Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: старые достоинства и новые возможности

Сегодня наблюдается возврат интереса инженерного сообщества к такому инструменту теплоснабжения как однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией в многоэтажном и индивидуальном строительстве. В начале 90-х годов она была отвергнута отечественными инженерами-теплотехниками после трех десятков лет безальтернативного и повсеместного преобладания в зданиях любой этажности и назначения. Традиционное, принципиально неуправляемое однотрубное отопление не вписывалось в концепцию энергоэффективного жилья, и в последние два десятилетия повсеместно вытеснялось двухтрубным. Но современные однотрубные конструкции соединяют свои традиционные достоинства (гидравлическую устойчивость, экономичность) с возможностью регулирования отопительных приборов, как в двухтрубных аналогах.

Традиционная «обвязка» радиатора при однотрубном отоплении

Если вы проживаете в многоквартирном доме постройки советского периода, то взгляните на подключение батареи. Из потолка выходит вертикальная труба, отгибаемая в горизонтальное направление и заходящая в верхний коллектор отопительного прибора. Из нижнего коллектора выходит вторая горизонтальная труба, отгибаемая вертикально вниз и проходящая сквозь пол на нижний этаж. Между горизонтальными трубами приварен вертикальный замыкающий участок – байпас. Это и есть вертикальная однотрубная система с боковым подключением батарей.

Чугунная батарея с боковым подключением.

Особенности эксплуатации традиционного однотрубного отопления

Типовые схемы вертикальных однотрубных стояков показаны ниже

Вертикальные однотрубные стояки.

На «обвязке» батарей в советское время устройства регулирования не устанавливались. Первые по ходу течения воды приборы нагреты сильнее последних. Температурный перепад в батареях расчитывается по формуле ∆T_р=∆T⁄N, где N – число этажей. По однотрубным стоякам принудительно циркулирует в N и 2N раз больше жидкости, чем по двухтрубным, причем 80 % ее объема протекает по байпасам.

Такая нерациональная (с точки зрения затрат электроэнергии на перекачку жидкости) конструкция применялась из-за ее предельной простоты и экономичности. Низкая цена электроэнергии, удерживаемая по политическим соображениям, не стимулировала ее экономию при принудительной циркуляции избыточного объема теплоносителя.

Однотрубные теплосистемы гидравлически весьма устойчивы и малочувствительны к несанкционированным заменам радиаторов или наращиванию числа их секций. Отключение отдельных батарей почти не изменяет теплоотдачу остальных приборов. Ведь вода в основном проходит по байпасам. А вот двухтрубные теплосистемы при этом обязательно разбалансируются.

Новые однотрубные теплосистемы многоквартирных домов

Российские новостройки оборудуются однотрубными радиаторными узлами с термостатическими клапанами (термостатами). Выглядят они как показано на фото ниже.

Радиаторный узел с термостатом.

Такие теплосистемы на 30–40 % дешевле своих двухтрубных аналогов, обладают высокой гидравлической устойчивостью. Но обеспечивают ли они уровень комфортности эксплуатации двухтрубных схем, определяемый следующими составляющими:

• автоматическим режимом стабилизации заданной температуры в каждой комнате;
• общей экономией энергии в теплосистеме;
• возможностью скрытой прокладки труб;
• поквартирным учетом тепла.

Оценим однотрубный вариант отопления по этим критериям.

Местная автоматическая стабилизация температуры

Однотрубный регулируемый радиаторный узел с проходным (а) или трехходовым (б) термостатическим клапаном на верхней подводке.

Регулируемый радиаторный узел вертикального однотрубного отопления может быть выполнен с проходным (рис.а) или трехходовым (рис.б) термостатическим клапаном (термостатом). Узел обвязки разветвляет теплоноситель на два потока: через прибор и через байпас. Диаметры плунжера клапана термостата и отверстия для прохода жидкости выполняются максимальными. Термостат не засоряется при загрязненном теплоносителе и обеспечивает его свободный проток (при полном открытии). Несанкционированная замена радиатора, сопровождающаяся удалением термостата, не ведет к разбалансировке всей теплосистемы, как в двухтрубном варианте.

Если температура комнатного воздуха превысит заданную, то клапан закроется (перейдет в режим минимум), направляя жидкость по байпасу мимо радиатора. Закрытие (минимальное открытие) клапанов всех термостатов данного стояка увеличивает долю теплоносителя, проходящего по байпасам, с 80 % до 90 %, одновременно уменьшая проток через радиаторы, т.е. без изменения общего расхода.

Экономит ли однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией энергию?

В двухтрубном варианте отопления теплоэнергия напрямую экономится. При перегреве помещений термостаты уменьшают расход теплоносителя через отопительные приборы, одновременно уменьшается его проток по стоякам, т.е лишний его объем по трубам не циркулирует.

В однотрубной теплосистеме с термостатами при перегреве помещений (когда закрываются их клапаны) общая принудительная циркуляция жидкости не снижается – она просто не попадает в батареи, и, соответственно, не остывает в них. Теплоэнергия здесь не экономится, но и не расходуется понапрасну, оставаясь в стабильном объеме нагретого теплоносителя. Но его температура в «обратке» повышается, что ведет к росту потерь в трубопроводах. Впрочем, в теплопунктах многоквартирных домов от «обратки» запитан теплообменник ГВС (при его наличии), в котором вода остывает перед возвращением в котельную.

Скрытая прокладка труб при однотрубном отоплении

При скрытии труб в стенах используется теплоизоляция для труб отопления повышающая эффективность такой прокладки. Ниже показан общий вид прокладки скрытых однотрубных стояков и горизонтальных подводок от них к радиаторам в нишах.

Схема скрытой прокладки однотрубной системы.

Для устройства квартирного учета тепла при наличии в доме двухтрубных вертикальных стояков можно использовать горизонтальную однотрубную разводку квартирного отопления со скрытой прокладкой труб под полом или за декоративным плинтусом.

Комбинация двухтрубного и однотрубного вариантов

В частных двухэтажных (или большей этажности) домах могут применяться как двухтрубные, так и однотрубные вертикальные стояки, вместе с горизонтальной однотрубной разводкой по комнатам при множестве способов подключения отопительных приборов.

Схема однотрубной системы отопления 2-х этажного дома.

Температурный перепад в комнатных радиаторах в этом случае расчитывается по формуле ∆T_р=∆T⁄P, где P – число отопительных приборов, соединенных последовательно (в данном случае P=3). По горизонтальной однотрубной магистрали должно протекать жидкости в P раз больше, чем по горизонтальным трубам при двухтрубной разводке. Это потребует увеличения мощности насоса для ее принудительной циркуляции и больших затрат электроэнергии, но гидроустойчивость схемы будет высокой.

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.

Статьи по теме:

Способы заполнения систем отопления закрытого типа. Типовые ошибки, допускаемые при выполнении этой операции. Рекомендации по выбору величины.

Статья посвящена схемам и правилам выполнения лучевой разводки систем отопления многоквартирных и частных домов. Этот вид разводки отопительных труб.

Над тем, как реализовать альтернативное отопление частного дома, задумываются многие владельцы недвижимости. Систем обогрева жилья, в том числе.

Особенности применения однотрубной системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

Одноконтурная трубная разводка отопления

Принцип ее работы – обеспечение передвижения рабочей жидкости по одной трубе. Что это значит? По общему стояку нагретая вода или антифриз выдавливается на верхний уровень системы отопления, а радиаторы последовательно подключаются в трубе обратной подачи теплоносителя в котел. Очевидно, что верхние этажи или самые первые в схеме радиаторы будут нагреваться быстрее и сильнее, поэтому однотрубная система отопления используется только в одноэтажных или малоэтажных (2-3 этажа) домах, где разница в температуре подачи и обратки не так заметна. В одноэтажном доме все радиаторы будут нагреваться практически до одной и той же температуры.

Достоинства, особенности отличие однотрубной системы отопления:

1. Соблюдение гидродинамического равновесия в системе;
2. Простой проект, быстрый монтаж;
3. Низкие финансовые и трудовые затраты из-за монтажа только одной магистрали без датчиков и других приборов контроля и автоматического управления;
4. Организация движения рабочей жидкости по принципу естественной циркуляции (гравитационная схема), которая не требует врезки циркуляционного насоса и подключения электричества. Этим преимущественно и отличается однотрубная разводка от двухтрубной.

Но однотрубная система отопления имеет и недостатки, причем существенные:

1. Сложные расчеты из-за необходимости соблюдения гидравлической устойчивости и высокого гидравлического сопротивления;
2. Полная зависимость всех приборов и узлов системы из-за последовательного их включения;
3. Для одного стояка самым оптимальным будет подключение не более 5-7 радиаторов;
4. Нельзя регулировать температуру в каждом отдельном радиаторе;
5. Высокие потери тепла.

Для владельцев одноэтажных загородных домов вопрос о том, какая лучше — однотрубная или двухтрубная система отопления и что лучше выбрать, не стоит – если дом одноэтажный, то однотрубное отопление – наилучший вариант и в плане монтажа, и в плане трудозатрат, и с точки зрения экономии энергоносителей.

Как можно усовершенствовать одноконтурную схему разводки

Если вы не знаете, что лучше выбрать — систему отопления однотрубную или двухтрубную – то остановитесь на промежуточном варианте, схема которого носит название ленинградка. В этой схеме добавлен байпас – трубная перемычка для каждого радиатора, позволяющая его обойти полностью или частично. В байпас врезается запорный кран, которым можно регулировать полную или частичную подачу тепла в обход батареи.

Кроме того, к байпасу можно подключить термодатчик, и контроль за температурой улучшится. Также с байпасом можно проводить ремонт или замену узлов без остановки всего отопления. Перемычку можно легко установить в уже работающую систему.

Собирается однотрубная система отопления частного дома по горизонтальной и вертикальной схеме. Если основным будет вертикальный стояк, то все отводы и радиаторы подключаются к нему сверху вниз. Горизонтальный стояк работает по принципу последовательного подключения радиаторов. И в первом, и во втором варианте разводки трубопровода будут появляться воздушные пробки, и это также можно отнести к недостаткам, которыми обладает однотрубная система отопления.

Технология сборки одноконтурной системы

1. Сначала устанавливается котел, после чего по комнатам разводятся трубы;
2. Если собирается ленинградка, то в точках присоединения батарей и байпасов врезаются тройники;
3. В схеме с естественной циркуляцией соблюдается уклон труб 2-4 градуса на погонный метр;
4. В трубу обратной подачи жидкости врезается насос, и подключается к сети;
5. В самой высокой точке трубной разводки крепится и подключается расширительный резервуар;
6. Подключаются радиаторы, на них устанавливаются краны Маевского, чтобы можно было стравливать воздух;
7. Однотрубное отопление опрессовывается и запускается в работу.

Экономит ли однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией энергию

В двухтрубном варианте отопления теплоэнергия напрямую экономится. При перегреве помещений термостаты уменьшают расход теплоносителя через отопительные приборы, одновременно уменьшается его проток по стоякам, т.е лишний его объем по трубам не циркулирует.

В однотрубной теплосистеме с термостатами при перегреве помещений (когда закрываются их клапаны) общая принудительная циркуляция жидкости не снижается – она просто не попадает в батареи, и, соответственно, не остывает в них. Теплоэнергия здесь не экономится, но и не расходуется понапрасну, оставаясь в стабильном объеме нагретого теплоносителя. Но его температура в «обратке» повышается, что ведет к росту потерь в трубопроводах. Впрочем, в теплопунктах многоквартирных домов от «обратки» запитан теплообменник ГВС (при его наличии), в котором вода остывает перед возвращением в котельную.

Основные виды

Несмотря на то что конструкционные особенности однотрубной системы не отличаются особой сложностью, можно отметить некоторое количество ее видов. В домах частного типа возможно использование систем двух основных видов:

1. Последовательная (нерегулируемая). Особенность ее в том, что теплоноситель по порядку поступает в каждый из элементов конструкции. Такой вариант является простым и недорогим. Но возможность регулировки теплоносителя здесь полностью отсутствует, именно поэтому наиболее удаленные от котла радиаторы имеют самую низкую температуру. Такие системы последовательного типа применяются в основном для обогрева небольших помещений.
2. Регулируемая. В этом случае производится параллельное соединение элементов. Здесь предоставляется возможность регулировки теплоносителя. Это происходит благодаря наличию в систему запорной арматуры. Такой вариант способен отопить помещение с немалой площадью.

Также существует разновидность однотрубных систем отопления в зависимости от способа циркуляции теплоносителя:

1. Естественная обеспечивает движение теплоносителя в системе благодаря гравитационным силам. Используется только в маленьких помещениях, где магистраль имеет небольшие размеры. В целях повышения КПД после котлоагрегата сразу же устанавливается специальный коллектор, который работает на разгон теплоносителя. Данное устройство представляет собой высокую ровную трубу, в которой теплоноситель развивает скорость и проходит полный замкнутый круг гораздо быстрее, что способствует уменьшению тепловых потерь. Для установки такого усилителя понадобятся достаточно высокие потолки (больше 2 м). Данная система пользуется немалой популярностью, поскольку она полностью независима от подачи электроэнергии.
2. Принудительная, которая перемещает теплоноситель за счет установленного специального насоса. По сравнению с первым видом является более продуктивной. Такая система устанавливается в случае наличия нескольких отопительных контуров. Часто в них монтируется несколько циркуляционных насосов.
3. Комбинированная выполняется по такому же принципу, как отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя, но также в области байпаса устанавливается специальный насос, который повышает производительность конструкции. Такой вариант отопления обустраивается в случае частых перебоев электроэнергии.

Монтаж ленинградки в частном доме

После осуществления расчета, разработки схемы и покупки всех необходимых материалов можно приступать к сборке элементов конструкции.

Последовательность основных работ:

1. Устанавливается бак;
2. Трубопровод полипропиленом трубой прокладывается по периметру здания, начиная от котла и замыкая на нем весь контур;
3. После прокладки магистрали на небольшом расстоянии от источника подогрева теплоносителя осуществляется технологическая врезка для вертикальной трубы;
4. На вершине этого участка прикрепляется расширительный бак;
5. В последнюю очередь магистрали соединяют с радиаторами: к патрубкам снизу — нижнее горизонтальное подключение, а входная и выходная трубы врезаются в батарею на разной высоте — диагональное.

Несмотря на внешнюю простоту ленинградской системы отопления частных домов схемы, заниматься самостоятельным обустройством без специальных знаний опасно. Необходима консультация с профессионалами на всех этапах подготовки и монтажа.

Новые однотрубные теплосистемы многоквартирных домов

Российские новостройки оборудуются однотрубными радиаторными узлами с термостатическими клапанами (термостатами). Выглядят они как показано на фото ниже.

Радиаторный узел с термостатом.

Такие теплосистемы на 30–40 % дешевле своих двухтрубных аналогов, обладают высокой гидравлической устойчивостью. Но обеспечивают ли они уровень комфортности эксплуатации двухтрубных схем, определяемый следующими составляющими:

• автоматическим режимом стабилизации заданной температуры в каждой комнате;
• общей экономией энергии в теплосистеме;
• возможностью скрытой прокладки труб;
• поквартирным учетом тепла.

Оценим однотрубный вариант отопления по этим критериям.

Минусы однотрубной системы

• повышенная уязвимость к разморозке всей системы. Замерзание системы хотя бы в одном месте делает неработоспособным весть контур.
• по мере удаления от котла требует увеличенного размера отопительных приборов. Ввиду того, что в магистраль трубы поступает не только горячая вода (напрямую из котла), но и остывшая (с отопительных приборов), на вход каждого последующего радиатора приходит все более охлажденная вода. Но теплопотери остаются прежними. Чтобы их компенсировать, требуется больше секций. Этот фактор напрямую сводит на нет и даже уводит в минус кажущийся вначале выигрыш в стоимости материала.

Двухтрубная система отопления — система, при которой для подачи и отвода теплоносителя используется две трубы.

Плюсы однотрубной системы

• для подачи теплоносителя используется одна труба вместо двух. Это прямая экономия ваших средств по стоимости труб, фитингов и работ по монтажу.
• фактически не требует никакой регулировки отдельных веток и стояков.
• имеет меньший объем теплоносителя. В случае использования антифриза это опять же прямая экономия ваших средств.
• повышенная гидравлическая устойчивость данной системы.
• в случае необходимости слива системы этот процесс ускоряет и не приводит к излишнему объему воды в сливной яме, т.к. имеет меньший объем теплоносителя.
• сроки монтажа меньше, чем в двухтрубной системе.
• при наличии готового (рассчитанного) проекта с исполнительными схемами и указанными диаметрами не требует высокой квалификации монтажников.

Местная автоматическая стабилизация температуры

Однотрубный регулируемый радиаторный узел с проходным (а) или трехходовым (б) термостатическим клапаном на верхней подводке.

Регулируемый радиаторный узел вертикального однотрубного отопления может быть выполнен с проходным (рис.а) или трехходовым (рис.б) термостатическим клапаном (термостатом). Узел обвязки разветвляет теплоноситель на два потока: через прибор и через байпас. Диаметры плунжера клапана термостата и отверстия для прохода жидкости выполняются максимальными. Термостат не засоряется при загрязненном теплоносителе и обеспечивает его свободный проток (при полном открытии). Несанкционированная замена радиатора, сопровождающаяся удалением термостата, не ведет к разбалансировке всей теплосистемы, как в двухтрубном варианте.

Если температура комнатного воздуха превысит заданную, то клапан закроется (перейдет в режим минимум), направляя жидкость по байпасу мимо радиатора. Закрытие (минимальное открытие) клапанов всех термостатов данного стояка увеличивает долю теплоносителя, проходящего по байпасам, с 80 % до 90 %, одновременно уменьшая проток через радиаторы, т.е. без изменения общего расхода.

Отличие однотрубной и двухтрубной систем отопления

При монтаже отопления ориентируются на два способа установки контура:

Отличием этих способов считают специфику подключения теплообменника к магистральному проводу. Одноконтурные представляют собой кольцевую замкнутую систему. В трубопровод устанавливают радиаторы, а магистраль протягивается от котла и замыкается на нем.

Двухконтурный метод представляет собой две линии, устанавливаемые параллельно. По верхнему уровню теплоноситель перемещается до радиаторов и обогревает помещение. По нижнему отработанная жидкость возвращается в котел для дальнейшего нагрева. При помощи такого способа удается обеспечить равномерный нагрев батарей в помещении. Затраты энергии на обогрев одного элемента снижаются.

Минусы двухтрубной системы.

Минусов такая система практически не имеет, за исключением стоимости и срока монтажа, которые конечно выше, чем в случае с однотрубной системой, но эти недостатки с лихвой компенсируются удобством, качеством и надежностью эксплуатации этой системы.

Наши рекомендации.

Рассмотрев плюсы и минусы описанных систем, вы можете принять свое решение в пользу того или иного варианта.

Мы же со всем знанием дела настоятельно рекомендуем остановить свой выбор на двухтрубной системе.

Помимо, указанных выше положительных особенностей этой схемы, приведем еще одно соображение в качестве обоснования своей рекомендации.

Представьте, что перед вами выбор: нужно выбрать две электрические гирлянды. В одной гирлянде лампочки соединены последовательно, а в другой параллельно. Критерий, которым вы руководствуетесь — надежность, удобство эксплуатации и ремонта. Какую выберите вы?

Предположим, вы берете ту, где лампочки подключены последовательно. Что же происходит, когда перегорает одна лампочка? Цепь разрывается. Вся гирлянда перестает работать.

А что можно сказать о поиске перегоревшей лампочки в такой гирлянде, если у вас нет специальных приборов?

Кто искал такую лампочку, знает, сколько это занимает времени.

Какое отношение этот пример имеет к системе отопления? Самое прямое.

Выше мы говорили, что однотрубная система наиболее уязвима в отношении разморозки всей системы. Все отопительные приборы «сидят» на одной трубе. И хотя технически было бы неправильно говорить о том, что они включены последовательно (если конечно это не разновидность однотрубной системы — проточная система). Все же подумайте, что бы произошло, если бы хотя бы 1 см или 0,5 см воды в этой трубе перемерзло (особенно уязвимы пороги входных дверей или неплотности в швах кирпича, особенно когда на трубах или в стенах нет утеплителя)?

Правильно. «Встала» бы вся система. И постепенно она вся замерзла бы.

А что можно сказать о поиске замерзшего участка трубы? Поверьте — это практически невозможно!

А теперь возьмем гирлянду с параллельно включенными лампочками. Что происходит, когда одна или две перегорают?

Другие продолжают гореть. А легко ли найти ту лампочку, которая перегорела? Конечно. Все горят, а она — нет!

Точно также и в двухтрубной системе. Если все же так случилось, что труба, идущая к одному радиатору, замерзла, то это не значит, что перестанут работать другие.

А легко ли найти радиатор и соответственно место, где случилась авария? Да. Достаточно лишь потрогать рукой, и все станет ясно.

Разве это не мощный фактор в пользу выбора двухтрубной системы?

Задаваясь вопросом: «Двухтрубную или однотрубную систему отопления нужно выбирать?», не колеблясь, остановите свой выбор на двухтрубной системе отопления и вы никогда не пожалеете о своем выборе!