Типовые схемы систем отопления и способы подключения радиаторов

Системами отопления являются искусственно созданные инженерные сети различных сооружений, основными функциями которых является обогрев зданий в зимнее и переходное время года, компенсация всех теплопотерь строительных конструкций, а также поддержание параметров воздуха на комфортном уровне.

Разновидности разводки отопления

В зависимости от способа подвода теплоносителя к радиаторам распространение получили следующие схемы систем обогрева зданий и сооружений:

Данные способы отопления принципиально различаются друг от друга, и каждый обладает как положительными свойствами, так и отрицательными.

Однотрубная схема отопительных систем

Однотрубная система отопления: вертикальная и горизонтальная разводка.

В однотрубной схеме систем отопления подвод горячего теплоносителя (подача) к радиатору и отвод остывшего (обратка) осуществляется по одной трубе. Все приборы относительно направления движения теплоносителя соединены между собой последовательно. Поэтому температура теплоносителя на входе в каждый последующий радиатор по стояку значительно снижается после снятия тепла с предыдущего радиатора. Соответственно теплоотдача радиаторов с удалением от первого прибора снижается.

Такие схемы используются, в основном, в старых системах центрального теплоснабжения многоэтажных зданий и в автономных системах гравитационного типа (естественная циркуляция теплоносителя) в частных жилых домах. Главным определяющим недостатком однотрубной системы является невозможность независимой регулировки теплоотдачи каждого радиатора в отдельности.

Для устранения этого недостатка возможно использование однотрубной схемы с байпасом (перемычкой между подачей и обраткой), но и в этой схеме первый радиатор будет на ветке всегда самый горячий, а последний самым холодным.

В многоэтажных домах используется вертикальная однотрубная система отопления.

В многоэтажных домах использование такой схемы позволяет экономить на длине и стоимости подводящих сетей. Как правило, отопительная система выполнена в виде вертикальных стояков, проходящих через все этажи здания. Теплоотдача радиаторов рассчитывается при проектировании системы и не может быть отрегулирована с помощью радиаторных вентилей или другой регулирующей арматуры. При современных требованиях к комфортным условиям в помещениях, эта схема подключения приборов водяного обогрева не удовлетворяет требованиям жителей квартир, находящихся на разных этажах, но присоединенных к одному стояку системы отопления. Потребители тепла вынуждены «терпеть» перегрев или недогрев температуры воздуха в переходный осенний и весенний период.

Отопление по однотрубной схеме в частном доме.

В частных домах однотрубная схема используется в гравитационных отопительных сетях, в которых циркуляция горячей воды осуществляется благодаря дифференциалу плотностей нагретого и остывшего теплоносителей. Поэтому такие системы получили название естественных. Главным плюсом этой системы является энергонезависимость. Когда, например, при отсутствии в системе циркуляционного насоса, подключаемого к сетям электроснабжения и, в случае перебоев с энергопитанием, система отопления продолжает функционировать.

Главным недостатком гравитационной однотрубной схемы подключения является неравномерное распределение температуры теплоносителя по радиаторам. Первые радиаторы на ветке будут самые горячие, а по мере удаления от источника тепла температура будет падать. Металлоемкость гравитационных систем всегда выше, чем у принудительных за счет большего диаметра трубопроводов.

Видео о устройстве однотрубной схемы отопления в многоквартирном доме:

Двухтрубная схема отопительных систем

В двухтрубных схемах подвод горячего теплоносителя к радиатору и отвод остывшего из радиатора осуществляются по двум разным трубопроводам отопительных систем.

Существует несколько вариантов двухтрубных схем: классическая или стандартная, попутная, веерная или лучевая.

Двухтрубная классическая разводка

Классическая двухтрубная схема разводки система отопления.

В классической схеме направление движения теплоносителя в подающем трубопроводе противоположно движению в обратном трубопроводе. Эта схема наиболее распространена в современных системах отопления как в многоэтажном строительстве, так и в частном индивидуальном. Двухтрубная схема позволяет равномерно распределять теплоноситель между радиаторами без потерь температуры и эффективно регулировать теплоотдачу в каждом помещении, в том числе автоматически путем использования термостатических клапанов с установленными термоголовками.

Такое устройство имеет двухтрубная система отопления в многоэтажном доме.

Попутная схема или «петля Тихельмана»

Попутная схема разводки отопления.

Попутная схема является вариацией классической схемы с тем отличием, что направление движения теплоносителя в подаче и обратке совпадает. Такая схема применяется в системах отопления с длинными и удаленными ветками. Использование попутной схемы позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление ветки и равномерно распределить теплоноситель по всем радиаторам.

Веерная (лучевая)

Веерная или лучевая схема используется в многоэтажном строительстве для поквартирного отопления с возможностью установки на каждую квартиру прибора учета тепла (теплосчетчика) и в частном домостроении в системах с поэтажной разводкой трубопроводов. При веерной схеме в многоэтажном доме на каждом этаже устанавливается коллектор с выходами на все квартиры отдельного трубопровода и установленным теплосчетчиком. Это позволяет каждому владельцу квартиры учитывать и оплачивать только им потребленное тепло.

Веерная или лучевая система отопления.

В частном доме веерная схема используется для поэтажного распределения трубопроводов и для лучевого подключения каждого радиатора к общему коллектору, т. е. к каждому радиатору походит отдельная труба подачи и обратки от коллектора. Такой способ подключения позволяет максимально равномерно рассредоточить теплоноситель по радиаторам и уменьшить гидравлические потери всех элементов системы отопления.

Обратите внимание! При веерной разводке трубопроводов в пределах одного этажа монтаж осуществляется цельными (не имеющими разрывов и разветвлений) отрезками труб. При использовании полимерных многослойных или медных труб все трубопроводы могут быть залиты в бетонную стяжку, тем самым снижается вероятность разрыва или подтекания в местах состыковки элементов сети.

Разновидности подключения радиаторов

Основными способами подключения приборов отопительных систем является несколько типов:

• Боковое (стандартное) подключение;
• Диагональное подключение;
• Нижнее (седельное) подключение.

Боковое подключение

Боковое подключение радиатора.

Подключение с торца прибора – подача и обратка находятся с одной стороны радиатора. Это наиболее распространенный и эффективный способ подключения, он позволяет снять максимальное количество тепла и использовать полностью теплоотдачу радиатора. Как правило, подача находится сверху, а обратка снизу. При использовании специальной гарнитуры возможно подключение снизу–вниз, это позволяет максимально спрятать трубопроводы, но снижает теплоотдачу радиатора на 20 – 30%.

Диагональное подключение

Диагональное подключение радиатора.

Подключение по диагонали радиатора – подача находится с одной стороны прибора сверху, обратка с другой стороны снизу. Такой тип подключения используется в тех случаях, когда длина секционного радиатора превышает 12 секций, а панельного 1200 мм. При установке длинных радиаторов с боковым подключением присутствует неравномерность прогрева поверхности радиатора в наиболее удаленной от трубопроводов части. Чтобы радиатор прогревался равномерно, применяют диагональное подключение.

Нижнее подключение

Нижнее подключение с торцов радиатора

Подключение с низа прибора – подача и обратка находятся внизу радиатора. Такое подключение используется для максимально скрытого монтажа трубопроводов. При монтаже секционного прибора отопления и подключения его нижним способом подающий трубопровод подходит с одной стороны радиатора, а обратный с другой стороны нижнего патрубка. Однако эффективность теплоотдачи радиаторов при такой схеме снижается на 15-20%.

Нижнее подключение радиатора.

В случае когда нижнее подключение используется для стального панельного радиатора, тогда все патрубки на радиаторе находятся в нижнем торце. Конструкция самого радиатора при этом выполнена таким образом, что подача поступает по коллектору сначала в верхнюю часть, а затем обратка собирается в нижнем коллекторе радиатора, тем самым теплоотдача радиатора не снижается.

Нижнее подключение в однотрубной схеме отопления.

Что такое эффективная система отопления

Котел как раз и должен работать в прерывистом режиме, если не ошибаюсь, это сделано для увеличения его КПД. Ваша автоматика, если не ошибаюсь, называется «Арбат». Единственное, что горит в перерывах между включениями основной горелки — запальник. Если покрутить винтик на верхней части блока автоматики (есть там такой, рядом с ручкой регулирования температуры), т.е. завернуть его до упора, то основная горелка будет гаснуть полностью и через какое-то время загораться снова (когда горячая вода в теплообменнике заменяется холодной). Низ теплообменника котла почти всегда холоднее верха, т.к. туда поступает более холодная вода (это не касается систем с принудительной циркуляцией — там может быть и по-другому

КПД, если говорить по простому, показывает, сколько энергии сгоревшего газа пошло на нагрев воды по отношению к той энергии, которая пошла на другие цели, например, на нагрев дымохода, воздуха в нем и т.д. Газовый котел со 100-процентным КПД — это такой котел, который не греет ничего кроме воды. Это, как вы понимаете, утопия. КПД электрического котла значительно, более чем в два раза выше КПД газового котла. Это естественно, электричество греет почти только воду. Совсем мало энергии тратится на побочные цели, например, на нагрев провода от котла к розетке.

Однако, есть КПД и у системы отопления в целом. КПД системы отопления в целом показывает, сколько энергии горячей воды тратится на отопление воздуха в том помещении, которое вы отапливаете, по отношению к энергии, которая отапливает стены, воздух, который не нужно отапливать и т.д. КПД системы отопления можно увеличить, например, теплоизолировав котел отопления и те участки труб, которые проходят по не отапливаемым помещениям.

Когда мы говорим о том, насколько быстро система отопления нагревает наши площади, мы говорим не о КПД, а об эффективности системы отопления. Эффективность системы отопления тем больше, чем быстрее, эффективнее производится теплообмен между водой и воздухом. Для теплообмена служат радиаторы отопления. С другой стороны, чем быстрее тепло воды передается воздуху помещения, тем холоднее получится вода на выходе из радиатора, а, значит, для поддержания эффективности системы отопления нам необходимо повысить скорость циркуляции воды и скорость ее нагрева в котле. Мы сделали круг и вернулись к котлу.

Однако, наше положение спасает тот факт, что наша система стремится к равновесию. Равновесие достигается тогда, когда у нас высокий КПД котла сочетается с высоким КПД и эффективностью системы отопления и высоким качеством теплоизоляции жилища. В этом случае температура на выходе котла очень мало отличается от температуры на его входе, поскольку энергия тратится не на нагрев жилища, а только на компенсацию теплопотерь. Это, конечно, ситуация, близкая к идеальной и трудно достижима. Однако, к ней нужно стремиться.

Описанной ситуации невозможно достичь при реализации схемы отопления без циркуляционного насоса. В этом случае скорость циркуляции напрямую зависит от температуры воды и физика процесса порождает циклическое включение и выключение насоса. Упрощенно, это выглядит следующим образом. В верхней части котла происходит нагрев воды. Пока нагрев слаб, слаба и скорость перемещения воды из котла вверх по стояку. Но, поскольку процесс нагрева воды происходит непрерывно, температура воды в верхней части котла увеличивается и скорость ее ухода в стояк увеличивается. Дальше — больше, и вот у нас температура воды в верхней части котла достигла той, на которую рассчитан нагрев. Горелка котла тухнет (или гаснет, кому как нравится), и мы ждем, когда горячая вода переместится в стояк. Поскольку у нас система замкнутая, на место горячей воды приходит холодная и процесс нагрева повторяется.

Почему же процесс циркуляции такой медленный? Да потому, что в радиаторах отопления процесс идет еще менее эффективно. В радиаторе движение идет сверху вниз. Горячая вода в радиаторе находится наверху. Она не попадет вниз, пока не остынет. Если у нас в радиаторах не будет остывать вода, то она будет пробкой и циркуляция остановится. То есть, условием прохождения воды по радиатору является разница температуры между верхом и низом радиатора и разница температуры воды в верхней части радиатора и на выходе из котла.

Вывод. Если в самотечной системе отопления температура воды на выходе из котла не выше температуры в верхней части радиатора, а та, в свою очередь не выше температуры в нижней части радиатора то и циркуляции не будет.

Мне могут возразить, что это же, дескать, стандартные условия, других не бывает. Я соглашусь, но добавлю свою ложку дегтя. Предположим, у нас есть хорошо теплоизолированное помещение в 100 кв.м. Для отопления этого помещения мы установили, скажем, 5 радиаторов мощностью 2 кВт каждый, и общей мощностью 10 кВт. Однако, поскольку верх каждого радиатора горячее его низа, скажем в два раза, мы имеем неприятную ситуацию, когда двухкиловаттный радиатор отдает всего полтора киловатта мощности. Получается, что мы имеем не 10 кВт на 100 кв.м., а 7,5. Нам становится холодновато, мы увеличиваем температуру, а это тоже плохо, поскольку уменьшает эффективность нашего котла (больше тепла начинает уходить в трубу), системы отопления (больше тепла начинает расходоваться не по адресу).

Есть у нас в случае самотечного отопления равновесие? Есть, только оно имеет вид качелей.

Вот. Кто не понял, прошу вернуться в начало статьи, а я начну светлую повесть о том, что происходит, когда мы вносим в нашу систему циркуляционный насос.

Включив циркуляционный насос, мы устраняем все естественные пробки, связанные с разницей температур. В нашей системе циркулирует теперь любая вода. Холодная, горячая — любая. Если вода не успела нагреться — она все равно уходит в систему. Так начинается путь к нашему равновесию. Предположим, мы отрегулировали котел на 60 градусов. Пока вода в системе, а не в котле (. ), холодная, наш котел работает на полную мощность. Потом температура повышается, поскольку вода не успевает полностью остыть за один цикл прохода по системе. Когда температура в системе достигает 50 градусов, котел начинает работать уже слабее, но все так же стабильно, без ярко выраженных циклов нагрева и остывания.

А вот тут ВНИМАНИЕ. С этого момента все зависит от наших теплопотерь. Если теплопотери велики, то вода возвращается в котел значительно остывшей, скажем те же 50 градусов. Наш котел при этом работает довольно сильно. Мы достигли равновесия, просто оно не слишком хорошее с точки зрения расхода газа и нашего кошелька. Однако, если теплопотери не велики, помещение замечательно теплоизолировано, то мы достигаем другого равновесия, когда температура на входе равна, скажем, 55 или 56 градусам. В этом случае котел тоже работает, но уже не ревет, а шуршит.

Теперь об эффективности. Если на выходе котла наша температура составляет 60 градусов, а на входе — 56 градусов, то это значит, что в каждом радиаторе верх разогревается до 59, а низ остывает до 57 градусов. Числа, естественно, условные. Это значит, что радиаторы отдают полную мощность, котлу не приходится при этом нагревать воду до 70 и выше градусов и тратить на это дополнительную энергию. Кроме этого, мы получаем замечательную возможность регулировать температуру каждого радиатора в любой комнате. Это значит, что, сделав на кухне и в спальне температуру воздуха пониже, мы имеем дополнительную, и судя по книжкам, существенную экономию газа.

Дополнительно, мы имеем удобство подогрева радиаторов, скажем до 35 градусов, что совершенно невозможно при самотечной системе и, таким образом, имеем комфортную температуру в осенние и весенние месяцы, когда прохладно, но не холодно. И, наконец, мы прокладываем систему отопления трубами малого диаметра. Вы думаете, что это не существенно? Ошибаетесь! Мы уменьшаем количество воды в системе и теплопотери через поверхность труб. Ее становится легче и быстрее нагревать, увеличивается скорость ее оборачиваемости в системе и мы опять же увеличиваем эффективность нашей системы отопления и уменьшаем расходы на газ.

Таким образом, мы тратим жалкие 60 ватт энергии на циркуляционный насос и, тем не менее, экономим на газе. Теория, конечно, очень красивая, но чтобы подсчитать прибыли-убытки нужно быть специалистом, которым я не являюсь. Однако, аспектов экономии очень много. Я уверен, что экономия есть.

Вывод. Нет никакой связи между старт-стопным функционированием газового котла и увеличением его КПД. Для увеличения КПД котла нужно покупать хороший котел, а для увеличения эффективности отопления нужно хорошенько теплоизолировать помещение, грамотно спроектировать систему с тонкими трубами и циркуляционным насосом.

Теперь о горелке, которая не гаснет, а продолжает гореть, когда температура достигла необходимой величины. Тут два аспекта. Во-первых, у меня, как следует из вышеизложенного, температура никогда не достигает предельной величины, и горелке нет смысла выключаться совсем. Во-вторых, полное выключение горелки яркий фактор понижения эффективности (и, кстати, КПД котла). Объясняю. Предположим, у нас горит запальник, а основная горелка выключена. Теперь, предположим, пришло горелке время включиться. В любом случае она не включится сразу. Хотя бы потому, что горелка относительно большая, а запальник горит только с одной стороны. Причем, газ — не электричество. Он зажигается не мгновенно.

Что это значит? Это значит, что в момент включения большое количество газа уйдет в трубу в виде газа, а не огня. Первая порция газа просто не успеет воспламениться или воспламенится прямо в трубе (ее просто догонит пламя). Ну что же в этом хорошего? А если эта первая порция газа попадет в помещение из-за недостаточно хорошей тяги? Я не голословен! Сходите к собственной газовой плите и потренируйтесь со спичкой. Все увидите сами.

Нет уж! Не убеждайте меня! Газовая горелка должна всегда тлеть вместе с запальником.

Маленькое отступление. У меня котел производства города Жуковского. Сам он безымянный и автоматика в нем безымянная. Есть модификации с автоматикой Хонивелл, но она, по отзывам самих же производителей работает хуже штатной и стоит как сам котел, то есть котел с автоматикой Хонивелл в два раза дороже обычного котла. Я котлом очень и очень доволен. Никакого обслуживания он уже много лет не требует. Единственное, что приходится менять — это термопара. Она банально прогарает, где-то за три года.

А вот и про радиаторы и воздух, который по ним гуляет. Тоже подтверждение, что котел не очень правильно работает. Воздух откуда появляется? Как я понимаю, это просто закипает вода, и образовавшийся пар пытается подняться к самой верхней точке системы. Т.к. в системе присутствует насос, то он разгоняет этот пузырь по всей системе. У меня прошлую зиму котел как раз на максимуме работал, постоянно в системе булькало, но у меня расширительный бак на втором этаже как раз над котлом стоит, поэтому этот пузырь поднимался сразу к расширительному баку.

Как вы уже, наверное, поняли, описанная ситуация у меня не возможна, хотя бы потому, что котел отрегулирован на 60 градусов. Так откуда же берется воздух в системе отопления? Я уверен, что воздух берется из самой воды. Возможно, вы знаете, а кто не знает, скажу, что обычная вода из водоема, скважины или водопровода на самом деле является газированной. Налейте воду в трехлитровую банку и поставьте на некоторое время. На стенках образуются пузырьки. Это воздух, который находится в воде в растворенном состоянии. Именно этот воздух, высвобождается из воды и образует пузыри. Когда весь воздух из воды выходит, она становится мертвой и с этого момента ваши котел, трубы и радиаторы перестают корродировать.

На счет закипания скажу следующее. Закипание — это плохо. Закипание возможно в системах с открытым расширительным баком. У меня система закрыта, поэтому, я думаю, что мог бы разогреть свою систему и выше ста градусов без закипания. В ней выросло бы давление, и пар бы не образовывался. Но экспериментировать не буду.

И опять о котлах и еще о ГВС. Я вот свой котел как раз хочу менять на двухконтурный, чтобы была возможность его подключения, как раз, к обычному электрическому накопительному водонагревателю . Летом будет горячая вода от электричества, зимой — от газового котла . Долго искал магазин, где продаются теплообменники для того, чтобы подключиться к имеющемуся котлу, так и не нашел, зато в одном магазине мне рассказали о уже реализованной схеме: газовый котел, через его контур вода поступает в накопительный бак, из бака — к потребителям. До этого у меня уже была мысль так сделать, но останавливало то, что у таких котлов обещали переключение работы котла с отопления на ГВС, т.е. отопление просто отключалось в момент открытия крана с горячей водой. Как оказалось, в наших котлах это не так.

Кстати, какая регистрация может потребоваться для двухконтурного котла в случае замены старого на новый? Это же будет один аппарат. Про газовую колонку я такого же мнения, этого добра в доме не надо, лучше накопительного (но газового!) пока ничего не существует, а на лето будет хватать электрической части. Счетчик на газ в любом случае надо ставить, многие подтверждают, что это выгоднее, чем платить круглый год большие суммы за газ, который идет на отопление.

Скажу свое мнение. Я всю жизнь считал, что двухконтурный котел является комбинацией обычного котла и газовой колонки. Идея эта мне абсолютно не нравится. Во-первых, потому, что я не люблю газовые колонки, во-вторых, потому, что если вдруг система отопления не замкнута и в ней постоянно меняется состав воды, то это значит, что вся система будет подвержена коррозии и не прослужит больше 5-ти лет. Говорю это на основе того, что видел в магазинах и читал в книгах и инструкциях.

Действительно, есть варианты повышения КПД котла отопления, при которых разогрев системы ведется, например, котлом на солярке мощностью 20-30 кВт, а потом поддержание температуры осуществляется тенами значительно меньшей мощности. Мне эта идея начнет очень и очень нравиться уже очень скоро, когда цены на газ будут еще выше и встанет реальная задача повышения КПД котла и системы. Скажу только, что такая комбинированная система в большом почете на западе, где беднягам приходится экономить буквально на всем.

Теперь о системах с дополнительным баком. Это тоже классическая схема, описанная во многих и многих книжках, особенно, ранних годов выпуска. Дополнительный бак называется теплоаккумулятором. Он очень хорошо утеплен и используется в системах с отоплением на твердом топливе для того, чтобы топить только один раз в день. В такой системе два контура. Во время топки происходит нагрев как радиаторов, таки и воды в теплоаккумуляторе. Когда топка заканчивается, вода в системе забирается из теплоаккумулятора. Его должно хватать минимум на 8 часов. Теплоаккумулятор, конечно, должен быть значительного объема и, как я уже говорил, хорошо утеплен. Кроме того, такие системы дороги из-за необходимости использования котлов повышенной мощности (чтобы хватало и на дом, и на теплоаккумулятор), дороговизны утепленного металлического бака и, кстати, в такой схеме необходимо использовать циркуляционные насосы.

Такие схемы не получили должного распространения поскольку были довольно оперативно придуманы дровяные (угольные, торфяные) котлы с топками продолжительного горения.

На счет регистрации ничего не скажу, поскольку процедура зависит от местных властей. Сходите в свою контору, которая вам газ поставляет, и узнайте все доподлинно. Если у вас счетчик, то, как я понимаю, никакой регистрации вообще не требуется, поскольку поставщика газа волнует только показания счетчика и ничего больше.

То, что вы считаете накопительный газовый котел самым удачным решением горячего водоснабжения, поверьте, ваше сугубо личное мнение и оно не является самым распространенным.