Как устроена водяная система отопления?
Принцип функционирования водяного отопления достаточно прост. Конструкция представляет собой замкнутую систему, состоящую из нагревательного котла, трубопровода и радиаторов.
Котел разогревает теплоноситель, это может быть вода или раствор на основе одного из гликолей, который по трубам поступает в радиаторы, расположенные в отапливаемом помещении. Батареи нагреваются и отдают тепло в воздух, за счет чего нагревается уже само помещение. Остывший теплоноситель по трубам возвращается к котлу, где нагревается вновь и цикл повторяется.
Водяное отопление — замкнутая система, в которой циркулирует теплоноситель: 1 — расширительный бак; 2—автоматический блок управления; 3—вихревой генератор; 4 — циркуляционный насос; 5—бак-термос
Циркуляция теплоносителя, на которой основаны все системы водяного отопления, может осуществляться двумя способами — естественным и принудительным.
Вариант #1 — естественная или гравитационная
Процесс осуществляется за счет разных плотностей холодной и горячей воды. Нагретая жидкость становится менее плотной и, соответственно, весит меньше, поэтому стремится вверх, продвигаясь по трубам. Остывая, она уплотняется, после чего возвращается в котел.
Система с естественной циркуляцией работает за счет действия естественных сил гравитации
Главным достоинством естественной системы считается автономность, поскольку она не зависит от электричества, и предельная простота конструкции. К недостаткам относят необходимость использования большого количества труб, причем их диаметр должен быть достаточно велик, чтобы обеспечивать естественную циркуляцию. А так же отсутствие возможности использовать современные модели батарей с небольшим сечением и необходимость строгого соблюдения уклона не менее 2°.
Вариант #2 — принудительная система
Движение теплоносителя по трубам происходит за счет работы циркуляционного насоса. Образующиеся при нагреве излишки жидкости отводятся в специальный расширительный бачок, чаще всего закрытый, что предотвращает испарение воды из системы. В случае если в качестве теплоносителя выбирается раствор гликолей, расширительный бачок в обязательном порядке должен быть закрыт. Кроме этого в системе присутствует манометр, осуществляющий контроль за давлением.
Принудительная система подразумевает дополнительные расходы на расширительный бачок, манометр, насос, терморегуляторы и т.д.
Достоинства конструкции неоспоримы: малый объем теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, меньший расход труб, диаметр которых меньше, чем в предыдущем случае. Возможность регулирования температуры нагрева радиаторов, батареи могут быть любого типа с любым диаметром трубы. Основной недостаток – зависимость от подачи электричества, с помощью которого работает насос.
Более подробное сравнение этих двух вариантов можно посмотреть в этом видео:
Аварийные варианты
В каждой схеме обвязки обязательно должен быть предусмотрен контур на случай чрезвычайных ситуаций. В его задачу входит:
— защита от перепадов давления;
— защита от повышения температуры выше разрешенной;
— предотвращение образования влаги.
В его задачу как раз входит сброс избыточного давления из системы. Монтируется он на выходе из котла отдельно или в составе группы безопасности.
Его задача максимально ответственна – предотвратить перегрев как котла, так и системы в общем. Случиться перегрев может по 2м причинам:
— в котел загрузили слишком много топлива. полученное тепло превысило потребность.
— отключили электричество и насос перестал работать.
Для нормальной работы этого контура также необходима установка датчика температуры с клапаном и узла охлаждения в трубу подачи воды в котел. Как только температура теплоносителя превысит максимально разрешенную, датчик сигнализирует об этом и провоцирует открытие клапана.
После срабатывания клапана вода начинает заполнять узел охлаждения, снижая температуру основного теплоносителя.
Один из вариантов по охлаждению системы. Особенность его состоит в том, что потребуется подсоединить накопительный бак для контура ГВС.
Работать эта схема будет следующим образом: в обычном штатном режиме насос будет работать, создавая определенное давление. Оно будет препятствовать включению в работу вспомогательного контура. Но как только электричество отключат, насос прекратит работу, давление пропадет, вступит в работу запасной контур.
Итог: температура воды в системе понизится до нужного значения.
Оговоримся сразу, что эта схема подойдет для системы отопления абсолютно любого типа !
Этот смеситель поддерживает наименьшую температуру теплоносителя на входе в котел, чтобы на стенах прибора не образовывался конденсат. о чем мы говорили в самом начале статьи. Таким образом в твердотопливном котле это один из наиболее необходимых узлов!
Устанавливается смеситель на трубе обратной подачи, используя байпас.
Если температура в обратной трубе будет низкой (ниже установленного значения), то термосмеситель обеспечит приток горячей воды.
7 Как повысить эффективность системы – аккумулятор или байпас?
Для повышения эффективности систем отопления в быту используют либо тепловые аккумуляторы, либо байпасы. Первые монтируют в котельных большой площади, вторые – в небольших помещениях, где, кроме котла, стоит и другое оборудование. Тепловой аккумулятор представляет собой заполненную водой емкость, внутри которой проложены напорная и обратная линия системы отопления. Как правило, такая емкость ставится сразу за котлом. В расположенный между нагревателем и аккумулятором участок напорного и обратного трубопровода можно врезать предохранительные клапаны, расширительные бачки и циркуляционные насосы.
При этом напорная линия разогревает воду в баке, а обратная – греется от залитой в аккумулятор жидкости. Поэтому при отключенной горелке котла система может работать некоторое время только от теплового аккумулятора, что очень выгодно в случае использования в контуре твердотопливных котлов, генерирующих избыточную энергию на старте горения заложенной с топку порции дров или угля. Вместимость теплового аккумулятор определяют по пропорции 1 кВт мощности котла = 50 литрам объема бака. То есть для нагревателя мощностью 10 кВт нужен аккумулятор объемом 500 литров (0,5 м3).
При открытом вентиле часть горячего потока уходит не в напорный контур, а сразу в обратку. Благодаря этому можно снизить температуру нагрева батареи на 10 процентов, сократив объемы прокачиваемого сквозь радиатор теплоносителя на 30 %. В итоге с помощью байпаса можно отрегулировать работу радиатора и в двухконтурной, и в одноконтурной разводке. В последнем случае это особенно актуально, поскольку врезанный в первые две батареи байпас обеспечивает более сильный прогрев последнего радиатора в линии и дает возможность контролировать температуру в комнатах, хотя и не с такой эффективностью, как в случае с двухтрубной разводкой.
Системы отопления: их выбор и применяемые к ним требования
В сырую ненастную осень и в зимний холод автономное отопление в частном доме подарит его обитателям уютную комфортную теплоту. В настоящее время существует несколько вариантов устройства отопительных систем, наиболее часто применяемых в частных домах и отдельных квартирах. Выбор схемы обогрева «подчиняется» следующим правилам: правильное регулирование, экономное распределение и передача тепловой энергии по всем внутренним помещениям жилого дома.
Выбранная модель обогрева должна соответствовать следующим требованиям:
- Минимальное количество расходов на устройство обогревательной системы.
- Автоматический режим работы.
- Высокая степень износотойкости составных элементов отопительной линии.
Перечень критериев выбора систем отопления дополняет санитарно-гигиенические условия по обязательному регулированию температуры теплоносителя в нагревательных приборах.
Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве
Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.
При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.
Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.
- с одной трубой;
- двумя;
- коллекторная.
Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.
Вариант схемы с одной трубой
На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.
Вентиль на батареи
Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.
Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.
Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.
- тупиковая;
- попутная;
- коллекторная.
Варианты тупиковой и попутной схем
Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.
Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.
Схема коллекторного горизонтального отопления
Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.
Вертикальная схема
Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.
Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.
Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией
- Более равномерный прогрев всего домовладения;
- Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
- Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
- Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.
Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.
https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM
У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.
С принудительной и естественной циркуляцией
Все представленные выше схемы могут создаваться на основе отопительных котлов любого типа. Например, схема печного отопления частного дома строится на основе дровяной или угольной печи, а разводка труб может выполняться практически по любой из вышеописанных схем. Правда, во многие из них не помешало бы добавить принудительную циркуляцию. Для чего она нужна?
Главным отличием системы с принудительной циркуляцией теплоносителя от системы с естественной является циркуляционный насос.
Как мы помним, для однотрубных отопительных систем характерно уменьшение температуры теплоносителя по мере удаления от котла – часть тепла остается в радиаторах. Эти потери частично компенсируются с помощью схемы «Ленинградка», но в некоторых случаях недостаточно и этого. Для того чтобы исправить ситуацию, в отопительную систему устанавливается циркуляционный насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию теплоносителя.
Принудительная циркуляция необходима и во многих других схемах, в том числе в двухтрубных. Все дело в том, что небольшой диаметр современных полипропиленовых труб, многочисленные соединения и повороты создают гидравлическое сопротивление. Кроме того, применение принудительной вентиляции позволяет обеспечить более быстрый прогрев домовладений.
Достоинства и недостатки принудительной и естественной циркуляции
У каждой системы есть свои достоинства и недостатки:
При отапливании помещения с большим количеством радиаторов циркуляционный насос просто необходим.
- естественная циркуляция проще и дешевле – отсутствуют расходы на циркуляционные насосы;
- принудительная циркуляция позволяет улучшить работу отопления в больших зданиях – в некоторых случаях можно обойтись и естественной циркуляцией, но тогда увеличивается время прогрева системы;
- принудительная циркуляция характеризуется легким гудением – естественная циркуляция обладает полной бесшумностью.
То есть во всем есть свои преимущества и недостатки.
Схема двухтрубной отопительной системы
Согласно схеме от котла отходит одна труба, по которой горячий теплоноситель по законам физики будет подниматься. Такую трубу очень часто проводят по чердаку, где удобно выполнить скрытую разводку. Проще говоря, к каждому радиатору подводится отдельная труба. Это позволяет поддерживать одинаковую температуру в каждой батарее.
Также двухтрубная схема разводки предполагает установку отводящего трубопровода от каждого радиатора. Именно по этой трубе остывшая вода будет назад поступать в котёл. Обратка прокладывается в каждом помещении, где установлена батарея. Обычно обратную трубу отопления прячут в подполье.
Для увеличения качества работы двухтрубного водяного отопления специалисты рекомендуют устанавливать распределительный коллектор — специальное устройство, регулирующее, подачу воды к каждой батарее. Конструктивно такое приспособление напоминает трубку с несколькими боковыми отводами, которые на конце оснащаются запорными устройствами, после которых идут трубы, соединяющие, котёл с батареями. Благодаря такой системе появляется возможность контролировать и регулировать параметры температуры в каждом, отдельно взятом помещении дома.
Схемы монтажа системы отопления в частном доме
На практике применяются два вида систем – схем (или видов разводки труб), а именно:
- однотрубная;
- двухтрубная.
Каждая из них имеет свои преимущества, недостатки и используется в разных случаях.
Однотрубная система
Этот тип разводки более дешевый и простой. Система строится в виде кольца – все батареи соединяются последовательно друг с другом, и горячая вода движется от одного радиатора к другому, затем попадает снова в котел.
Как видно на рисунке, все батареи соединены последовательно, а теплоноситель проходит каждую из них.
Эта схема отопления весьма экономична в своем исполнении, ее просто монтировать и проектировать. Но в ней присутствует один существенный недостаток. Он настолько весомый, что многие отказываются от такой разводки и предпочитают более дорогую и сложную – двухтрубную. Проблема в том, что по мере продвижения теплоносителя он будет постепенно остывать. До последней батареи вода будет поступать чуть теплой. Если же увеличить мощность котла, то первый радиатор будет слишком сильно нагревать воздух. Такая неравномерность распределения тепла и заставляет отказываться от простой и дешевой однотрубной системы.
Можно попробовать выйти из сложной ситуации, увеличив количество секций последнего радиатора, но и это не всегда эффективно. Отсюда напрашивается вывод, что однотрубную разводку можно использовать в том случае, когда количество соединенных последовательно батарей составляет не более трех.
Некоторые выходят из ситуации следующим образом: подключают к котлу насос, тем самым заставляя воду двигаться в принудительном порядке. Жидкость не успевает остывать и проходит через все радиаторы, почти не теряя температуры. Но и в этом случае вас ждут некоторые неудобства:
- насос стоит денег, а значит, растут затраты на установку системы;
- увеличивается потребление электроэнергии, так как насос работает от электричества;
- если отключат электричество, то не будет давления в системе, а значит, не будет и тепла.
Вывод. Однотрубная система эффективна лишь для маленьких домиков с 1-2 комнатами, где используется небольшое количество радиаторов. Несмотря на свою простоту и надежность, она не оправдывает себя в загородных домах, где нужно устанавливать более трех радиаторов на всю жилую площадь.
Двухтрубная система
Горячая вода подается по одному трубопроводу, а остывшая – по другому. Таким образом обеспечивается равномерное распределение тепла по всем батареям.
Такая разводка отопления в частном доме будет намного эффективнее и лучше однотрубной. Хотя она и дороже в исполнении, и сложнее в монтаже, но позволяет равномерно распределять тепло по всем батареям, что поможет создать комфортные условия. В отличие от однотрубной, в этой разводке труба с горячей водой подводится под каждый радиатор, а остывшая жидкость спускается по обратной линии в котел. Так как теплоноситель подается сразу на все батареи, то и последние нагреваются одинаково.
Эта система не намного сложнее первой, придется покупать большее количество материалов, так как подводить трубы придется к каждому радиатору.
Двухтрубная система может работать по двум схемам:
- коллекторной;
- лучевой.
Лучевой вариант разводки более старый. В этом варианте подающая труба устанавливается в верхней точке дома, после чего делается разводка труб на каждую батарею. Благодаря такой конструкции схема и получила название – лучевая.
Первая схема работает следующим образом: на чердаке необходимо установить коллектор (специальное устройство, состоящее из множества труб), который распределяет теплоноситель по трубам отопления. В этом же месте нужно установить запорную арматуру, которая будет отсекать контуры. Такая конструкция достаточно удобная, она облегчает ремонт всей линии и даже отдельного радиатора. Схема хотя и надежна, но у нее есть один существенный недостаток – сложный монтаж с большим количеством материалов (запорные арматуры, трубы, датчики, устройства контроля). Коллекторная схема разводки труб отопления схожа с лучевой, но более сложная и эффективная.
В отличие от однотрубной системы, двухтрубная не нуждается в дополнительной принудительной циркуляции теплоносителя. Она и без насоса показывает высокую эффективность.
Какую систему отопления выбрать?
Однотрубную схему даже не стоит рассматривать при проживании в современном мегаполисе, где практически не осталось зданий с проблемами энергоносителей. Экономия денег также не должна быть причиной выбора устаревших технологий проектирования систем отопления. Такой вариант подойдет лишь в далеких от города конструкциях, например, на даче (не современной).
Лучшая разводка в доме — это двухтрубная лучевая. Высокая стоимость установки такой системы более чем оправдана. Надежность и поддержание оптимального уровня тепла в помещении превыше всего.
Стоит также отметить, что перед установкой подогрева пола, необходимо провести расчет и сбалансировать уровень притока тепла и его потерь из-за специфики здания. Таким образом, можно выяснить, хватит ли стандартного обогрева или необходимо дополнительно установить радиаторы.
Читайте так же:
Виды трубной системы
В схеме отопительной системы принципиальное значение имеет взаиморасположение входа подачи теплоносителя и выхода «обратки». Это зависит от направления теплоносителя и от типа трубной системы.
Однотрубная система
Это упрощенный вариант обустройства отопления в коттедже. Данный вариант довольно экономичен, так как требует для разводки меньше труб и выполняется с меньшими трудозатратами на монтажные работы. Система представляет собой цепь радиаторов, соединенных одной трубой. Теплоноситель, нагретый в котле, поступает поочередно в каждый радиатор, перетекая из одного в другой. То есть «обратка» из одой батареи становится подачей для следующей, и т. д.
Однотрубная схема подключения радиаторов отопления в частном доме имеет один существенный недостаток – при ней радиаторы нагреваются неравномерно. Самым горячим всегда будет первый радиатор, а дальше от батареи к батарее температура будет постепенно снижаться. Следовательно, поддерживать одинаковую температуру во всех помещениях имея однотрубное отопление невозможно.
Схема однотрубного отопления двухэтажного коттеджаИсточник utepleniedoma.com
При определенных особенностях планировки однотрубная система может быть вполне подходящей. Так, если в небольшом доме цепь радиаторов будет начинаться с жилых комнат и заканчиваться техническими помещениями, этот вариант может оказаться оптимальной. Но в просторных коттеджах лучше устанавливать двухтрубное отопление.
Двухтрубная система
Более дорогостоящий в обустройстве, но простой и удобный в эксплуатации вариант. В этой системе функционируют одновременно две линии труб. Первая подает горячую воду к каждой батарее. То есть идет одна труба с заходом в каждый радиатор. Теплоноситель, прежде чем попасть в радиатор, независимо от его расположения в цепи, не заходит в соседние радиаторы, а идет напрямую. Вторая труба собирает обратку из всех радиаторов и доставляет ее в коллектор нагрева.
Преимущества донного типа разводки в том, что во всех точках теплообмена достигается практически одна температура. Такая система лучше поддается регулировке и обеспечивает равномерный обогрев всего здания.
Схема двухтрубного отопления коттеджаИсточник ro.decorexpro.com
Лучевая (коллекторная) система
Коллекторная схема это вариант двухтрубного подключения, но с более сложной разводкой. Применяется в тех случаях, когда нужно скрыть трубы, например под напольным покрытием. В этом случае обустраивается два коллектора – под подачу и под обратку, и от каждого радиатора тянется одна труба в первый коллектор, и еще одна во второй.
В некоторых схемах подключения применяются два вида системы. Весь дом может отапливаться по двухтрубному принципу, но для отдельного участка, например веранды или большой гостиной применена связка нескольких радиаторов по однотрубному принципу. При разработке двухтрубной схемы подключения батарей отопления в частном доме главное не запутаться в коллекторах подачи и обратки.
Лучевая (коллекторная) схема отопленияИсточник firmacz.ru
