Водяное отопление

В большинстве случаев применяется водяное отопление. Оно может быть заменено в маленьких домах на печное или электрическое, когда воздух греется непосредственно от конвекторов. Возможна и комбинация печного с электрическим, что неплохо для дач, которые нечасто посещаются. Но для жилого дома это не пройдет, только водяное отопление может обеспечить приемлемый и не дорого достигаемый комфорт. Воздушное же отопление, из-за сложностей создания и проблематичности эксплуатации из-за пыли практически не применяется.

Применять обычную воду

Водяное отопление получило название из-за слова «вода», которая находится внутри системы и разносит энергию от котла по всем комнатам. Поэтому жидкость внутри водяной системы еще называют теплоносителем. Вода иногда заменяется на незамерзающие жидкости на основе гликолей. Но такое решение может быть только вынужденным, под давлением весьма серьезных обстоятельств, которые обязательно заморозят заполненную систему.

Если же есть хоть малейшая возможность избежать дорогих ядовитых и агрессивных по отношению к системе незамерзаек, то этим нужно воспользоваться и применить обычную воду. Которая, кстати, и как теплоноситель лучше – у нее больше теплоемкость. Или перейти от водяной системы на сухой обогрев – печью (камином) и электроприборами.

Как движется в системе вода

В прошлом веке в частных домах чаще создавали системы отопления, основанные на самотеке. Движение жидкости по трубам возникало под собственным весом, когда менялась плотность воды при разогреве или остывании. Достаточно было установить котел, трубы и радиаторы – и можно было обогревать без воздействия электроэнергии не столь уж малый по площади дом.

Сейчас, в подавляющем большинстве случаев, создают системы с принудительной циркуляцией, в которых воду гоняет насос.
Неужели, принудительная система, требующая постоянного электричества, расходующая его, к тому же со сложными дорогими устройствами, лучше, чем самотечная?
По стоимости она дешевле в 2 раза, по функционалу на порядок лучше. Разберемся подробнее.

Самотечные водяные системы

Вода пойдет самотеком по трубам, если точка нагрева окажется ниже точки остывания. На практике это значит, что котел должен быть ниже чем радиаторы. А точнее, его теплообменник ниже чем средняя линия радиаторов.

Не редко, чтобы поднять точку остывания, часть энергии просто сбрасывали на чердаке, устанавливая повыше расширительный бак и протягивая по дому верхний массивный металлический трубопровод, который сам отдавал львиную долю энергии где-то под потолком.
Применялись трубы большого диаметра (40 мм и более), для снижения гидравличесого сопротивления, и соответствующие батареи и котел.

С современной точки зрения это значит, что к такой водяной системе нельзя подключить ничего с насосом – ни резервный котел с насосом, ни контур бойлера, ни теплые полы, ни вынесенный обогрев еще чего-либо.

Площадь обогрева ограничена протяженностью трубопровода, точнее его гидравлическим сопротивлением.

Такой диаметр трубопровода просто чудовищный по цене по сравнению с обычной системой – каждый фитинг или кран в 2 – 4 раза дороже.
Работает такое отопление только с твердотопливным котлом, не оборудованным насосом.

Принудительное движение теплоносителя

Если установить в систему насос, то вода будет двигаться под его воздействием. В системе должно быть избыточное давление – 1,5 – 2,0 атм. Воздух из теплоносителя выделяется и уходит через автоматический воздухоотводчик, расположенный в самой верхней точке. Тепловое расширение воды при нагревании компенсируется в расширительном (мембранном) баке закрытого типа, одна часть которого накачивается воздухом до 1,3 – 1,4 атм перед заполнением системы.

В самотечных же применяется просто бак открытого типа, сообщающийся с атмосферой, в нем происходит и выделение воздуха из жидкости.

Замкнутую систему, работающую под давлением, можно как угодно усложнять, к ней можно подключать дополнительные контуры, устанавливать такие развязывающие (уравновешивающие давление между контурами) устройства, как гидрострелка или буферная емкость…. Система практически не ограничена по площади… и не дорогая, так как обычный диаметр труб (внутренний) 16 – 25 мм.

Особенности водяных систем

• Мощность отопление подбирается как 1 кВт на 10 м кв. Ее должно быть достаточно для утепленного здания. Если здание плохо утеплено, то нужно уменьшать теплопотери, что выгоднее, чем наращивать мощность обогрева.
• Обязательно создаются тепловые завесы под основными источниками холода — окнами. Радиаторы размещаются под подоконниками. В современном представлении радиаторы являются вспомогательным отоплением, дополняющим теплый пол недостающей мощностью, а также распределением тепла по источникам холода.
• Обогрев водяным теплым полом более экономичный и комфортный по сравнению с радиаторным. Сейчас стараются создавать в каждом доме массивный отопительный прибор — нагреваемую стяжку пола.

Схемы водяного отопления

В частных домах почти всегда применяют дешевую и функциональную водяную систему отопления, которая работает под давлением. Но разводка труб по дому может быть разной.

Наиболее часто применяется водяная система поделанная на тупики – подача и обратка конечной длины, а между ними до 5 радиаторов. Обычно больше батарей в одном тупике не применяют, так как последняя может быть холодной, а балансировать систему, запирать первые, — не выгодно.

Также стабильна, но дороже попутная схема. Здесь нужно проложить полное кольцо труб повышенного диаметра, что без проблем сделать под напольным покрытием. Применяется чаще для больших домов, где становится выгодной.

Лучевая может быть проще и доступней, особенно при отоплении внутрипольными конвекторами.

Приобретение котла

Важно, что котел для водяной системы можно запросто купить в магазине, выбрав его в соответствии с проектными решениями. Но если проект как таковой отсутствует, а создавать водяную систему надо, то не сложно все сделать самостоятельно, в том числе выбрать котел, установить его и подключить.

Вид топлива, скорее всего, известен – это природный газ, если газовая труба виднеется поблизости. А если ее нет – то в большинстве случаев выбирают твердотопливный котел. Реже – автоматизированные дорогие варианты – пеллетный котел или тот же газовый, но с газгольдером.
В резерв (обязательно) — почти всегда электрический, — почему выбирают электрический котел

Мощность известна – 1 кВт на 10 м кв. и плюс 20% запаса для газового или пеллетного котлов, или больший запас мощности для обычного твердотопливного. Подробней о выборе топлива и выборе котла можно узнать на страницах сайта, например, какой лучший котел выбрать

Установка котла

Возьмем за пример твердотопливый обычный котел и подключим его к системе. Нельзя чтобы в него попадала холодная вода по обратке. Желательно, чтобы теплообменник был не холоднее +55 градусов (чтобы не конденсировалась на нем вода), иначе он быстро выйдет со строя. За этим проследит смесительный узел на основе трехходового крана, который управляется термоголовкой с вынесенным датчиком закрепленным на обратке.

На подаче возле котла устанавливается группа безопасности в составе манометра, предохранительного клапана и воздухоотводчика.

Насос (для дома до 200 м кв. подойдет и 25/40) устанавливается на обратке, а перед насосом обязателен фильтр.

Закипание – опасная вещь, поэтому бесперебойник на насос обязателен. Но если горение в котле закончилось, то недопустимо гонять через него теплоноситель – ведь теперь теплообменник будет его сильно охлаждать воздухом через трубу, поэтому на подаче в самом котле устанавливается еще и термореле (с кнопкой ручного включения), которое выключает насос, если температура падает менее 30 град.

Все это смонтировать – очень просто самостоятельно «если дружить с молотком», или пригласить специалиста….

Радиаторы

Простейшие правила подбора радиаторов по расходуемой мощности для каждой комнаты, а также их расстановка под подоконниками, решает проблему холодных углов в любом доме. С твердотопливным котлом нельзя устанавливать автоматические термоголовки на радиатор, поэтому в обвязке каждого радиатора присутствуют только регулировочный кран и отключающий кран. А также воздухотоводчик.

После того как радиаторы установлены под окнами горизонтально с необходимыми зазорами, и на них установлены краны, очень просто их подключить между собой и котлом по известной тупиковой схеме. Суммарная мощность радиаторов — по принципу подбора котла.

Сама же схема подключения проектируется на бумаге, затем размечается на стенах или под полом (предпочтительный вариант укладки, но стыки нужно делать обжимными фитингами с металлопластиковыми трубами). Пример простейшей схемы с твердотопливным котлом приведен на рисунке.

Монтаж труб

Подачу от котла до первого разветвления и байпас клапана желательно выполнить стальной или медной трубой, которые не боятся перегрева более 100 град С.

Полипропиленовые трубы рекомендуется не применять по причине ненадежности пайки стыков и возможности перегрева при не автоматизированном котле.

Металлопластиковые трубы в водяной системе заслуживают большего доверия, хоть вся система обойдется дороже из-за фитингов. Если применить компрессионные фитинги, которые закручиваются ключом, то систему можно создать самостоятельно из металлопластиковых труб очень быстро.

Важно калибровать, убирать заусеницы, и надвигать трубы на фитинги не повредив на них уплотнения. Тогда все стыки окажутся «вечными». В противном случае все стыки начнут течь, и придется перемонтировать по правилам.

При монтаже самостоятельно…

• В основе самостоятельного монтажа находятся правильные решения по подбору и размещению отопительного оборудования (проект отопления). Подбирается мощность и ее распределение по комнатам, соответственно подбираются котлы, радиаторы, приборы безопасности, циркуляции, диаметры труб и др. Определяется схема разводки.
• Для самостоятельного монтажа чаще выбирают полипропиленовые трубы, как наиболее дешевые и легко монтируемые с помощью сварочного аппарата. При этом невозможность обеспечения качества и надежности стыков игнорируется.
• После установки радиаторов с закрепленной на них обвязкой (краны, воздушный клапан, термоголовки…), выполняется монтаж труб по принятой схеме.
• В котельной устанавливается котел с дополнительным оборудованием, подключается к собранной системе, после чего выполняется заливка водой и испытание на рабочих режимах….

Заливка водяного отопления

Теперь остается соединить трубами радиаторы и котел, и простейшая система отопления с водой, будет готова. Водяное отопление должно быть оборудовано сливом из труб в канализацию (незамерзайка не допускается, она должна вывозится и утилизироваться) и краном со штуцером для заполнения воды.

Заполнение должно производится из водовода, через съемный шланг. Прямое подключение к водоводу системы отопления через кран не допускается, так как возможно просачивание воды в ту или иную сторону и выход отопления из строя, в т.ч. и оборудования.

Также возможна заливка водяного отопления с помощью насоса из емкости. Ручные насосы недороги и ими можно воспользоваться, если есть проблемы с водопроводом. Система заполняется до достижения давления в 1,6 атм, после предварительной накачки расширительного бака, который выбирается объемом 1/10 от количества воды в системе.

После этого выполняется запуск водяного отопления и его разогрев до номинальной температуры теплоносителя в 80 градусов. Давление не должно возрастать более 2,0 атм. Предохранительный клапан применяется на 3,0 атм. При необходимости воду подсливают. Наличие течей, воздушных пробок, одинаковый прогрев всех радиаторов проверяется в течении не менее 2 часов. После чего, можно считать, что водяное отопление готово к работе зимой.
Еще — как залить водяную систему и выпустить воздух

Воздушное отопление или водяное

Однажды на одном представительном архитектурно-строительном форуме, проводившемся в Нижнем Новгороде, я подошел к стенду, где были представлены геотермальные тепловые насосы. Разговорившись с руководителем этой компании, я задал ему вопрос о преимуществах теплового насоса по сравнению с воздушным отоплением, хотя отдавал себе отчет, что вопрос провокационный.

Но большой знаток и того, и другого привел мне массу аргументов в свою пользу. В чем же провокационность вопроса? А это то же самое что спросить: «Что в автомобиле лучше – мотор или трансмиссия?». Это несравнимые вещи. Мотор вырабатывает энергию, а трансмиссия доводит эту энергию до колес. Так же и тепловой насос вырабатывает тепловую энергию, а система водяных труб и радиаторов или воздушных доводчиков с вентиляторами, система теплых полов, или воздушная система (как система централизованной обработки воздуха с системой воздуховодов по дому) доводит это тепло до конечного потребителя.

Транспортная система, как правило, не зависит от генератора тепла. Ей без разницы теплогенератор – это газовый котел, дизельный или дровяной, солнечный коллектор или тепловой насос. Разница только в температуре теплоносителя (воды), который выдает теплогенератор. Если теплогенератор выдает температуру +35ºС, то площадь теплообменника для нагрева воздуха должна быть большой, следовательно, транспорт – это теплые полы. Если температура теплоносителя более +50ºС, то транспортом может служить система водяных труб и радиаторов, система теплых полов, или система воздушного отопления.

Конечно, есть воздухонагреватели, которые не имеют промежуточного теплоносителя (воды). Топливо сгорает в теплообменнике, который обдувается потоком воздуха. Кроме того, есть тепловые насосы «воздух-воздух», а в этом случае воздушному отоплению, как транспортной системе, альтернативы нет.

Вопрос, какой теплогенератор лучше, решать надо в каждом конкретном случае.

Имеется природный газ — тогда газовый отопительный котел. Есть электричество, но нет газа, значит нагрев воздуха электричеством и инфракрасные обогреватели. Ничего нет – солнечные коллекторы, солнечные батареи, тепловые насосы и т.д.

А вот какая транспортная система лучше для доставки тепловой энергии в отапливаемые помещения дома, попробуем разобраться.

Если большое количество тепла необходимо передать на большие расстояния, то конечно же в качестве теплоносителя целесообразно использовать воду. Если же эти расстояния очень большие, то лучше использовать электричество, преобразуя его в конечном итоге в тепло. А если небольшое количество тепла нужно передать в пределах небольшого дома, то можно использовать как воду, так и воздух или электричество.

На протяжении многих лет в прессе, Интернете, на различных выставках и форумах идет спор: какой вид отопления (как транспорт) в доме лучше – водяной, воздушный или инфракрасный. Такой спор – это спор «по понятиям». Если инфракрасный способ хотя бы интуитивно понятен (есть устройство, которое создает электромагнитное поле, наиболее интенсивное в инфракрасном диапазоне) то, чем отличается «водяной» способ от «воздушного» многие спорщики не догадываются. Давайте попытаемся разобраться.

Из школьного курса физики мы знаем, что температура предмета – это мера средней амплитуды колебания молекул в этом теле. «Раскачать» молекулы можно двумя способами – воздействовать на них электромагнитным излучением или передать эту энергию от контактирующих с данным телом предметов или из окружающей среды (к примеру, из воздуха). Таким образом, есть только два принципиально разных способа отопления домов – это нагрев воздуха в доме какими-либо приборами и инфракрасные обогреватели. Причем, инфракрасники нагревают кроме всего прочего предметы и строительные конструкции, а они, в свою очередь, нагревают воздух.

Так, о чем спор?

Конечно, можно ещё говорить о подогреве кресел, матрасов и одеял, как о способе отопления. Но наша тема – это отопление дома целиком, а не одной частной спины.

Так чем отличается «водяной» способ отопления от «воздушного»? На самом деле оба этих вида отоплений по сути являются воздушными, поскольку для них конечной целью является нагрев воздуха.

Отличие же между ними заключается в количестве используемых воздухонагревательных устройств и способе доставки тепловой энергии в помещения дома для нагрева воздуха.

Так, в системе водяного отопления используется большое количество воздухонагревательных устройств – радиаторов (до нескольких радиаторов на комнату), при этом в качестве транспортной системы доставки тепловой энергии от водонагревательного котла до каждого радиатора используется система разведенных по дому водяных труб. При воздушном отоплении используется, как правило, один воздухонагреватель, установленный в техническом помещении дома, а в жилые комнаты через систему воздуховодов поступает уже нагретый воздух, в связи с чем не требуются установки воздухонагревателей в каждой комнате. Таким образом, и в том и другом случае используются воздухонагреватели (при водяном варианте их много, а при воздушном — один) и транспортная система доставки тепловой энергии в помещения дома (при водяном варианте – это система водяных труб, а при воздушном – система воздуховодов).

Очевидно, что из-за различной теплоемкости воды и воздуха, система воздуховодов более громоздка, чем система водяных труб, но этот недостаток с лихвой окупается получаемыми преимуществами, а это, в первую очередь, возможность с минимальными затратами в комплексе решить задачу создания комфортного микроклимата в доме, т.е. централизованно обеспечить наряду с отоплением также и вентиляцию, кондиционирование, очистку, увлажнение воздуха.

Конечно, при отсутствии финансовых ограничений все это можно обеспечить и при водяном отоплении с помощью дополнительной установки системы вентиляции (например, приточно-вытяжной с сетью воздуховодов), а также комнатных сплит-кондиционеров и увлажнителей, но зачем платить в 2 раза больше? И все же, вне зависимости от способа отопления свежий воздух в доме необходим.

Интересно, а сколько мы тратим на вентиляцию (нагрев свежего воздуха)?

Уже не один десяток лет президент НП «АВОК» (ассоциация инженеров в области отопления, вентиляции и кондиционирования) Ю.А. Табунщиков в своих статьях отмечает, что в наших домах более 60% затрат на отопление приходятся на вентиляцию, а в энергосберегающих домах – до 75%. т. е. мы сжигаем топливо для того, чтобы нагреть улицу?

Это связано с тем, что у нас долгое время государство дотировало цены на энергоносители для населения. А на Западе – энергосберегающие технологии. Как говорится, за что боролись… Так давайте разберёмся, как сэкономить на комплексе «отопление-вентиляция». Если водяные радиаторы, электроконвекторы, тепловентиляторы, дровяные отопительные печи – это, по сути, устройства для нагрева воздуха, то может быть надо ввести ещё какой-то признак, по которому системы отопления можно было бы квалифицировать? Наиболее логичным, в этом случае, выглядит разделение по способу циркуляции воздуха в доме – естественный (конвекционный) или принудительный (с помощью вентилятора).

Кстати, 60% на вентиляцию закладывают проектировщики систем с естественной циркуляцией воздуха и естественной приточно-вытяжной вентиляцией. Форточки – приточная вентиляция и дырка в крыше – вытяжная. Чем не яранга? Расчеты подтверждаются практикой и отражены в существующих СНиПах. Но в мире разработаны более экономичные способы отопления-вентиляции и связаны они с принудительным движением воздуха.

Один из вариантов – установить приточно-вытяжную установку с рекуперацией тепла и влажности, развести по дому систему подающих и вытяжных воздуховодов. По вытяжным (возвратным) воздуховодам «отработанный» воздух возвращается в рекуператор, подогревает (или охлаждает) приточный воздух и выбрасывается в атмосферу. Поступающий воздух очищается, подогревается (или охлаждается) до температуры, которая позволяет компенсировать теплопотери (или теплоизбытки) здания. Полная сменяемость воздуха происходит за час-полтора, а при необходимости и быстрее. Фактически это так называемая прямоточная система. Эта схема широко используется в странах Западной Европы для отопления жилищ. В России такая схема используется в общественных зданиях (офисах, торговых центрах и т. д.), где требуется высокая кратность воздухообмена. Но для жилых домов это разорительно.

Климат в России существенно более холодный, чем в Западной Европе. Но можно поступить и по-другому.

По системе возвратных воздуховодов внутренний воздух дома подать в центр обработки воздуха, а в нем – нужно подогрели, нужно охладили, подмешали нужное количество свежего воздуха, очистили от пыли и других загрязнителей, увлажнили или подсушили и подали подготовленный «коктейль» в дом по системе подающих воздуховодов.

В отличие от прямоточной системы, где весь воздух свежий, в такой системе свежего воздуха подмешивается всего 10%-15%, а остальной воздух берётся из самого дома. Кратность прохода воздуха через центр обработки 2,5-3,5 раза в час. Такой способ обработки воздуха является стандартом в Северной Америке (США, Канада). Причем приточно-вытяжной воздух системы вентиляции предварительно проходит через рекуператор. Кстати, за час подмес свежего воздуха по стандартам США и Канады составляет только 30%. Такого количества свежего воздуха достаточно для комфортного проживания людей в частном доме. Полувековой опыт эксплуатации таких систем доказал, что этот способ применим к любым климатическим условиям и позволяет в 1,5 раза экономить энергоресурсы по сравнению с конвекционными системами и более экономичный, чем прямоточные системы. Именно за централизованной обработкой воздуха и закрепился сейчас в обиходе термин «воздушное отопление», хотя в СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция, кондиционирование» это называется «кондиционированием воздуха».

Возникает вопрос, почему «воздушное» отопление экономичнее, чем отопление с естественной циркуляцией воздуха («водяное», печное, электрическое и т. д.)?

Во-первых, централизация обработки воздуха позволяет существенно сократить приток свежего воздуха за счет выравнивания качества воздуха во всем объёме дома. Не важно, где в какой момент находятся обитатели дома – все на кухне или разбрелись по спальням. Качество воздуха во всем доме одинаковое. А это в свою очередь снижает затраты на увлажнение и нагрев приточного воздуха. Окна и форточки открываются только для того, чтобы их помыть, а не для проветривания.

Во-вторых, температура во всем объеме дома практически не отличается. Нет холодных полов и горячих потолков, что характерно для систем радиаторного отопления. Мало того, принудительная циркуляция позволяет создать в доме постоянное движение воздуха, а это создает больший комфорт не только для нахождения в доме человека, но и благотворно влияет на предметы в доме и строительные конструкции. В частности, отсутствие застойных зон не позволяет развиться различным грибкам и плесени. Но скорость движения воздуха настолько мала, что не ощущается как сквозняк. Исключение составляет зона непосредственно перед подающей решеткой.

А что по капитальным затратам?

Первоначальные затраты только на систему воздушного отопления плюс вентиляция для дома в 200 м² в 1,5 раза ниже, чем система «водяного» отопления плюс грамотная система вентиляции. А для домов в 400 м² – «воздушка» более чем в два раза дешевле «водянки». Так что строящим свой дом, следует хорошо подумать, какую систему отопления в нем предусмотреть, а также посчитать стоимость первоначальных затрат на ее установку и стоимость затрат на отопление дома.