Тепло с доставкой на дом: как устроена система центрального отопления, общая схема и особенности

Центральное (или централизованное) отопление – система обеспечения теплом большого количества жилых объектов.

Она чаще всего применяется для отопления многоквартирных домой, офисных зданий, промышленных объектов.

Понять суть, устройство и принцип работы, а также разобраться в видах центральной отопительной системы, поможет эта статья.

Центральное отопление: что это такое

Структура централизованного отопления представляет собой несколько взаимосвязанных между собой элементов.

Источник тепла и теплообменник

В качестве источника тепловой энергии могут выступать ТЭЦ или котельные. Теплоэнергоцентраль нагревает теплоноситель за счёт тепловой энергии, которую вырабатывает пар от воды в паровых турбинах.

С помощью теплообменника уже нагретая вода передаёт тепло холодной воде. В котельных тепловую энергию добывают от горячей воды.

Считается, что одна ТЭЦ способна заменить несколько котельных, но и последние тоже пока остаются востребованными.

Теплосети

Представляют собой систему соединённых между собой трубопроводов для передачи тепла к жилым объектам. Сети теплоснабжения могут находиться как под землёй, так и над ней, при этом обязательно должны быть соблюдены меры теплоизоляции и в том, и в другом случае.

Потребитель тепла

Это оборудование для получения и распределения тепла по всему объекту.

В основе принципа работы центральной отопительной системы — принцип циркуляции горячей воды (или пара) по трубам подачи и обратки, которые могут быть с верхним или нижним розливом. Обе указанные трубы можно расположить в подвале дома, а можно трубу подачи воды установить на чердаке или специально оборудованном техническом этаже, а обратки — в подвале.

Когда может быть установлена схема с нижним или верхним разливом

Система труб с нижним розливом представляет собой пару стояков, соединённых с помощью перемычек. Такая система может быть установлена либо на самом верхнем этаже объекта, либо на чердаке.

Системы труб с верхним розливом устанавливается на техническом этаже.

Здесь обязательно должны быть подсоединены воздухоотводчик и специальные вентили, которые позволили бы перекрывать каждый отдельный стояк.

Этот вариант считается более усовершенствованным и востребованным при установке центрального отопления, но имеет ряд нюансов:

• По мере движения горячей воды вниз её температура снижается, а значит, на нижних этажах отапливаемого здания будет холоднее, чем на верхних. Поэтому при установке такой системы следует задуматься об увеличении количества радиаторов или площади конвекторов.
• При сбросе горячей воды из определённого стояка нужно сначала обнаружить и перекрыть этот стояк на техническом этаже, а затем также найти и выключить вентиль этого стояка в подвале, что считается довольно сложной процедурой.

Тем не менее система с верхним розливом позволяет быстро запустить отопление. Нужно всего лишь открыть задвижки и воздушник на расширительном баке. После этого тепло начнёт подаваться к объекту.

Принцип работы

Сначала жилой объект, который нужно обеспечить теплом, подключают к теплосети от котельной или ТЭЦ. Для этого в трубопроводах объекта ставят задвижки, от которых идут тепловые узлы. Затем ставят грязевики — устройства, которые будут препятствовать скоплению в трубопроводе грязи и окисей металла.

После установки задвижек и грязевиков ставят главный узел все отопительный системы — элеватор. Его функция — остужать перегретую с ТЭЦ воду до оптимальной температуры.

Дело в том, что вода, поступающая в ТЭЦ для нагрева, перегревается до слишком высокой температуры — 130-150 градусов Цельсия, а чтобы жидкость при этом не превратилась в пар, в теплосети создаётся оптимальное давление. Поэтому возникла необходимость остужать перегретую воду с помощью элеватора.

Фото 1. Так выглядит элеватор — смесительный узел для отопления дома, который работает как циркуляционный насос и смеситель.

По состоянию элеватора можно также определить уровень перепада температур в теплосети: когда это происходит, сопло элеватора изменяет диаметр.

За элеватором отопления следуют ещё одни задвижки, с помощью которых отключается и подключается отопление в жилых объектах.

Монтаж сбросов — ещё одна важная деталь установки централизованного отопления. Сбросы — это специальные вентили, предназначенные для перезапуска системы. В самую последнюю очередь устанавливаются теплосчётчики для определения количества переданного объекту тепла.

Водяное отопление своими руками: все про водяные системы отопления

Если загородный дом активно эксплуатируется не только в дачный период, но и в холодное время года, создание в нем качественной отопительной системы – насущная потребность.

В магистралях теплоснабжения могут быть использованы разные теплоносители: воздух, нагретый до 60°С, водяной пар при 130°С и вода температурой 95°С. Чаще всего используют водяной обогрев.

Одно из главных преимуществ этого теплоносителя – возможность обустроить различные системы водяного отопления в зависимости от конструктивных особенностей дома, личных предпочтений и прочих факторов.

В статье мы описали подробную классификацию схем водяного теплоснабжения, обозначили особенности каждого варианта, а также привели рекомендации по выбору основных узлов системы. Представленная информация поможет спроектировать отопление частного дома.

Классификация систем водяного отопления

В зависимости от расположения места выработки тепла, водные отопительные системы подразделяются на централизованные и местные. В централизованном порядке теплом снабжают, например, многоквартирные дома, всевозможные учреждения, предприятия и другие объекты.

В этом случае тепло вырабатывается в ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) или котельных, а затем доставляется потребителям с помощью трубопроводов.

Местные (автономные) системы обеспечивают теплом, например, частные дома. Вырабатывается оно непосредственно на самих объектах теплоснабжения. Для этой цели используются печи или специальные агрегаты, работающие на электроэнергии, природном газе, жидких или твердых горючих материалах.

В зависимости от способа, которым обеспечивается перемещение водных масс, отопление может быть с принудительным (насосным) или естественным (гравитационным) движением теплоносителя. Системы с принудительной циркуляцией могут быть с кольцевыми схемами и со схемами первично-вторичных колец.

В соответствии с направлением перемещения воды в магистралях подающего и обратного типа, теплоснабжение может быть с попутным и тупиковым движением теплоносителя. В первом случае вода перемещается в магистралях в одном направлении, а во втором – в разных.

Трубы отопления могут соединяться с отопительными приборами в разные схемы. Если отопительные приборы соединены последовательно, такая схема называется однотрубной, если параллельно – двухтрубной.

Есть ещё и бифилярная схема, при которой сначала последовательно соединяются все первые половины приборов, а потом, для обеспечения обратного оттока воды, их вторые половины.

Расположение труб, соединяющих отопительные приборы, дало наименование разводке: различают её горизонтальную и вертикальную разновидность. По методу сборки выделяют коллекторные, тройниковые и смешанные трубопроводы.

В тех жилых зданиях, где нет подвалов, но зато имеется чердак, используются отопительные системы с верхней разводкой. В них подающая магистраль расположена выше отопительные приборов.

Для строений с техническим подвалом и плоской крышей применяют отопление с нижней разводкой, при которой магистрали подачи и отвода воды находятся ниже приборов отопления.

Есть ещё и разводка с «опрокинутой» циркуляцией теплоносителя. В этом случае ниже приборов располагается обратная магистраль теплоснабжения.

Требования к работе системы теплоснабжения

При всем разнообразии систем водяного отопления, к их работе предъявляется ряд общих требований.

• равномерно прогревать весь воздух в помещениях;
• быть ремонтопригодными;
• не создавать сложности в процессе эксплуатации;
• иметь увязку с вентиляционными системами;
• регулироваться.

Общим является и сам принцип работы системы отопления: воду нагревают, после чего она циркулирует по трубопроводу и отдаёт полученное тепло, согревая помещения.

Расчеты мощности оборудования

Температура внутри помещений зависит от следующих факторов:

• температуры воздуха вне здания;
• толщины стен дома и качества его отдельных элементов;
• теплоемкости материалов, из которых построен дом.

Рассчитывая потребность вашего дома в тепле, нужно учитывать все факторы, в том числе и потери тепла через окна и двери, стены и пол с потолком. Специальные нормы, необходимые в процессе расчетов, должны применяться с учетом климатических условий местности, в которой расположен жилой объект, и степени существующей теплоизоляции.

Наибольшие потери тепла происходят через наружные стены дома. С увеличением разницы температуры внутри дома и вне здания растут и теплопотери.

Если учитывать материал, из которого возводились наружные стены, и толщину этих стен, то для внешней температуры воздуха в – 30°С, теплопотери будут различными и составят:

• кирпичные с внутренней штукатуркой – 89 Вт/м² (в 2,5 кирпича), 104 Вт/м² (в 2 кирпича);
• рубленные с внутренней обшивкой (250 мм) – 70 Вт/м²;
• из бруса с внутренней обшивкой – 89 Вт/м² (180 мм), 101 Вт/м² (100 мм);
• каркасные с керамзитом внутри (200 мм) – 71 Вт/м²;
• пенобетонные с внутренней штукатуркой (200 мм) – 105 Вт/м².

Впрочем, теплопотери происходят не только через наружные стены, но и через другие ограждающие конструкции.

При тех же – 30°С они составят для:

• деревянных перекрытий чердака – 35 Вт/м²;
• деревянных перекрытий подвала – 26 Вт/м²;
• двойных деревянных дверей без утепления – 234 Вт/м²;
• окон с двойной рамой из дерева – 135 Вт/м².

Чтобы рассчитать общие теплопотери здания, нужно рассчитать площадь всех ограждающих конструкций в квадратных метрах, умножить на норматив теплопотери по видам конструкций с учетом материалов, из которых они изготовлены, и суммировать полученные результаты.

Расчет следует делать, исходя из минимальной сезонной температуры конкретной местности. Потери тепла через стены рассчитываются по отдельности, т.к. необходимо учитывать площадь остекления и дверных проемов.

Потери через перекрытия без люков на чердак или в подполье вычисляют для всей площади как для единых конструктивных элементов.

Котел отопления выбирают с учетом того, что его мощности должно хватить для компенсации теплопотерь с 20-30 процентным запасом.

Порядок расчета тепловой мощности оборудования, которое будет использоваться для монтажа системы отопления, приведен в видео ролике в заключительной части статьи.

На нашем сайте есть блок статей, посвященных расчету водяного отопления, советуем ознакомиться:

Системы водяного отопления

При всех внешних отличиях и различных схемах подключения, основной принцип работы систем водяного отопления одинаков. Нагретый в котле теплоноситель транспортируется по трубопроводу в отопительные приборы.

Остывая, вода передаёт окружающей среде тепло, после чего возвращается в то место, где она будет нагреваться. Этот цикл повторяется снова и снова.

Естественная и принудительная циркуляция

В частных домах используют следующие виды отопительных систем:

• с естественной циркуляцией;
• с принудительной циркуляцией.

Естественная циркуляция. Ее работоспособность основана на разности плотности горячей и холодной. Верхние позиции такой системы занимает теплая вода, а нижние – холодная. Остывая, теплая вода перемещается вниз, а нагреваясь – вверх.

Вторым фактором, который обеспечивает естественную циркуляцию водных масс, является наклон, под которым осуществляется монтаж труб.

Преимуществом схемы с естественной циркуляцией является её полная независимость от энергоснабжения.

Недостатков же у неё гораздо больше:

• небольшой радиус действия, не превышающий 30 м в горизонтальном измерении;
• длительность разогрева – продолжительный период достижения рабочих температур во всех точках системы при запуске после длительного перерыва;
• риск остановки работы из-за образования льда в открытом расширительном бачке.

Диаметр трубопровода должен быть достаточно велик по причине низкого циркуляционного давления в контуре. Этот фактор влияет также на выбор батарей, потому что современные радиаторы обладают слишком узким сечением, которое создаёт дополнительное сопротивление, противодействующее циркуляции «самотёком».

Для того чтобы дополнительно стимулировать движение теплоносителя трубопровод сооружают с уклоном так, чтобы на 1 погонный метр приходилось в среднем 3 мм. Правильный монтаж труб под нужным углом – задача непростая, но без её решения система будет функционировать значительно медленней и эффективней.

К дальним радиаторам гравитационных систем теплоноситель подтекает уже существенно остывшим. Чтобы сохранить температуру нагрева, следует использовать чугунные радиаторы. Чтобы сбалансировать разницу температур, у дальних батарей должно быть больше секций, чем у ближайших к котлу.

Принудительную циркуляцию обеспечивает насос. В схеме может присутствовать как один, так и несколько насосов. Использование нескольких насосов предпочтительнее: аварийное отключение одного из них не выведет из строя всё отопление.

Теплоноситель циклично перемещается по замкнутому контуру, в который включен расширительный бачок, что исключает испарение воды.

• для монтажа отопления понадобится больше труб, но меньшего диаметра;
• можно использовать радиаторы разных видов и теплопроводы с малыми диаметрами;
• температуру отопительных приборов легче регулировать;
• существенно расширен радиус действия благодаря искусственной стимуляции движения теплоносителя;
• возможность использования нагревательных агрегатов с повышенными характеристиками теплоносителя.

Минус принудительных систем заключается в зависимости от энергоснабжения. Для того чтобы избежать казусов с полным бездействием отопления, рекомендовано запастись дизельным или бензиновым генератором.

Кроме того к недостаткам можно отнести:

• необходимость точного расчета диаметра трубопровода, т.к. слишком узкие каналы резко повысят гидравлическое сопротивление, а при циркуляции по излишне широким трубам теплоноситель будет “шуметь”;
• немалая стоимость сооружения из за практически двойной протяженности трубопровода, включения в схему одного или двух циркуляционных насосов, при необходимости повысительного насоса;
• обязательное применение недешевых регуляторов потока теплоносителя, его температуры и давления в системе.

Правильный выбор вида циркуляции зависит от индивидуальных особенностей и месте расположения строения, в котором будет монтироваться водяное отопление. Однако к схемам с естественным движением в последнее время стали все реже прибегать, используя их преимущественно в постройках для временного проживания.

Чаще всего частные дома оборудуют системами с искусственным принуждением движения теплоносителя из-за существенно бóльших возможностей.

Системы с комбинированной циркуляцией

Комбинированная система может функционировать как в естественном, так и в принудительном режиме. Это значит, что при её монтаже необходимо, как и в случае с использованием естественной циркуляции, предусмотреть уклон труб на 3-5 мм на погонный метр, а также установку насоса, как для принудительной циркуляции.

Обычно в такой схеме отопления присутствует твердотопливный котел.

Смысл применения комбинированной системы заключается в том, что она будет продолжать свою работу даже в случае отключения электроэнергии. А ведь внезапное прекращение работы отопления в зимний период грозит не только понижением температуры в помещении.

Элементы системы отопления могут просто выйти их строя, поскольку вода, расширяясь при замерзании, нарушит их герметичность.

Способы монтажа водяных отопительных систем

Рассмотрим две основных схемы монтажа отопительных систем.

Однотрубная система отопления

Конструкция трубопровода в однотрубном варианте характеризуется прямой последовательностью подведения теплоносителя к радиаторам. Теплоноситель заполняет и прогревает сначала первую батарею, затем следующую и так далее.

От одной трубы к каждому радиатору подводится два патрубка: первый нужен для подачи теплоносителя, а второй – для отведения частично остывшей воды.

Особенность такой схемы состоит в относительно низком нагреве последней батареи по сравнению с первой, поскольку до неё вода «добирается», уже отдав часть своего тепла.

Ещё одним минусом однотрубного варианта отопления считается то, что прекратить подачу теплоносителя к одному конкретному радиатору, на случай него поломки, невозможно. Придется отключать всю систему.

Двухтрубная система и её разновидности

В двухтрубной схеме отопления, как уже понятно из названия, участвует не одна, а две трубы. При этом каждая из батарей одним патрубком присоединяется в магистрали, по которой подаётся теплоноситель, а вторым – к трубопроводу с обраткой. Получается, что для горячего и остывшего теплоносителя предусматриваются отдельные трубы.

Благодаря такой конструкции отопления вода во всех радиаторах имеет практически одинаковую температуру. Работу такой системы проще проконтролировать, отрегулировать и автоматизировать.

Двухтрубная система, в свою очередь, подразделяется на два вида:

• с верхней прокладкой подающей трубы, т.е. с верхней разводкой;
• с нижней прокладкой подающего трубопровода, т.е. с нижней разводкой.

Системы с верхней разводкой сооружают преимущественно в многоэтажных домах с чердачным помещением. Схемы с нижней разводкой в приоритете в частном малоэтажном строительстве, потому что позволяют по максимуму скрыть прокладку трубопровода и исключить или сократить число стояков.

Сравнительная характеристика однотрубной и двухтрубной системы отопления дана в видео материале, который расположен в нижней части нашей статьи.

Открытая и закрытая системы отопления

Кроме уже рассмотренных нами видов водяных отопительных систем имеется разделение на открытую и закрытую конструкцию.

Открытая система отопления состоит из котла (используется любой, кроме электрического), трубопроводов, радиаторов отопления и расширительного бачка, в который поступают излишки воды при её расширении в процессе нагревания.

Бачок не герметичен, вода из системы может испаряться, поэтому её уровень нужно контролировать и доливать при необходимости.

Насос в открытой отопительной системе не применяется. Нагревательный котел располагается в её самой нижней точке, а расширительный бачок – в её верхней точке.

Закрытая конструкция герметична. В неё входят все те же элементы, что и в открытую. Но поскольку перемещение теплоносителя в ней происходит принудительно, обязательный список элементов дополнен циркуляционным насосом.

Расширительный бачок, входящий в состав закрытой конструкции, состоит из двух завальцованных частей, разделенных между собой диафрагмой. При возникновении излишка расширившейся жидкости в системе, она поступает в одну из камер бачка, продавливая диафрагму во вторую камеру, заполненную азотом или воздухом.

При расширении теплоносителя давление в системе повышается, часть бачка, наполненная водой, стремиться вытеснить и сжать газовую смесь. При превышении предельного значения давления в бачке срабатывает предохранительный клапан, сбрасывающий излишки теплоносителя.

Каждая из отопительных систем обладает собственными преимуществами и недостатками. Они отличаются рядом характеристик и подходят для различных объектов. Если нужно отопить небольшой частный домик или дачу, используют простую и надежную открытую конструкцию.

Более сложная в монтаже и эксплуатации закрытая система отопления чаще применяется в солидных коттеджах и в многоэтажных строениях.

Элементы отопительной системы

Поскольку мы собираемся монтировать водяное отопление в доме своими руками, нам необходимо иметь представление о составных элементах предполагаемой конструкции.

Определение подходящего котла

Котел – это сердце отопительной системы. Очень важно выбрать его правильно, поскольку именно от него во многом зависит надежность подачи тепла.

В зависимости от используемого в котле топлива различают следующие виды этих устройств:

• Газовые. Этот котел наиболее популярен у потребителей. Он легко монтируется, работает без лишнего шума. Газ стоит относительно недорого и вырабатывает при сгорании много тепла. Но для его использования нужно получить разрешение, заказать монтаж подводящей магистрали и организовать в котельной вытяжную вентиляцию.
• Электрические. Эти котлы наиболее безопасны. Место их установки не нужно дополнительно оборудовать. При их работе не образуется открытого пламени и продуктов горения, которыми можно было бы отравиться. Но коэффициент полезного действия этого устройства относительно невелик, электроэнергия стоит дорого, а энергоемкий котел требует наличия надежной электросети.
• Жидкотопливные. В отличие от газовых, эти котлы снабжены горелками особого вида. Для этого оборудования нужна специальная котельная. Жидкое топливо быстро загрязняет котел.
• Твердотопливные. В этих устройствах сгорают угольные брикеты и другие виды твердого топлива. Если вы готовы заготавливать дрова или уголь на весь холодный сезон, то можно воспользоваться и этим вариантом.

Наиболее надежным считаются комбинированные котлы, в которых могут быть использованы разные виды топлива. Недостаток у такого оборудования только один – такие котлы дорого стоят.

Какими бывают радиаторы отопления

Чтобы не разочароваться в результате выполненных работ, нужно ответственно подойти к выбору радиаторов. Ориентироваться при этом следует не столько на эстетические качества, сколько на технические характеристики батарей. А технические свойства во многом зависят от материала изготовления этих изделий.

• Стальными. Эти недорогие изделия слишком подверженные коррозии. Если летом, когда отопление не используется, воду из системы слить, срок службы стальных радиаторов может существенно сократиться.
• Алюминиевыми. Эти привлекательные на вид радиаторы прогреваются достаточно быстро. Отрицательно на них влияют только значительные перепады давления. В частных домах эта опасность им не грозит.
• Биметаллическими. Таким батареям от алюминия досталась стойкость к коррозии, а от стали – высокая теплоотдача.
• Чугунными. Эти изделия стоят дорого, но и прослужат очень долго. Нагреваются они долго, зато и остывают продолжительный период времени. Значительный вес чугунных изделий не является помехой при их эксплуатации, но может замедлить процесс монтажа.

Существуют новые модели радиаторов, на внутреннюю поверхность которых нанесено защитное покрытие. Стоят такие батареи немного дороже, но потраченные на них деньги окупаются с лихвой.