Перечень основных видов водяного отопления: плюсы и минусы естественной и принудительной циркуляции

Водяное отопление — замкнутая система, в которой основным теплоносителем является вода. Она переносит тепловую энергию от генератора к радиаторам или батареям. Для доставки существует несколько схем разводки, различающихся сложностью монтажа, количеством материалов, требуемых для установки, эффективностью.

Принцип работы автономного отопления

В системе индивидуального обогрева частного дома постоянно циркулирует теплоноситель — жидкость, передающая тепловую энергию от генератора к удаленным комнатам. В качестве теплоносителя выступает антифриз или отфильтрованная вода.

Антифриз не замерзает при температуре воздуха ниже нуля, за счет включения в состав пропиленгликоля или этиленгликоля.

Теплоноситель циркулирует по контуру, являющимся замкнутым трубопроводом. В состав контура входят: нагревательный элемент, насосы, краны и другие элементы. В зависимости от схемы теплоноситель движется в двух направлениях:

1. Прямое движение – циркуляция жидкости от котла к батареям или радиаторам.
2. Обратный ток – жидкость, отдавшая тепло прибору водяного отопления, движется по направлению к нагревательному элементу.

Приборы водяного отопления (радиаторы, батареи, теплый пол) – оборудование, передающее тепло в атмосферу комнаты.

Схема Ленинградка

Циркуляция теплоносителя осуществляется по трубам, различающимся материалом и диаметром в зависимости от схемы разводки:

1. Металлический трубопровод редко устанавливают из-за постепенного ржавления, краткого срока эксплуатации. Монтируется только на резьбовых соединениях.
2. Медные трубы. Отличаются долговечностью, надежностью. Выдерживают перепады температуры, высокое давление. Для соединения требуется пайка — метод высокотемпературного припоя с включениями серебра. После монтажа, трубы можно скрыть в стене. Медь отличается высокой стоимостью.
3. Трубы из полимерных материалов (полипропиленовые и полиэтиленовые). Главное преимущество — простота монтажа. Трубы из полипропилена дешевый материал, однако не ржавеют. Если регулярно проводить промывку, эффективно работают несколько лет.
4. Металлопластиковые изделия состоят из пластика и алюминия. Монтируются за счет резьбы, иногда с использованием прессовых соединений. К недостаткам можно отнести высокий коэффициент расширения под действием тепла. Если температура теплоносителя резко изменится, трубы потрескаются.

Отопление с естественной циркуляцией

Особенность схем с естественной циркуляцией — отсутствие наносов. Отопительная сеть с естественным движением теплоносителя работает за счет физического эффекта диффузии или расширения воды при повышении температуры.

1. Нагревательный элемент согревает жидкость. Из-за меньшей плотности теплая жидкость переносится более холодной вверх.
2. При подъеме в верхний участок внутреннего контура, вода самотеком проходит по основным элементам и возвращается к котлу. Во время движения, теплоноситель передает энергию приборам водяного обогрева, когда попадает в теплообменник имеет более высокую плотность, вытесняет следующую порцию воды.

Преимущества самотечного отопления

Такой вид отопления используется давно.

1. Низкая цена. Не требуется монтаж циркуляционных насосов.
2. Простота установки и ремонта. При необходимости сеть полностью монтируется самостоятельно.
3. Самотечное отопление может функционировать без электричества.
4. Практически нет издаваемого шума.

Недостатки отопления

1. Невозможность использования в помещениях с большой этажностью или габаритами.
2. Существенная разница температуры в отопительных приборах. Чем дальше помещение удалено от котла, тем ниже температура.
3. Трудно регулировать нагрев. Система функционирует при температуре воды в котле выше 50 градусов. Снизить температуру невозможно. Погрешность при монтаже теплорегуляторов будет существенной.

По этой причине схемы применяются редко.

Отопление с принудительной схемой

Схема с принудительной циркуляцией включает оборудование – насос или помпу, повышающие скорость движения жидкости в трубопроводе без повышения давления.

Принудительная схема отопления

1. Возможность обогрева больших помещений. Если в доме больше одного этажа, можно использовать только принудительную циркуляцию.
2. Систему можно сделать сложнее. Насос ускоряет движение воды, можно увеличить количество поворотов.
3. Возможно использование труб меньшего диаметра. Эффективность обогрева не снижается, конструкции выглядят аккуратнее.
4. Для отопления менее критично наличие воздуха в системе. Если в сети с естественной циркуляцией попадает воздух, возможна полная остановка движения теплоносителя. Потребуется установить расширительные баки с системами спуска воздуха.
5. Можно использовать более легкие и дешевые пластиковые или полипропиленовые трубы.
6. Трубопровод можно спрятать под перекрытием.

Виды водяных отопительных схем разводки

Существует несколько типов закрытых отопительных систем, различающихся способом подключения. Разновидности отличаются стоимостью монтажа, эффективностью.

Насос с принудительной схемой отопления

Однотрубные

Теплоноситель выходит из котла по одной трубе, поочередно достигает радиаторы и батареи. Отдает тепловую энергию, возвращается к котлу с обратной стороны. Главный недостаток системы — постепенное снижение температуры в следующей батарее. Систему отопления невозможно перекрыть. В случае поломки придется полностью остановить подачу горячей воды.

Ранее систему называли «ленинградка», использовали в многоквартирных домах. Достоинства — простота монтажа, трубопровод проходит по периметру дома.

Двухтрубные

В более крупных дачных строениях лучше организовать схему отопления из двух труб. Радиаторы подключаются снизу. Особенно эффективной, система становится при подключении циркуляционного насоса.

Снизить скорость остывания теплоносителя в системе можно при помощи монтажа байпасов, кранов на батареи, регулирующих подачу воды.

Главное отличие системы отопления — монтаж основной трубы к наиболее дальнему из радиаторов, от которого происходит ветвление к промежуточным батареям. После прохождения отопительной сети, теплоноситель возвращается в котел по обратному трубопроводу, обеспечивая равномерное распределение тепла по зданию.

Правильно провести двухтрубную систему отопления достаточно сложно. Однако, она обеспечит стабильное тепло в помещении.

Лучевая

Метод отличается тем, что трубопровод прокладывается под перекрытием, а не по периметру. Трубы подключаются к радиаторам отдельно. По одной подводится горячий теплоноситель, по второй — удаляется. Можно легко обеспечить отдельный температурный режим в каждой комнате. Для лучевой разводки можно монтировать трубы с меньшим диаметром.

Лучевая разводка

Если наступит аварийная ситуация на участке цепи, можно легко отключить, провести ремонт. Это упрощает замену устаревших, поврежденных модулей.

Главный недостаток лучевой разводки — сложность. Для монтажа придется выполнить подробный чертеж, провести расчет материалов. Нежелательно чтобы трубы были сильно изогнуты. Лучевая сеть лучше работает с принудительной циркуляцией.

Теплый пол

Теплый пол можно сочетать с другими методами, использовать как основной для обогрева дачи. Например, когда в комнатах монтируются батареи, а в коридоре теплый пол. Принцип функционирования заключается в прокладке под полом тонких трубок, соединенных в единую сеть. Для улучшения работы укладываются на отражающий материал, который кладется на теплоизолятор. Сверху серпантина трубок монтируется перекрытие. Комната равномерно обогревается.

Схема разводки лучше работает в комнатах с облицовкой керамической плиткой или натуральным камнем. Использовать можно только при принудительной циркуляции воды.

1. Тепло распределяется равномерно.
2. Постоянный нормальный микроклимат.
3. Незаметность отопительных элементов.

Виды котлов

Для отопления частного дома используются 3 вида котлов:

Газовые агрегаты выгодно использовать, если регион газифицирован. Существуют одноконтурные и двухконтурные модели котлов, различающиеся возможностями. Одноконтурные только согревают теплоноситель, двухконтурные одновременно предоставляют горячую воду. Однако объем жидкости ограничен, не подойдет для постоянного использования. Достоинства газовых котлов: невысокая стоимость, компактность, низкая масса. Недостаток: сложность ремонта в случае повреждения теплообменника.

Электрические модели работают за счет преобразования электроэнергии в тепловую. Стоимость ниже, чем у газовых. Намного безопаснее, работают без шума, не выделяют продуктов горения. Существует три вида нагревательных котлов, работающих на электричестве: на трубчатых электронагревателях, электродные, индукционные. Наиболее дорогие и совершенные — индукционные. Практические не образуется накипь, способны работать с любым теплоносителем. Жидкость прогревается быстро. Коэффициент полезного действия — 99%.

Твердотопливные котлы работают как традиционные печи, в которые добавляют водный контур для обогрева жидкости. Работают на торфе, дровах, угле. Устройство котла потребует установки дымохода.

Существует несколько видов отопительных сетей, различающихся эффективностью, принципом работы. Выбор зависит от размеров помещения. Перед монтажом необходимо подготовить план работ. Для циркуляции лучше смягчить воду. Можно использовать устройства – смягчители, дистиллированную воду.

Естественная циркуляция в системе отопления

В небольших частных домах и квартирах ценится обогрев, независимый от электричества. Для маленьких городов и сел типична ситуация, когда по разным причинам подстанция выходит из строя, повреждена проводка и прочее. Система отопления с естественной циркуляцией не включает ни одного модуля, который работал бы от электросети.

Особенности системы отопления с естественной циркуляцией

Любая отопительная схема включает несколько обязательных элементов:

• Котел, нагревающий воду – газовый, дровяной, торфяной. Обязательное условие – пьезорозжиг, иначе запустить аппарат без электричества будет невозможно.
• Подающий трубопровод поставляет нагретую воду радиаторам. Размещают трубы с некоторым уклоном – 0,5–1 см на 1 м, чтобы вода могла двигаться самотеком. «Горячие» водоводы размещают с уклоном по направлению к радиаторам.
• Обогревательные приборы – батареи любого типа. Через них происходит основная передача тепла.
• Обратный трубопровод – по нем остывший теплоноситель возвращается в котел. «Холодные» трубы монтируют с уклоном в 0,5–1 см на 1 м по направлению к котлу.
• Расширительный бачок – размещается в самой верхней точке системы. Когда вода нагревается, она увеличивается в объеме. Бачок компенсирует этот избыток.

Функционирует система так: вода нагревается в котле, расширяется, плотность ее уменьшается, и жидкость поднимается по центральному стояку. Расширительный бачок заполняется, чтобы выровнять давление между холодной и горячей водой. Затем сверху вода спускается по подающему трубопроводу к каждой батарее, где охлаждается, отдавая тепло воздуху и поверхностям. Остывшая жидкость по обратным трубам перемещается к котлу. Поскольку плотность остывшей воды ниже, вернувшись в котел, она выдавливает менее плотную нагретую жидкость, заставляя ее подниматься.

Помимо функции компенсации давления, расширительный бачок выполняет и другую роль. Вместе с водой в трубы попадает воздух. При его накоплении возникает воздушная пробка, которая не позволяет теплоносителю перемещаться по трубам. Однако в конвективных системах пузырьки воздуха из-за расположения трубопровода под уклоном поднимаются в расширительный бачок. Так как это устройство открытое и контактирует с воздухом, пузырьки покидают систему.

Конструкция проста, но требует очень точных расчетов. Вода, двигаясь по трубе, создает трение, замедляется и отдает тепло быстрее. При изменении направления – повороты, ответвления, каналы в батареях – трение усиливается. Если не учесть водяное сопротивление в расчетах, система работать не будет.

Конвективное отопление отлично действует на небольших площадях. Таким образом можно обгореть одно- или двухэтажный частный дом или квартиру. Для 9-этажного здания такой вариант не годится.

Преимущества и недостатки системы

Естественная циркуляция обеспечивает систему отопления следующими преимуществами:

• Главное достоинство – независимость от электричества. Конвективное отопление работает в любых условиях.
• При грамотном монтаже и уходе самотечный вариант функционирует дольше 30 лет.
• Монтаж очень прост, профилактический осмотр и ремонт тоже не вызывают затруднений.
• Высокая тепловая инерция – здесь циркулирует большой объем воды. Она медленнее остывает и дольше отдает тепло.

Встроить в циркуляционную схему насос не составляет труда. Сделать это можно во время монтажа или позднее. Когда есть электричество, отопление работает в режиме принудительной циркуляции, а при его отсутствии автоматически переходит в режим естественного перемещения воды.

Теплый пол способен прогреваться только с принудительной циркуляцией

У самотечного варианта есть существенные недостатки, что заметно ограничивает применение:

• Обслуживает система лишь небольшие одноэтажные или двухэтажные коттеджи.
• Чтобы снизить гидравлическое сопротивление, используют трубы с максимально большим допустимым диаметром. Это затрудняет монтаж, также стоимость водоводов с большим диаметром больше.
• Рекомендуется использовать только стальные трубы. Допускается применять полипропиленовые. Остальные неметаллические модели запрещены.
• Регулировать температуру в каждом помещении вручную или автоматически невозможно.
• В схему нельзя включать бойлеры косвенного нагрева, что увеличивает расходы на получение горячей воды.
• Невозможно обустроить теплый пол.

На работу конвективного отопления значительно влияют сужения. Нельзя использовать металлопластиковые трубы, поскольку они соединяются фитингами, диаметр которых меньше.

Виды систем отопления

Обогревательная схема может включать 1 или несколько контуров разной длины, с разными радиаторами. Однако любой вариант, является модификацией только двух моделей – однотрубной или двухтрубной.

Однотрубные

Устройство максимально простое. Одна и та же труба по очереди подводит теплоноситель к каждому радиатору и возвращается в котел. Самый дешевый вариант и самый беспроблемный – обогрев только трубами, без радиаторов. Если же батареи включены в схему, труб и запорной арматуры должно быть минимум.

Вода, последовательно двигаясь к последнему радиатору, все больше остывает. Эту особенность учитывают при расчете числа секций.

Различают 2 схемы однотрубного варианта:

• С верхним подключением – вода попадает в батарею сверху через верхний патрубок, выходит через нижний. КПД системы максимально для водяного отопления.
• С нижним подключением – теплоноситель поступает в радиатор снизу и выходит тоже через нижний патрубок. Путь прохождения воды увеличивается, поэтому теплоотдача системы заметно ниже. Здесь нельзя ставить радиаторы с большим числом секций. Однако несмотря на меньшую эффективность, такую схему предпочитает монтировать в квартирах, так как она более эстетична.

Классический вариант можно модернизировать, установив байпас – ответвления с трехходовым краном и ответвлениями с кранами. С их помощью можно регулировать подачу воды к разному радиатору и отключать при надобности.

Двухтрубные системы

Вариант с обратной трубой носит название двухтрубный. Горячая вода подается к радиатору под одной трубе, а остывшая, от каждого обогревательного прибора отводится по обратной трубе. Система куда эффективнее: каждый радиатор получает практически одинаковое количество тепла. Степень нагрева можно регулировать на каждой батарее, при необходимости исключить ее из обогревательного контура. Большой плюс – более простой расчет параметров трубопровода и батарей.

Выполняют как верхнее, так и нижнее подключение:

• В первом случае трубы расположены выше радиаторов.
• Во втором подающая труба размещается ниже батареи. Такой вариант эстетичнее, однако перепад давления получается слишком низкий, поэтому используется схема очень редко.

При расчетах учитывают направление отвода воды. Если оно совпадает с направлением горячей жидкости, попутная схема, длина циклов равная. При этом радиаторы нагреваются одинаково. Если используется тупиковая, холодная и горячая вода двигаются в разных направлениях, быстрее нагреваются те батареи, у которых цикл круговорота оказывается меньше.

Как появляется циркуляционный напор

Перемещение воды в конвективном отоплении обеспечивает только разница в плотности горячей и холодной воды. При нагреве плотность теплоносителя снижается и он поднимается; при охлаждении – увеличивается, и он вытесняет более теплую жидкость. Чем больше разница в гидростатическом давлении столба холодной и горячей воды, тем выше циркуляционный напор, тем лучше работает отопление.

Основная задача при организации системы – добиться максимального перепада давления.

• Обязательный элемент схемы – коллектор разгона или главный стояк. Это вертикальная труба, которая поднимается от теплообменника до верхней точки системы. Здесь монтируют расширительный бак – открытый или закрытый мембранный с воздушным клапаном для отвода воздуха.
• Главный стояк должен иметь максимальную температуру, поэтому коллектор утепляют. Высота его не более 10 м. В идеале стояк не соприкасается с обратными трубами.
• Чтобы создать достаточный перепад давления, нужно создать большой столб холодной жидкости. Добиваются этого, устанавливая котел в самой нижней точке системы. В частном доме аппарат размещают в подвале, в квартире – в углублении. Чем выше уровень батарей над уровнем котла, тем большее давление образует холодная вода и тем активнее вытесняет горячую.

Чтобы улучшить циркуляционный напор, подбирают батареи с максимально большой рабочей поверхностью. Чем лучше теплоноситель отдает тепло и чем более холодная вода поступает в котел, тем лучше работает отопление.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Главные параметры обогрева с естественной циркуляцией – циркуляционный напор и гидростатическое сопротивление. Первый показатель рассчитывают так:

• P – давление в системе;
• h – разница высот между центром самой нижней батареи и центром котла;
• p0 – плотность нагретой жидкости;
• p1– плотность холодной воды.

Чем больше разница в высоте, тем выше перепад давления. Однако показатель имеет ограничение – не более 3 м.

Для снижения сопротивления потока на трубах подачи не устанавливают запорную арматуру

Рассчитать значение второго фактора – гидравлического сопротивления – практически невозможно. Описывающая его модель крайне сложна и включает множество переменных. Здесь ограничиваются приблизительными вычислениями.

Чтобы улучшить КПД системы, соблюдают рекомендации:

• Подбирают трубы с максимально большим диаметром. При этом несколько уменьшается скорость потока, но сопротивление падает сильнее.
• Устанавливают как можно меньше запорной арматуры. Следят за тем, чтобы схема включала минимум поворотов и сужений.
• При нижнем подключении радиаторы обязательно снабжают кранами Маевского, чтобы стравливать лишний воздух.
• Для коллектора используют металлическую трубу, так как важно добиться максимального нагрева для создания перепада давления. Трубы, обслуживающие батареи, могут быть из полипропилена.

Грамотная теплоизоляция улучшает работу отопления. Изолируют коллектор разгона, подводящие и обратные трубы, если они проходят через неотапливаемые помещения.