Варианты однотрубного отопления частного дома
Ниже показана простейшая схема с нижним подключением радиаторов.
Типовая однотрубная теплосистема частного дома.
Система относится к открытому типу – ее расширительный бачок 3 связан с атмосферой. Патрубок переливной 2 служит для выхода воздуха и слива воды при первичном заполнении схемы. Выше показана однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией, которую обеспечивает циркуляционный насос 4, установленный на «обратке» перед котлом. Это обусловлено тем, что температура жидкости в «обратке» ниже, чем в «подаче», а работа насоса при более низкой температуре перекачиваемого теплоносителя просто увеличивает его срок службы.
Предусмотрен подвод сетевой воды через фильтр 12 и вентиль подпитки 11 (через них производится и первичное заполнение системы). Сливают воду (для ремонта и по завершении отопительного сезона) через вентиль 5 и канализационный слив 10 при закрытом вентиле 11.
Применено нижнее подключение радиаторов 7, т.е. к трубам присоединены только их нижние коллекторы, а выходы верхних заглушены. В байпасы установлены устройства (обозначены на схеме литерой «а») для регулирования расхода (игольчатые вентили), но возможна и более простая схема без них. Она показана ниже и называется «ленинградской».
Схема «ленинградской» однотрубной системы отопления с принудительной циркуляцией.
В ней замыкающие участки 14 являются байпасами в чистом виде без запорной или регулировочной арматуры с диаметром меньше основного трубопроповода. При этом часть потока через батареи увеличивается, но и остывает он быстрее, поскольку в общий поток по ходу его течения подмешивается больше остывшей воды. В частных домах на это идут, чтобы снизить общий ее расход (и соответственно потребление электроэнергии насосом 4 на принудительную циркуляцию), а также поднять теплоотдачу батарей, хотя прогреваются они весьма неравномерно.
Возможен вариант диагонального подключения отопительных приборов, как показано на схеме ниже.
Однотрубная система с диагональным подключением радиаторов.
Здесь неравномерность прогрева батарей в цепочке сохраняется (и даже становится выше), но теплоотдача каждой из них повышается на несколько процентов за счет интенсивного обтекания их водой при одновременном наличии принудительной и естественной циркуляции. Ведь температура ее на входе в верхний коллектор на несколько градусов выше, чем на выходе из нижнего, за счет охлаждения в самом приборе. Поэтому возникают условия для естественной циркуляции воды через батареи (как в соответствующих системах без насосов). Замкнуться этому потоку не даст давление в байпасе 14, но подниматься вверх до вентилей 13 он будет довольно интенсивно.
Отопление с естественной циркуляцией
Пример однотрубной системы с естественной циркуляцией
Системы с естественной циркуляцией или как их еще называют самотечные применяются довольно давно. Из самого названия мы понимаем, что работают они без помощи специальных приборов (насосов), а их работа происходит в силу природных физических закономерностей.
Все мы наверное помним еще из школьных уроков физики, что нагретая жидкость или газ всегда движутся вверх. Как раз этот принцип и лежит в основе такого отопления. Нагреваясь в котле, вода начинает свое движение вверх по трубам. Достигнув самого дальнего отопительного прибора, начинает спускаться вниз обратно к котлу, где снова нагревается и циркулирует вверх. При монтаже системы с самоциркуляцией обязательно создается уклон на участке обратного хода воды. А на подаче теплоносителя, в самой высшей точке системы требуется установить расширительный бачок, который будет осуществлять функцию буфера, компенсирующего увеличение объема жидкости.
Преимущества самотечного отопления
Как уже было замечено, самотечные системы водяного отопления дома используются довольно давно и успели себя зарекомендовать, так как обладают определенными преимуществами:
- Дешевизна. Ведь данная система не требует установки дополнительного оборудования.
- Простота монтажа и ремонта (возможно даже собственноручно выстроить систему отопления в собственном доме).
- Работа в отсутствии электричества. Какое-то время, пока температура котла не опустилась ниже 50 градусов, жидкость будет продолжать циркулировать по системе.
- Практически полная бесшумность работы, опять таки в силу отсутствия насоса.
Недостатки самотечного отопления
Но при всех вышеперечисленных преимуществах у отопительных систем с самоциркуляцией есть немало минусов, которые делают нецелесообразным использование данного способа обогрева дома на сегодняшний день.
- Невозможность использовать такой вид систем для больших помещений. Уже даже для двухэтажного частного дома будет затруднена циркуляция воды.
- Разница температур в приборах отопления. Чем дальше от котла находится помещение, тем холоднее там будет. Причем разница порой может быть существенной — до 5 градусов.
- Затруднена регуляция нагрева. Во-первых, система начнет работать только при нагреве котла до 50 градусов, соответственно, вы не сможете сделать мощность отопления в доме ниже этой отметки. Во-вторых, даже при установке теплорегуляторов погрешность температуры будет составлять от 3 до 5 градусов, что является довольно существенным.
Зачем нужен циркуляционный насос
Отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя были популярны довольно давно, однако и сегодня их можно встретить в отдельных домах – здесь не присутствует повысительный насос для отопления. В такой системе теплоноситель перемещается благодаря элементарным законам физики. В основе циркуляции – разная плотность и масса горячего и холодного теплоносителя. Помимо этого, небольшой уклон труб системы также способствует перемещению.
Однако даже небольшие погрешности, допущенные при монтаже системы, могут привести к тому, что качество обогрева помещений будет существенно ниже. Чтобы подобного не случилось, систему и дополняют циркуляционным насосом. Электронасос для отопления дома с легкостью устраняет все недостатки системы с естественной циркуляцией теплоносителя. А именно:
- для системы не требуется уклон труб, который считается необходимым при самопроизвольном перемещении теплоносителя;
- не выдвигаются жесткие правила к сечению труб – они могут иметь меньший диаметр;
- в системе из-за разницы температур не создаются пробки, препятствующие циркуляции теплоносителя;
- прогрев помещения происходит более равномерно, поскольку теплоноситель движется по трубам с определенной, всегда одинаковой скоростью;
- разница температур на входе и выходе минимальная – проточные насосы отопления позволяют экономить некоторое количество топлива.
Стабильная температура теплоносителя в системе позволяет экономить не только топливо, но и значительно продляет работоспособность отопительного котла. Ведь при таких условиях насос для подкачки системы отопления всегда работает с определенной мощностью – нет условий для перегрева элемента.
В частности, в такой системе позволяется использование регуляторов температуры. Расположенные на каждом радиаторе, они позволяют корректировать уровень его прогрева. Таким образом – вы сами можете подбирать, какая именно температура будет вам наиболее комфортна. Кроме того, использование подобных регуляторов несколько снижает уровень прогрева воды, что ведет к экономии топлива.
Кроме того, циркуляционный подкачивающий насос для отопления позволяет за счет активного перемещения теплоносителя сохранить стабильную и комфортную температуру в помещениях даже в том случае, если работа котла временно остановлена. Дополнительными преимуществами системы с циркуляционным насосом является еще и то, что в ней может быть использовано меньшее, чем в системе с естественной циркуляцией, количество теплоносителя.
Кроме того, отдельные модели насосов сделаны таким образом, что даже в неотопительный сезон насос для подпитки системы отопления включается раз в день для того, чтоб прогнать теплоноситель по трубам. Это способствует сохранению нормальной работоспособности системы. Однако, возможно, понадобится дополнительный насос в системе отопления. В частности, это может быть насос для заполнения системы отопления – специальное приспособление, которое требуется для заполнения воды. Воздушные тепловые насосы для отопления составляют отдельную категорию систем отопления, использующихся в современности.
В наше время высоких технологий в сфере отопительного оборудования постоянно внедряются новые технические решения, направленные на повышение эффективности работы, безопасности и комфорта при эксплуатации оборудования. Результат одного из подобных внедрений — электрокотел с насосом, встроенным расширительным баком и контуром для обеспечения ГВС. По сути, в рамках одного высокотехнологичного изделия собрана целая микрокотельная.
2.1. Двухтрубные системы отопления с верхней разводкой
Вода из котла поднимается вверх по подающему трубопроводу и далее поступает по стоякам и подводкам в отопительные приборы (рис. 3-5). Горизонтальные магистрали прокладываются с уклоном. От отопительных приборов вода по обратным подводкам и стоякам поступает в обратный трубопровод и из него в котел.
Рис. 3. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды
Рис. 4. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды: 1 – котел; 2 – главный стояк; 3 – подающая магистраль; 4 – горячие стояки; 5 – обратные стояки; 6 – обратная магистраль; 7 – расширительный бак
Каждый отопительный прибор данной системы отопления (рис. 4) обслуживается двумя трубопроводами – подающим и обратным, поэтому такая система называется двухтрубной. Подпитку воды в систему осуществляют от водопровода, а если его нет, то воду заливают вручную через отверстие расширительного бака. Подпитку отопительной системы из водопровода лучше делать в обратную магистраль, так как холодная вода из водопровода будет смешиваться с относительно горячей водой обратной магистрали и повышать ее плотность, увеличивая циркуляционный напор на время подпитки.
Системы отопления с естественной циркуляцией делают одно- и двухконтурными (рис. 5). В одноконтурных системах котел устанавливают в начале контура, а трубную разводку делают справа или слева от него, опоясывая по периметру весь дом или квартиру, при этом длина кольца по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше до 20 м). Чем длиннее кольцо, тем больше в нем гидравлические сопротивления (силы трения внутри трубы). В двухконтурных системах котел размещают в центре, а трубную разводку (контуры колец) – в обе стороны от котла, общая длина труб по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше – до 20 м). Чтобы получить гидравлически сбалансированную систему, длины колец двухконтурной системы и количество секций радиаторов надо делать примерно одинаковыми.
В зависимости от направления движения теплоносителя в магистральных трубопроводах системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды.
Рис. 5. Схема двухтрубной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя
В тупиковых системах отопления движение горячей воды в подающей магистрали противоположно движению остывшей воды в обратной магистрали. В этой схеме длина циркуляционных колец неодинакова, чем дальше от котла расположен отопительный прибор, тем больше протяженность циркуляционного кольца.
В тупиковых системах добиться одинаковых сопротивлений в коротких и более отдаленных циркуляционных кольцах трудно, поэтому отопительные приборы, близко расположенные к главному стояку, будут прогреваться гораздо лучше, чем удаленные от него. А при малой тепловой нагрузке ближайших к главному стояку циркуляционных колец их гидравлическая увязка становится еще сложнее.
В системах отопления с попутным движением воды все циркуляционные кольца имеют длину протяженность, поэтому стояки и отопительные приборы работают в одинаковых условиях. В таких системах независимо от расположения отопительного прибора по горизонтали в отношении главного стояка их прогрев будет одинаковым. Однако системы отопления с попутным движением воды применяют ограниченно, так как часто при проектировании реальных отопительных систем, учитывающих планировку дома, оказывается, что при монтаже потребуется большее количество труб, чем для тупиковых систем. Поэтому такие системы используют в тех случаях, когда в тупиковой системе невозможна увязка циркуляционных колец между собой.
Чтобы расширить применение тупиковых систем, сокращают протяженность магистралей и вместо одного контура большой длины делают два коротких контура или несколько. В таких случаях обеспечивается лучшая горизонтальная регулировка системы. Балансировку (гидравлическую увязку) отопительных колец контура начинают еще на стадии проектирования системы отопления. Чтобы она работала равномерно, все кольца контура должны иметь примерно одинаковые гидравлические сопротивления, то есть кольцо, расположенное близко к главному стояку, должно иметь почти такое же сопротивление, как и кольцо, удаленное от главного стояка, а сумма гидравлических сопротивлений всех колец не должна превышать величины циркуляционного напора. Иначе циркуляции теплоносителя в системе может не быть.
Выбор труб
Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:
- диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
- диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
- диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.
В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2 нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.
Трубы для отопления
Отдельно следует рассмотреть вопрос о разновидностях труб, используемых для отопления частных домов. У каждого материала определенно есть свои как положительные, так и отрицательные стороны. Давайте разберемся, какой из вариантов является наиболее оптимальным.
Отопление металлическими трубами
К металлическим относят стальные и медные трубы.
Проводка водяного отопления дома из стали обойдется вам сравнительно недорого (и это основной плюс данного материала). Металл этот довольно универсален, подходит как для парового так и для водяного отопления. Выдерживает большое давление. Главным недостатком стальных труб является то, что они быстро поддаются коррозии. Это отражается не столько на качестве отопления, сколько на внешнем виде вашего дома — ржавые трубы не самое лучшее украшение интерьера.
Медные трубы имеют больше преимуществ: они крайне долговечны, хорошо держат температуру, не поддаются коррозии. Еще одним преимуществом медных труб является гладкость их внутренней поверхности, что обеспечивает высокую скорость передвижения жидкости по системе отопления. Самый главный минус меди — ее высокая цена.
Стоит заметить, что как стальные, так и медные трубы подходят только для открытых систем отопления и их нельзя монтировать в стены или полы. Поэтому, как мы видим, и у их универсальности есть предел.
Отопление дома полипропиленовыми трубами
Главным преимуществом полипропиленовых труб является их устойчивость к внешним факторам среды: коррозии, процессам гниения, воздействию бактерий и химических соединений.
Также одним из больших плюсов данного материала является его легкость. Отсюда вытекают другие плюсы: такие трубы проще монтировать, они подходят как для использования на опорной, так и на межкомнатной стене.
Отопление из полипропилена позволяет экономить расход топлива (газа или электричества), используемого для нагрева котла за счет низкого коэффициента трения, так как теплоноситель легко проходит по системе обогрева. Но разница несущественная.
Кроме того, полипропиленовые трубы довольно пластичны, имеют разные модификации с множеством стыков, а также дополнены огромным выбором различных комплектующих, что позволяет осуществить монтаж сложных систем отопления.
И, наконец, отопление полипропиленовыми трубами можно делать как в открытых, так и в закрытых системах, когда все трубы будут спрятаны в пол или стены.
При всех видимых плюсах есть у этих труб и минусы. Во-первых, при довольно высокой устойчивости к химическим воздействиям, такие трубы легко поддаются воздействию механическому (разрезать ее можно обычным кухонным ножом). Во-вторых, не для всех видов отопительных систем подходит полипропилен. Его категорически нельзя использовать в сочетании с парогенератором, но для рассматриваемого нами водяного отопления они отлично подходят. Так же водяное отопление полипропиленом подразумевает наличие большого количества стыков, что сильно влияет на надежность системы
Отопление металлопластиковыми трубами
Если говорить о достоинствах металлопластиковых труб, то можно выделить те же самые плюсы, что и у полипропиленовых собратьев. Но отдельно стоит выделить то, что они способны держать более высокую температуру. А также, и это является их главной отличительной чертой, металлопластик отлично гнется. При этом вы можете не боятся за его повреждение. И этот факт делает данный вид труб идеальным вариантом для системы «теплый пол».
Из недостатков — более высокая цена в сравнении с полипропиленовыми аналогами.
Подключение обогреваемого пола к естественно циркулирующему отоплению
- Монтаж такой схемы требует дополнительных затрат, чтобы обустроить безопасное использование комбинированного отопления. В некоторых случаях вода закипает, происходит разрушение труб, котла, приводящие к взрывам.
- Идеальное решение обустройства подогреваемого пола в доме – устройство системы, работающей в штатном режиме при отключении электричества.
- Для работы радиаторного отопления делают от котла трубопровод с уклоном, чтобы циркулировала вода, а для водяного пола требуется насос, перекачивающий теплоноситель.
- Здесь возникает опасность: при отключении электричества вода в котле греется, а насос не циркулирует – происходит авария. Чтобы такой ситуации не возникло, дополнительно устанавливают обратный клапан, открывающийся при отключении насоса.
Коллекторный шкаф
- Для снижения температуры воды на контур теплого пола устанавливают термостатический клапан, перекрывающий поток воды при повышении установленных параметров. Еще устанавливают клапаны обезвоздушивания. Все это монтируют в распределительный шкаф.
- Для слаженной одновременной работы систем отопления (теплый пол, радиаторы) используют две разные подсистемы с установкой коллекторов. Это дает возможность четче регулировать поток в каждом контуре. С помощью трехходового смесительного клапана контролируется температура отдельно в радиаторах и теплом полу. Благодаря автоматике клапана температура воды соответствует потребностям каждой из систем.
Плюсы и минусы двухтрубных разводок
Для удобства восприятия мы объединили достоинства и недостатки всех вышеописанных систем в один раздел. Вначале перечислим ключевые положительные моменты:
- Единственное преимущество самотека перед другими схемами – независимость от электричества. Условие: нужно подобрать энергонезависимый котел и произвести обвязку без подключения к домовой электросети.
- Плечевая (тупиковая) система – достойная альтернатива «ленинградке» и прочим однотрубным разводкам. Главные достоинства – универсальность и простота, благодаря которой двухтрубная отопительная схема дома 100—200 м² без проблем монтируется своими руками.
- Основные козыри петли Тихельмана – гидравлическое равновесие и способность обеспечивать теплоносителем большое число радиаторов.
- Коллекторная разводка – лучшее решение для скрытой прокладки труб и полной автоматизации работы отопления.
Лучший способ спрятать трубы — заложить их под стяжку пола
- небольшие сечения раздающих труб;
- гибкость с точки зрения прокладки, то есть, линии могут проходить по различным маршрутам – в полах, вдоль и внутри стен, под перекрытием;
- для монтажа подойдут различные пластиковые либо металлические трубы: полипропилен, сшитый полиэтилен, металлопластик, медь и гофрированная нержавейка;
- все 2-трубные сети хорошо поддаются балансировке и тепловому регулированию.
Чтобы запрятать трубные подводки, нужно прорезать борозды в стене
Отметим второстепенный плюс самотечной разводки – простота заполнения и удаления воздуха без применения клапанов и кранов (хотя с ними развоздушивать систему проще). Вода медленно подается через штуцер в нижней точке, воздух постепенно вытесняется из трубопроводов в расширительный бак открытого типа.
Теперь о значимых недостатках:
- Схема с естественным движением воды громоздкая и дорогая. Понадобятся трубы с внутренним диаметром 25…50 мм, монтируемые с большим уклоном, в идеале – стальные. Скрытая прокладка сильно затруднена – большинство элементов окажется на виду.
- В монтаже и эксплуатации тупиковых ветвей существенных минусов не обнаружено. Если плечи сильно отличаются по длине и числу батарей, равновесие восстанавливается путем глубокой балансировки.
- Магистрали кольцевой разводки Тихельмана всегда пересекают дверные проемы. Приходится делать обходные петли, где впоследствии может скапливаться воздух.
На плане дома видно, что попутная водяная система пересекает 2 дверных проема
- Разводка лучевого типа требует финансовых затрат на оборудование – коллекторы с клапанами и ротаметрами плюс средства автоматизации. Альтернатива – сборка гребенки из полипропилена либо бронзовых тройников своими руками.
