Попутное и тупиковое движение теплоносителя

В двухтрубных системах отопления часто используют попутное движение теплоносителя. Почему? В чем его преимущества? Чем тупиковая схема хуже?

Итак, попутное движение теплоносителя – это такое движение теплоносителя, при котором вода в подающем и обратном трубопроводе течет в одном направлении (Рис.1). При встречном (тупиковом) все как раз наоборот (Рис.2)

Рис.1 Схема двухтрубной системы отопления с попутным движением теплоносителя.

Рис.2 Схема двухтрубной системы отопления с тупиковым движением теплоносителя.

Рассмотрим и ту, и другую схему с точки зрения гидравлики и балансировки, протяженности трубопроводов и монтажа.

I. Гидравлика и балансировка.

Под гидравликой подразумевается непосредственный расчет потерь давления в ветках/кольцах. Балансировка же – это увязка веток между собой, а именно мы стремимся к тому, чтобы во всех кольцах/ветках были одинаковые потери давления. При расчете потерь давления сети нам необходимо посчитать потери давления в основном циркуляционном кольце (самом нагруженном и протяженном) и в остальных кольцах, чтобы увязать их с основным циркуляционным кольцом. Все просто: если в каком-то кольце потери давления меньше, чем в остальных, то вода будет стремиться именно в этот контур, следовательно, в других кольцах ее будет недостаточно. Это означает, что мы не получим требуемый расход теплоносителя в каждой ветке и соответственно необходимой теплоотдачи от отопительных приборов, в этом случае система считается разбалансированной. Гидравлика для попутного движения теплоносителя до удивления проста. Если у вас ветка из одинаковых по мощности и типоразмеру радиаторов (Рис.3), то потерю давления достаточно посчитать в контуре через любой радиатор, в остальных же контурах значение потерь давления такое же. Система, по умолчанию, является гидравлически увязанной, т.е. отбалансированной и не требует никаких радиаторных клапанов предварительной настройки.

Рис.3 Схема с попутным движением теплоносителя при одинаковой мощности приборов.

Однако, если мощность отопительных приборов разная либо они имеют разный типоразмер (что влияет на значение местного сопротивления прибора), то придется считать потери через каждый контур и увязывать приборы между собой с помощью термостатических клапанов (Рис.4).

Рис.4 Схема с попутным движением теплоносителя при разной мощности приборов.

При использовании встречной схемы движения теплоносителя, в любом случае, считаются потери давления через каждый контур и на каждый прибор ставится термостатический клапан. Но, можно сказать, что в случае установки термостатических клапанов на приборы при попутной схеме движения теплоносителя наиболее вероятно, что настройки клапана хватит для балансировки. Если же у нас тупиковая схема, то на первом приборе на ветке (Рис. 5) мы должны выставить максимальную настройку, т.е. максимально зажать сечение, и в случае, если система очень протяженная, настройки клапана может не хватить либо, если мы выставим максимальную настройку, сечение будет уменьшено настолько, что вода в отопительный прибор не потечет.

Рис.5 Настройка клапана – схема с тупиковым движением теплоносителя.

По критерию «Гидравлика и балансировка» более предпочтительна схема с попутным движением теплоносителя.

Однако, есть в такой схеме один «подводный камень». В данной схеме есть, так называемые, «точки равного давления». Если подводки к отопительному прибору будут присоединены к магистрали в данном месте, то вода в прибор не потечет. Что же это за точки? Предлагаю вам ознакомиться с рисунком 6.

Рис.6 Точки «равного давления» — схема с попутным движением теплоносителя.

Из рисунка видно, что данные точки расположены посередине контура, но в случае более сложной разводки предсказать, где эти точки труднее. А физика здесь проста: В точке 1, находящейся на подающем трубопроводе, и точке 2 – на обратном, давление одинаковое и вследствии того, что разности давления между этими точками нет, вода через прибор не течет.

Совет: стараться избегать таких точек и подключать прибор дальше от них!

II. Протяженность трубопроводов и монтаж.

Зачастую попутная схема требует более протяженных трасс, но это не всегда так. Все зависит от помещения и расположения приборов. Что касается монтажа, то схему тупиковую монтировать проще хотя бы потому, что диаметры параллельных участков и типоразмеры фасонных частей не отличаются. По критерию «Протяженность трубопроводов и монтаж» более оптимальна тупиковая схема. Для простоты и легкости сравнения приведенные факты о схемах движения теплоносителя представлены в сводной таблице 1.

Таблица 1. Сравнение схем движения теплоносителя попутной и тупиковой

Схемы отопления – попутка, тупиковая, коллекторная и др. Сравнение и выбор

Для дома нужно подобрать подходящую схему отопления, чтобы она надежно работала весь период эксплуатации, не была излишне дорогой. Схема разводки отопительных трубопроводов подбирается под конкретную планировку здания. На выбор влияют размещение котельной относительно других комнат, этажность здания, отапливаемая площадь, размещение комнат и их теплопотери и др.

Чтобы определиться с выбором подходящей отопительной схемы, рассмотрим какие системы отопления бывают, их достоинства и недостатки и области применения.

Начнем с самых популярных схем, которые применяются наиболее часто и рекомендуются специалистами для создания отопления в частных домах и квартирах. В них предусматривается установка насосов для циркуляции жидкости. Самотечную систему рассмотрим последней.

Попутная разводка отопительного трубопровода

«Попутка» является универсальной двухтрубной схемой разводки отопительного трубопровода. Подача (горячий трубопровод) от отопительного котла прокладывается по периметру всего здания и к нему последовательно подключаются радиаторы, а заканчивается она на последнем по ходу движения жидкости радиаторе.

Обратка начинается с первого радиатора, к ней попутно подключаются остальные радиаторы и она возвращает теплоноситель обратно в котел.

Из схемы видно, что для каждого радиатора суммарная протяженность подачи и обратки будет примерно одинаковой, поэтому все радиаторы работают в примерно одних и тех же гидравлических условиях.

Схема наилучшим образом подходит для больших площадей отопления, так как позволяет максимально упростить всю разводку для большого здания. В подающем трубопроводе и будет происходить некоторое снижение температуры жидкости, но в данном случае это не критично.

Диаметр основных труб требуется повышенный, в зависимости от подключенной к ним тепловой мощности, чтобы скорость теплоносителя не превышала максимальные рекомендуемые значения (0,7 м/с) при наибольшей нагрузке.

Это обстоятельство значительно удорожает систему, потому что большие фитинги дороже, попутка хоть и самая стабильная, но не самая дешевая.

Тупиковая схема включения радиаторов

Тупиковая схема состоит из двух или нескольких плечей (ветвей, направлений, тупиков…), приблизительно одинаковых по протяженности и по подключенной мощности радиаторов. В ней можно применить более тонкие трубы, так как длина плечей не большая, она ограничена по количеству радиаторов, что и делает систему дешевле.

Подача в каждом плече прокладывается до последнего радиатора, параллельно ей проводится и обратка до котла, или до стояка на каждом этаже.

Разводка может применяться и в маленьких дома и в больших, является универсальной и надежной, но лучше всего ее удается реализовать в домах небольших или средней площади – до 200 м кв. Что бы в каждом плече было не более чем по 5 радиаторов, тогда меньше проблем с их отладкой.

Важно соблюсти примерное равенство мощностей и гидравлических сопротивлений в каждом плече (по 5 а не 6 и 4). Разница в длине двух труб (подача и обратка) между плечами не должна превышать 20 метров.

Коллекторная (лучевая) разводка отопительного трубопровода

В центре дома устанавливается коллектор, к которому парами тонких трубопроводов (подача и обратка) подключаются все радиаторы.

Здесь трубы чаще прячутся под полом и недоступны для обслуживания, так как иначе выполнить разводу не представляется возможным. Недостатки – сложность прокладки трубопроводов с учетом теплоизоляции, трудность регулировки системы.

Обязательно должно быть примерное равенство гидравлических сопротивлений каждой ветви, отходящей от коллектора, иначе система будет разнотемпературной.

Схеме присущи сложность балансировки и не желательность изменения параметров системы «самостоятельно», так как каждая ветвь влияет на все другие подключения в коллекторе. Поэтому при неграмотной регулировке тепло может «пропасть» из какой-то комнаты.

Достоинства – меньшая стоимость, целесообразность монтажа при толстом пироге чернового пола, так как диаметры труб не большие. Отсутствие множества труб в видимой части интерьера.

Однотрубное отопление — «ленинградка»

Здесь действительно имеется экономия на длине трубопровода, но она не большая. Также один трубопровод большого диаметра, проложенный у пола (под полом в теплоизоляторе), меньше портит дизайн по сравнению с двухтрубными системами.

Радиаторы подключаются последовательно по длине трубопровода. Циркуляция жидкости в них за счет конвекции, за счет сопротивления в трубопроводе по длине подключения, которое создается искусственно уменьшением диаметра и др.

Каждый из радиаторов забирает энергию, охлаждая жидкость. В итоге к последнему радиатору приходит наиболее охлажденный теплоноситель.

Бороться с этим явлением можно уменьшая длину трубопровода, а также увеличивая диаметр труб, и создавая в нем большую скорость движения воды, уменьшая, таким образом, разность температур между подачей и обраткой (но скорость не может превышать допустимые значения по шуму для данного диаметра).

Также, по ходу движения жидкости просто увеличивают мощность радиаторов, чтобы компенсировать потери температуры. По сути, схема эффективно может применяться, лишь в небольших до 200 м кв. площадях на одно кольцо.

Система применяется не часто, так как проигрывает остальным по распределению энергии, потреблению электричества для создания скорости струи, а также из-за сложности регулировки и нестабильности работы, так как один радиатор влияет на работу других. Кроме того, система в итоге дороже из-за большого диаметра трубы.

Самотечное отопление

Сверхдостоинство самотечной схемы — не нужно электричество для движения жидкости. Кроме того, как правило, работа системы стабильна и безотказна.

Но она не может применяться на больших площадях, так как естественного теплового напора не хватает, чтобы вода циркулировала с должной скоростью, которая необходима для подачи нужного количества тепла к радиаторам. Обычная максимальная площадь одного этажа, где может быть применима самотечная схема — не более 150 м кв на 1 этаж.
К ней нельзя подключить дополнительные контура с насосами, например обогрев гаража или теплый пол.

Но при должной разности высотных отметок горячей и холодной воды, а также при больших диаметрах трубопровада, площадь может быть большей, что проверяется расчетом.

Также система самотеком обычно обходится дороже в 2 раза, чем схемы с насосом:

• Требуется большой диаметр трубопроводов и их фитингов для уменьшения гидравлического сопротивления.
• Как правило, применяются стальные трубопроводы, обеспечивающие этот самый большой внутренний диаметр, которые ржавеют и сложны в монтаже.
• Котел устанавливается в приямке (в отапливаемом подвале) чтобы быть ниже радиаторов, чем и создается напор от разности температур.
• Кроме того, наличие множества толстых труб, которые должны иметь определенную начальную и конечную высотные отметки, может значительно подпортить внутренний интерьер.

Схема востребована на удаленных дачах, в местах с нестабильным энергоснабжением, пользуется популярностью «по привычке», так как люди бояться отключений электроэнергии и т.п.

Какую схему отопления предпочесть

• Для большого дома чаще проектируют попутную схему разводки отопительного трубопровода, стабильную и простую.
• В домах поменьше чаще стараются сэкономить, и делается более дешевая, стабильно работающая, но несколько более сложная плечевая схема разводки. При этом плечи создаются приблизительно одинаковыми по характеристикам.
• Лучевая разводка отопления находит все больше сторонников в связи с применением высоких окон, обогреваемых полов, внутрипольных конвекторов. При этом создается вместительное основание пола в котором иногда дешевле проложить тонкие трубы к каждому обогревателю от единого коллектора на этаже.
• От «ленинградки» специалисты не в восторге из-за их нестабильной работы и сложности проектирования и налаживания. Не стоит усложнять, и искать проблемы «на ровном месте», это касается и отопления.

Если возможны перебои с электроэнергией, то для частного дома нужно приобрести и подключить элеткрогенератор , который должен быть в рабочем состоянии всю зиму. А если обеспечить работу системы не возможно, то в нее необходимо заливать незамерзающую жидкость.

Для твердотопливных котлов, которые не прекращают работу при отключении электроэнергии, насос системы отопления необходимо подключать к «бесперебойнику», чтобы обеспечивалась циркуляция жидкости несколько часов в аварийной обстановке.

А если этим всем заниматься не хочется, а электроэнергия не стабильна, то выручит самотечная система со своей схемой разводки. Правда она сгодится только на небольшой дом при ее создании придется потрудиться и излишне потратится.

Схемы разводки систем отопления: направление движения теплоносителя

Каждый застройщик при проектировании и создании системы отопления (СО) сталкивается с проблемой выбора схемы разводки. С одной стороны, схема системы отопления должна быть максимально простой, эффективной и надежной. С другой – не должна быть излишне дорогой. В этой публикации будет рассмотрены достоинства и недостатки различных СО с точки зрения простоты гидравлической увязки, балансировки контура, протяженности трубопровода и сложности монтажа.

Принцип работы встречной и попутной СО

Итак, попутная система отопления представляет собой двухтрубный отопительный контур, в котором теплоноситель, как в трубопроводе «подачи», так и в «обратке» перемещается в одинаковом направлении.

Подающая труба монтируется по периметру отапливаемого помещения (здания). К ней, последовательно, подключаются все отопительные приборы (батареи). Оканчивается труба подачи на последнем, по ходу движения теплоносителя, радиаторе в ветке.

Основным достоинством данного варианта является равная протяженность подающего и обратного трубопровода теплоснабжения к каждому отопительному прибору. Именно это и делает возможным равномерный прогрев радиаторов не зависимо от места их расположения и удаленности от котельной установки (стояка). Данный тип разводки, как нельзя лучше подходит для организации СО на больших площадях. Специалисты отмечают некоторое снижение температуры теплоносителя в подающей трубе, которое, как правило, не является критичным.

Недостатком такой схемы является трудоемкость монтажа и больший (в сравнении с тупиковой разводкой) расход материалов. Удорожание СО происходит за счет необходимости использования магистрального трубопровода повышенного сечения.

Во встречных, или, как их еще называют, тупиковых системах отопления, движение теплоносителя в подающей магистрали происходит в противоположном направлении по отношению к перемещению воды в обратном отопительном контуре.

Особенностью данной СО является различная длина циркуляционных колец. Другими словами, чем дальше от котельной установки или стояка находится отопительный прибор, тем большая протяженность трубопровода задействована в данном циркуляционном кольце. Такое неравенство и является основным недостатком тупиковых СО.

Достоинствами СО с встречным перемещением теплоносителя являются:

• использование меньшего количества трубы, арматуры и пр.;
• возможность реализации в домах со сложными многоуровневыми СО.

Этот способ прокладки трубопровода прекрасно себя показал в СО с небольшим количеством радиаторов в каждой ветке и с разницей в протяженности не более 20 м.

Далее более подробно рассмотрим все достоинства и недостатки данных типов разводки.

Что нужно знать о гидравлике и балансировке

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления заключается в расчете потерь давления в каждом циркуляционном кольце. Чтобы сделать расчет в «попутных» СО необходимо рассчитать потери в одной циркуляционной петле. В остальных ветках потери будут идентичными.

Балансировка систем отопления – это процесс уравновешивания давлений в каждом циркуляционном кольце. Для чего это нужно? Если в одной ветке потери давления будут выше, чем в остальных, то теплоноситель (по аналогии с электрическим током) будет перемещаться по пути наименьшего сопротивления.

Попутные СО (при одинаковой мощности радиаторов и диаметре трубопровода), по умолчанию можно считать гидравлически увязанными, без применения дополнительного оборудования.

Важно! Если в данных СО применяются приборы различной мощности или типоразмера, то расчет потерь производится на каждой циркуляционной петле.

Чтобы сделать расчет гидравлики во встречных СО, необходимо рассчитать потери давления в каждом циркуляционном кольце контура.

Балансировка производится термостатическими клапанами для радиаторов отопления. Порядок выполнения регулировки следующий: на первой батарее клапан настраивается на максимально допустимое сужение проходного сечения. Далее производится настройка арматуры с целью гидравлической увязки. Другими словами, настройкой термостатических клапанов следует добиться одинаковых показателей потерь давления в каждой ветке контура.

Несмотря на простоту балансировки СО с одинонаправленным перемещением теплоносителя, данные схемы имеют один огромный недостаток, который называется «точки одинакового давления» на контурах «подачи» и «обратки». Расположение данных точек более наглядно показано на рисунке.

Если присоединить радиатор к трубам в данных местах, то теплоноситель не будет поступать в прибор, так как давление на этом участке в подающем и обратном контуре равно. Грамотно рассчитать места подключения радиаторов в сложных по конфигурации СО может только профессионал.

Для наглядности, все достоинства и недостатки разводки представлены в таблице

Справедливости ради стоит сказать несколько слов о коллекторно-лучевой разводке. Проблема в том, что данный тип подключения отопительных устройств, для качественной работы, требует обязательной и достаточно сложной регулировки каждой циркуляционной ветки. При неправильной настройке теплоноситель может перестать циркулировать в кольце. Из-за сложностей монтажа и балансировки, данная разводка СО применяется застройщиками крайне редко.

Вывод: С точки зрения простоты балансировки и гидравлической увязки, «попутка» более предпочтительна. Что касается протяженности трубопровода и сложности монтажа, то тут предпочтение стоит отдать встречным схемам.

Совет: Несмотря на достоинства и недостатки различных решений СО, доверять их проектирование и монтаж необходимо только специалистам.