Виды систем отопления: открытая, закрытая. Плюсы и минусы каждой

Устройство открытой системы отопления

Эта система является самой старой и самой простой из современных систем отопления. Ее так и называют естественной, самотечной, а еще зависимой, а еще гравитационной.

Открытой она называется потому, что негерметична, то есть расширительный бак, входящий в ее состав, является открытым сосудом, с поверхности которого свободно испаряется вода.

Зависимость ее состоит в том, что отбор теплоносителя происходит непосредственно из подающей трубы, от которой и зависят все параметры этой системы. Естественной, или самотечной, ее называют из-за того, что она не требует дополнительной энергии, перемещение воды идет самотеком. Название гравитационной она получила вследствие того, что в основе работы лежит закон гравитации.

В систему входит:

• Котел различной конструкции;
• Трубы;
• Расширительный бак;
• Приборы отопления.

Принцип работы

Принцип работы основан на умелом использовании физических законов термодинамики. Горячая и холодная вода имеют разную плотность. Горячая вода плотнее холодной. По законам физики эта разность плотностей и создает движущую силу, направленную от источника тепла к радиаторам.

Из водопроводной трубы в водогрейный котел подается холодная вода. Здесь она нагревается и расширяется. В верхней части котла создается повышенное давление, которое усиливает подпирающая снизу холодная вода.

Под таким давлением горячая вода по магистральной трубе подается к приборам отопления, отдавая им свое тепло. Остывшая вода снова идет в котел для подогрева. Таким образом, осуществляется естественная циркуляция.

Вода при подогреве увеличивается в объеме. Поэтому, чтобы котел не разорвало от внутренних напряжений, и существует расширительный бак, в который изливается излишняя вода. Он должен находиться, как можно выше, чтобы вода под действием гравитации сама поступала в котел.

Трубы должны находиться под небольшим уклоном: к расширительному баку снизу вверх, от него – сверху вниз.

Для преодоления гидравлического сопротивления необходимы трубы довольно большого для помещений диаметра порядка 35-40 мм.

В такой системе необходимо использовать минимум поворотов, фасонных и соединительных деталей, чтобы не замедлять и без того медленную циркуляцию теплоносителя. Зимой расширительный бак надо утеплять.

Если в зимнее время отопление не функционирует по каким-то причинам, то воду из системы необходимо удалить во избежание разрыва труб.

Открытая система с принудительной циркуляцией

Как любое техническое решение, открытая система продолжает совершенствоваться. Появилась открытая система с принудительной циркуляцией. Ее появление связано с тем, что естественная циркуляция слишком медленна, что обусловлено очень маленькой разницей в массе холодной и горячей воды, лежащей в основе работы контура. При температуре 40 градусов по Цельсию один куб холодной воды весит 992 кг, а после поднятия до 60 градусов – 983 кг. Такая малая разница обеспечивает циркуляцию воды всего 0, 1 м/с. Поэтому, чтобы сделать процесс более интенсивным, устанавливают дополнительный насос. Он играет вспомогательную роль в отличие от циркуляционного и может включаться эпизодически по мере надобности. Система в этом случае теряет энергонезависимость, но выигрывает в интенсивности.

А чтобы обогрев частного дома не прекращался в случае отключения тока, оба насоса монтируют на параллельных байпасных линиях. При отсутствии электроэнергии система переходит на естественную циркуляцию.

Плюсы открытой системы

Положительные стороны открытой системы позволяют ей существовать уже два столетия. Можно отметить следующие достоинства:

• Небольшой набор оборудования.
• Простота обслуживания.
• Бесшумность.
• Автономность: может функционировать даже при отсутствии электроэнергии.
• Экономичность.
• Высокая надежность.
• Возможность быстро запустить и остановить работу.

Минусы

Естественно, открытая система отопления не свободна от недостатков. Они таковы:

• Большие теплопотери.
• Нельзя использовать антифриз в качестве теплоносителя. Это особенно важно в северных районах страны.
• Необходимо внимательно следить за уровнем воды в расширительном баке.
• Вода может замерзать в распределительном баке.
• Есть вероятность кавитации.
• Ускорение коррозии металла вследствие кавитации.
• Появление воздушных пробок.
• Трудно маскировать трубы большого диаметра.
• Сложно регулировать температуру воды.

Закрытая система отопления

Этот вариант отопления представляет собой герметичную термодинамическую систему, к которой применимы все законы теплофизики. В ее состав входит:

• котел;
• циркуляционный насос;
• трубы;
• арматура;
• расширительный бак;
• радиаторы;
• приборы контроля и управления.

Главное отличие закрытой системы от открытой заключается в наличии циркуляционного насоса. По этой причине ускоряются циркуляционные процессы в системе, ускоряется обогрев помещений, появляется возможность регулирования теплового потока, температуры и давления в тепловом контуре. Также важно то, что применяется резервуар мембранного типа, в котором одна часть служит для приема излишней воды, а другая заполнена воздухом, который возвращает воду обратно в контур.

Плюсы закрытой системы отопления

Закрытая система устраняет многие недостатки открытой. Ее положительные стороны такие:

• Ускоряется время обогрева помещений.
• Значительно повышается КПД системы.
• Упрощается монтаж.
• Не надо проверять наличие воды в расширительном баке.
• Можно применять антифриз и не бояться заморозки трубопроводов.
• Появляется возможность регулировать температуру помещений путем уменьшения или увеличения количества теплоносителя.
• Можно экономить воду за счет ликвидации ее испарения в резервуаре.
• Можно изменять давление в контуре.
• Увеличивается срок эксплуатации оборудования за счет отсутствия контактов с воздухом.

Минусы закрытой системы отопления

Основным изьяном закрытой системы является ее зависимость от электроснабжения. Любое отключение электрического тока автоматически приостанавливает ее работу. Есть и другие недостатки:

• Для бесперебойной работы нужен генератор;
• Может нарушаться герметичность и попадать воздух в контур.
• Расширительные баки используются только на 30-60 % их емкости. Чем больше емкость бака, тем меньше процент его заполнения.
• Высокая стоимость оборудования.
• Нужны опытные, квалифицированные специалисты.

Основные отличия открытой и закрытой систем

• В открытой системе расширительный бак находится выше других элементов контура, а в закрытой он может находиться в любом месте, даже рядом с котлом, на расстоянии не менее полутора метров.
• Закрытая система полностью защищена от атмосферного воздуха, что препятствует попаданию кислорода в систему и его взаимодействию с металлом контура. Это предотвращает ускоренную коррозию и, таким образом, продлевает срок эксплуатации оборудования.
• В открытой системе применяют трубы большого диаметра. Это создает определенные сложности при монтаже. Эти сложности увеличиваются необходимостью соблюдать определенный наклон труб относительно пола. Громоздкие трубы трудно скрыть ухищрениями декора, и они нарушают интерьер жилых помещений.
• Для соблюдения всех законов гидродинамики в открытой системе следует соблюдать нужный уклон, распределение тепловых потоков, высоту подъема, повороты, ликвидировать узкие места, обеспечивать правильное, с точки зрения динамики, подключение к батареям.
• В закрытом варианте можно использовать трубы меньшего диаметра (но до определенного размера), что сокращает расходы и дает возможность спрятать трубы декоративными деталями.
• В закрытой системе важно правильно установить циркулярный насос, что позволяет снизить уровень шума и вибрации. В гравитационной системе эта проблема отсутствует.

Как переделать открытую систему в закрытую?

Часто приходится по каким-то причинам переделывать открытую систему в закрытую. Для этого необходимо установить бак мембранного типа (экспанзомат). Также следует установить приборы контроля, или так называемую группу контроля. В нее входит:

• Автоматический воздухоспускатель.
• Предохранительный клапан.
• Манометр.

Весь комплект стоит довольно дорого, поэтому можно его собрать из отдельных элементов, что будет дешевле.

И, наконец, надо приобрести циркуляционный насос. Его монтируют на обратной трубе перед котлом, где наименьшая температура воды, и насос не перегревается.

Однотрубные и двухтрубные системы отопления

Вода в батареи отопления может подаваться по одной трубе. В этом случае система называется однотрубной. Вода от котла через трубу последовательно идет от батареи к батарее, каждый раз теряя какую-то часть тепла и возвращаясь опять в котел. Движение идет по кругу. В этом случае рекомендуется устанавливать не более 5 батарей, иначе на остальные не хватит тепла. Отапливаемая площадь не должна превышать 60-100 квадратных метров.

Если хозяина частного дома не особо волнуют вопросы эстетики, комфорта, экономии, а важно, например, быстро обеспечить обогрев строения, то он может просто положить трубу диаметром 80-100 мм по всему периметру здания.

Когда к батарее подходит две трубы, одна из которых несет горячую воду, а другая отводит остывшую, то говорят о двухтрубной системе. Стояк с горячей водой может монтироваться как вертикально, так и горизонтально. Это называется вертикальной и горизонтальной системой подключения.

Она выполняется с нижней или верхней разводкой. При нижней разводке котел располагается внизу, при верхней – наверху.

Вертикальная система стоит несколько дороже горизонтальной за счет метража труб и расходов на монтаж, зато нет воздушных пробок, и ее проще обслуживать.

Различие между однотрубной и двухтрубной системами заключаются в том, что однотрубную систему лучше использовать в небольших коттеджах, дачах, одноэтажных или двухэтажных домах, а двухтрубная система применяется в многоэтажных зданиях.

Как видно из статьи, чтобы обеспечить качественное и экономичное отопление в доме, нужно перебрать множество технических вариантов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Поэтому, прежде чем принять ответственное решение, необходимо все же посоветоваться со специалистами.

Системы отопления виды схемы

Разводка систем отопления

Разводкой называется схема расположения приборов отопления и соединяющих их труб. От нее (разводки) в немалой степени зависит эффективность работы отопительной системы, ее экономичность и эстетичность. Выбор разводки отопления зависит от площади дома и его конструктивных особенностей, а также от вида системы отопления.

Виды схем разводки отопления

Несмотря на кажущееся разнообразие, схемы разводки условно делят на несколько групп

Однотрубные и двухтрубные

Горизонтальные и вертикальные

Тупиковые и со встречным движением теплоносителя

Причем конкретная система отопления должна иметь по одному из двух признаков из всех трех групп характеристик. Например, разводка может быть однотрубной, горизонтальной с тупиковым движением теплоносителя, а может быть двухтрубной, горизонтальной, со встречным движением теплоносителя и т.д.

Выбирается схема расположения приборов отопления на стадии проектирования. При этом важно понимать, что не бывает плохих или хороших разводок, а бывают неверно выполненные схемы, неправильно рассчитанные и не учитывающие конкретных условий эксплуатации.

Но, если все схемы хороши, то как производится выбор разводки?

Главным для проектировщиков является вопрос выбора между однотрубной и двухтрубной схемами разводки, у каждой из которых немало и сторонников, и противников. Чаще всего в споре используются такие аргументы, как экономичность и простота монтажа, эффективность и уровень комфорта, получаемый в результате.

Действительно, однотрубная система подразумевает использование меньшего количества труб, практически в два раза меньше, чем при монтаже двухтрубной системы отопления. На лицо немалая экономия денежных средств, особенно, если речь идет о дорогих, медных трубах или материалоемких стальных трубопроводах.

Однотрубную систему легче монтировать: вода от котла последовательно проходит по всем приборам отопления, а затем возвращается в него. Все это несомненные преимущества однотрубной системы отопления, но есть и недостатки, главным из которых является неравномерный прогрев системы отопления.

Действительно, при прохождении теплоносителя через радиатор, температура воды снижается. Это значит, что каждый последующий прибор отопления в однотрубной системе всегда холоднее предыдущего. Для более равномерного распределения тепла в помещениях, удаленных от котла, устанавливают более мощные приборы отопления, а радиаторы монтируют с байпасной линией и регулировочной арматурой. Но и с регулировочной арматурой порой бывает непросто добиться равномерного прогрева всех помещений и создания комфортных условий в доме. К тому же при однотрубной системе отопления, в которой не предусмотрен байпас, нельзя полностью отключить радиатор, что создает серьезные препятствия для оптимизации работы отопительной системы и для ее ремонта в случае возникновения аварийных ситуаций.

Этого недостатка лишена двухтрубная система отопления.

Двухтрубная система разводки отопления

В двухтрубной системе отопления к каждому радиатору одновременно подходит две тубы: по одной (подаче) движется горячая вода от котла, а по второй (обратке), остывший теплоноситель возвращается в котел.

Двухтрубная система отопления легко балансируется и обеспечивает подачу во все приборы отопления теплоноситель одной и той же температуры, что является гарантией равномерного распределения тепла в доме.

Направление движения теплоносителя

В зависимости от движения теплоносителя, разводка может быть с нижней или верхней подачей. При верхней подаче горячая вода от котла вначале подается по вертикальному стояку в самую верхнюю часть системы отопления, а затем спускается по стоякам вниз и направляется вновь в котел.

При нижней подаче вода поступает в приборы отопления снизу, проходит (продавливается) через них, в самой высокой точке системы отопления собирается в обратный трубопровод, по которому стекает в котел.

Оба вида подачи могут использоваться как в однотрубной, так и в двухтрубной системе отопления. Однако практический опыт показывает, что для двухтрубной системы более приемлема верхняя подача, тогда как для однотрубной системы отопления это не имеет значения.

Тупиковая и попутная разводка

Тупиковой называется разводка, при которой теплоноситель входит в прибор отопления и выходит из него с одной и той же стороны. При этом поток воды как бы попадает в тупик, меняет свое движение и затем покидает прибор отопления.

При попутной разводке поток теплоносителя поступает в прибор отопления с одной стороны, а выходит с противоположной, то есть движется попутно с общим потоком воды от котла к обратному трубопроводу.

Считается, что попутная разводка более эффективна. Действительно, именно при ее использовании в приборе отопления наименее вероятно образование зон застоя, в которых интенсивность отдачи тепла минимальна. При тупиковой разводке, напротив, неизбежно образование в приборе отопления зон, в которых скорость движения воды минимальна, а значит, минимален и процесс теплоотдачи.

Вертикальная и горизонтальная разводка

Здесь все просто: при горизонтальной разводке трубопровод отходит от подающей магистрали горизонтально, а при вертикальной разводке вертикально.

Для частных домов с одним потребителем тепла вертикальная и горизонтальная разводки равнозначны.

Другое дело многоквартирные дома. В них горизонтальная разводка, при которой все приборы отопления в одной квартире расположены «на одной трубе» позволяет устанавливать и успешно эксплуатировать счетчики тепла, а значит, расходовать тепло по своему усмотрению и оплачивать его потребление в соответствии с данными собственного учета.

При вертикальной разводке в одной квартире может быть несколько стояков, каждый из которых объединяет приборы отопления, расположенные на всех этажах многоэтажного дома. При такой разводке учесть потребление тепла можно только на стояке, что для владельцев квартир просто бесполезно.

Подведем итоги — Система отопления может быть однотрубной или двухтрубной, с верхней или с нижней подачей, горизонтальной или вертикальной, тупиковой или попутной.

Схемы систем водяного отопления и их практическое применение

Схема монтажа водяного отопления и ее нюансы

Происходит такой процесс, благодаря законам физики и термодинамики. Горячая вода имеет меньший объемный вес, чем холодная, поэтому она поднимается вверх, а охлажденная жидкость опускается вниз.

Схема движения воды в системе отопления частного дома. Нажмите для увеличения.

Циркулируя в закрытой системе, вода изначально попадает в главный стояк.

Затем из него проходит в горячий трубопровод, который расположен на чердаке или же под потолком верхних этажей дома, попадает в горячий стояк и затем подается к отопительным батареям или другим нагревательным приборам.

Попадая в секции радиаторных батарей, вода, остывая, передает свою тепловую энергию в отапливаемое помещение, и возмещает его теплопотери.

Отдав свое тепло, вода по обратным отводкам попадает в обратный стояк, а затем в обратный трубопровод, который проложен в подвале, либо он установлен в подпольном канале.

По этому трубопроводу охлажденная жидкость и попадает снова в котел, который опять нагревает ее.

Во время движения теплоносителя в системе отопления возникают непреодолимые потери на трение и сопротивление, которые требуется преодолеть имеющимся циркуляционным давлением.

Чтобы отопительные приборы, такие как радиаторная батарея, передавали необходимое количество тепла, существующее в системе циркуляционное давление должно равняться потере во время прохождения по кольцу расчетного количества теплоносителя.

Для этого используют специальный гидравлический расчет системы отопления.

Трубопровод в системах отопления выполняется из газоводопроводных шовных труб, изготовленных из стали при помощи сварки. Стояки и подводки в отопительных системах устанавливают открытой или скрытой прокладкой.

Для более удобного монтажа отопительной системы в многоэтажных домах используются трубные заготовки, которые заранее изготавливают на трубозаготовительных заводах или специальных заготовительных мастерских.

Регулировка тепловой отдачи нагревательных приборов, установленных в отапливаемых помещениях, или их отключение, установлено на горячей подводке. При помощи специальных кранов, имеющих двойную регулировку, производится:

1. Регулировка первичная. Выполняется в процессе начальной наладки системы.
2. Вторичная регулировка. Производится непосредственно в процессе эксплуатации.

Схемы водяных систем отопления и их разновидности

Самая верхняя точка системы отопления оснащается специальным расширительным сосудом – это обычный бак, изготовленный из листовой стали при помощи сварки. Излишки жидкости, образующиеся в результате расширения теплоносителя, поступают в этот бак.

Схема монтажа водяной системы обогрева дома. Нажмите для увеличения.

Расширительный сосуд (бак) имеет специальную переливную трубу, через которую стравливают воздушные пробки, образовавшиеся в системе отопления.

Также через переливную трубу выливается избыточное количество жидкости-теплоносителя.

В нижней части расширительного бачка есть сигнальная трубка с запорным вентилем. Конец сигнальной трубы выходит в раковину котельной.

Отопительная система заполняется теплоносителем до тех пор, пока не заполнится расширительный бак, и из сигнальной трубки не появится жидкость.

Системы водяного отопления, имеющие естественную циркуляцию, предполагают установку расширительного сосуда на горячем стояке, и его используют для «стравки» излишка воздуха в системе.

Для создания благоприятных условий во время работ по выпуску излишков воздуха в системе (исключая вертикальные стояки), все трубы в системе водяного отопления проложены с небольшим уклоном в три – пять миллиметров на один метр погонный.

Отопительная система в любом здании заполняется обычной водопроводной водой.

Если в водопроводе не хватает давления для полного заполнения системы водой, используют ручной насос для подкачки жидкости-теплоносителя.

В летний период воду из отопительной системы желательно не спускать, во избежание пересыхания уплотнителей в резьбовых соединениях, имеющихся в трубопроводе, а также, чтобы избежать возможной коррозии трубопровода.

Схема с нижней разводкой

Схема систем водяного отопления бывает также с нижней разводкой — когда трубопроводы горячий и обратный проложены в помещении подвала. Как бы там ни было, но за последние годы однотрубная схема системы водяного типа отопления получила наибольшее распространение.

Она проще монтируется, так как длина труб в этих схемах существенно меньше, чем в 2-х трубных. Они имеют более аккуратный внешний вид, особенно это актуально во время открытой прокладки труб.

Отличием, а одновременно и недостатком однотрубных систем является то, что поступающий в отопительные приборы теплоноситель имеет не постоянную одинаковую температуру (как в двухтрубных системах), а понижающуюся температуру по мере прохождения жидкости по стояку.

Такая ситуация привела к необходимости увеличения труб стояка по ходу движения жидкости.

Существует еще схема отопления, имеющая осевые замыкающие участки.

Здания с невысокой этажностью оснащают зачастую схемой приоконного размещения стояков с подсоединением к ним радиаторных батарей.

Эта схема удобна тем, что в ней не увеличивая расход труб, легко можно применить однотипные стояки без предварительных замеров.

К такой схеме прекрасно подойдут трубы, изготовленные на трубозаготовительных заводах или специальных мастерских.

Особенно стоит использовать такую схему с трехходовыми кранами, ведь при такой схеме расчет отопительных приборов выполняется из условия предполагаемого пропуска через них всего проходящего по стояку теплоносителя, что неизменно приведет к уменьшению энергетических затрат отопительной батареи.

Если здание или дом не имеет чердачного помещения, в этом случае подойдет однотрубная схема разводки водяного отопления с нижней разводкой.

Однотрубные проточные схемы не очень удобны в эксплуатации, ввиду отсутствия регулировки теплоотдачи отдельных радиаторных батарей или других нагревательных приборов, однако такую отопительную систему можно монтировать в зданиях, которые не требуют такой регулировки.

Это, например, цеха на заводах, фабриках и др. Горизонтальные однотрубные схемы практично выполнять в зданиях, имеющих максимум три этажа.

Отопление с естественной и принудительной циркуляцией

Любая схема жидкостного отопления имеет как естественную, так и принудительную – насосную циркуляцию. Отопительные системы, имеющие естественную циркуляцию, в современном строительстве выполняются относительно редко.

Такие системы целесообразно устанавливать в отдельно стоящих зданиях, имеющих небольшую площадь для отопления. На сегодняшний день современные здания строятся одновременно целыми массивами.

Естественная циркуляция воды при обогреве дома. Нажмите для увеличения.

Для них специально возводят отдельные теплоэлектроцентрали, котельни и централизованное отопление. Поэтому и нашла широкое применение система водяного отопления, имеющая насосную циркуляцию.

Жидкость в такой системе проходит циркуляцию только за счет работы циркуляционных насосов. Их в системе обычно устанавливают два – рабочий и запасной. Насосы устанавливаются на обратной линии, перед нагревающим котлом.

В свою очередь, насосы подразделяются на:

Практически все виды водяного отопления и все виды насосов, использующихся в этих системах, приводятся в действие при помощи электродвигателей.

Насосы обеспечивают скорость движения воды в трубопроводах от 0,5 до 1 метра за секунду, в то время как системы с естественной циркуляцией обеспечивают скорость подачи теплоносителя не выше чем 0,2 метров за одну секунду.

В первом случае, для полного удаления «воздушных пробок» из систем отопления. разводящие горячие линии прокладывают с небольшим подъемом по ходу движения жидкости.

Принцип действия системы отопления с принудительной циркуляцией. Нажмите для увеличения.

Такая конструкция выполняется по той причине, что расширительный бак в системе с насосной циркуляцией жидкости подсоединен к «обратке» перед насосом.

Воздух в этом случае «травится» через специальные воздухосборники, встраиваемые в верхних точках горячего трубопровода.

Системы с насосной циркуляцией позволяют устанавливать нагревательные приборы на уровне с котлом, или даже ниже уровня котла.

Системы с естественной циркуляцией теплоносителя предполагают установку отопительных приборов выше котла (исключение составляет индивидуальное отопление в квартире).

Централизованное отопление использует в качестве теплоносителя воду, а насосы расположены на станции теплоэлектроцентрали или же на центральной котельне.

Бак расширительный устанавливают на самом высоком здании, которое «запитано» в данную ТЭЦ, или же расширительный бак вообще отсутствует. Его можно заменить подпиточным насосом.

Все здания, входящие в одно централизованное отопление, оборудованы специальным тепловым выводом. Если в здание подается из тепловой магистрали слишком горячая вода, температура которой превышает расчетную температуру, в ход вступает водоструйный насос, который подмешивает в горячую воду холодную жидкость, доводя температурный баланс до нужной температуры.

Разводка водяного отопления и температурные режимы

Понижение температуры подающейся горячей воды осуществляется за счет подмешивания к ней из «обратки» охлажденной воды той же отопительной системы.

Если же в качестве теплоносителя используется пар, то тепловые вводы зданий с водяным отоплением оборудуют специальным пароводяным теплообменником, в котором происходит подогрев горячей воды. Такую схему выполнения отопления называют – пароводяной.

Системы водяного отопления зачастую имеют рабочую температуру горячей воды 95°С, а обратной — 70°С.

В производственных помещениях, с целью экономии поверхности нагревательных элементов и понижения затрат на систему отопления, температурные показатели могут достигать 130°С горячей воды, в то время как «обратка» будет иметь тот же температурный показатель — 70°С.

В медицинских учреждениях эти показатели наоборот — ниже. Так, по требованиям санитарно-гигиенических норм, принято температуру входного трубопровода доводить до 85°С, а «обратку» — 65°С.

Немалую роль в работе централизованного отопления играет… погода. Чем выше наружная температура, тем меньшие тепловые потери идут в отапливаемых помещениях.

Соответственно, температуру подаваемой в центральную отопительную систему воды, также можно уменьшить. Так называемая, качественная регулировка стала очень большим преимуществом схем жидкостного отопления.

Системы отопления: виды-схемы, элементы и основные понятия

В этой статье я собираюсь рассказать о том, какой бывает система водяного отопления в многоквартирном или частном доме. Нам с читателем предстоит изучить ее основные элементы, ключевые понятия и познакомиться с вариантами разводки и подключения отопительных приборов.

Схема системы отопления двухэтажного коттеджа.

Элементы и понятия

Начнем с изучения краткого словарика, который поможет читателю не путаться в терминологии.

• Ввод отопления — участок трубопровода между ближайшим тепловым колодцем (читай — отводом от теплотрассы) и входной запорной арматурой домовой системы отопления;

Обычно граница раздела зон ответственности между Теплосетями и жилищниками проходит по первому фланцу входной задвижки. Однако возможны и другие схемы. В Инкермане, где я живу, Теплосети обслуживают и теплотрассы, и элеваторные узлы, и отопительные системы.

• Водоструйный элеватор — сердце элеваторного узла, стальной или чугунный тройник с соплом, обеспечивающим смешивание воды из подающей и обратной ниток теплотрассы. Элеватор позволяет направить часть отработанного теплоносителя на рециркуляцию. Он обеспечивает высокую скорость теплоносителя (и, стало быть, минимальный перепад температур между концами контура) при минимальном расходе воды с подачи;

Устройство и принцип работы водоструйного элеватора.

• Элеваторный узел — обвязка элеватора, комплекс запорно-регулирующей арматуры, обеспечивающей работу отопительной системы;

Устройство простейшего элеваторного узла.

Многоквартирный дом может иметь несколько элеваторных узлов. Как правило, один из них отвечает за отопление и подачу в дом горячей воды. остальные — только за отопление.

Элеваторный узел с врезками горячего водоснабжения.

• Розлив (он же — отопительная лежневка, или лежак) — горизонтальный трубопровод, соединяющий между собой отопительные приборы или стояки (вертикальные трубопроводы) с отопительными приборами;

Розливы подачи и обратки в подвале многоквартирного дома.

• Подводка — участок трубопровода, соединяющий отопительные приборы с розливом (розливами) или стояком (стояками);

Стальные подводки к радиатору.

• Отопительный котел — источник тепла в автономной (не подключенной к теплотрассе) системе. Котлами оснащаются и системы отопления частного дома, и отдельные квартиры в многоквартирных домах новой постройки;

Справа — напольный газовый котел.

• Расширительный бак — емкость, вмещающая избыток теплоносителя при его тепловом расширении. Бак может быть открытым (в системе, работающей при атмосферном давлении) и мембранным (в закрытой системе с избыточным давлением).

Расширительный бак для открытой системы.

Во втором случае бачок — это емкость с эластичной перегородкой, часть объема которой заполнена воздухом с небольшим избыточным давлением;

Объем мембранного расширительного бака должен быть приблизительно равен 1/10 от объема теплоносителя. В сбалансированной отопительной системе этот объем рассчитывается как 15 л на 1 КВт мощности котла.

Устройство мембранного бака.

• Воздушник — устройство для отвода воздуха из системы отопления. Воздушники монтируются в верхней точке закрытого контура и на всех скобах, поднимающихся выше уровня розлива. В их роли могут выступать краны Маевского, автоматические воздухоотводчики или обычные краны;

На фото — кран Маевского под плоскую отвертку.

• Предохранительный клапан — приспособление для сброса избытка теплоносителя при опасно высоком давлении;

Обычно автоматический воздушник, клапан и манометр (он нужен для зрительного контроля давления) объединяются и формируют группу безопасности, которая монтируется на отводе от розлива после котла.

Группа безопасности котла.

• Гидравлический напор — высота водяного столба, соответствующая перепаду давлений на участке отопительного контура. Одна атмосфера (1 бар, 1 кгс/см2) соответствуют напору в 10 метров.

Элеваторный узел многоквартирного здания работает с гидравлическим напором (перепадом давлений между смесью после элеватора и обраткой) всего в 2 метра, или 0,2 кгс/см2).

С какими параметрами работают разные системы отопления?

Для ЦО типичны давления на входе в элеваторный узел в 5 — 7 кгс/см2 на подаче и 3 — 4 кгс/см2 на обратном трубопроводе. Температура теплоносителя варьируется в зависимости от уличной температуры.

В большинстве случаев используется температурный график 150/70: в пик холодов температура подачи поднимается до 150С, а обратки — до 70С.

Температурный график 150/70.

Температура смеси (воды после смешения подачи и обратки в элеваторе, поступающей в батареи) ограничена 95 градусами в жилых и производственных зданиях и 37 градусами в детских дошкольных заведениях.

При ряде форс-мажорных обстоятельств штатные параметры давления и температуры могут быть заметно превышены.

Вот примеры таких сценариев:

• Если быстро заполнить пустой контур или резко остановить циркуляцию в нем, на фронте потока образуется область повышенного давления. При гидроударе его значения могут достигать 25 — 30 атмосфер;

Последствия предсказать нетрудно.

• После окончания отопительного сезона проводятся испытания теплотрасс «на плотность». В ходе испытаний давление в них повышается до 12 и более атмосфер. Входные задвижки элеваторного узла при этом должны быть перекрыты, но человеческий фактор или неисправность запорной арматуры вполне могут привести к тому, что испытываться будет не только трасса;
• В экстремально сильные заморозки и при большом количестве жалоб на холод в квартирах в северных регионах практикуется работа элеватора без сопла. Подсос при этом глушится стальным блином, и вода поступает в отопительный контур прямо из подающей нитки трассы. А ее температура в пик холодов, как мы помним, может достигать 150С.

Вода с подачи теплотрассы напрямую попадает в отопительный контур.

В системе автономного отопления типично давление в 1,5-2,5 кгс/см2 при температуре 70-75С на подаче и 50-55С на обратке. Эти параметры при правильном расчете отопительной системы стабильны и не зависят от внешних факторов.

Классификация видов

По каким признакам могут классифицироваться водяные системы отопления?

Естественная и принудительная циркуляция

Большинство систем отопления многоквартирных и частных домов работает с принудительной циркуляцией. Теплоноситель приводит в движение перепад давлений в теплотрассе или собственный циркуляционный насос — компактный прибор с центробежной крыльчаткой, имеющий производительность в единицы кубометров в час и создающий гидравлический напор до 6 — 10 метров.

Устройство насоса малой мощности.

Достоинство таких систем — высокая скорость движения теплоносителя.

• Быстрый и равномерный нагрев отопительных приборов при запуске;
• Минимальный перепад температуры между первыми и последними по ходу теплоносителя батареями в процессе работы.

Ахиллесова пята принудительной циркуляции — энергозависимость. При длительных отключениях электроэнергии дом остается без тепла.

Системы с естественной циркуляцией (гравитационные) работают за счет разницы в плотности горячей и холодной воды.

Они устроены так:

• Котел опускается на минимальный уровень относительно остальной части отопительного контура — в приямок, цокольный этаж или подвал;
• Сразу после котла формируется разгонный коллектор — вертикальная труба, заканчивающаяся в верхней точке контура. Через нее нагретая вода вытесняется вверх более холодными и плотными массами теплоносителя;
• Затем она самотеком движется по проложенному с постоянным уклоном розливу, постепенно отдавая тепло радиаторам, и возвращается к теплообменнику котла остывшей.

Гидравлический напор в системе равен разнице в высоте между теплообменником котла и радиаторами.

Минимальный гидравлический напор в такой системе компенсируется увеличенным диаметром розлива.

Компромиссом между гравитационной и принудительной циркуляцией является схема отопления, в которой циркуляционный насос врезается не в разрыв розлива, а параллельно ему. Между врезками монтируется обратный клапан (обычно шариковый) или шаровый кран.

Шариковый обратный клапан.

Как работает такая схема водяного отопления?

• При наличии электроэнергии циркуляция теплоносителя обеспечивается работающим насосом. Байпас между врезками перекрыт краном или сработавшим благодаря перепаду давлений клапаном;
• При отключении насоса система отопления автоматически (при наличии обратного клапана) или вручную (краном) переключается в режим естественной циркуляции. Вода начинает двигаться через байпас.

Врезка насоса в гравитационную систему.

Открытая и закрытая

Разница между ними понятна и очевидна. В первом случае контур сообщается с атмосферой и работает при гидростатическом давлении, соответствующим высоте водяного столба (читай — расстоянию по вертикали от нижней точки розлива до уровня воды в открытом расширительном баке). Во втором случае в контуре создается избыточное давление, поддерживаемое мембранным расширительным бачком.

Достоинство открытой системы — предельная простота. Открытый расширительный бак в ней совмещает функции собственно расширительного бачка, предохранительного клапана и воздушника. В сущности, он является единственным элементом обвязки котла.

Открытая система с твердотопливным котлом и принудительной циркуляцией.

В закрытой системе теплоноситель не контактирует с атмосферой и не испаряется. При отсутствии утечек его обновление в закрытом контуре не требуется от слова «совсем». Это означает отсутствие ила, минеральных отложений на стенках труб и, соответственно, максимальный ресурс всех элементов системы.

Горизонтальная и вертикальная

Горизонтальная и вертикальная разводки вполне предсказуемо различаются ориентацией в пространстве. В чистом виде вертикальные системы отопления практически не встречаются, а вот горизонтальные вполне типичны для одноэтажных построек.

Вертикальная отопительная система.

В многоквартирных зданиях и частных домах высотой более одного этажа схемы систем отопления обычно включают и горизонтальные, и вертикальные участки. Например, проложенный по подвалу или чердаку отопительный розлив — типичная горизонтальная разводка, а стояк, проходящий через несколько комнат или квартир — вполне себе вертикальная.

Однотрубная и двухтрубная

Однотрубная система, или ленинградка представляет собой кольцо розлива, проходящее по периметру дома или его этажа. Отопительные приборы подключаются в разрыв розлива или параллельно ему.

Во втором случае владелец имеет возможность отключить отдельный радиатор, на сбрасывая весь контур, и регулировать теплоотдачу батарей независимо друг от друга.

Однотрубная ленинградка. Радиаторы подключены параллельно розливу и снабжены отсекающими кранами на подводках.

В двухтрубной системе по отапливаемому помещению прокладывается два розлива — подача и обратка. Отопительные приборы (или стояки с несколькими приборами) подключаются к обоим розливам.

Именно двухтрубная система отопления типична для всех многоквартирных домов современной постройки. Однотрубные ленинградки монтировались в малоэтажных домах и бараках послевоенной постройки.

Тупиковая и попутная

Существует две разновидности двухтрубных систем — тупиковая и попутная.

В первом случае теплоноситель при перемещении из подающего в обратный трубопровод меняет направление движения на противоположное. Такая схема позволяет разводке отопления обойти любые препятствия — дверные проемы, панорамные окна и т.д.

Тупиковая двухтрубная разводка в квартире-студии.

Однако у тупиковой схемы есть серьезный недостаток. Ближние к котлу нагревательные приборы представляют собой байпас для теплоносителя. Основной объем воды будет циркулировать именно через них; дальние радиаторы будут заметно холоднее, а в сильные морозы и вовсе могут замерзнуть.

Эта проблема решается дросселированием подводок к ближним радиаторам. Так называемая балансировка системы позволяет выровнять температуру всех отопительных приборов. На подводки монтируются игольчатые дроссели (они позволяют регулировать теплоотдачу приборов своими руками) или термоголовки, выполняющие регулировку в полуавтоматическом режиме.

Дроссель на подводке к радиатору.

Проблема неравномерного нагрева радиаторов очень остроумно решена в попутной схеме, носящей название петли Тихельмана. Фактически, в ней формируется несколько параллельных контуров одинаковой длины и одинакового гидравлического сопротивления. В ней любое количество радиаторов всегда будет иметь примерно одинаковую температуру.

Вариант петли Тихельмана для двухэтажного дома.

Нижний и верхний розлив

Верхней разводкой, или верхним розливом называется схема двухтрубного отопления с вынесенной на чердак подачей. Розлив обратки прокладывается по подвалу; каждый стояк представляет собой перемычку между ними. Отсекающие стояк вентиля или краны ставятся, соответственно, вверху и внизу.

Схема верхнего розлива в пятиэтажном доме. Подача проложена по чердаку.

Недостаток такой схемы — большие затраты времени на отключение отдельного стояка. Огромное преимущество — предельно простой запуск: чтобы ввести в работу сброшенный контур, нужно лишь открыть запорную арматуру на подаче и обратке и стравить воздух из находящегося в верхней точке розлива подачи расширительного бака.

В доме с нижней разводкой (нижним розливом) лежневки подачи и обратки прокладываются по подвалу. Стояки поочередно подключаются к обоим розливам и попарно соединяются перемычками, расположенными на верхнем этаже или (реже) вынесенными на чердак.

Участок системы отопления в доме с нижним розливом.

Как нижний розлив выглядит на фоне верхнего в плане удобства эксплуатации?

• Отключение стояков занимает меньше времени: краны находятся рядом друг с другом и в одном помещении;

Неудобство лишь в том, что для ремонта приходится сбрасывать не только проблемный стояк, но и парный к нему.

• Цена простоты отключения — неудобство запуска отопительной системы после ее сброса. Для возобновления циркуляции в стояках нужно стравить воздух из перемычек на каждой паре стояков.

В многоквартирном доме запуск осложняется тем, что владельцы верхних квартир далеко не всегда находятся дома в рабочее время обслуживающих здание слесарей.

Коллекторная и последовательная

В типичной последовательной схеме теплоноситель проходит все отопительные приборы поочередно. Этим обусловлен разброс температур между ними. Коллекторная схема подразумевает параллельное подключение приборов к общему коллектору.

• Независимую регулировку температур всех радиаторов из одного пункта;
• Одинаковую температуру на них в отсутствие дросселирования.

У коллекторной разводки, впрочем, есть два очевидных недостатка:

1. Материалоемкость;
2. Необходимость скрытой прокладки подводок в стяжке или в фальшстенах. Очевидно, что несколько пар тянущихся по стенам труб не украсят дизайн жилого помещения.

Конвекционная и внутрипольная

Традиционное отопление радиаторами (секционными и панельными), конвекторами и регистрами называется конвекционным потому, что именно конвекция (перемешивание воздуха за счет разницы в плотности горячих и холодных воздушных масс) обеспечивает относительно равномерное распределение тепла.

Я намеренно употребил определение «относительно равномерное». Дело в том, что при конвекционном отоплении воздух под потолком всегда нагрет сильнее, чем на уровне пола.

Между тем любой уважающий физические законы домовладелец не имеет обыкновения проводить свободное время на потолке. Тепло нужно на полу. Нагрев воздуха в верхней части жилой комнаты имеет лишь одно следствие — большую утечку тепла через перекрытие.

Водяной теплый пол — это трубчатый теплообменник, уложенный в стяжку или в теплораспределительные алюминиевые пластины под чистовое покрытие, имеющее достаточно высокую теплопроводность. Нагрев превращает весь пол в отопительный прибор. Кроме субъективного ощущения комфорта, внутрипольное отопление обеспечивает заметную экономию тепла за счет снижения средней температуры в помещении.

Распределение температур при разных схемах обогрева.

Монтаж водяного теплого пола.

Чем больше разница температур между улицей и домом, тем больше тепла улетучивается через ограждающие конструкции.

Подключение отопительных приборов

Вначале — пара общих правил, относящихся к системам отопления многоквартирных домов.

1. Если на подводках к радиатору стоят отсекающие краны, дроссели или термоголовки, между подводками обязательно должна стоять перемычка. Иначе запорно-регулирующая арматура будет препятствовать нормальной циркуляции теплоносителя в стояке;

Перемычка на подводке к радиатору.

1. Если вы живете не на верхнем этаже, радиатор категорически нельзя подключать между стояками обратки и подачи. У вас будет тепло, а вот соседи сверху начнут замерзать. После жалобы в жилищную организацию и составления акта о самовольной переделке инженерных коммуникаций общего пользования вы будете вынуждены восстановить первоначальную схему врезки за свой счет.

Теперь — о расположении подводок относительно секционного радиатора.

Принцип работы батареи водяного отопления таков: теплоноситель циркулирует через горизонтальные коллекторы относительно большого сечения и соединяющие их тонкие вертикальные каналы в секциях. Благодаря разнице в проходимости коллекторов и каналов обеспечивается равномерный нагрев первых и последних секций.

Традиционное боковое одностороннее подключение остается эффективным, пока количество секций не превышает 8 — 10 штук. Если их больше, суммарное внутреннее сечение вертикальных каналов оказывается больше сечения коллекторов. Теплоноситель движется лишь через ближние к подводке каналы, и последние секции остывают.

Боковое одностороннее подключение алюминиевого радиатора.

Решить проблему неравномерного нагрева поможет простая инструкция: подключите батарею диагонально. В этом случае она будет равномерно прогрета по всей длине, независимо от размеров прибора.

Диагональная схема подключения.

Альтернативное решение — нижнее подключение. Оно несколько уменьшит теплоотдачу: основной объем воды будет циркулировать по нижнему коллектору, а верх секций станет прогреваться в основном за счет теплопроводности металла и теплоносителя.

Зато батарея сможет работать даже будучи завоздушенной: препятствующая циркуляции пробка будет вытеснена в верхний коллектор и не помешает движению воды по нижнему.

Нижнее двухстороннее подключение.

Заключение

Надеюсь, что мне удалось дать ответы на все вопросы читателя. Как всегда, видео в этой статье предложит вашему вниманию дополнительный материал. Я буду признателен за ваши комментарии и дополнения. Успехов, камрады!