Закрытый тип
Закрытая система безнасосной циркуляции теплоносителя с успехом применяется для отопления одноэтажного и двухэтажного дома. Функционирует она следующим образом:
- при расширении теплоносителя излишки жидкости вытесняются из отопительного контура;
- жидкость попадает в расширительный бак мембранного типа – это закрытая емкость с эластичной мембраной, которая разделяет предназначенную для теплоносителя часть и секцию бака, заполненную воздухом или азотом;
- нагретая жидкость растягивает мембрану, сжимая газ во второй секции бака, при остывании теплоносителя газ расширяется и выталкивает жидкость обратно в систему, в результате чего водяной контур постоянно остается заполненным.
Установка мембранного бака в самотечный отопительный контур снижает риск коррозии металлических элементов системы. Но в России такое решение используется относительно редко, так как стоимость мембранного бака в разы превышает затраты на покупку или самостоятельное изготовление емкости открытого типа.
Куда ставить
Устанавливать циркуляционный насос рекомендуют после котла, до первого ответвления, а вот на подающем или обратном трубопроводе — все равно. Современные агрегаты делают из материалов, которые нормально переносят температуры до 100-115°C. Мало найдется систем отопления, которые работают с более горячим теплоносителем, потому соображения более «комфортной» температуры несостоятельны, но если вам так спокойнее, ставьте в обратке.
Можно ставить в обратном или прямом трубопроводе после/перед котлом до первого ответвления
Нет разницы и по гидравлике — котлу, да и остальной системе, абсолютно все равно, в подающей или обратной ветке стоит насос. Что имеет значение — это правильность установки, в смысле обвязки, и правильная ориентация ротора в пространстве
Остальное неважно
По месту установки есть один важный момент. Если в системе отопления две отдельные ветки — на правое и левое крыло дома или на первый и второй этаж — имеет смысл на каждой поставить отдельный агрегат, а не один общий — непосредственно после котла. Причем на этих ветках сохраняется то же правило: сразу после котла, до первого разветвления в этом отопительном контуре. Это даст возможность задавать требуемый тепловой режим в каждой из частей дома независимо от другого а также в двухэтажных домах экономить на отоплении. Как? За счет того, что на втором этаже обычно значительно теплее, чем на первом и там требуется намного меньше тепла. При наличии двух насосов в ветке, которая идет наверх, скорость движения теплоносителя задается намного меньше, а это позволяет сжигать меньше топлива, причем без ущерба для комфортности проживания.
Есть два типа систем отопления — с принудительной и естественной циркуляцией. Системы с принудительной циркуляцией работать без насоса не могут, с естественной — работают, но в таком режиме имеют более низкую теплоотдачу. Тем не менее, меньшее количество тепла, это все-таки намного лучше, чем его полное отсутствие, потому в местностях, где электричество отключают часто, проектируют систему как гидравлическую (с естественной циркуляцией), а затем в нее врезают насос. Это дает высокую эффективность и надежность отопления. Понятное дело, что установка циркуляционного насоса в этих системах имеет отличия.
Все системы отопления с теплым полом принудительные — без насоса через такие большие контура теплоноситель не пройдет
Принудительная циркуляция
Так как система отопления с принудительной циркуляцией без насоса неработоспособна, его устанавливают прямо в разрыв подающей или обратной трубы (по вашему выбору).
Большинство проблем с циркуляционным насосом возникают из-за наличия в теплоносителе механических примесей (песка, других абразивных частиц). Они способны заклинить крыльчатку и остановить мотор. Потому перед агрегатом обязательно ставят сетчатый фильтр-грязевик.
Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией
Также желательно с двух сторон установка шаровых кранов. Они дадут возможность заменить или отремонтировать устройство без слива теплоносителя из системы. Перекрываете краны, снимаете агрегат. Сливается только та часть воды, которая была непосредственно в этом куске системы.
Естественная циркуляция
Обвязка циркуляционного насоса в гравитационных системах имеет одно существенное отличие — необходим байпас. Это перемычка, которая делает систему работоспособной при неработающем насосе. На байпасе ставят один шаровый отсечной кран, который закрыт, все время, пока работает перекачка. В таком режиме система работает как принудительная.
Схема установки циркуляционного насоса в системе с естественной циркуляцией
Когда пропадает электричество или агрегат выходит из строя, кран на перемычке открывают, кран, ведущий на насос, перекрывают, система работает как гравитационная.
Особенности монтажа
Есть один важный момент, без которого установка циркуляционного насоса будет требовать переделки: требуется разворачивать ротор так, чтобы он был направлен горизонтально. Второй момент — направление потока. На корпусе есть стрелка, указывающая в какую сторону должен течь теплоноситель. Вот так и разворачивайте агрегат, чтобы направление движения теплоносителя было «по стрелке».
Сам насос может быть установлен как горизонтально, так и вертикально, только при подборе модели смотрите, чтобы он мог работать в обоих положениях. И еще один момент: при вертикальном расположении мощность (создаваемый напор) падает примерно на 30%. Это надо учитывать при выборе модели.
Проектирование отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя
Поскольку все перемещения теплоносителя в трубопроводах производятся за счет действия силы тяжести, то весьма важно правильно определить угол наклона трубопроводов. Ведь в процессе постоянного перемещения теплоносителя происходит трение движущегося поверхностного слоя воды о стенки трубопроводов, что определяет некоторые потери давления
Величина таких потерь определяется также и сложностью прокладки трассы. Давление теплоносителя будет падать при наличии большого количества местных сопротивлений, к числу которых относятся:
- различные разветвления трубопровода;
- его повороты;
- радиусные закругления;
- расширение/сужение диаметра.
Поэтому в процессе прокладывания подобной системы отопления стараются выполнить длину трасс транспортирования покороче и попроще.
Однотрубная горизонтальная система водяного отопления с естественной циркуляцией
Указанное обстоятельство предопределяет выбор для схемы водяного отопления с естественной циркуляцией труб максимально допустимого диаметра. В этом случае влияние гидросопротивления на потери давления снижается. Еще надежнее будет применение труб с гладкими стенками. В частности, более целесообразным вариантом является монтаж всей системы с использованием металлопластиковых, а не стальных труб.
Расчет необходимого значения напора циркуляции выполняется по зависимости: разность уровней между центром установки отопительного котла и наинизшей точкой установки отопительного радиатора, помноженная на разность плотности холодной воды в прямой ветке и горячей воды в обратной.
Следует отметить, что разница в значениях плотности холодной и горячей воды, вообще говоря, будет небольшой. Поэтому величина циркуляционного напора в основном определяется параметром h, то есть разностью высот. В условиях индивидуального дома это значение, конечно, не может быть очень большим. Скажем, при h = 6 м и практической разнице в температурах горячей и охлажденной воды в 20 градусов (например, 60 и 40 градусов) циркуляционный напор обычно не превышает 500-530 Па. При меньшей высоте (2,5-3 м) и того меньше – 260-270 Па.
Такие значения нельзя назвать большими, поэтому далее необходимо правильно принять диаметр трубопровода. Обычно стараются выбирать для обустройства системы водного отопления с естественной циркуляцией трубы условным диаметром не менее 32 мм. Но и в этом случае необходимо точно определять потери теплоносителя в радиаторах и сопоставлять их с суммарной величиной тепловой энергии, которая образуется при работе такой схемы.
Следует отметить, что указанные значения циркуляционного напора не являются постоянными, поскольку будут определяться значением давления и температурой воды в системе отопления дома.
Схема с естественной циркуляцией
Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.
Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:
- Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
- Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
- Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
- Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.
Принципиальная схема самотечной разводки с циркуляционным насосом
В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.
Сфера применения и недостатки самотека
Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.
Разберем отрицательные стороны использования самотека:
- из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
- чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
- здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
- затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
- схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
- увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.
Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.
Watch this video on YouTube
Советы по проектированию
Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:
- Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
- Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
- Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
- Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
- На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
- Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
- Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.
Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.
Если система отопления не запускается
В этом случае вам следует осмотреть все трубы и радиаторы на предмет герметизации и угла наклона. Может быть, причина в воздушных пробках, тогда их нужно удалить:
- открыть краны или воздушники на радиаторах;
- включить подпитку слабым напором;
- прогнать воздух по системе путем слива и подпитки одновременно.
Иногда бывает так, что забиваются радиаторы. Придется снять каждый радиатор и промыть. Если ничего не помогло – причина может быть в самом котле, в его малой мощности или неисправности.
Система отопления с естественной циркуляцией не пригодна для больших домов. Оптимальная площадь для отопления – до 150 кв. м. При монтаже системы необходимо строго соблюдать угол наклона труб для ее правильного функционирования. Тем не менее, она все еще популярна.
Трубы для отопления
Отдельно следует рассмотреть вопрос о разновидностях труб, используемых для отопления частных домов. У каждого материала определенно есть свои как положительные, так и отрицательные стороны. Давайте разберемся, какой из вариантов является наиболее оптимальным.
Отопление металлическими трубами
К металлическим относят стальные и медные трубы.
Проводка водяного отопления дома из стали обойдется вам сравнительно недорого (и это основной плюс данного материала). Металл этот довольно универсален, подходит как для парового так и для водяного отопления. Выдерживает большое давление. Главным недостатком стальных труб является то, что они быстро поддаются коррозии. Это отражается не столько на качестве отопления, сколько на внешнем виде вашего дома — ржавые трубы не самое лучшее украшение интерьера.
Медные трубы имеют больше преимуществ: они крайне долговечны, хорошо держат температуру, не поддаются коррозии. Еще одним преимуществом медных труб является гладкость их внутренней поверхности, что обеспечивает высокую скорость передвижения жидкости по системе отопления. Самый главный минус меди — ее высокая цена.
Стоит заметить, что как стальные, так и медные трубы подходят только для открытых систем отопления и их нельзя монтировать в стены или полы. Поэтому, как мы видим, и у их универсальности есть предел.
Отопление дома полипропиленовыми трубами
Главным преимуществом полипропиленовых труб является их устойчивость к внешним факторам среды: коррозии, процессам гниения, воздействию бактерий и химических соединений.
Также одним из больших плюсов данного материала является его легкость. Отсюда вытекают другие плюсы: такие трубы проще монтировать, они подходят как для использования на опорной, так и на межкомнатной стене.
Отопление из полипропилена позволяет экономить расход топлива (газа или электричества), используемого для нагрева котла за счет низкого коэффициента трения, так как теплоноситель легко проходит по системе обогрева. Но разница несущественная.
Кроме того, полипропиленовые трубы довольно пластичны, имеют разные модификации с множеством стыков, а также дополнены огромным выбором различных комплектующих, что позволяет осуществить монтаж сложных систем отопления.
И, наконец, отопление полипропиленовыми трубами можно делать как в открытых, так и в закрытых системах, когда все трубы будут спрятаны в пол или стены.
При всех видимых плюсах есть у этих труб и минусы. Во-первых, при довольно высокой устойчивости к химическим воздействиям, такие трубы легко поддаются воздействию механическому (разрезать ее можно обычным кухонным ножом). Во-вторых, не для всех видов отопительных систем подходит полипропилен. Его категорически нельзя использовать в сочетании с парогенератором, но для рассматриваемого нами водяного отопления они отлично подходят. Так же водяное отопление полипропиленом подразумевает наличие большого количества стыков, что сильно влияет на надежность системы
Отопление металлопластиковыми трубами
Если говорить о достоинствах металлопластиковых труб, то можно выделить те же самые плюсы, что и у полипропиленовых собратьев. Но отдельно стоит выделить то, что они способны держать более высокую температуру. А также, и это является их главной отличительной чертой, металлопластик отлично гнется. При этом вы можете не боятся за его повреждение. И этот факт делает данный вид труб идеальным вариантом для системы «теплый пол».
Из недостатков — более высокая цена в сравнении с полипропиленовыми аналогами.
2.3. Однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией
Рис. 10. Однотрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды (вверху) и конструкции радиаторных узлов (внизу)
Однотрубные системы с естественной циркуляцией теплоносителя делаются только с верхней разводкой подающего трубопровода, в которой отсутствуют обратные стояки (рис. 10). По сравнению с двухтрубными системами однотрубные проще в монтаже, на их устройство требуется меньше труб и они выглядят более красиво.
Однотрубные системы отопления подразделяются на два вида.
По одной схеме – проточной, подающий стояк, как таковой, отсутствует, а радиаторы по высоте дома последовательно соединены друг с другом. Горячая вода подачи последовательно, сверху вниз, протекает через все радиаторы, начиная с верхнего, и в радиаторы нижних этажей поступает охлажденной. Поэтому на верхних этажах жарко, а на нижних – холодно. Чтобы как-то сбалансировать отопительный контур, в нижних этажах ставят радиаторы с большим числом секций. В проточной системе нельзя ставить регулировочные краны, так как при уменьшении или перекрытии крана у того или иного радиатора частично или полностью перекрывается весь стояк.
При такой схеме нельзя регулировать температуру воздуха в помещениях. Если дом двухэтажный, то невозможно осуществить пуск системы отопления только на одном этаже. Проточные схемы отопления были весьма популярны в середине ХХ века, когда основной целью была экономия труб. В настоящее время ее почти не применяют.
При другой схеме с замыкающими участками (байпасами), показанной на рис. 11, из стояка часть воды поступает в верхние радиаторы, а остальная вода направляется по стояку к радиаторам, расположенным ниже. Вода в такой системе остывает чуть меньше, а значит, меньше и разница между температурами на верхних и нижних этажах. Фактически это улучшенная проточная схема, в которой между трубами подключения радиатора сделан замыкающий участок – байпас.
Рис. 11. Схемы присоединения отопительных приборов в однотрубной и двухтрубной системах отопления
Диаметр трубы замыкающего участка делают на один размер меньше, чем диаметр труб подключения радиатора. В результате поступающий сверху теплоноситель разделяется на два потока: одна часть поступает в радиатор, другая через байпас – к нижним радиаторам. Если диаметр байпаса сделать таким же, как и трубы для подключения радиатора, то теплоноситель в радиаторе перестанет циркулировать, поскольку гидравлическое сопротивление в радиаторе будет больше, чем в байпасе. Ведь вода всегда течет там, где меньше гидравлическое сопротивление.
При установке байпаса с диаметром, равным диаметрам труб подключения радиаторов для балансировки отопительной системы, количество поступающей в прибор воды регулируется вентилями, которые устанавливаются на трубе подключения и байпасе. Таким образом, закрытием (открытием) вентилей на подающей трубе подключения радиаторов или байпасе можно регулировать поступление теплоносителя в радиатор или стояк. Например, можно полностью отключить радиатор и перенаправить весь теплоноситель в байпас и далее к нижним радиаторам на стояке или, наоборот, закрыть байпас и направить весь тепловой поток в радиатор.
Рис. 12. Схема системы отопления и горячего водоснабжения дома
В современных отопительных системах два вентиля, установленных на подающей трубе и байпасе, заменяют одним, называющимся трехходовым краном. В зависимости от положения закрывающей заслонки, трехходовой кран одновременно открывает путь теплоносителю в радиатор и закрывает поступление в байпас или, наоборот, закрывает байпас и открывает путь к радиатору. Такие краны могут снабжаться электрическим приводом, подключенным к специальному прибору – контроллеру. Контроллер измеряет температуру воздуха в помещении или температуру теплоносителя и отдает команду на трехходовой вентиль, который увеличивает или уменьшает подачу теплоносителя в радиатор, а остальной теплоноситель сбрасывает в байпас.
Как и в системах с двухтрубной разводкой, в однотрубной можно обеспечить тупиковое и попутное движение теплоносителя в обратной магистрали. При попутном движении все кольца отопительного контура становятся одинаковой длины и систему можно сбалансировать. При тупиковом движении делать балансировку температуры теплоносителя очень трудно, поскольку разбалансировка идет не только по длине колец, но и по высоте стояков, чем отличается от двухтрубных систем, где разбалансировка температуры была только по кольцам.
