Система отопления с принудительной циркуляцией

Виды схем отопления: в чем их различие?

Наиболее популярны две схемы: однотрубная и двухтрубная с разными типами разводки.

Однотрубная схема отопления одноэтажного дома

Однотрубная схема отопления

Данный вид схемы является наиболее простым и доступным. Теплоносителем является вода, а ее движение по трубам обеспечивается с помощью естественной циркуляции. В данном случае следует использовать трубы с достаточно большим диаметром. Для улучшения результата работы и используя более компактный трубопровод (в диаметре), можно применить специальный циркуляционный насос. Это необходимо в случае недвижимости с большой площадью.

Вода, нагреваемая в котле, поступает в трубопровод для дальнейшего попадания в радиаторы. Именно здесь она постепенно остывает, отдавая свое тепло, и возвращается тем же путем.

В самой верхней точке, которая в большинстве случаев находится в чердачном помещении, монтируется расширительный бак. Данная отопительная система без преувеличения может считаться самой простой и экономичной, среди остальных типов.

К недостаткам системы можно отнести два фактора:

• Температура радиаторной батареи, которая ближе находится к котлу, будет выше, чем у отдаленных отопительных приборов. Вода на своем пути остывает и каждой последующей батареи отдает меньшее количество тепла.
• Нельзя контролировать работу отдельно взятой радиаторной батареи. При поломке элемента отопления будет отключаться вся система.

Такая схема отопления одноэтажного дома имеет свои преимущества:

• Экономный вариант отопления;
• Быстрый и простой монтаж, возможно выполнение своими руками;
• Все тепло тратится на обогрев дома, потери его исключены;
• При неисправности насоса, циркуляция может происходить естественным путем.

Двухтрубная схема отопления одноэтажного дома

Система достаточно активно используется в частных домах любой этажности. Ее характерными особенностями являются разделение контура теплоносителя и равномерный обогрев всей площади. Через подающую трубу проходит вода или другой теплоноситель из котла в радиаторные батареи, систему «теплый пол» или для хозяйственных нужд. А после остывания она возвращается обратно в котел, но уже по другой трубе.

Двухтрубная система отопления одноэтажного дома обладает такими положительными сторонами:

• Возможность регулирования работы элементов отопления;
• Эффективность работы в любых частных домах, которые относятся к малоэтажному строительству;
• При поломке одного радиатора не нужно отключать всю систему;
• Можно получать горячую воду для своих нужд.

Из недостатков стоит выделить большое количество труб, которые не придают дизайну эстетичности, а напротив, снижают ее. Кроме того двухтрубная схема отопления одноэтажного дома требует более сложного процесса монтажа, приобретение большего количество материалов и оборудования.

Какую схему выбрать?

Принцип работы двухтрубной и однотрубной системы

Выбор схемы отопления частного одноэтажного дома может основываться на разных факторах, которые зависят от каждой конкретной ситуации. Но среди общих критериев можно выделить жилую площадь дома, особенности материалов, которые использовались при его постройке, а также тип проживания (постоянный или сезонный). Немаловажную роль играет степень автономности системы. Следует учесть, от какого внешнего подключения будет работать вся система, наличие коммуникаций и прочие факторы.

Считается, что оптимальная схема отопления одноэтажного дома – это двухтрубная система горизонтального типа. Она позволит равномерно распределить все тепло в доме и создать оптимальные температурные показатели.

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:

1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
2. 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.
3. 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.
4. 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:

1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
4. 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.
5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
7. 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.

Для чего необходим циркуляционный насос?

Очевидно, что для функционирования системы отопления горячий теплоноситель необходимо переместить из котла в радиаторы. Сделать это можно только одним способом — путем создания на каком-либо участке контура давления, которое заставит рабочую среду двигаться.

С этой задачей котел может справиться и самолично: нагретый им теплоноситель в соответствии с законом Архимеда устремляется вверх (явление конвекции).

Если сразу за теплогенератором установить вертикальную трубу, в ней сформируется мощный восходящий поток.

Движение теплоносителя в контуре за счет конвекции и называется естественной циркуляцией.

Однако, приходится признать, что мощность такого двигателя, как конвекция, оставляет желать лучшего.

Рабочая среда будет «бегать» гораздо быстрее, если ее «подталкивать» насосом — такое движение называют принудительной циркуляцией.

При этом обычный насос, предназначенный для подъема воды на определенную высоту, нам не нужен: отопительный контур является замкнутым, поэтому нагнетателю, даже если он работает в многоэтажном здании, приходится преодолевать только гидравлическое сопротивление системы.

Следовательно, для работы ему достаточно будет сравнительно небольшой мощности. Вот для таких задач и выпускают специальные насосы, называемые циркуляционными.

1

Системы обогрева одноэтажных домов – в чем между ними разница?

К самым распространенным схемам отопления в жилых домах относятся следующие варианты:

Однотрубная – напорный и обратный патрубок котла соединяет одна линия, на которую, как бусы на нитку, нанизаны радиаторы.Двухтрубная – в этом случае из напорного патрубка выходит одна линия, а из обратного – вторая. В эти линии врезают соответствующие патрубки батарей (радиаторов).Коллекторная – на обратный и напорный патрубок котла навинчивают тепловые хабы, собирающие или распределяющие теплоноситель по разводке. Радиаторы в этом случае подключаются именно к хабам-коллекторам.

В однотрубной системе напорный и обратный патрубок котла соединяет одна линия, на которую нанизаны радиаторы

Все три варианта схем могут относиться к системам закрытого или открытого типа. Открытый вариант предполагает контакт теплоносителя с атмосферой в расширительном бачке и давление в системе чуть выше атмосферного. Второй вариант рассчитан на полную герметизацию линий циркуляции и давление в 2-4 раза выше атмосферного. Какая схема отопления одноэтажного дома лучше, сказать трудно. Для точного ответа нам придется изучить плюсы и минусы каждого варианта разводки, причем в открытом и закрытом состоянии.

Рекомендуем

Циркуляционные насосы для отопления частных домовКакие батареи отопления лучше для частного домаСхема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией – какая лучше?

Расчет самотечной системы

Чтобы рассчитать и спроектировать отопление с естественной циркуляцией, действуйте в таком порядке:

1. Выясните количество тепла, нужное для обогрева каждой комнаты. Воспользуйтесь для этого нашей инструкцией.
2. Подберите энергонезависимый котел – газовый либо твердотопливный.
3. Разработайте схему, приняв за основу один из предложенных здесь вариантов. Поделите разводку на 2 плеча – тогда магистрали не пересекут входную дверь дома.
4. Определите расход теплоносителя под каждое помещение и рассчитайте диаметры труб.

Сразу отметим, что «ленинградку» разбить на 2 ветви не удастся. Это значит, что кольцевой трубопровод обязательно пройдет под порогом входной двери. Чтобы выдержать все уклоны, котел придется ставить в приямке.

Расчет диаметра труб на всех участках гравитационной двухтрубной системы делается так:

1. Берем теплопотери всего здания (Q, Вт) и определяем массовый расход теплоносителя (G, кг/ч) в главной магистрали по приведенной ниже формуле. Перепад температур между подачей и «обраткой» Δt принимаем равным 25 °C. Затем переводим кг/ч в другие единицы – тонны за час.
2. По следующей формуле находим площадь сечения (F, м²) главного стояка, подставив значение скорости естественной циркуляции ʋ = 0.1 м/с. Пересчитываем площадь круга в диаметр, получаем размер основной трубы, подходящей к котлу.
3. Считаем тепловую нагрузку на каждую ветку, повторяем расчеты и выясняем диаметры этих магистралей.
4. Переходим в следующие комнаты, снова определяем диаметры участков по тепловым затратам.
5. Выбираем стандартные размеры труб, округляя полученные цифры в большую сторону.

Приведем пример расчета самотечной системы в одноэтажном доме 100 м. кв. На представленной ниже планировке уже нанесены радиаторы отопления и указаны тепловые потери. Начинаем с основного коллектора котла и движемся в сторону последних помещений:

1. Величина теплопотерь дома Q = 10.2 кВт = 10200 Вт. Расход теплоносителя в главном стояке G = 0.86 х 10200 Вт / 25 °C = 350.88 кг/ч или 0.351 т/ч.
2. Площадь поперечника подающей трубы F = 0.351 т/ч / 3600 х 0.1 м/с = 0.00098 м², диаметр d = 35 мм.
3. Нагрузка на правую и левую ветку составляет 5480 и 4730 Вт соответственно. Количество теплоносителя: G1 = 0.86 х 5480 / 25 = 188.5 кг/ч или 0.189 т/ч, G2 = 0.86 х 4730 / 25 = 162.7 кг/ч или 0.163 т/ч.
4. Сечение правой ветви F1 = 0.189 / 3600 х 0.1 = 0.00053 м², диаметр составит 26 мм. Левое ответвление: F2 = 0.163 / 3600 х 0.1 = 0.00045 м², d2 = 24 мм.
5. В детскую и кухню придут линии DN32 и DN25 мм (округлили в большую сторону). Теперь считаем размеры коллекторов для спальни и гостиной + коридор с теплопотерями 2.2 и 2.95 кВт соответственно. Получаем оба диаметра DN20 мм.

Для подключения небольших батарей можно использовать подводки DN15 (наружный d = 20 мм), на плане указаны размеры DN20

Осталось подобрать трубы. Если варить отопление из стали, на котловой стояк пойдет Ø48 х 3.5, ветви — Ø42 х 3 и 32 х 2.8 мм. Оставшуюся разводку, в том числе подводки к батареям, делаем трубопроводом 26 х 2.5 мм. Первая цифра размера указывает на внешний диаметр, вторая – толщину стенки (сортамент водогазопроводных стальных труб).

Расширительный бак для закрытой системы отопления

Расширительный бак для предназначен для компенсации изменения объема теплоносителя в зависимости от температуры. В закрытых системах отопления это герметичная емкость, разделенная эластичной мембраной на две части. В верхней части находится воздух или инертный газ (в дорогих моделях). Пока температура теплоносителя невысока, бачок остается пустым, мембрана расправлена (на рисунке картинка справа).

Принцип работы мембранного расширительного бачка

При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме, его излишек поднимается в бачок, отодвигая мембрану и сжимая закачанный в верхнюю часть газ (на картинке слева). На манометре это отображается как повышение давления и может служить сигналом для уменьшения интенсивности горения. В некоторых моделях есть предохранительный клапан, который при достижении порогового значения давления сбрасывает излишек воздуха/газа.

По мере остывания теплоносителя, давление в верхней части бачка выдавливает теплоноситель из емкости в систему, показатели манометра приходят в норму. Вот и весь принцип работы расширительного бачка мембранного типа. Кстати, мембраны бывают двух видов — тарельчатые и грушевидной формы. Форма мембраны на принцип работы никак не влияет.

Виды мембран для расширительных бачков в системах закрытого типа

Расчет объема

Согласно общепринятым нормам объем расширительного бака должен составлять 10%!о(MISSING)т общего объема теплоносителя. Это значит, что вы должны посчитать, сколько воды поместится в трубах и радиаторах вашей системы (есть в технических данных радиаторов, а объем труб можно посчитать). 1/10 часть от этой цифры и будет объемом необходимого расширительного бака. Но эта цифра справедлива только если теплоноситель — вода. Если используется незамерзающая жидкость, размера бака увеличивается на 50%!о(MISSING)т рассчитанного объема.

Вот, пример расчета объема мембранного бака для закрытой системы отопления:

объем системы отопления составляет 28 литров;
размер расширительного бака для системы, заполненной водой 2,8 литра;
размер мембранного бака для системы с незамерзающей жидкостью — 2,8 + 0,5*2,8 = 4,2 литра.

При покупке выбираете ближайший больший объем. Меньший не берите — лучше иметь небольшой запас.

На что обратить внимание при покупке

В магазинах есть бачки красного и синего цвета. Для отопления подходят бачки красного цвета. Синие конструктивно такие же, только они предназначены для холодной воды и высоких температур не переносят.

На что еще обратить внимание? Есть два вида бачков — со сменной мембраной (называются они еще фланцевыми) и с незаменяемой. Второй вариант дешевле, причем значительно, но если повредится мембрана, покупать придется все целиком

Во фланцевых моделях покупают только мембрану.

Место для установки расширительного бака мембранного типа

Обычно ставят расширительный бачок на обратном трубопроводе перед циркуляционным насосом (если смотреть по ходу движения теплоносителя). В трубопровод устанавливается тройник, к одной его части подсоединяется небольшой отрезок трубы, а к ней, через фитинги, подключается расширитель. Размещать его лучше на некотором расстоянии от насоса, чтобы не создавались перепады давления. Важный момент — участок обвязки мембранного бака должен быть прямолинейным.

Схема установки расширительного бака для отопления мембранного типа

После тройника ставят шаровый кран. Он необходим чтобы была возможность снять бачок без слива еплоносителя. Саму емкость удобнее соединять при помощи американки (накидной гайки). Это снова-таки облегчает монтаж/демонтаж.

Пустое устройство весит не так много, но заполненное водой имеет солидную массу. Потому необходимо предусмотреть способ закрепления на стене или дополнительные опоры.

Расширительный бак отопления можно повесить на кронштейне

Сделать опорную площадку

Бак на ножках можно установить на полу

Виды отопления с гравитационной циркуляцией

Существует четыре схемы отопления самотеком. При выборе определенной разновидности учитывают желаемую производительность сети и особенности дома. После подбора схемы производят гидравлический расчет, определяются с диаметром труб разводки и параметрами нагревательного оборудования.

Закрытая система

Закрытая схема системы отопления частного дома с естественной циркуляцией работает по следующему принципу:

• После нагревания теплоноситель расширяется и вытесняет воду из контура.
• Эта жидкость попадает в расширительную емкость закрытого типа. Такой бак состоит из двух камер (водяной и газовой), разделенных эластичной мембраной. Он полностью герметичный.
• В результате поступления жидкости в водяную камеру мембрана продавливается в полость газового отсека, от чего там повышается давление.
• После охлаждения теплоносителя в сети давление в трубопроводе уменьшается. За счет давления газа мембрана выдавливает теплоноситель обратно в контур.

Для бесперебойной работы сети важно правильно рассчитать объем расширительной емкости. Если речь идет о большом доме с разветвленной системой отопления, то понадобится бак значительного размера

Схема отопительной системы для дома петли Тихельмана

Открытая система

Чаще используется естественная циркуляция в открытой системе отопления частного дома. От предыдущей схемы она отличается конструкцией компенсационной емкости. Бак можно сделать своими руками из обычной стальной или пластиковой бочки. Емкость нужного размера устанавливают под потолком дома или на утепленном чердаке.

Основной недостаток схемы в открытой емкости, через которую в контур проникает кислород, способствующий коррозии отопительных приборов и труб. Также минусом считается и то, что система часто завоздушивается, что вынуждает устанавливать краны Маевского на каждую батарею.

Однотрубная система

Данная схема используется нечасто, потому что не может похвастаться эффективностью. Из-за последовательного подключения всех радиаторов к контуру в каждый последующий прибор поступает теплоноситель с более низкой температурой. Это способствует неравномерному прогреву дома, вынуждает увеличивать количество секций в радиаторах по мере их удаления от котла.

Плюсы однотрубной разводки заключаются в простом монтаже и небольшом расходе материалов. Для устройства сети не нужны сложные гидравлические расчеты. Минусы данной схемы состоят в том, что удаленные от нагревательного оборудования комнаты хуже отапливаются. При учете, что придется монтировать дополнительные секции, экономия на трубах несущественная.

Двухтрубная система

Намного выгоднее делать двухтрубную разводку. При этом прокладывается подающий и обратный трубопроводы, а все отопительные приборы подключаются к контуру параллельно. Благодаря этому во все батареи попадает теплоноситель с одинаковой температурой, а дом прогревается равномерно.

Положительные моменты использования двухтрубной схемы:

1. Равномерный прогрев постройки большой площади и с несколькими этажами.
2. Не нужно монтировать дополнительные секции на радиаторы, чтобы откорректировать теплоотдачу.
3. Проще наладить и отрегулировать работу сети. Можно настраивать температуру обогрева в каждом помещении и ремонтировать батареи без остановки работы сети.
4. Для устройства разводки используют трубы меньшего сечения, чем при однотрубной схеме.