Система отопления с естественной циркуляцией: распространенные схемы водяных контуров

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.

Разновидности жидкостных автономных отопительных систем

Отопительные системы обогрева индивидуального дома с использованием в качестве теплоносителя воды и незамерзающих жидкостей (антифризов) отличаются по ряду признаков, основные различия:

По типу используемого топлива. Самыми популярными видами энергии для нагрева теплоносителей являются электричество, газ, жидкие горючие углеводородные смеси (дизельное топливо, мазут, масло, керосин), большое количество твердых горючих материалов – дрова, уголь, торфяные брикеты и пеллеты различного состава. Электроэнергия может быть получена как от энергетических компаний, так и самостоятельно при использовании солнечных батарей, ветровых или гидравлических генераторов.

По виду тепловых генераторов. В современных отопительных системах для передачи энергии теплоносителю используют нагревательные котлы, имеющие конструктивные особенности и различия между аналогами для каждого вида топлива. При недостатке средств многие умельцы собирают автономное отопление своими руками, используя вместо заводских котлов самостоятельно собранные конструкции преимущественно на твердом топливе, типичный пример – металлическая печка в жилом помещении с расширительным баком на чердаке и стальной трубопроводной системой с радиаторами.

Рис. 7 Принцип работы и основные узлы газового конвектора

По материалу трубопровода. Полимерные трубы из полипропилена ПП, сшитого полиэтилена и металлопласта РЕХ постепенно вытесняет изделия из металлов, на объектах старой постройки по-прежнему используются наружные стальные трубопроводы для подводки воды к радиаторам. Некоторые домовладельцы при наличии значительных финансовых средств делают подводку теплоносителя через медные трубопроводы полностью или на отдельных участках. Современные продвинутые системы монтируют из специальных тонкостенных стальных труб по обжимной технологии соединения элементов сантехнической арматуры с помощью фитингов.

По методу подачи теплоносителя к теплообменникам. Существуют 2 основных способа подачи нагретой жидкости к патрубкам радиаторов отопления – однотрубный и двухтрубный, иногда используется комбинированное подключение. Для подсоединения трубопровода теплых полов применяется коллекторная разводка, позволяющая подключать к одному распределительному узлу несколько контуров, системы из большого числа радиаторов подсоединяют через гидрострелки или радиаторное коллекторы. При подключении теплообменных радиаторов используют различные схемы разводки трубопроводов – лучевую, тупиковую, попутную, специальную горизонтальную (ленинградка).

Также существуют различные способы подключения входных и выходных патрубков теплообменных радиаторов к тепловой магистрали – вертикальный, горизонтальный, диагональный, нижний.

Рис. 8 Схемы разводки труб

По расположению накопительного бака. Расширительный бак, являющийся важным элементом любой отопительной системы, может быть герметичного типа заводского изготовления (гидроаккумулятор красного цвета) и вмонтирован в контур в любом удобном месте – такие системы называют закрытыми, так как к теплоносителю не имеется прямого доступа. Перемещение жидкости по трубопроводу в системах данного типа осуществляется с помощью циркуляционного электронасоса, устанавливаемого внизу недалеко от котла рядом с гидроаккумулятором.

У другой разновидности отопительных систем, называемых самотечными, накопительный бак устанавливается вверху на чердаке, трубопроводы имеют небольшой уклон при подходе к радиаторам, на их выходе малый угол наклона выдержан в сторону котла. Циркуляция жидкости в системе происходит самотечным методом за счет того, что нагретая вода или антифриз имеют меньшую плотность и поэтому выталкиваются вверх более плотными холодными слоями.

Рис. 9 Открытая отопительная система

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.

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:

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

Основные элементы системы отопления

Система отопления, которая может работать в автономном режиме, состоит из огромного числа различных элементов. Чтобы чётко понять и представить себе принцип работы такой системы, следует разбираться в назначениях и принципе работе её отдельных составляющих.

Котёл

Котёл является самой главной деталью любой системы отопления, так как именно в нём происходит сгорание топлива и появляется тепло. На сегодняшний день изготавливаются два вида котлов, которые отличаются друг от друга своими функциональными особенностями: одно- и двухконтурные. Именно эти виды используются в большинстве проектов частных домов с котельной.

Одноконтурные котлы могут выполнять одну-единственную функцию – отопление дома, в то время как двухконтурные способны ещё и нагревать воду. Несмотря на то, что двухконтурный котел более популярен, он считается менее надёжным, чем одноконтурный. Причина заключается в следующем: если двухконтурный котел выйдет из строя, то весь дом останется не только без тепла, но и горячей воды. Если же из строя выйдет одноконтурный котел, то дом останется без тепла, но небольшой запас горячей воды всё же будет присутствовать.

Разница между одноконтурным и двухконтурным котлами

Двухконтурные котлы оснащены специальными приборами, благодаря которым нагревается вода, а в одноконтурных устройствах она нагревается непосредственно в самом котле, затем движется по радиаторам, после чего возвращается снова в котёл.

В зависимости от типа установки котлы делятся на напольные и настенные. Подвесные котлы, где используются, в основном, газовые атмосферные горелки, намного лучше приспособлены к колебаниям давления газа в магистральных трубопроводах (так как напольные в таких ситуациях выходят из строя намного быстрее).

Схема установки одноконтурного настенного котла отопления

Универсальные котлы

Такие котлы позволяют использовать практически любые вида топлива, но, самым эффективным будет специализированный котёл, например, для твёрдого топлива или для отопления с помощью солярки. Проект теплоснабжения обязан показать владельцу дома, какова эффективность работы разных котлов, сколько будет стоить газ, уголь, дрова или солярка.

Конечно, универсальные котлы могут показаться кому-то устаревшими устройствами, но технологии топливной промышленности постоянно развиваются. Например, котёл, который сконструирован для специальных топливных брикетов — это высокотехнологичная и достаточно чистая в экологическом плане система отопления. Конечно, там будет дым и другие продукты сгорания древесины, но все не так критично, как было в Лондоне, в XVIII веке, когда от дыма каминов не было видно небо. Технологии изменились и достаточно серьёзно.

3 Основные схемы трубной разводки – выбираем оптимальный вариант

Отопительные контуры, предполагающие естественную циркуляцию теплоносителя, имеют два основных варианта (схемы) устройства:

• однотрубный, когда подача и отведение жидкости от батарей происходит по одной трубе;
• двухтрубный – подача теплоносителя и его отведение от радиаторов осуществляется различными трубопроводами.

Однотрубную систему проще монтировать

Однотрубный контур прост в монтаже. От котла отходит стояк, который поднимают как можно выше в пределах помещения. От верхней точки стояка отходит и спускается почти до уровня пола разгонная труба, плавно переходящая в подающий трубопровод. К коммуникации по ее ходу поочередно присоединяются батареи с помощью двух патрубков меньшего диаметра (при двухдюймовом трубопроводе обычно используют отводы на ¾ дюйма). «Обслужив» все радиаторы, трубопровод превращается в «обратку», которая уходит к котлу. Однотрубная система разводки хороша только простотой устройства и относительной эстетичностью (трубы на виду, но расположены низко). Дальше одни недостатки.

Из-за того, что остывший теплоноситель от батарей впадает в ту же трубу, из которой приходит горячая жидкость, температура воды после прохождения каждого радиатора довольно быстро падает. Если к первой батарее коммуникация доставит теплоноситель температурой 85 градусов (например), то крайнему от котла обогревателю можно рассчитывать только на 60 градусов. Отсюда неравномерный обогрев, который приходится компенсировать добавлением секций батареям, удаляющимся от котла, поэтому крайние радиаторы часто громоздкие и тяжелые (особенно, если чугунные).

Подключить батареи при однотрубной разводке можно только снизу (вход и выход), а это самый неэффективный способ подключения радиаторов (прогреваются неравномерно, что сказывается на качестве обогрева). Диагональное подключение радиаторов возможно, если подающая труба проложена выше батарей, но это уже двухтрубная схема.

При двухтрубной разводке от стояка отходит подающая труба, расположенная под потолком. От нее опускаются патрубки к каждой батарее (подключаются в верхнем положении). Внизу расположена вторая, обратная труба, в которую впадают отводящие патрубки от радиаторов (присоединяются к батареям отопления в нижнем положении по диагонали). С точки зрения эстетики картина не очень, но по эффективности такая система намного лучше. К каждой батарее подходит жидкость одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный обогрев всех комнат, плюс есть возможность подключения большего количества обогревателей.

Система отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления по характеру движения теплоносителя делятся на 2 типа:

1. Система с принудительной циркуляцией;
2. Система с естественной циркуляцией.

Принудительную циркуляцию воды в системе отопления обеспечивает насосный агрегат, устанавливаемый отдельно или встроенный в отопительный котел. Естественная циркуляция реализуется за счет теплофизических свойств воды.

Принцип естественной циркуляции основан на возникновении движения воды разной плотности. Вода нагревается в котле и поднимается вверх по трубопроводу подачи. Так как вода – жидкость несжимаемая – порция горячей воды при подъеме сдвигает массив воды всей системы. При этом в котел поступает порция холодной воды, нагревается и вновь поднимается вверх. В результате образуется постоянный режим движения жидкости в сети за счет нагрева теплоносителя в котле. Циркуляция поддерживается уклоном трубопроводов.

Достоинство этого типа отопления – полная независимость от наличия электричества. Естественное отопление частного дома обладает и рядом недостатков:

1. Низкая скорость движения теплоносителя;
2. Сложность регулирования температуры системы;
3. Ограничения в выборе материалов для монтажа;
4. Исключительно открытый метод прокладки труб.

Схема обвязки приборов при естественной циркуляции – однотрубная, последовательная. Поэтому каждый радиатор в цепи холоднее предыдущего. Сооружение перемычки в этом случае невозможно. Низкая скорость воды снижает равномерность нагрева отопительных приборов – возле котла радиаторы горячие, последние в ряду – еле теплые.

 Регулировка температуры отопления возможна лишь укрупненная – регулирование размера потока на отдельный контур (группу радиаторов). 

Ограничение в выборе материала вызвано необходимостью использования труб диаметром не менее 40 мм. Трубы меньшего диаметра могут практически прекратить циркуляцию. Применение полимерных труб не рекомендуется – они служат теплоизолятором, стальные же выступают в качестве поверхностей нагрева. В качестве отопительных приборов применяют чугунные радиаторы или регистры из стальных труб диаметром 70 – 100 мм.

Как вам статья?