Первое знакомство
Вы никогда не задумывались, что заставляет воду течь через батареи отопления?
В многоквартирном доме все понятно: там циркуляцию создает перепад давлений между подающим и обратным трубопроводами теплотрассы. Ясно, что если в одной трубе давление больше, а в другой меньше — в замыкающем их друг с другом контуре вода придет в движение.
В частных домах отопительные системы часто бывают автономными, использующими электричество или тепло сгорания различных видов топлива. В этом случае теплоноситель приводится в движение, как правило, циркуляционным насосом отопления — крыльчаткой с маломощным (до 100 ватт) электромотором.
Но ведь электрические насосы появились намного позже водяного отопления. Как без них обходились раньше? Наверняка этот опыт можно использовать и сейчас…
Когда-то котлы не комплектовались насосами. Отопление, однако же, работало.
Использовалась естественная циркуляция нагретой воды. Тепловое расширение порождает так называемую конвекцию: любая субстанция при нагреве уменьшает свою плотность и вытесняется окружающими ее более плотными массами вверх. В случае, если речь идет о замкнутом объеме — в верхнюю его точку.
Если создать контур соответствующей формы, конвекцию можно использовать для постоянного движения в нем теплоносителя по кругу.
Система с естественной циркуляцией представляют собой, упрощенно говоря, два сообщающихся сосуда, соединенных трубками (контуром отопления) в кольцо. Первый сосуд — котел, второй — отопительный прибор.
В котле вода, нагревшись, устремляется вверх. Природа не терпит пустоты, и ее место занимает более холодная (и плотная) вода из радиатора. Горячий же теплоноситель попадает в радиатор и там остывает, постепенно опускаясь в его нижнюю часть и далее — на повторный цикл в котел.
Несколько мер позволят ускорить циркуляцию в замкнутой системе:
Котел опускается как можно ниже относительно отопительных приборов. Если это возможно — он выносится в подвал.
От высоты H на схеме линейно зависит скорость циркуляции в контуре.
- Разгонный коллектор, как правило, заканчивается под потолком или даже на чердаке. Там монтируется расширительный бак для отопления.
- Постоянный уклон от расширительного бачка к котлу тоже будет способствовать циркуляции. Остывающая вода на всем пути через отопительные приборы будет двигаться по вектору гравитации.
Кроме того, при проектировании такой системы отопления своими руками нужно понимать одну вещь. На скорость циркуляции влияют два взаимодействующих фактора: перепад в контуре и его гидравлическое сопротивление.
От чего зависит последний параметр?
- От диаметра розлива. Чем он больше — тем проще воде течь по трубе.
- От количества поворотов и изгибов контура. Чем их больше — тем больше сопротивление контура потоку. Именно поэтому контур стараются делать максимально близким к прямой линии (насколько это позволяет форма здания, конечно).
- От количества и типов запорной арматуры. Каждый вентиль, задвижка, обратный клапан оказывают сопротивление потоку воды.
В открытом состоянии шаровый вентиль имеет такой же просвет, как ведущая к нему труба. Гидравлическое сопротивление потоку воды минимально.
Типично гравитационные системы делаются открытыми, с негерметичным расширительным баком. Он не только вмещает избыток теплоносителя при нагреве: в него же вытесняются пузыри воздуха при заполнении сброшенной системы. При падении уровня воды она просто доливается в бак.
Количество контуров в системе
Два контура
Двухтрубная система отопления частного дома, которая предусматривает наличие двух контуров, считается наиболее сложной.
По одному контуру нагретый теплоноситель перемещается от котла к радиаторам, а по второму охлажденный теплоноситель возвращается из радиаторов в котел. Такая схема с естественной циркуляцией требует более тщательного проектирования и увеличенного расхода материала (труб).
Непосредственно монтаж двухконтурной самотечной системы представляет собой достаточно трудоемкий процесс.
Его можно разделить на несколько этапов:
- установка основного стояка, который нужно проложить от расширительного бака к котлу (по нему будет двигаться горячая жидкость);
- на уровне 1/3 высоты помещения от уровня пола необходимо соединить основной стояк с разводкой, от которой будут прокладываться трубы к радиаторам;
- в расширительный бак необходимо врезать трубу перелива, по которой лишняя жидкость будет стекать в канализацию;
- в нижнюю часть радиаторов врезаются трубы обратки, по которым остывший теплоноситель будет поступать для нагрева обратно в котел.
Самое главное – это тщательно рассчитать уровень расположения расширительного бака, котла и радиаторов. Только при правильном планировании можно достичь необходимого давления в системе.
Один контур
Схема однотрубной системы отопления считается самой простой. Она предусматривает расположение контура отопления максимально высоко, практически под потолком, а трубы обратки располагаются над уровнем пола.
Чем обусловлена популярность этой схемы:
- малый расход материала при ее монтаже;
- установка системы проходит быстро и легко, так как нет необходимости замуровывать трубы в стену;
- она будет работать даже если радиаторы и котел будут расположены на одном уровне.
Объем расширительного бака в одноконтурной самотечной системе напрямую зависит от размера и количества используемых радиаторов. Как правило, бак заполняется на три четверти от своего объема.
Нужно постоянно следить за тем, чтобы уровень теплоносителя в расширительном баке не опустился ниже уровня трубы, по которой распределяется к радиаторам горячий теплоноситель! Если такое произойдет, то подача теплоносителя прекратиться.
При проектирование естественной отопительной системы нужно особое внимание уделить правильному распределению теплоносителя и равномерному распределению давления во всех узлах системы. Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают. Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают
Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают.
Неправильно смонтированная система принесет в процессе эксплуатации массу проблем. Чтобы этого не произошло, установку системы с естественной циркуляцией лучше всего доверить профессионалам.
Газовое отопление на сегодняшний день является самым надежным, оптимальным и дешевым способом отопления дома в зимнее время. О том, как выбрать газовый котел, мы написали интересную и полезную статью.
Если вы предпочитаете котлы на твердом топливе, но финансы не позволяют запланировать покупку, предлагаем большую инструкцию, с помощью которой вы сможете сделать самодельный твердотопливный котел.
Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве
Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.
При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.
Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.
- с одной трубой;
- двумя;
- коллекторная.
Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.
Вариант схемы с одной трубой
На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.
Вентиль на батареи
Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.
Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.
Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.
- тупиковая;
- попутная;
- коллекторная.
Варианты тупиковой и попутной схем
Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.
Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.
Схема коллекторного горизонтального отопления
Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.
Вертикальная схема
Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.
Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.
Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией
- Более равномерный прогрев всего домовладения;
- Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
- Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
- Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.
Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.
https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM
У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.
Самотечное отопление плюсы гравитационной системы отопления
Прежде чем рассматривать положительные качества самотечных систем отопления с естественной циркуляцией воды стоит отдельно рассмотреть все минусы системы. Для многих первый и главный недостаток гравитационной системы отопления является ее архаичность. Действительно, это одна из самых древних систем отопления использующих жидкий теплоноситель. Именно с этой системы были в дальнейшем выработаны одно и двухтрубные схемы разводки, именно эта система использовалась для массовой установки, когда промышленность освоила отопительные твердотопливные а немного позже и газовые котлы отопления. Но с другой стороны гравитационная система отопления является и одной из самых надежных – срок ее эксплуатации составляет в среднем 45-50 лет. То есть ровно столько, сколько времени необходимо, чтобы под действием теплоносителя металлические трубы потеряли свою герметичность.
Второй момент заключается в невысоком коэффициенте полезного действия гравитационной системы отопления. Действительно, сама схема, основанная на естественной циркуляции воды, подразумевает инертность процесса прогрева помещения, пока отопительный котел наберет необходимую мощность, а разница температур между нагретым и охлажденным теплоносителем достигнет минимума, пройдет довольно много времени. Но с другой стороны, даже после того как котел перестанет поддерживать горение процесс циркуляции продолжается, при этом, большой объем воды в системе будет остывать намного дольше чем в системе с принудительной циркуляцией.
Еще одни минус может записать в свой актив гравитационная система отопления из-за своей громоздкости. На практике, при одинаковой площади отапливаемого помещения система с принудительной циркуляцией по сравнению с самотечной, будет занимать гораздо меньше места. В гравитационной системе отопления кроме батарей будут размещаться и трубы верхней разводки, без которых создание необходимого давления жидкости невозможно.
Ну и конечно, вопрос контроля температуры в отдельных радиаторах, и возможность ее регулировки. Гравитационная система отопления в классическом виде с однотрубной схемой постройки не может обеспечить такую функцию из-за невозможности перекрытия отдельного радиатора.
Но с другой стороны, это идеальная система для установки в домах, где нет электричества или постоянно возникают проблемы с его подачей. Гравитационная система отопления способна работать и без электричества, поскольку основной силой движения теплоносителя по системе выступает не циркуляционный насос, а тепловое расширение объема теплоносителя.
Большой объем теплоносителя в системе позволяет обеспечить плавный прогрев помещения. С другой стороны, такой объем нагретого теплоносителя и остывает гораздо медленнее, чем объем системы с принудительной циркуляцией. Особенно ярко это проявляется при отключении электричества или затухании топлива в топке. Система с принудительной циркуляцией остывает в 3-4 раза быстрее, чем такая архаическая гравитационная система отопления.
Это свойство часто используется при временном пребывании в доме – просто вместо обычной воды в систему вливается антифриз, и даже после полного остывания ни трубам, ни радиаторам угроза разрыва из-за замерзания воды не грозит.
Ну и конечно, просто необходимо отметить, что такая система просто безотказна в работе. При правильной ее эксплуатации она может прослужить около 50 лет, при этом у нее всего два фактора риска. Первый – это угроза перегрева котла, но и здесь это в основном зависит от человеческого фактора, а не от системы. Второй – это замерзание теплоносителя, но и в этом случае, применение антифриза сводит риск этой аварии практически к нулю.
Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя
Более сложная гравитационная схема отопления, предусматривающая наличие сразу двух контуров отопительной системы. По одному происходит передвижение горячей воды, которая движется от котла к радиаторам. А второй контур предназначен для оттока остывшего теплоносителя от радиаторов к нагревательному котлу. Данная самотечная система отопления предусматривает более тщательное планирование и использования увеличенного количества материалов (труб).
Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя
Принцип монтирования двухтрубной системы, предполагающей отопление самотеком, являет собой довольно трудоемкий процесс, который можно разделить на несколько этапов:
Лучевая система отопления
- монтаж основного стояка. Отопительная труба (по которой движется горячая вода) поднимается от котла к расширительному баку. Следует отметить, что наилучшее место присоединения стояка к баку – нижняя треть от общей его высоты.
- на уровне примерно трети высоты помещения (отмерять следует от уровня пола) отопительная труба соединяется с разводкой. Именно от нее и будут прокладываться трубы к приборам отопления – радиаторам.
- для своевременного удаления излишков жидкости в системе в бак должна быть врезана также труба перелива. Посредством ее использования лишняя жидкость будет направлена в канализацию.
- трубы для отведения уже отработанной (то есть – остывшей) воды следует врезать в нижнюю часть радиатора. По этим трубам вода возвращается к нагревательному котлу. Прокладываются они параллельно трубам подачи горячего теплоносителя.
Кроме того, обязательно следует утеплить помещение, в котором стоит расширительный бак. Чаще всего таким помещением является специальная комната на верхнем этаже или чердак. Если данная комната не будет утеплена, это может привести к тому, что часть теплоносителя попросту замерзнет – а это спровоцирует поломку системы.
План отопления
Еще одна важная особенность – при планировании системы, перед тем, как сделать отопление без насоса, необходимо тщательно просчитать уровень расположения котла, расширительного бака и радиаторов. При правильном планировании достигается необходимое давление, которое способствует более эффективной работе системы. Следует учитывать, что ниже всего должен располагаться нагревательный котел.
Для него лучше всего оборудовать отдельную комнату на цокольном этаже или в подвале. Если возможности оборудования отдельного помещения нет (или просто нет цоколя, подвала), котел следует располагать в углублении. При правильном расчете, подобной системы достаточно для обогрева строения состоящего из 4-5 комнат с прилегающими бытовыми помещениями.
Котельная частного дома
Воздушные пробки и как с ними бороться
Для нормальной работы отопления необходимо, чтобы система была полностью заполнена теплоносителем. Присутствие воздуха категорически не допускается. Он может создать пробку, препятствующую прохождению воды. В этом случае температура водяной рубашки котла будет сильно отличаться от температуры отопительных приборов. Для удаления воздуха монтируются воздушные клапаны, краны Маевского. Они устанавливаются в верху отопительных приборов, а также на верхних участках системы.
Однако если гравитационное отопление имеет правильные уклоны подающих и отводящих труб, то никаких клапанов не требуется. Воздух в наклонном трубопроводе будет беспрепятственно подниматься к верхней точке системы, а там, как известно, находится открытый расширительный бак. Это также добавляет преимущество открытому отоплению, сокращая количество ненужных элементов.
Как выбрать насос для отопления
Лучше всего подходят для установки специальные малошумные циркуляционные насосы центробежного типа с прямыми лопастями. Они не создают избыточно большого давления, а проталкивают теплоноситель, ускоряя его движение (рабочее давление индивидуальной системы отопления с принудительной циркуляцией 1-1,5атм, максимальное – 2атм). Некоторые модели насосов имеют встроенный электропривод. Такие устройства можно устанавливать прямо в трубу, их называют еще «мокрыми», а есть устройства «сухого» типа. Отличаются они только правилами монтажа.
При установке любого типа циркуляционного насоса желательна установка с байпасом и двумя шаровыми кранами, которые позволяют снять насос для ремонта/замены без останова системы.
Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы
Установка циркуляционного насоса позволяет регулировать скорость продвижения теплоносителя по трубам. Чем активнее движется теплоноситель, тем больше тепла он разносит, а значит, помещение нагревается быстрее. После того, как заданная температура достигнута (отслеживается или степень нагрева теплоносителя или воздуха в помещении в зависимости от возможностей котла и/или настроек), задача меняется – требуется поддерживать заданную температуру и скорость потока уменьшается.
Для системы отопления с принудительной циркуляцией недостаточно определиться с типом насоса
Важно рассчитать его производительность. Для этого, прежде всего, нужно знать теплопотери помещений/зданий, которые будут отапливаться
Они определяются исходя из потерь в самую холодную неделю
В России они нормированы и установлены коммунальными службами. Они рекомендуют использовать следующие величины:
Они определяются исходя из потерь в самую холодную неделю. В России они нормированы и установлены коммунальными службами. Они рекомендуют использовать следующие величины:
- для одно- и двухэтажных домов потери при самой низкой сезонной температуре -25 о С составляют 173Вт/м 2. при -30 о С потери 177 Вт/м 2 ;
- многоэтажные дома теряют от 97Вт/м 2 до 101Вт/м 2 .
Исходя из определенных теплопотерь (обозначаются Q) можно найти мощность насоса по формуле:
c – удельная теплоемкость теплоносителя (1,16 для воды или другое значение из сопроводительных документов к антифризу);
Dt – разница температур между подачей и обраткой. Этот параметр зависит от типа системы и составляет: 20 о С для обычных систем, 10 о С для низкотемпературных и 5 о С для систем теплого пола.
Полученную величину нужно перевести в производительность, для чего нужно разделить на плотность теплоносителя при рабочей температуре.
В принципе, можно при выборе мощности насоса для принудительной циркуляции отопления руководствоваться усредненными нормами:
- с системах, обогревающих площадь до 250м 2. используют агрегаты производительностью 3,5м 3 /ч и создаваемым напором 0,4атм;
- на площадь от 250м 2 до 350м 2 требуется мощность 4-4,5м 3 /ч и давлением 0,6атм;
- в системы обогрева площади от 350м2 до 800м2 устанавливают насосы производительностью 11м 3 /ч и давлением в 0,8атм.
Но учесть нужно, что чем хуже утеплен дом, тем большие мощности оборудования (котла и насоса) могут потребоваться и наоборот – в хорошо утепленном доме могут потребоваться половинные от указанных величины. Эти данные – средние. То же самое можно сказать относительно создаваемого насосом давления: чем уже трубы и более шероховатая их внутренняя поверхность (выше гидравлическое сопротивление системы), тем выше должно быть давление. Полный расчет – сложный и муторный процесс, в котором учитывается множество параметров:
Мощность котла зависит от площади отапливаемого помещения и потерь тепла
- сопротивление труб и фитингов (о том, как выбрать диаметр труб отопления читайте тут );
- длина трубопровода и плотность теплоносителя;
- количество, площадь и вид окон и дверей;
- материал, из которого сделаны стены, их утепление;
- толщина стен и утепления;
- наличие/отсутствие подвала, цоколя, чердака а также степень их утепления;
- тип кровли, состав кровельного пирога и т.д.
Вообще, теплотехнический расчет – один из самых сложных в области. Так что если хотите знать точно, какой мощности вам нужен насос в системе, закажите расчет у специалиста. Если нет – подбирайте основываясь на усредненных данных, корректируя их в ту или другую сторону в зависимости от вашей ситуации. Только нужно учесть, что при недостаточно высокой скорости движения теплоносителя система сильно шумит. Потому в данном случае лучше взять более мощное устройство — расход электроэнергии небольшой, да и система будет более эффективной.
