Открытая и закрытая системы теплоснабжения

Теплоснабжение – система подачи тепла в здания, для поддержания комфортных температур в помещениях в холодное время года. Системы снабжения теплом бывают централизованные и децентрализованные, зависимые и независимые открытые и закрытые. В этой статье представлено подробное объяснение принципов работы, а так же сравнение достоинств и недостатков закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения состоит из следующих составляющих:

• предприятие, вырабатывающее тепло (котельная, электростанция);
• трубопроводы для транспортировки тепловой энергии (теплосети);
• потребители тепла (радиаторы, установленные в помещениях).

Классификация систем теплоснабжения

Различают следующие виды схем теплоснабжения.

По количеству вырабатываемого тепла классифицируют централизованные и децентрализованные виды теплоснабжения. В централизованных системах один источник тепловой энергии снабжает несколько зданий. В децентрализованной системе, каждое здание или группа домов, отдельные помещения вырабатывают тепло самостоятельно.

Классификация децентрализованных типов теплоснабжения, подразделяет их на индивидуальные, когда каждая квартира отапливается самостоятельно и местные — где источник тепла обогревает весь многоквартирный дом.

По способу подключения к сетям классифицируют зависимые и независимые типы систем теплоснабжения. Зависимые – когда теплоноситель (жидкость или пар) нагревается в котельной и, проходя по трубопроводной сети, поступает в радиаторы отапливаемого помещения. Независимые – жидкость из теплосети, проходит через теплообменник и нагревает теплоноситель отопления дома (теплоноситель, который нагревается в котельной, не попадает в систему теплоснабжения дома).

По способу устройства горячего водоснабжения и нагрева воды различают открытые и закрытые виды подачи тепла.

Открытая система теплоснабжения

В открытой схеме теплоснабжения вода, нагреваемая на котельной, используется одновременно в горячем водоснабжении и в качестве теплоносителя отопительных приборов. Постоянный расход воды для нужд горячего водоснабжения приводит к необходимости регулярной подпитки теплосети. Из-за использования воды в горячем теплоснабжении её температура должна быть 65-70 градусов. Такая схема весьма устарела, она повсеместно использовалась в СССР.

Преимущества и недостатки открытого теплоснабжения

Преимущества открытого типа подачи теплоносителя:

• минимум оборудования так, как не требуется применение теплообменников;
• из-за того что температура воды ниже, потери при транспортировке по теплотрассам на большие расстояния меньше чем в закрытой системе.

Недостатки открытой схемы:

Грязная вода. Из-за большой протяжённости теплотрассы, поступающая в трубопроводы горячего водоснабжения жидкость, содержит большое количество грязи, ржавчины, которые она собирает по пути от котельной до потребителя. Из-за большой протяжённости трубопроводов теплоснабжения вода в кране может иметь неприятный запах и цвет и не соответствовать санитарным нормам. Установка же водоподготовительных устройств в каждом доме потребует существенных денежных затрат.

Высокая потребность в горячей воде в часы пик приводит к ощутимому падению давления в трубопроводах. Из-за чего вынуждает ресурсоснабжающие предприятия устанавливать дополнительные подкачивающие насосы и автоматику для контроля величины давления в системе. Иначе падение давления приведёт к меньшему количеству теплоносителя, проходящему через теплообогреватели в квартирах, и как следствие, снижению температуры воздуха в помещениях.

Высокие потери жидкости из тепловой системы вынуждают ставить на котельных, ТЭЦ и других производящих энергию предприятиях массивные установки для водоподготовки, которые очищают от солей и других примесей речную воду.

Отличия открытой и закрытой схемы водоснабжения

В закрытой системе, в отличие от открытой, используемая в качестве теплоносителя жидкость циркулирует по трубопроводам, не покидая их. Для горячего водоснабжения используется питьевая водопроводная вода, которая нагревается теплоносителем в специальных устройствах (теплообменниках), устанавливаемых в домах или центральных тепловых пунктах. В закрытых схемах температура воды в теплотрассе колеблется от 120 до 140 градусов, а потери жидкости отсутствуют или минимальны.

Плюсы закрытой схемы:

• для горячего водоснабжения подключается чистая водопроводная вода, в отличие от открытой схемы, соответствующая всем санитарно-гигиеническим нормам без примесей и неприятных запахов;
• нет необходимости устанавливать на теплоснабжающих предприятиях дополнительные насосы и приборы автоматического контроля параметров, так как давление в тепловой сети постоянное и не зависит от расхода горячей воды;
• на котельных и других источниках теплоснабжения не нужно устанавливать дополнительные установки водоподготовки, потому что циркулирующая жидкость, уже обессоленна и содержит минимальное количество примесей;
• энергосберегающий эффект, достигаемый за счёт регулировки нужной температуры подачи тепла на тепловых пунктах, выполняемый в автоматическом режиме.

К недостаткам этой системы отопления можно отнести дорогое оборудование и автоматику, необходимое для устройства пунктов обмена энергией, где регулируется температура нагрева водопроводной воды.

Второй недостаток это высокие температуры теплоносителей в магистральных теплотрассах и, как следствие, высокие потери тепла. Этот недостаток в сейчас потерял свою актуальность из-за применения технологии теплоизоляции труб пенополиуретаном, которая обеспечивает прочность изоляционного покрытия и эффективную защиту от тепловых потерь.

Использование тепловых пунктов

Для удешевления закрытой системы теплоснабжения на несколько домов или микрорайон устанавливают центральный тепловой пункт (ЦТП). ЦТП представляет собой помещение с теплообменниками, насосами и автоматическими устройствами для регулировки подачи воды. К этому зданию подводятся трубопроводы водоснабжения и тепловые сети.

Важно! Водопроводная вода проходит через теплообменники, и, нагреваясь, подаётся в круговую систему горячего водоснабжения, где циркулирует по контуру и по мере необходимости расходуется потребителями.

Использование ЦТП позволяет экономить расходы на строительство тепловых пунктов. Так как укрупнение теплообменной установки на несколько кварталов или микрорайон, уменьшает затраты на покупку и монтаж оборудования и автоматики, в сравнении с установкой теплового пункта в каждом доме.

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.