Однотрубная система отопления: типы и схемы

Несмотря на сравнительную сложность и громоздкость водяной системы отопления (СО), именно она чаще всего применяется для обогрева частных и муниципальных жилых домов. Для такой популярности есть одна, но очень веская причина: идеальное соотношение цена – эффективность – экономичность. Наиболее простая, из всех возможных, схема системы отопления – однотрубная, которая и будет подробно рассмотрена в этой публикации.

Устройство и принцип работы

Любая водяная СО основана на теплообмене между теплоносителем (водой, рассолом, антифризом), который циркулирует по контуру, и воздухом обогреваемого помещения. В зависимости от архитектуры обогреваемого помещения, существует два варианта подачи воды к батареям: по лежакам (горизонтальному магистральному трубопроводу) и вертикальным стоякам.

Принцип действия горизонтальной однотрубной системы отопления следующий: теплоноситель циркулирует в магистральной трубе, образующей собой замкнутый контур, который начинается и заканчивается в теплогенераторе. Именно к одной магистральной линии и подключено все необходимое для работы СО оборудование.

Основные схемы разводки

Все типы разводки могут быть реализованы, в зависимости от способа перемещения теплоносителя по контуру.

• Гравитационные. Другими словами, теплоноситель движется по контуру самотеком.
• С принудительной циркуляцией.

Для того чтобы понять конструкцию, все плюсы и минусы каждого способа, необходимо рассмотреть устройство и принцип работы простейшей гравитационной СО.

Данная СО состоит из: теплогенератора (1), магистрального трубопровода (2; 3; 4; 5; 6), к которому подключаются батареи и атмосферного или мембранного расширительного бака (7), компенсирующего тепловое расширение теплоносителя.

Котел разогревает воду, которая поднимается по стояку вверх, а оттуда опускается к радиаторам. Охлажденный в батареях теплоноситель возвращается в котлоагрегат для дальнейшего использования. Как видно, в данном варианте не предусматривается никакого устройства для перемещения теплоносителя. В гравитационных СО для создания давления в контуре используется так называемый разгонный коллектор или стояк. На схеме он обозначен цифрой 4.

Для правильной работы необходимо, чтобы высота разгонного коллектора над первым радиатором в контуре, была не менее полутора метров.

Чтобы теплоноситель перемещался самотеком по контуру, одного разгонного стояка мало: необходим уклон магистрали. Нормальный уклон должен составлять 5° или 0,01 метр (10 мм.) на 1 погонный метр трубы. Должно быть соблюдено условие возвышения последнего радиатора в контуре, над теплогенератором.

Совет! Чтобы не было застоя теплоносителя, следует руководствоваться следующим правилом: чем выше последний радиатор в контуре над котлом, тем лучше. Несмотря на это, данное значение не должно превышать 3 м.

Что еще влияет на работу такой СО: длина контура, диаметр магистрального трубопровода и ответвлений, и способ подключения радиаторов.

На рисунке показаны четыре основных способа монтажа радиаторов в однотрубном контуре: «а» и «б» — последовательное подключение; «и» и «г» — параллельное магистральной трубе подключение. Как понятно из рисунка, нормальный самотек теплоносителя может обеспечить только схема с нижним последовательным подключением радиаторов (а). На практике, данный способ имеет все недостатки, которые присущи однотрубной СО.

Для улучшения теплообмена схема подключения батарей была модернизирована (б): такой способ установки радиаторов способствует более равномерному прогреву всех секций батарей (радиаторов, регистров и пр.). Есть у этого способа и недостатки: такое подключение практически не эффективно при движении воды самотеком; создается еще больший перепад температуры теплоносителя, между первой и последней в контуре батареей. Решить первую проблему поможет установка в контур циркуляционного насоса.

На практике, устанавливать нужно не только насос. Для спуска воздуха из батарей на них необходимо установить автоматические воздухоотводчики или краны Маевского.

Данная разводка уже не будет являться гравитационной, поэтому уклон трубопровода можно не соблюдать.

Если предполагается монтаж СО с закрытым расширительным бачком (10), то лучшим место его монтажа является обратная ветка магистрали, в любом удобном для установки месте. При использовании в данной схеме закрытого применяется группа безопасности (11), состоящая из подрывного клапана, прибора, для контроля за давлением и устройства для отвода воздуха.

Такая СО полностью работоспособна и имеет право на существование. Мало того, она успешно применяется для обогрева небольших одноэтажных помещений. Далее, будет рассмотрена модернизированная схема однотрубной системы отопления «Ленинградка».

Почему данную СО назвали «Ленинградка» — точно узнать невозможно. Одни источники утверждают, что именно эта схема была разработана и опробована в «Северной столице». Другие, что данное название было получено, как подтверждение экономичности этой системы обогрева. «Ленинградка» успешно применяется как в массовом, так и в частном строительстве.

Основной особенностью данной технологии является наличие перемычки между радиаторами (12). Именно такая конструкция позволяет более равномерно распределить тепло между батареями. Недостатком является невозможность отсечки и сложность в температурной балансировке каждой батареи.

При установке на каждый радиатор запорной арматуры (13), а в каждую перемычку балансировочного клапана (14), система отопления лишается этих недостатков. Для лучшей теплоотдачи можно использовать данную схему разводки с диагональным подключением батарей.

Данный модернизированный тип СО позволяет уже сделать ответвление на обогрев дополнительного помещения, или использовать ее для реализации обогрева небольшой двухэтажной постройки.

Проблема любой однотрубной системы в том, что проходя через все батареи вода достаточно сильно остывает, а это может привести к образованию на теплообменнике котла конденсата. Решить данную проблему поможет установка буферной емкости, или как его еще называют теплоаккумулятора. Схема однотрубной системы отопления с теплоаккумулятором показана на рисунке ниже.

Работать такая система будет следующим образом: После запуска котла вода будет циркулировать по «малому кругу» котел – теплоаккумулятор – котел, благодаря термостатическому клапану, установленному на подающий трубопровод после буферной емкости. После того как температура достигнет нужного значения, клапан открывается и подает нагретый теплоноситель на радиаторы.

Охлажденная вода будет поступать в теплоаккумулятор, смешиваться с нагретым теплоносителем. Так решается проблема низкой температуры обратки и появления конденсата на теплообменнике котлоагрегата.

Отопление с вертикальными стояками

Выше были рассмотрены возможные схемы с горизонтальной разводкой. Но для построек с несколькими этажами существуют и более рациональные варианты однотрубного отопления – вертикальные. Оборудование в них используется идентичное горизонтальным, разница только в конфигурации контура и его разводке.

Принцип действия схемы однотрубной системы отопления с верхней разводкой заключается в следующем: нагретая вода из котла поднимается по вертикальному стояку, где по распределительному трубопроводу поступает в вертикальные стояки и радиаторы. После охлаждения она возвращается в теплогенератор. Такая СО может оснащаться расширительным баком как открытого, так и закрытого типа. Движение воды по трубопроводу обеспечивает циркуляционный насос.

Существует три вида вертикальных стояков с верхней разводкой, которые различаются способом присоединения батарей:

А. Вертикальный стояк с односторонним присоединением радиаторов.
Б. Стояк с двухсторонним подключением батарей.
В. Стояк с опрокинутой циркуляцией.

Основным недостатком верхней разводки являются потери тепла при подаче воды к батареям.

На рисунке выше показана схема однотрубной системы отопления с нижней разводкой. Подающая и обратная ветка отопительного контура прокладывается в подвале или под полом первого этажа. Нагретый теплоноситель поступает из магистрали непосредственно в вертикальные стояки с радиаторами. Достоинство данной системы в том, что отсутствует выход трубопровода в чердачное помещение, а значит и минимизируются потери тепла при доставке теплоносителя к потребителю.

Плюсы и минусы

Опираясь на способы установки радиаторов, можно сделать собственные выводы:

1. независимо от длины контура такая СО требует меньшего количества трубопровода, что положительно сказывается на стоимости монтажных работ;
2. однотрубный обогрев предполагает достаточно простые варианты подключения, с которыми справится любой домашний мастер;
3. может использоваться как в одноэтажных, так и многоэтажных постройках.

Рассматривая достоинства нельзя не упомянуть, как будет смотреться разводка такой СО по жилому помещению. Магистральная труба, по которой осуществляется подача воды в батареи и котлоагрегат – всегда проходит вдоль плинтуса пола. При желании ее можно скрыть фальшполами, «утопить» в стену, задекорировать и пр.

В качестве недостатков однотрубной системы отопления можно отметить:

• При последовательном подключении радиаторов достаточно сложно добиться на них одинаковой температуры, без применения дополнительного оборудования и увеличения площади теплообмена.
• Такой тип обогрева с естественной циркуляцией можно использовать только для небольших помещений. Кроме того, не всегда есть возможность соблюдать обязательный уклон контура.

Совет! Сегодня, достаточно популярным стал обогрев помещений посредством водяных «теплых полов». Следует понимать, что однотрубное отопление для этого совершенно не подходит. Если еще на этапе проектирования отопительной системы предполагается организация теплого пола, то рекомендуется сразу обращать внимание на схемы двухтрубного отопления.

Особенности монтажа

Прежде всего стоит отметить, что любая система обогрева требует точного расчета, который следует доверить профессионалам. Этапы монтажа однотрубной системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

• Установите теплогенератор. Именно с него начинается монтаж любой автономной отопительной системы.
• Непосредственно от выхода котельной установки прокладывается вертикальный стояк, на который устанавливается атмосферный расширительный бак и разгонный коллектор.
• Далее производится разметка мест расположения радиаторов. Не стоит забывать о высоте коллектора относительно радиаторов. Делайте разметку учитывая необходимые уклоны.
• По разметке, соберите отопительный контур. Технология сборки зависит от материала используемых труб.
• Установите на отводы магистральных труб фитинги и необходимую запорную арматуру для подключения батарей.
• Установите на радиаторах воздухоотводчики.
• Смонтируйте на байпасах (перемычках между радиаторами) шаровые краны для возможности балансировки работы системы.
• Подключите к трубопроводу батареи выбранного типа и соответствующие вашей СО

Далее, необходимо произвести проверку целостности трубопровода при перекрытом расширительном баке. Если контур герметичен, то заполните его водой, рассолом или антифризом и произведите запуск котлоагрегата. После этого настройте работу СО балансировочными клапанами.

Совет: Если вы решили обустроить жилище более сложной системой отопления, то мы настоятельно рекомендуем обратиться к специалистам.

Как работает однотрубная система отопления в частном доме?

Чтобы в жилом помещении было комфортно в холодное время года, необходима отопительная система. В частном строительстве особенно популярны простые и надёжные однотрубные тепловые сети. Такую отопительную систему можно провести своими руками, уделив немного времени изучению её устройства и приняв во внимание рекомендации специалистов.

Виды отопительных систем

Отопительный контур включает: источник тепла, трубы для транспортировки теплоносителя и теплоотдающие приборы. Рабочая среда, нагретая источником тепла, движется по трубопроводу, отдавая тепло помещениям дома. Пройдя весь путь, остывший теплоноситель возвращается к отопительному прибору, снова нагревается и цикл повторяется.

Для отопления жилых домов обычно используют водяное отопление, так как вода доступна и относительно безопасна. Но отопительная система может работать и с другой рабочей средой: воздухом или антифризом. Эти теплоносители обычно используют в домах, где отопление включают эпизодически.

Для обогрева жилых домов и зданий функционального назначения используют одно– и двухтрубные системы отопления.

• В однотрубной системе к тепловой магистрали последовательно подключают батареи отопления. Теплоноситель проходит все радиаторы по очереди и контур замыкается на источнике тепла. Схема трубопровода проста – поступление и возврат рабочей среды осуществляются через одну трубу. Монтаж не требует выполнения большого количества узловых соединений, поэтому однотрубная система пользуется популярностью для отопления небольших строений и частных домов.
• В двухтрубной системе батареи к трубопроводу подключаются параллельно между подающей трубой и обратной. Горячая рабочая среда поступает в батареи из подающей трубы, а остывшая сразу отводится в обратную. Монтаж сложнее, потому что необходимо выполнить множество разветвлений и узлов, итоговая стоимость теплосети – выше.

Обратите внимание! Двухтрубные отопительные контуры эффективны для обогрева строений, имеющих большую площадь или этажность – во все радиаторы поступает рабочая среда одинаковой температуры, что позволяет прогревать все помещения примерно одинаково. В частной застройке такие отопительные системы используют редко.

Как устроена однотрубная система

Тепловой контур состоит из функциональных элементов:

• теплового генератора – котла, нагревающего теплоноситель;
• насоса или разгонного коллектора, обеспечивающего циркуляцию рабочей среды;
• компенсирующего устройства, регулирующего давление в трубопроводе;
• теплоотдающих элементов – радиаторов или тёплого пола;
• соединяющих все элементы труб.

Системы с естественной и принудительной циркуляцией

Для передачи тепла от котла к теплоотдающим элементам необходима постоянная циркуляция теплоносителя.

Создать естественную циркуляцию рабочей среды позволяет монтаж разгонного коллектора – петлеобразной трубы, вертикально выведенной из котла.

От котла нагретый теплоноситель стремится вверх из-за своей высокой температуры. После прохождения верхней точки коллектора под действием силы тяжести теплоноситель устремляется вниз с ускорением свободного падения. Стремительно набрав скорость, рабочая среда по инерции продолжает двигаться дальше по трубопроводу.

Постоянное движение рабочей среды в отопительном контуре можно обеспечить, оснастив систему электрическим насосом, который придаёт теплоносителю необходимый импульс.

Отопительные контуры, оснащённые циркуляционным насосом, называют системами с принудительной циркуляцией.

Тип циркуляции	Преимущества	Недостатки
естественная	работа системы не зависит от наличия электричества; в тепловом контуре нет сложных приборов, поломка которых нарушит работу системы;	возможно устройство только простой теплосети: чтобы не создавать препятствия движению рабочей среды, приходится прокладывать контур с минимальным набором запорной и регулирующей арматуры, что впоследствии усложняет эксплуатацию и ремонт трубопровода; необходимы трубы большого диаметра, чтобы не возникало гидравлическое сопротивление;
принудительная	возможно устройство сложной отопительной сети с ответвлениями, запорной и регулирующей арматурой; не требуются трубы большого диаметра; скорость циркуляции постоянна;	увеличивается стоимость обустройства системы; система зависима от наличия электричества; работающий насос гудит.

Открытый и закрытый тип компенсирующего устройства

Из-за расширения рабочей среды при нагревании в трубопроводе создаётся избыток давления, при отключении системы отопления, наоборот, давление в трубах снижается. Эти колебания негативно сказываются на элементах теплосети и могут вызвать поломки.

Чтобы компенсировать давление теплоносителя, в тепловой контур включают расширительный бак. Излишек нагретой рабочей среды поступает в бак, давление в трубах снижается, когда же отопление выключают, бак возвращает теплоноситель в контур, компенсируя недостаточное давление.

Компенсирующие устройства бывают открытого и закрытого типа:

• Бак открытого типа – открытая полностью или частично ёмкость. Устанавливают такое устройство в верхней части трубопровода над котом. Поступающая в ёмкость горячая вода постепенно испаряется, из-за чего может образоваться недостаток теплоносителя в тепловом контуре, поэтому воду в бак нужно доливать. Чтобы не следить за уровнем воды, бак подключают к водопроводу и оснащают клапаном с поплавком. Чтобы при переполнении ёмкости кипяток не выплёскивался через её край, в баке устраивают водослив, выводя его в канализацию.
• Бак закрытого типа работает по тому же принципу, что и открытый, но теплоноситель не контактирует с воздухом внешней среды. Компенсационное устройство представляет собой полностью герметичную ёмкость, разделённую внутри мембраной на два отсека. Один из отсеков подключается к трубопроводу, второй, имеющий воздушный клапан, наполняется воздухом. При включении отопления горячий теплоноситель наполняет бак, давит на мембрану, сжимая воздух во втором отсеке. При остывании рабочей среды давление снижается и уже сжатый воздух давит на мембрану, возвращая теплоноситель из бака обратно в трубопровод. При критическом давлении во втором отсеке открывается воздушный клапан и постепенно спускается излишек воздуха – это позволяет выровнять давление в баке и избежать поломки устройства.

Обратите внимание! Если в системе есть подъем, для установки выбирают самый высокий участок трубопровода.

Тип компенсационного устройства	Преимущества	Недостатки
открытый	недорогое устройство; система продолжает работать при незначительных протечках; давление в теплосети регулируется естественным путём; если к баку не подключён водопровод, воду можно долить ведром;	подходит только для водяных систем отопления; необходимо контролировать уровень воды в баке; теплоноситель контактирует с внешней средой и насыщается кислородом, что повышает риск образования воздушных пробок в системе и коррозии внутренних стенок трубопровода;
закрытый	можно использовать в теплосети с любым теплоносителем; рабочая среда не контактирует с воздухом и не насыщается кислородом, что увеличивает срок службы трубопровода и уменьшает риск возникновения воздушных пробок;	из-за постоянного риска появления избыточного давления, компенсационный узел необходимо дооснащать группой безопасности: манометром, воздухоотводчиком и предохранительным клапаном.

Способы подключения радиаторов

Может использоваться нижнее, диагональное и боковое подключение радиаторов:

• Нижнее: труба присоединяется к нижним патрубкам радиатора. Такое соединение позволяет разместить трубы вдоль пола, делая их минимально заметными в интерьере помещения, или спрятать трубы под плинтус. Однако верхние части батареи прогреваются слабо, снижается эффективность отопления.
• Диагональное: теплоноситель входит в верхний патрубок с одной стороны радиатора, а выходит из нижнего патрубка с противоположной. Наиболее эффективное соединение – батарея полностью прогревается и отдаёт максимум тепла помещению;
• Боковое: используются патрубки с одной стороны радиатора. Соединение используется для подключения к стояку отопления.

Достоинства и недостатки однотрубной теплосети

Плюсы такого отопительного контура особенно ярко проявляются, если монтаж и обслуживание теплосети выполняются своими руками:

• простота монтажа,
• небольшой расход материалов;
• низкая стоимость,
• быстрое прогревание батарей.

Недостатков у этой простой системы практически нет, если её используют для обогрева небольшого дома.

С ростом общей площади помещений становится заметным, а иногда и критичным, основной минус теплосети – теплопотери на каждом теплоотдающем приборе – чем дальше батарея от начала контура, тем меньше она нагревается.

Отсюда следует и второй недостаток – сложность, а иногда и невозможность применения такого теплового контура для обогрева строений с большой общей площадью.

Рекомендации по монтажу

Уменьшить значимость минусов однотрубной системы рекомендуется, выполнив следующие условия:

• Чтобы теплоотдача дальних радиаторов не снижалась, увеличивают площадь отдачи – чем дальше от котла, тем больше секций.
• Учитывают необходимое потребление тепла в помещениях различного назначения. Самыми тёплыми должны быть спальни и детские, а вот в кухне жара ни к чему – там и так достаточно источников тепла. Поэтому отопительный контур рационально провести так, чтобы первыми на пути теплоносителя оказались именно батареи или тёплый пол в жилых помещениях, а последними – нежилые помещения.
• Если выполнение предыдущей рекомендации невозможно в существующей планировке дома, обогрев помещений регулируют иначе: в кухне устанавливают самую короткую батарею, в жилых комнатах – самые длинные. В нежилых помещениях, где тепло не требуется, можно обойтись и вовсе без теплоотдающего прибора, проведя через них одну лишь трубу.
• Для обеспечения циркуляции трубопровод прокладывают с небольшим уклоном: не менее 0,5 см на каждый метр в безнасосной системе, от 0,3 см на метр – при наличии насоса.
• Насос обычно устанавливают на участке трубопровода с минимальной температурой теплоносителя – между последним теплоотдающим прибором и источником тепла. Это позволяет продлить срок его эксплуатации.
• Высота разгонного коллектора – 2,2 м, его верхняя точка должна быть выше подключения к первому радиатору не менее чем на 1,5 м.
• Расширительный бак можно установить на чердаке, утеплив его.
• Для удобства обслуживания и увеличения срока эксплуатации мембранный бак устанавливают на участке теплосети с наименьшей температурой рабочей среды. Однако, если в системе есть подъем, для установки выбирают самый высокий участок трубопровода.