Закрытая и открытая системы отопления: какая лучше?

Для того, чтобы ответить на вопрос «какая система отопления лучше – открытая или закрытая?», прежде всего, необходимо разобраться с терминологией. Именно такая формулировка (открытая и закрытая системы отопления) является ошибочной.

На самом деле, в научной литературе действительно классифицируют системы на открытые и закрытые, но речь идет о системах теплоснабжения, а не отопления. Так в чем же разница между этими понятиями?

Отличия систем отопления от систем теплоснабжения

Системы отопления – это комплекс технических элементов (радиаторов, трубопроводов и другого оборудования), предназначенных для получения, переноса и передачи тепла во все помещения конкретного здания, с целью обеспечения и поддержания нормируемой внутренней температуры воздуха. Таким образом, рассматривается только одно отдельное здание.

Системы теплоснабжения – это комплекс технических устройств, обеспечивающих:

• Приготовление теплоносителя (ТЭЦ, котельная);
• Транспортировку теплоносителя (тепловые сети);
• Распределение тепловой энергии отдельным потребителям.

Теплоснабжение – это более глобальное понятие.

Что же тогда ошибочно подразумевают под закрытыми и открытыми системами отопления?

Миф 1: классификация по типу расширительного бака

Закрытые системы – это системы отопления, в которых используется закрытый (мембранный) расширительный бак.

Открытые системы – это системы, соответственно, с открытым расширительным баком.

Расширительный бак нужен для того, чтобы принять избыток теплоносителя при его расширении, поскольку при повышении температуры жидкость увеличивается в объеме.

Без устройств, принимающих в себя излишек теплоносителя – давление в системе повышается, что иногда приводит к печальным последствиям, например, может произойти порыв трубопровода и срыв запорно-регулирующей арматуры.

Открытый расширительный бак (рис.1) не является герметичным – он имеет взаимосвязь с воздухом. Используется в основном в гравитационных системах отопления частных домов. В таких системах жидкость циркулирует без насоса, за счет перепада температур.

Рис.1. Открытый расширительный бак в гравитационной системе отопления

Закрытый (мембранный) расширительный бак (рис.2) представляет собой герметично закрытую металлическую емкость, разделенную на 2 камеры эластичной мембраной. Отсюда и название «мембранный».

Рис. 2. Закрытый (мембранный) расширительный бак в системе отопления

Миф 2: по типу подключения здания к тепловым сетям

Закрытые системы (подразумеваемые в данном контексте) – это системы отопления здания, которые подключены к наружным тепловым сетям через теплообменник. То есть, система отопления потребителя никак не соединяется с наружными сетями, отсюда и название «Закрытая».

На самом деле, такой тип подключения правильно называть – Независимым (рис.3).

Рис.3. Схема независимого подключения системы отопления к тепловым сетям

При таком подключении теплоноситель от источника (ТЭЦ) циркулирует через теплообменник, отдавая тепло.

При проектировании всей системы отопления объекта, например, жилого многоквартирного дома, становится понятно какой тип теплообменных аппаратов подойдет: кожухотрубный, кожухопластинчатый или необходимо купить пластинчатый теплообменник.

Теплообменник при этом устанавливается в индивидуальном тепловом пункте здания (ИТП).

В настоящее время подобный тип подключения вытесняет устаревший — Зависимый.

Открытые системы – это системы отопления, подключающиеся непосредственно к тепловым сетям, либо через элеватор. Теплоноситель при этом поступает из наружных тепловых сетей к конечному потребителю, предварительно пройдя через элеватор для понижения температуры.

Температура подачи в тепловых сетях 110-150 °С, в системах отопления нельзя использовать столь горячий теплоноситель, так как будут возможны ожоги от радиаторов и трубопроводов.

Элеватор, кроме понижения температуры теплоносителя, выполняет еще одну функцию – создает напор, который необходим для движения теплоносителя во внутридомовой системе (рис.4).

Рис.4 Схема зависимого подключения системы отопления

Правильно будет называть такое подключение – Зависимым.

Что правильно разделять на Закрытые и Открытые системы?

Правильно классифицировать на Закрытые и Открытые – системы теплоснабжения по способу организации горячего водоснабжения.

Рис. 5. Типы систем теплоснабжения

Открытая система теплоснабжения – система, в которой доставка горячей воды потребителям происходит напрямую из тепловой сети. Остальная часть воды идет на отопление и вентиляцию. Горячая вода из смесителя (например, в ванной комнате) – та же самая, что и в отопительных приборах.

Закрытая система теплоснабжения – это система, в которой вода для ГВС подается из городского водопровода, а далее, в теплообменниках подогревается теплоносителем до требуемой температуры. Таким образом, контур горячей воды отделен (закрыт) от контура отопления. Вода, циркулирующая в системе теплоснабжения, используется только как теплоноситель.

Рис. 6. Схема закрытой системы теплоснабжения

У каждой из систем есть свои достоинства и недостатки. Подробно о них можно прочитать в этой статье.

В рамках данного обзора вкратце остановимся на следующем моменте: в открытой системе теплоснабжения существует очень серьезный недостаток – большой объем подпиточной воды.

В случае, когда используются промышленные котельные установки, неизбежно возникнет вопрос экономической целесообразности применения такой схемы.

Так как часть воды просто «вытекает» из смесителей, то эту воду нужно добрать, отсюда возрастают объемы водоподготовки, как следствие – затраты на подготавливающее оборудование.

В обратном случае (без водоподготовки в необходимом объеме) присутствует высокий риск выхода из строя многомиллионного оборудования котельной.

От качества питательной и подпиточной воды зависит надежность работы котельных установок. Борьба с коррозией и накипью — основная задача водоподготовки.

При поставке воды низкого качества возможны серьезные последствия – снижение КПД, а в худших случаях – выход из строя компонентов котельной установки.

Основные проблемы при этом:

• Загрязнение котлов шламом;
• Отложение солей;
• Коррозия металла.

Не существует одинакового «набора» для водоподготовки всех котельных агрегатов, так как качество исходной воды в каждой местности будет различным. Стандартная схема включает в себя следующие этапы:

1. Фильтр, задерживающий крупную грязь, окалину;
2. Умягчители, снижающие жесткость воды;
3. Обезжелезивание;
4. Фильтр тонкой очистки;
5. Дозатор химикатов.

Рис. 7. Установка промышленной водоподготовки

Открытая система теплоснабжения: реализация и особенности

Что это такое — открытая система теплоснабжения, и чем она отличается от закрытой? Как реализуется такая схема? Насколько она выгодна потребителю? Давайте попробуем разобраться.

Тепловой узел в открытой системе.

Всем здравствуйте

Давайте начнем с представления участников и выясним, чем отличаются открытая и закрытая системы:

• В первом случае вода для нужд горячего водоснабжения отбирается из системы отопления;

Открытыми бывают только системы ЦО, питающиеся от теплоэлектроцентралей или котельных. В автономной системе отопления ГВС может использовать тот же источник тепла (примеры — двухконтурный котел или бойлер косвенного нагрева), но вода для нагрева всегда берется из системы ХВС.

Индивидуальная котельная с бойлером косвенного нагрева.

• Во втором случае отопительный контур является замкнутым, и весь объем проходящего через него теплоносителя возвращается на рециркуляцию в котельную или ТЭЦ.

Реализация

Закрытая

Как реализована типичная закрытая система теплоснабжения в многоквартирном доме?

За доставку теплоносителя к дому отвечает теплотрасса — две теплоизолированные магистрали (подающая и обратная), соединяющие котельную или ТЭЦ с потребителями.

У каждого отвода от трассы на дом или группу домов обустраивается тепловая камера с отсекающими задвижками, сбросниками и кранами для контрольных замеров температуры и давления.

Тепловая камера в процессе монтажа.

Внутри дома за раздачу тепла потребителям отвечают:

• Элеваторный узел (тепловой пункт);

В доме может быть несколько тепловых пунктов . Их количество определяется главным образом линейными размерами дома: при большом количестве квартир и подъездов создавать один контур большой протяженности невыгодно из-за его высокого гидравлического сопротивления и сопутствующей потери напора.

• Розливы подачи и обратки (горизонтальные трубопроводы, соединяющие стояки с элеваторным узлом);
• Стояки, распределяющие теплоноситель по отдельным отопительным приборам.

Стояки и радиаторы отопления.

Теперь — подробнее о каждом элементе.

Сердце элеваторного узла — так называемый водоструйный элеватор. Он выглядит как чугунный или (реже) стальной тройник с фланцами для присоединения к трубам подачи и обратки. Внутри элеватора расположено сопло, которое обеспечивает дозированную подачу воды с подачи и ее смешение с направляющимся на рециркуляцию теплоносителем из обратного трубопровода.

Чугунный элеватор и сопло.

Зачем это нужно?

Рециркуляция воды обратки позволяет:

• Увеличить объем теплоносителя, проходящего через систему отопления за единицу времени, при минимальном расходе воды из подающей нитки теплотрассы;
• Сделать более равномерным нагрев отопительных приборов в начале и в конце контура.

Как работает элеватор?

Его принцип работы основан на законе Бернулли, утверждающем, что гидростатическое давление в потоке жидкости или газа обратно пропорционально скорости потока. Давление воды на подаче превышает давление на обратке на 2-3 атмосферы. А вот после сопла создается область разрежения, которая затягивает часть теплоносителя из обратного трубопровода через подсос.

Стрелки указывают направление движения воды.

Перепад давлений между смесью (водой после элеватора) и обраткой составляет не более 0,2 кгс/см2.

В экстремально сильные холода для поддержания соответствующей санитарным нормам температуры в квартирах иногда практикуется работа элеватора без сопла. Подсос глушится установленным на фланец стальным блином с парой резиновых прокладок.

Переток теплоносителя из подачи в обратку ограничивается регулировкой входной задвижки на обратном трубопроводе: она полностью закрывается, а затем приоткрывается с непрерывным контролем перепада давлений по манометру.

Элеватор снят, подсос заглушен.

Если просто прикрыть задвижку, ее щечки позже могут сползти по штоку и полностью перекрыть канал внутри корпуса. Последствия остановки циркуляции в сильные холода не заставят себя ждать: в течение первой пары часов будет разморожено подъездное отопление, затем последуют аварии в квартирах.

Элеватору нужна обвязка.

В ее состав входят:

1. Входные и домовые задвижки (две на входе в элеваторный узел и две на границе между ним и собственно отопительным контуром);

Сейчас задвижки постепенно вытесняются более надежными шаровыми кранами.

1. Грязевики (как минимум один грязевик на подаче, перед элеватором);
2. Контрольные вентиля для замера давления системы теплоснабжения;

В них должны стационарно устанавливаться манометры, но из-за массовых краж представители Теплосетей и жилищных организаций часто вынуждены снимать приборы.

1. Масляные карманы для замера температуры;
2. Сбросники после домовых задвижек, отсекающих контур от элеваторного узла (опционально — с патрубками, отводящими воду в канализацию). Они нужны для сброса системы отопления и для ее перепускания при запуске: если открыть одну из домовых задвижек и сброс на второй нитке, большая часть воздуха вылетит через сброс.

Конфигурация теплового узла в закрытой системе.

Розлив отопления прокладывается по периметру дома.

Он может быть смонтирован одним из двух способов:

1. Так называемый верхний розлив подразумевает разводку подачи по чердаку. Розлив обратки находится в подвале. Соединяющие их стояки отключаются в двух местах — внизу и вверху;

Отопительная система с верхним розливом.

Эта схема усложняет отключение отдельного стояка, зато упрощает запуск сброшенной системы. Для того, чтобы началась циркуляция в контуре, достаточно заполнить его и стравить воздух через единственный воздушник, установленный на расположенном в верхней точке розлива подачи расширительном баке.

1. В случае нижнего розлива и обратный, и подающий трубопроводы разводятся по подвалу или техническому подполу. Стояки подключаются к ним поочередно; каждая пара стояков на верхнем этаже соединяется горизонтальной перемычкой, обеспечивающей циркуляцию.

Здесь обратная картина: отключить пару стояков несколько проще, но при запуске сброшенного контура нужно стравить воздух из каждой перемычки. Если обитателей верхних квартир хронически нет дома, запуск стояка может вылиться в серьезную проблему.

Нижний розлив: обратка и подача проложены по подвалу.

Стояки и подводки обеспечивают присоединение отопительных приборов. Типичный номинальный диаметр стояка отопления — 20 — 25 мм, подводки — 15-20. Подводки к приборам соединяются перемычками, обеспечивающими работу стояка при прикрытой запорно-дросселирующей арматуре на них.

Открытая

Отличие открытой схемы от закрытой — только в том, что в элеваторном узле есть врезки ГВС.

В домах, построенных до середины 70-х, подключение горячей воды реализовано предельно просто: розлив ГВС подключен к подаче и обратке между входными задвижками и элеватором. На врезках устанавливаются задвижки или вентиля; в каждый момент времени открыта только одна из врезок — либо подача, либо обратка.

Элеваторный узел с двумя врезками горячего водоснабжения.

Зачем нужны две независимые врезки?

Дело в том, что в пик холодов температура подающей нитки теплотрассы на выходе из ТЭЦ может достигать 150С. Вода не закипает только благодаря избыточному давлению. Подав воду непосредственно из тепловой сети потребителям, легко получить массу несчастных случаев и бытовых травм.

На обратном трубопроводе в это же время температура воды составляет вполне приемлемые 70 градусов.

Температурный график. Линии (сверху вниз): подача, смесь, обратка.

Летом — другая картина: перепад давлений в трассе отсутствует или минимален; температура обратки мало отличается от температуры окружающего воздуха. Нужды ГВС обеспечиваются только подачей.

Такая схема предельно проста в обслуживании, но имеет пару серьезных недостатков:

1. В отсутствие водоразбора вода в трубах остывает. Соответственно, по утрам ее приходится долго сливать. Это как минимум неудобно, а при наличии водосчетчика на ГВС — и вовсе не комильфо;
2. Подключенные в разрыв подводки горячей воды полотенцесушители нагреваются лишь тогда, когда вы расходуете горячую воду. Большую часть времени ванная комната простаивает без обогрева.

Полотенцесушитель в хрущевке, врезанный в разрыв подводки ГВС.

В жилых зданиях новых проектов эти проблемы успешно решены небольшой модернизацией схемы подключения ГВС к элеваторному узлу:

• И на подаче, и на обратке между входными задвижками и элеватором сделаны две врезки ГВС;
• На фланце между врезками на каждой нитке установлена подпорная шайба — стальной блин с отверстием на 1 мм большего по сравнению с соплом элеватора диаметра;
• По дому разведены два розлива ГВС;
• Стояки подключаются к ним попеременно и соединяются на верхнем этаже или на чердаке перемычками — в точности как на отоплении с нижним розливом.

Схема соединения стояков могут заметно различаться. Например, возможна схема, при которой через каждую квартиру проходит два стояка с горячей водой — собственно ГВС и стояк с полотенцесушителями.

На фото — стояки ГВС и полотенцесушителей в подвале многоквартирного дома.

Нередко сушилки монтируются в разрыв стояка, а стояки соединяются по 3-4 штуки — группами, соответствующими количеству квартир на лестничной площадке.

Полотенцесушитель размыкает стояк ГВС.

В зависимости от сезона система ГВС может работать в одном из трех режимов:

1. Летом, вне отопительного сезона, вода циркулирует между подающим и обратным трубопроводами;
2. В нижней зоне температурного графика открыты две врезки на подаче. Перепад давлений между ними обеспечивается подпорной шайбой;
3. В сильные холода, когда подача нагревается свыше 90 градусов, ГВС включается из обратки в обратку. Перепад опять-таки создается подпорной шайбой.

Оценки

Какая схема лучше для потребителя?

Если основной критерий — качество воды, сомневаться не приходится. Нагрев бойлером или колонкой куда практичнее, чем подача ГВС из элеваторного узла. Дело в том, что сетевая вода позиционируется как техническая и предназначена только для хознужд, а вот в систему ХВС подается питьевая вода, соответствующая СанПиН 2.1.4.1074-01.

Горячая вода из крана не всегда может похвастаться чистотой.

Еще один критерий оценки — цена кубометра воды. Давайте выполним своими руками несложный расчет — вычислим стоимость кубометра нагретой электрическим бойлером холодной воды и сравним его со стоимостью куба ГВС.

В качестве отправной точки я возьму тарифы , актуальные на начало 2017 года для Москвы:

• Кубометр холодной воды без водоотведения стоит 30 рублей;
• Куб горячей воды обходится в 160 рублей;
• Киловатт-час электроэнергии по одноставочному тарифу — 5 рублей.

Несколько дополнительных условий:

• Средняя температура ХВС на входе в дом составляет примерно 15 градусов;
• Целевая температура ГВС — 70 градусов;
• Для упрощения расчетов я пренебрегу теплопотерями бойлера через теплоизоляцию, приняв его КПД равным 100%;

Электрический бойлер за сутки теряет через теплоизоляцию бака не меньше 2 КВт-ч тепла.

• Для нагрева кубометра воды на 1С необходимо 1,1631 киловатт-часа тепла.

Дальше — несложный подсчет:

1. На разогрев куба холодной воды до целевой температуры уйдет 1,1631 * (70 — 15) = 64 (с округлением) киловатт-часа электроэнергии;
2. С учетом стоимости ХВС и тарифов на электричество они обойдутся в 64*5+30=350 рублей, что в два с лишним раза больше стоимости кубометра горячей воды.

Инструкция очевидна: если вы хотите сэкономить на коммунальных услугах, использовать собственный электрический бойлер определенно не стоит.

Централизованная подача ГВС обойдется дешевле.

Заключение

Надеюсь, что мне удалось ответить на все вопросы уважаемого читателя. Узнать больше о схемах отопления и водоснабжения вам поможет видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!