Почему так популярно водяное отопление? Его особенности и схемы

Водяное отопление — технология обогрева жилых зданий жидким теплоносителем. Тепловая энергия передаётся в помещение радиаторами, регистрами труб, конвекторами.

Для обогрева здания устанавливают регистры в каждой комнате.

При работе водяного отопления жидкий теплоноситель нагревается в отопительном котле и по трубам поступает в комнаты, где отдаёт тепло и уже охлаждённым, возвращается в котёл, вступая в новый цикл.

Этот процесс повторяется постоянно и обогревает помещения.

Классификация водяных отопительных систем по принципу работы

По принципу работы отопление имеет естественную и принудительную циркуляцию теплоносителя.

С естественной циркуляцией

Используют для обогрева небольшого дома. Теплоноситель перемещается по трубам благодаря естественной конвекции.

Фото 1. Схема водяной отопительной системы с естественной циркуляцией. Трубы необходимо устанавливать под небольшим уклоном.

По законам физики тёплая жидкость поднимается вверх. Вода, нагреваясь в котле, поднимается, после чего спускается по трубам к последнему радиатору в системе. Остывая, вода поступает в трубу обратки и возвращается в котёл.

Использование систем, работающих с помощью естественной циркуляции, требует создание уклона — это упрощает перемещение теплоносителя. Длина горизонтальной трубы не может превышать 30 метров — расстояние от крайнего в системе радиатора до котла.

Такие системы привлекают своей дешевизной, не требуется покупать дополнительное оборудование, практически не издают шума, когда работают. Минус в том, что трубы нужны большого диаметра и укладываться максимально ровно (в них почти нет давления теплоносителя). Невозможно обогреть большое здание.

Схема с принудительной циркуляцией

Схема с использованием насоса сложнее. Здесь, кроме батарей отопления, устанавливают циркуляционный насос, перемещающий теплоноситель по отопительной системе. В ней давление выше, поэтому:

• Можно укладывать трубы с изгибами.
• Проще обогреть большие здания (даже в несколько этажей).
• Подойдут трубы малого диаметра.

Фото 2. Схема системы отопления с принудительной циркуляцией. Для перемещения теплоносителя по трубам используется насос.

Нередко эти системы делаются замкнутыми, что избавляет от попадания воздуха в отопительные приборы и теплоноситель — наличие кислорода приводит к коррозии металла. В такой системе необходимы закрытые расширительные бачки, которые дополняют предохранительными клапанами и устройствами для сброса воздуха. Они обогреют дом любого размера и более надёжны в работе.

Способы монтажа

Для маленького дома, состоящего из 2—3 комнат, используют однотрубную систему. Теплоноситель перемещается последовательно по всем батареям, доходит до последней точки и возвращается по обратной трубе назад в котёл. Батареи подключаются снизу. Минус в том, что дальние комнаты прогреваются хуже, так как в них поступает уже слегка остывший теплоноситель.

Более совершенны двухтрубные системы — к дальнему радиатору укладывается труба, и от неё делают отводы к остальным радиаторам. Теплоноситель на выходе из радиаторов поступает в обратную трубу и перемещается в котёл. Эта схема равномерно прогревает все помещения и позволяет отключить ненужные радиаторы, но основной минус — сложность монтажа.

Коллекторное отопление

Основной минус одно- и двухтрубной системы — быстрое охлаждение теплоносителя, у коллекторной системы подключения этого недостатка нет.

Фото 3. Система водяного коллекторного отопления. Используется специальный распределительный узел.

Главным элементом и основой коллекторного отопления является особый распределительный узел, называемый в народе гребёнка. Специальная сантехническая арматура, необходимая для распределения теплоносителя по отдельным магистралям и независимым кольцам, циркуляционный насос, приборы, обеспечивающие безопасность и расширительный бак.

Коллекторный узел для двухтрубной системы отопления состоит из 2 частей:

• Входной — его подключают к нагревательному устройству, где он принимает и распределяет по контурам горячий теплоноситель.
• Выходной — подключают к обратным трубам контуров, необходим для сбора охлаждённого теплоносителя и подачи его в котёл.

Основное отличие коллекторной системы — любая батарея в доме подключена независимо, что позволяет регулировать температуру каждой или отключить её. Иногда используют смешанную разводку: к коллектору подключают независимо несколько контуров, но внутри контура батареи подключены последовательно.

Теплоноситель доставляет до батарей тепло с минимальными потерями, КПД этой системы увеличивается, что позволяет использовать котёл меньшей мощности и тратить меньше топлива.

Но и коллекторная система обогрева не лишена недостатков, к ним относится:

• Расходтрубы. Потребуется потратить в 2—3 раза больше трубы, чем при последовательном подключении батарей.
• Необходимостьустановкициркуляционныхнасосов. Требует повышенного давления в системе.
• Энергозависимость. Не стоит использовать там, где возможны перебои электроснабжения.

Как сделать водяной обогрев самостоятельно

Независимые системы обогрева дома, более экономичны, чем центральное отопление. Можно изготовить систему с верхней или с нижней разводкой труб, применяют разные виды теплоносителя — наиболее дешёвым считается вода.

Проектирование

Даже специально созданные программы, не смогут корректно правильно рассчитать параметры отопительной системы при недостатке необходимых данных.

Расчёт реальных тепловых потерь

Первое — произвести расчёт тепловых потерь здания. Расчёт производят по максимальному значению в этом регионе — какое количество тепла дом или квартира могут потерять, когда на улице самые сильные морозы из возможных.

Расчёт потерь тепла помещения

Чтобы вычислить, нужны следующие данные:

• Площадь помещения (можно найти на плане).
• Помещение выходит на улицу через одну или несколько стен или находиться посреди здания.
• Учитывайте расположение здания по сторонам света. Солнце на северной стороне не греет, а с юга нагревает почти весь день.
• Для каждого региона существуют присущие ему направления ветра. Роза ветров, указывает, откуда чаще всего дует ветер (искать в интернете).
• Каждый регион обладает своими температурными показателями в самое холодное время (данные есть в интернете и СНиПах).
• Внешние стены бывают утеплёнными, или неутепленными.
• Под полом бывает простой грунт, неутепленные и утеплённые помещения.
• Принимать в расчёт, что расположено над помещением.
• Через окна теряется много тепла (зависит от их конструкции, количества и площади).
• Входные двери — лазейка, для потери тепловой энергии.

Внимание! Замеры помещения необходимо производить по наружной стороне здания, иначе расчёт даст неверный результат.

По замерам подсчитывают площадь внешних ограждений для каждой комнаты, и используются в формуле подсчёта общих теплопотерь. Там же пригодится значение R, которое вычисляют, разделив толщину стены на коэффициент потерь тепла для использованного в ней строительного материала (для новых металлопластиковых окон R вам может предоставить фирма, монтировавшая окна).

Потери теплоты в зимний период состоят из 2 частей:

• Потери через внешние стены.
• Потери, затраченные на подогрев вентиляционного воздуха.

Основная формула для расчёта затрат тепловой энергии выглядит так:

Q = 1/R х (tв — tн) х S х (1+ ∑β). В которой:

• Q — потери тепловой энергии Вт;
• R — температурное сопротивление материала стен, м²°С / Вт;
• S — площадь стен, м²;
• tв — температура воздуха внутри помещения, °С;
• tн — минимальная температура на улице, °С;
• β — дополнительные потери тепла, возможные из-за расположения здания.

Если при возведении стены использовали 2 разных материала, то их термическое сопротивление подсчитывается для обоих, а результат плюсуется. Температура снаружи здания подбирается как по нормативам, так и по своим наблюдениям, а внутри помещения — по желанию. Дополнительные потери тепла — специальные коэффициенты:

• если часть кровли или стена здания смотрят на север, то β = 0,1;
• если стена смотрит на запад или юго-восток, β = 0,05;
• β = 0, смотрит на юг.

Виды отопительных котлов по типу топлива

Чем больше ваш дом размером, тем мощнее котёл необходимо устанавливать.

Для расчета надо знать, что на 10 м² площади потребуется 1 кВт тепла (если потолки в комнате не выше 3 м). Но в разных регионах есть свои особенности. В СНиПах есть специальные климатические коэффициенты.

Отопительные котлы подразделяются по видам: на жидком и твёрдом топливе, электрические, газовые. Если в здание проведён газ, лучшего топлива не нужно. Остальные варианты необходимо рассматривать с учётом экономической целесообразности. Если с электричеством проблемы, то лучше выбрать твердотопливный котёл.

Фото 4. Газовый котёл настенного типа с расширительным баком, подсоединенный трубами к системе водяного отопления.

Трубы

В отопительной системе устанавливайте только термостойкие пластиковые трубы, которые способны выдерживать высокую температуру. Диаметры труб подбирают после расчёта всей системы, но не меньше 40 мм. Для подключения к батареям используют диаметр 20—25 мм.

Радиаторы

Сейчас промышленность предлагает 4 вида батарей:

• Чугунные.
• Стальные (бывают панельные и трубчатые).
• Алюминиевые.
• Биметаллические (стальные трубы, расположенные внутри, сверху покрыты алюминием).

У каждого вида свои плюсы и минусы. Например, чугунные медленно нагреваются, но и долго остывают.

Из алюминия нагреются быстро, и лучше остальных передают тепловую энергию, но сильно страдают от коррозии. Оптимальный вариант — использовать стальные или биметаллические батареи.

Важно подсчитать требуемое количество секций для помещения, от этого прямо зависит, количество тепловой энергии, поступающей в комнату. Для этого необходимо знать общую площадь, сколько тепла может отдать одна секция, и учитывать пропорцию отдачи тепла и площади комнаты.

Расширительный бачок

Выбор объёма и вида расширительного бака — важный момент монтажа отопительной системы. Его предназначение — компенсировать увеличивающийся от нагрева воды объем, дополнительно он служит для удаления воздуха.

Бывает расширительный бачок открытого и закрытого вида. Открытый — простая ёмкость с открытым верхом. Его монтируют в наивысшей точке системы. Через открытый верх вода испаряется и его необходимо периодически пополнять. Закрытый — герметичная ёмкость, внутри установлена резиновая мембрана, служащая для создания давления в трубах. Закрытую модель чаще всего используют в системах с циркуляционным насосом.

Расширительный бак должен вмещать 15% теплоносителя, залитого в систему. Объем жидкости, которую содержит котёл можно найти в паспорте. Сложней всего узнать количество теплоносителя в трубах, это необходимо вычислить по формуле расчёта объёма цилиндра, с учётом диаметра и общей длины труб.

Циркуляционный насос

Такой прибор необходим для отопления с принудительной циркуляцией. Благодаря ему внутри труб появляется давление, повышающее скорость перемещения теплоносителя.

Основная характеристика насоса — производительность. Для подсчёта применяют формулу — Q = N/1,16 x (tвых — tвх), в которой:

​

• 1,16 — коэффициент теплоёмкости воды;
• tвых и tвх — показатели температуры на входе и выходе из котла;
• N — обозначена мощность генератора.

Разница температур — характеристика, которую необходимо замерять. Но это невозможно сделать, пока система не запущена. По этой причине используют усреднённые данные.

Особенности применения системы с водой в качестве отопления в квартире

Плюсы автономной системы:

• Можно включить обогрев жилища в любое время, а не только в течение отопительного сезона.
• Поддерживается комфортная температура в комнатах, что сложно при использовании центрального отопления.
• Отопление несложно настроить индивидуально, к примеру, нет, смыла включать котёл на полную мощность, если жильцы уехали на время.
• Плата за центральное отопление взымается и летом, при автономном обогреве, платить придётся только по счётчику (электрическому или газовому).

Минусы:

• Работы необходимо выполнять в соответствии с законом, самовольная реконструкция, не избавит от коммунальных платежей и грозит административным штрафом.
• Потребуется найти место с хорошей вентиляцией для установки оборудования.
• Монтаж системы должны выполнять профессионалы.
• Расходы на оформление документов, и на покупку элементов автономного отопления.
• Вся ответственность, ложится на хозяина жилья. Работу оборудования будут контролировать профильные организации.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором сравниваются системы водяного отопления с естественной и с принудительной циркуляцией.

Стоит ли устанавливать своё отопление

Отопительные системы разнообразны по стоимости оборудования и по эффективности работы. Объединяет их одно — проектирование отопления потребует точных расчётов и выбора подходящего оборудования, которое ещё необходимо правильно установить. Но собственное отопление, гарантировано принесёт вам экономическую выгоду.