная обратка, и разница температур на входе и выходе максимальная. У меня же в нагреватели поступает уже теплая или даже горячая вода из ТА.

И еще - мне говорят, что безнапорная система с котлами быть не может, и что она опасна. Т. е. в системе обязательно нужно создавать давление.
Я на форуме видел реализации с безнапорным ТА. Они действительно "неправильные" и "опасные"?