Система отопления: что это такое?

Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодный период времени, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения.

Отопление — искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь и поддержания в них заданного температурного режима.

Система отопления (далее СО) – это совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла в помещения, с целью поддержания в них заданного значения температуры внутреннего воздуха.

Основными элементами системы отопления являются:

1. источник тепла (котел или тепловая станция);

В зависимости от взаимного расположения источника и потребителя тепла СО подразделяются на:

• местные (источник тепла располагается непосредственно в отапливаемом помещении, либо в непосредственной близости от него; расстояние от источника тепла до дальнего отопительного прибора составляет не более нескольких десятков метров);
• центральные (источник тепла находится за пределами отапливаемых помещений, а передача тепла от источника к потребителю происходит при помощи теплопроводов тепловых сетей).

В зависимости от вида теплоносителя различают следующие типы системы отопления:

Недостатки систем газового отопления:

Использование в качестве теплоносителя высокотемпературных продуктов сгорания топлива ограничено отопительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками, что обусловлено ухудшением состояния воздушной среды при непосредственном попадании газов в помещение. Удаление продуктов сгорания наружу по каналам усложняет систему и понижает ее КПД.

При использовании в качестве теплоносителя пара появляется возможность быстрого нагревания помещений, т.к. пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью.

Недостатки систем парового отопления:

• пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям (при постоянно высокой температуре — 100 о С и более — на поверхности теплопроводов и отопительных приборов происходит разложение оседающей органической пыли;
• невозможно качественное регулирование температуры пара;
• обладает повышенным уровнем шума (особенно при возобновлении работы после перерывов).

Вследствие этих недостатков, система парового отопления не допускается к применению в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление допускается применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства).

Таким образом, при строительстве загородного дома целесообразно рассматривать водяное или воздушное отопление.

Достоинства водяных систем отопления

Вода представляет собой практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления обеспечивает:

1. равномерную температуру воздуха;
2. возможность качественного регулирования при ограничении температуры поверхности отопительных приборов;
3. значительный срок службы;
4. бесшумность действия;
5. простоту обслуживания и ремонта.

Достоинства воздушных систем отопления

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малой теплоемкостью, плотностью и вязкостью. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение и равномерность температуры воздуха в помещениях, совмещать отопление с вентиляцией воздуха, а также избежать установки отопительных приборов.

По способу создания циркуляции теплоносителя в водяных и воздушных системах отопления различают системы:

• с естественной циркуляцией (гравитационные);
• с вынужденной циркуляцией (насосные).

Отопление своими руками, Схема отопления

on 24 Ноябрь 2012.

Системы водяного отопления по своим конструктивным особенностям подразделяются на несколько разновидностей:

• с вертикальными и горизонтальными стояками;
• с тупиковой схемой и с попутным движением воды (в зависимости от того, как проложена магистраль);
• с верхней и нижней подводкой (в зависимости от места прохождения стояка с горячей водой);
• однотрубные и двухтрубные (в зависимости от того, как присоединяются нагревательные устройства).

Основные элементы системы отопления

Система отопления, работающая в автономном режиме, состоит из множества элементов. Чтобы ясно представлять, как работает вся система, необходимо знать назначение и принцип действия входящих в нее устройств.

Котел

Это основной элемент любой системы отопления. Именно в котле происходит процесс сгорания топлива, здесь тепло, выделяющееся при этом, передается теплоносителю (воде или антифризу).
В настоящее время выпускается 2 вида котлов, различающихся по своим функциональным особенностям: одно- и двухконтурные котлы.

Одноконтурные котлы выполняют только одну функцию — отопление. Двухконтурный котел используется для отопления помещения, а также для нагрева воды. Считается, что одноконтурный котел более надежен и удобен в применении: если он сломается, в накопителе все равно останется запас горячей воды. В случае если из строя выйдет двухконтурный котел, дом останется без тепла и без горячей воды. Однако среди владельцев дачных домов большей популярностью пользуются двухконтурные системы.

В одноконтурной системе вода нагревается в котле и движется по трубам к радиаторам, затем снова возвращается в котел. В двухконтурные котлы вмонтированы специальные приборы, которые нагревают воду для бытовых целей. Вместе с двухконтуриыми котлами продаются накопители, так называемые бойлеры.

В зависимости от того, где установлены котлы, они бывают напольными или настенными. Положение на рынке настенных котлов в последнее время изменилось в их пользу. Не подлежит сомнению, что подвесные котлы, в которых используются, как правило, атмосферные газовые горелки, гораздо лучше приспособлены к. колебаниям давления газа в магистральных трубопроводах (напольные котлы в таких ситуациях достаточно быстро выходят из строя).

Горелка

Теплогенераторы, работающие па газовом топливе, подразделяются по типу применяемых горелок. Они бывают вентиляторными и атмосферными.

Котлы, оснащенные вентиляторными горелками, работают без перебоев при пониженном давлении, однако отличаются одним существенным недостатком они очень шумные.

Котлы с атмосферными горелками, наоборот, работают бесшумно, однако могут работать только в том случае, если давление газа не ниже 150 мм вод, ст. Если давление снижается, котел начинает работать примерно на 80% мощности, в результате горелка прогорает.

С вентиляторными горелками этого не случается, поэтому лучше выбрать именно их.

Воздушный клапан

Воздушный клапан предусмотрен для выведения воздуха из системы. Сначала систему заполняют жидкостью до тех пор, пока в ней не останется воздуха, Однако в процессе нагрева могут появиться воздушные пузырьки, которые образуют воздушные пробки и препятствуют прохождению воды по батареям и трубам, Именно для этого и нужен воздушный клапан — он автоматически выводит появившуюся воздушную пробку

Расширительный бачок

Система водяного отопления имеет определенную вместимость, Внутреннее гидравлическое давление в замкнутой системе, заполненной водой, при повышении температуры также увеличивается, что может привести к аварии, поскольку данное повышение давления может превзойти предел прочности отдельных элементов системы.

Для того чтобы предотвратить подобное осложнение, в систему водяного отопления вводится расширительный бачок, Помимо этого, он выполняет еще несколько функций:

• восполнение убыли объема воды в системе при понижении ее температуры и незначительной утечке;
• удаление из бачка открытого типа избытка воды в водосток;
• сбор воздуха, выделяющегося из воды при ее нагревании в теплогенераторе.

Расширительные бачки бывают двух типов: открытого и закрытого.

Первый представляет собой емкость, дно которой соединено с отопительной системой; уровень воды в бачке зависит от объема жидкости в системе.

Второй — это герметичная металлическая емкость, разделенная внутри мембраной из термостойкой резины на воздушную и жидкостную камеры.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос используется для движения теплоносителя в системе с принудительной циркуляцией. Он представляет собой чугунный корпус, в котором находится ротор с закрепленной на нем крыльчаткой, Их вращением горячая вода продвигается по отопительной системе.

Бойлер

Для подогрева горячей воды в системах автономного водоснабжения используются бойлеры, то есть аккумулирующие баки, в которых нагревание происходит за счет теплообмена между теплоносителем и холодной водой, поступающей в бойлер из системы водоснабжения.

Накопительные бойлеры имеют различные объемы аккумулирующего бака горячей воды 100-1000 л.

Трубы

Трубы, используемые для систем отопления, бывают 3 видов:

Наиболее популярны трубы последнего вида, они сравнительно недороги и удобны и монтаже. Медные трубы очень красивы, не ржавеют, но дороги и очень сложны в монтаже. Что касается стальных труб, то они всем известны, поскольку установлены в большинстве городских квартир.

Радиаторы

Радиаторы бывают 4 видов:

Для установки в дачном доме целесообразнее всего использовать стальные радиаторы. Их достоинства: высокая теплоотдача, оптимальное соотношение цены и качества, небольшое водосодержание.

Недостатки: не выносят слива теплоносителя, открытых систем отопления, неустойчивы к диффузии кислорода.

Антифриз

Если зимой вы в доме не живете и система отопления выключена, вода, замерзая, может разорвать как трубы, так и сам котел. Именно для итого в качестве теплоносителя следует использовать антифриз.

Однако при применении следует знать его существенные отличия от воды, как то: пониженная теплоемкость, повышенная вязкость, образование слоя нагара. Помимо этого, следует иметь в виду, что антифриз нельзя использовать в оцинкованных трубах.

На рынке строительных материалов появились в продаже импортные нетоксичные пропиленгликолевые антифризы. В свою очередь, российские производители также стали выпускать антифризы на основе экологически чистых веществ Поэтому, прежде чем заливать что-то в систему, обязательно посоветуйтесь со специалистом.

Терморегуляторы

Для автоматического поддержания нужной температуры отопительные приборы снабжены терморегуляторами, которые состоят ил 2 частей: регулирующего крана и термоголовки. Нужную температуру воздуха можно установить поворотом термоголовки. 13 ней же присутствует состав, который расширяется при повышении температуры и механически воздействует па регулирующий крап.

С помощью терморегуляторов можно в разных комнатах поддерживать разную температуру.

Системы водяного отопления – принцип работы

Среди жизнеобеспечивающих инженерных систем современных жилых и производственных зданий системы водяного отопления занимают особое положение. Они отличаются по конструктивным особенностям их исполнения, архитектурно-строительным требованиям размещения и эксплуатации, технологическим признакам. Кроме этого, они должны отвечать и определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Все вместе они формируют конкретные, специфические требования к устройству, эксплуатации и содержанию отопительных систем и устройств.

Системы водяного отопления – классификация

Системы водяного отопления современных зданий классифицируют по следующим признакам.

1. По институциональным признакам:

• по назначению: для гражданских объектов (жилых и общественных зданий); производственных (промышленных, сельскохозяйственных); специального назначения (транспортных средств, военных и др. объектов);
• по формам собственности: государственная, коллективная, частная;
• по способу обслуживания: коммунальное обслуживание, самообслуживание, смешанное обслуживание.

2. По технологическим требованиям:

• соответствие требованиям термодинамики;
• нормам надежности и безопасности устройства и функционирования.

3. По требованиям архитектурно-строительных норм, правил и
стандартов:

• по методам тепловых и гидравлических расчетов;
• по конструктивным признакам: по способу циркуляции теплоносителя (естественная и принудительная циркуляция); по месту размещения разводки (верхняя и нижняя разводящая магистраль); по способу подводки разводки к отопительным стоякам (с тупиковым или с попутным движением воды, коллекторные); по конструктивным особенностям стояков и схеме монтажа к ним отопительных приборов (однотрубные и двухтрубные системы, вертикальные, горизонтальные); по типу используемых трубопроводов (металлические, неметаллические); по виду теплоносителей (вода, антифризы);
• по мощности и типу теплогенераторов и источников теплоты, способу присоединения: местные теплогенераторы на углеродном топливе и электричестве (котлы квартирные, домовые, крышные, блочные) мощностью до 3,0 МВт; централизованные источники теплоты (подающие ее в системы отопления от АЭС, ТЭЦ, КЭС, РТС, КТС через тепловые сети и местные или центральные тепловые пункты) мощностью свыше 3,0 МВт; теплогенераторы на нетрадиционных (возобновляемых) источниках теплоты; по гидравлической связи с централизованным источником теплоты (непосредственное присоединение, гидравлически изолированное); по способу присоединения систем отопления в тепловом пункте (4 варианта основных схем);
• по способу автоматизации и учета потребленной теплоты
• по определенным санитарно-гигиеническим требованиям.

Основные элементы и технологические особенности водяных систем отопления

Главной принципиальной технологической особенностью водяных систем отопления, в отличие от однопоточных (однотрубных) систем водопровода, газоснабжения и водоотведения, является то, что в соответствии с законами термодинамики системы водяного отопления могут быть циркуляционными, двухпоточными, двухтрубными.

К основным элементам системы отопления относятся: теплогенератор (котел отопления), теплоноситель (вода или антифриз), подающие и обратные магистрали трубопроводов, циркуляционный насос (если система с принудительной циркуляцией теплоносителя), группа безопасности, расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Системы отопления – принцип работы

Принцип работы системы отопления сводится к тому, что нагретый в теплогенераторе (отопительном котле) теплоноситель насосом подается к отопительным приборам здания по подающим трубопроводам с температурой t₁ ºС. В топительных приборах происходит отдача теплоты и охлаждение теплоносителя, и соответственно понижение его температурного потенциала (теплосодержание). Охлажденный до температуры t2, °C, он поступает в обратные трубопроводы, по которым снова возвращается в исходное положение – в теплогенератор для последующего нагрева.

Таким образом, в системах отопления постоянно совершаются тепловые циклы – круговорот теплоносителя в количестве G, кг/ч, и выполняется полезная работа системы по отоплению помещения на температурном перепаде t1 – t2, °C, теплотой в количестве Q, Дж/ч.

Как известно, каждый теплоноситель обладает своей теплоемкостью с, Дж/(кг -°С). Вода имеет теплоемкость с = 4,19 кДж/(кг -°С), это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1 °С необходимо затратить 4,19 кДж теплоты . Зная величины G, t1, t2, с, можно определить количество теплоты Qnp, отданное теплоносителем в приборах отопления обогреваемых помещение за один час или за какой-то период времени z, ч, по формулам:

Qпр = G -с (t1 – t2), Дж/ч (1)
Qпр = G -с (t1 -t2) -z, Дж. (2)

При этом, для поддержания постоянной температуры воздуха внутри помещения t_помп = Const, это количество теплоты Q_пр должно соответствовать потерям теплоты помещением (зданием) – Q_пом, равной сумме тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции помещения (наружные стены, двери и окна, полы и потолки), называемые трансмиссионными – Q_трансм, и расходам теплоты на подогрев поступающего наружного вентиляционного воздуха – Q_вент, а в производственных зданиях, кроме этого, и на нагрев технологических материалов и изделий – Q_техн, ввозимых с улицы.

Должен соблюдаться тепловой баланс:

В последние годы стали учитывать также и внутренние теплопоступления – тепловыделения: от находящихся в помещениях людей, от бытовых электрических и варочных приборов, от технологических аппаратов, от готовой продукции и изделий, от солнечной радиации и др. Эти тепловыделения Q_твн, Дж/ч, уменьшают потребность помещения (здания) в теплоте, которую оно должно получить от системы отопления. Тепловой баланс помещения с учетом внутренних тепловыделений будет выглядеть следующим образом:

Q_пом =Q_пр = Q_трансм + Q_вент + О_техн – Q_твн, Дж/ч (4)

Для эффективного заполнения системы водяного отопления теплоносителем (обычно водой) и удерживания циркуляционного кольца в заполненном состоянии, а также для опорожнения системы необходимо наличие еще трех обязательных элементов – подпиточного устройства (насоса), устройства спуска и расширительного бака.

С помощью устройства подпитки вся система, включающая источник теплоснабжения, циркуляционный насос, подающие и обратные магистрали трубопроводов (подача и обратка), все расположенные в помещении приборы отопления, а также расширительный бак, медленно (через обратную линию) заполняются теплоносителем (водой). В процессе заполнения или подпитке системы теплоноситель вытесняет воздух из внутренних полостей трубопроводов и отопительных приборов вверх, в расширительный бак или в специальные, так называемые воздушники. В некоторых П-образных системах отопления воздушники (краны Маевского) устанавливают в верхних заглушках отопительных приборов.

Если воздух из системы не удалось полностью удалить, то образуются воздушные пробки, которые разрывают поток теплоносителя в трубопроводах и приборах отопления и препятствующие циркуляции его в системе. Нередко встречаются случаи аварийного выхода из строя систем из-за нарушения режима циркуляции (перегрева теплоносителя из-за воздушных пробок). Для эффективного воздухоудаления подающие магистрали трубопроводов устанавливают с небольшим уклоном (i = 0,010) в направлении от главного стояка в сторону приборов отопления, а трубопроводы выполняющие обратную подачу – с тем же уклоном от приборов отопления в сторону источника отопления (теплогенератора) к спускному крану.

При нагреве теплоносителя из него в виде пузырьков выделяются растворенные в холодной воде газы – кислород, азот и углекислый газ, которые таким же образом (через расширительный бак или воздушники) удаляются из системы при эксплуатации ее.

Прокладка разводящих трубопроводов с уклоном позволяет также быстро удалять теплоноситель в случаях опорожнения их для ремонтных целей, предотвращает «зависание» теплоносителя в трубах.

Расширительный бак объемом V (м3) монтируется в самой верхней точке системы (как правило это чердачное помещение), и обязательно утепляется. Он является своеобразным буфером системы отопления, и своим объемом позволяет компенсировать изменение объема циркулирующего теплоносителя – увеличения при нагреве и уменьшения при охлаждении, а также возмещать небольшую потерю его за счет испарения и возможных утечек через неплотности системы. Оборудованный сигнальной и переливной трубами открытый расширительный бак позволяет персоналу периодически контролировать заполненность системы теплоносителем (водой), наполнять и пополнять ее подпиточным устройством при необходимости.

В небольших домовых и коттеджных системах отопления такие наполнения и подпитку ведут из питьевого водопровода, открывая кран на линии подпитки. При отсутствии водопровода ее осуществляют либо с помощью электрического, либо ручного насоса, присоединяемого к промежуточной, периодически пополняемой водой при закачке емкости. В системах водяного отопления крупных многоэтажных зданий для этих целей устанавливают специальные подпиточные насосы и подпитку ведут специально подготовленной умягченной и деаэрированной водой для предотвращения коррозии и зарастания металлических трубопроводов.

В самой нижней точке системы отопления на обратной магистрали трубопровода (обратке) устанавливается спускной кран, при помощи которого осуществляют спуск теплоносителя (воды) из системы, в случаях проведения ремонтных работ или отключения на длительный срок во избежание замораживания в зимний период. Чтобы избежать «зависания» теплоносителя в трубопроводных магистралях и отопительных приборах при спуске следует открывать воздушники установленные в верхних точках системы.

Циркуляционный насос системы отопления устанавливается, как правило, на трубопроводе выполняющем обратную подачу (обратка) перед источником отопления (теплогенератором). В крупных разветвленных системах отопления зданий обычно устанавливают несколько (2-3) циркуляционных насоса (один резервный).

Все упомянутые обязательные элементы систем водяного отопления – теплогенератор, циркуляционный насос, отопительные приборы, расширительный бак, воздушники и подпиточное устройство, приборы КИПиА соединяются между собой трубопроводами в определенной последовательности и порядке, образуя сложную гидравлическую циркуляционную систему – систему замкнутых сообщающихся между собой сосудов и колец, заполненных теплоносителем.

• Отопление частного дома
• Расширительный бак
• Циркуляционный насос