Схема отопления дома с принудительной циркуляцией воды
Система водяного отопления с принудительной циркуляцией: схемы, варианты реализации, технические тонкости
Многие современные решения водяного обогрева домов требуют применения циркуляционного насоса. Проектирование и монтаж системы отопления с принудительной циркуляцией необходимо осуществлять с учетом технических моментов, возникающих по причине быстрого движения теплоносителя.
Высокое давление в отопительном контуре позволяет реализовать множество схем разводки.
Принудительная схема отличается от естественной добавлением одного или нескольких циркуляционных насосов.
По причине увеличения давления и скорости движения теплоносителя, правила формирования узлов и расположения элементов контура меняются. Этот факт необходимо учитывать, чтобы обеспечить качественное отопление при принудительной циркуляции.
Циркуляционные насосы выбирают исходя из требований по объему перегоняемой воды (кубометр в час) и напору (метр). Расчет обоих параметров зависит от кубатуры отапливаемого жилья и способа отопления, а также длины водяного контура и диаметра его труб. Насос следует выбирать, чтобы его параметры не были «впритык» к требованиям системы. Это позволит добавить в случае необходимости элементы к контуру без замены насоса.
В основном насосы рассчитаны на напряжение в 220 Вольт, но есть и с поддержкой 12 Вольт. При скачках напряжения необходимо поставить стабилизатор, для предотвращения выхода устройства из строя. В случае частых отключений электроэнергии нужно позаботиться о наличии источника бесперебойного питания. Нет необходимости брать мощный ИБП – для обогрева частных домов редко применяют устройства с потреблением более 150 Ватт в час.
Условно циркуляционные насосы можно разделить на два вида по положению двигателя. Устройства с сухим ротором имеют более высокий КПД, но обладают повышенным уровнем шума и пониженным ресурсом, чем с мокрым ротором.
Если разводка системы предоставляет возможность для естественного движения теплоносителя по контуру, то насос необходимо монтировать через «байпас». В этом случае, при его поломке или отключения электроэнергии возможно переключение отопления на режим гравитационной циркуляции. Через неработающий насос вода тоже может перемещаться, однако он создаст сильное сопротивление ее движению.
Особенно актуальна проблема остановки насоса при использовании печного или каминного отопления. В этом случае печь продолжит нагрев теплообменника и возможно закипание воды в нем и выхода надолго всей системы из строя.
Монтаж насоса лучше выполнять на обратной трубе, потому что более низкая температура воды позволит продлить срок его службы. Если же нет возможности установить насос в ином месте, кроме как на трубе, выходящей из котла, то следует использовать насос с керамическими уплотнителями. Хотя они выдерживают температуру до 110 градусов Цельсия, но при закипании системы и у них могут возникнуть проблемы с функционированием.
Применение в качестве генератора тепла электрических и газовых котлов, печей длительного горения привлекательно с позиции простоты контроля поступления тепла через теплообменник. Применение твердотопливных печей, особенно самодельных конструкций, чревато недостаточным или излишним выделением тепла. Однако их использование часто обосновано с позиции дешевизны и доступности топлива.
Сейчас доступно множество моделей электрических и газовых котлов с интегрированным насосом. С одной стороны встроенная система циркуляции подобрана по мощности котла и позволяет не заниматься покупкой и установкой отдельного насоса. С другой стороны в случае поломки встроенного насоса, его не так просто будет починить или заменить, как отдельный.
Требования к котлу при использовании принудительной циркуляции такие же, как и при естественной:
- Мощность котла должна удовлетворять потребностям отопления дома в самых жестких условиях для местности. Желательно иметь небольшой запас по мощности (10-20%) по причине возможных форс-мажорных обстоятельств, которые могут возникнуть в системе отопления.
- Необходимо обеспечить пропуск теплоносителя без его закипания в теплообменнике. Это требование при использовании комбинации «печь – насос» выполнить легче, чем при гравитационной модели движения жидкости.
Для предотвращения закипания воды в теплообменнике котла достаточно установить регулировку мощности в зависимости от температуры выходящей жидкости. Этот способ действует при любом виде циркуляции.
Для печей при естественной циркуляции нет возможности предотвратить закипание теплоносителя в случае чрезмерного количества загруженного топлива. Единственным вариантом при наличии насоса остается увеличение объема прогоняемой жидкости через теплообменник. Причем такую противоаварийную систему можно сделать автоматической с использованием термостата и блока регулировки скорости насоса.
При схеме отопления с использованием принудительной циркуляции будут более высокие скорости движения воды, чем в гравитационной модели. Поэтому, можно использовать меньший диаметр труб при одинаковых параметрах обогрева здания. Это удешевляет стоимость водяного отопления в части затрат на трубы, фитинги и арматуру. Кроме того, меньшие по диаметру элементы контура легче спрятать в технологические ниши или вписать в интерьер помещений.
По сравнению с естественной циркуляцией к гидростатическому давлению столба жидкости добавится возросшее гидродинамическое давление потока. Поэтому во избежание образования протечек или, тем более, прорыва системы необходимо придерживаться некоторых правил.
В случае перехода от гравитационной циркуляции к принудительной нужно ликвидировать все, даже незначительные протечки в контуре. При увеличении давления скорость протекания возрастет, что кроме проблемы в помещении вызовет уменьшение количества теплоносителя и излишнюю его аэрацию (насыщение воздухом).
Перед наступлением отопительного периода необходимо провести гидравлические испытания прочности контура с максимально используемым или даже немного более высоким давлением. Это позволит выявить проблемы и ликвидировать их до наступления холодов, когда длительная остановка отопления для ремонта нежелательна.
Так как скорость перемещения теплоносителя будет больше, чем 0,25 метра в секунду, то согласно СНиП 41-01-2003 нет необходимости выдерживать постоянный уклон труб для удаления воздуха из контура. Поэтому при принудительной циркуляции монтаж труб и радиаторов немного более простой, чем при гравитационной схеме.
Применение принудительной циркуляции позволяет отойти от принципа проектирования разводки с обязательным учетом перепада гидростатического давления, которое необходимо для функционирования при гравитационной схеме. Это добавляет вариативности при моделировании геометрии водяного контура и предоставляет возможность использования таких решений, как коллекторное отопление или теплый пол большой площади.
Любую схему отопления можно условно отнести к верхней или нижней разводке. При верхней разводке горячая вода поднимается выше приборов отопления, а затем, стекая вниз, обогревает радиаторы. При нижней – горячая вода подается снизу. У каждого варианта есть свои положительные стороны.
Верхнюю разводку также применяют при естественной циркуляции. Поэтому отопительные контуры такого типа позволяют использовать оба вида циркуляции. Это, во-первых, предоставляет возможность выбора, а во-вторых, повышает надежность системы. В случае отключении электричества или поломки насоса движение воды по контуру будет продолжено, пусть и с меньшей скоростью.
При использовании нижней разводки общая протяженность труб меньше, что сокращает затраты на создание системы. Кроме того, нет необходимости прокладки стояков на верхнем этаже, что хорошо с позиций дизайна помещений. Нижнюю подающую горячую воду трубу прокладывают или в подвале, или на уровне пола первого этажа.
Однотрубная схема использует одну и ту же трубу для подачи горячей воды к радиаторам и отвода холодной к нагревательному котлу. При такой разводке почти вдвое сокращается длина используемых труб, уменьшается количество фитингов и запорной арматуры. Однако нагрев радиаторов происходит последовательно, поэтому рассчитывая количество секций необходимо учитывать постепенное уменьшение температуры подаваемого теплоносителя.
Однотрубные схемы могут быть реализованы в горизонтальном и вертикальном вариантах. При принудительной циркуляции, в случае использования вертикальных стояков можно осуществлять подвод горячей воды не только сверху, но и снизу. Целесообразность использования того или иного варианта зависит не только от удобства проведения труб, но и от максимально допустимого количества радиаторов на одном стояке однотрубного контура.
Подключать радиаторы отопления можно двумя способами:
- Теплоноситель последовательно протекает через все радиаторы. В этом случае необходимо минимальное количество труб, однако в случае необходимости отключения одного из радиаторов, придется остановить всю ветку системы.
- Теплоноситель может протекать в обход радиатора по установленному отводку – «байпасу». С помощью системы кранов можно перенаправить поток мимо радиатора, что позволит провести его ремонт или демонтаж без остановки отопления.
Однотрубную схему часто используют при отоплении, однако в случае наличия большого количества радиаторов, для их равномерного нагрева применяют другой вариант.
Схему контура отопления с использованием второй трубы для отвода остывшей воды к котлу называют двухтрубной. Метраж труб увеличивается, как и количество соединений и устройств. Однако основным плюсом системы является то, что к каждому радиатору подается теплоноситель одинаковой температуры. Это делает двухтрубный вариант очень привлекательным.
При водяном отоплении с принудительной циркуляцией используют и горизонтальную, и вертикальную разводку. Причем при вертикальном варианте возможно применение верхней и нижней подачи горячей воды.
Так как температура подводимой воды ко всем радиаторам одинаковая, то геометрия контуров зависит только от следующих факторов:
- минимизации метража труб и количества соединений;
- легкостью проведения контура отопления через стены и перекрытия;
- возможностью вписать отопительные элементы в интерьер помещений.
В зависимости от движения горячей и охлажденной воды двухтрубные схемы подразделяют на попутные и тупиковые. В попутной схеме движение в обеих трубах происходит в одном направлении. Цикл круговорота теплоносителя имеет одну и ту же длину для всех радиаторов в этой части системы, поэтому скорость их нагрева одинакова.
В тупиковой схеме радиаторы, расположенные ближе к котлу нагреваются быстрее. Однако для систем с принудительной циркуляцией это не сильно важно по причине значительной скорости воды в контуре. Поэтому при выборе между попутным и тупиковым вариантом руководствуются условием удобства проведения обратной трубы. В вертикальных схемах при нижней разводке получается тупиковая система, а при верхней – попутная.
Еще одним популярным способом организации отопления сейчас является создание коллекторной или лучевой схемы. В какой-то мере эту схему можно назвать подвидом двухтрубной, хотя применяется она и в организации однотрубных отопительных контуров.
Только распределение горячего теплоносителя и сбор охлажденного происходит не с главного стояка, а со специальных распределительных узловых устройств – коллекторов. Такая система устойчиво работает только с применением принудительной циркуляции.
Распределительный узел для двухтрубной системы представляет собой сложную комбинацию подающего и возвратного коллекторов, с помощью которых осуществляется сбалансированная по температуре и давлению подача теплоносителя. Каждая ветка устройства питает один элемент отопления или их небольшую группу. Ветки, как правило, расположены под полом, каждый этаж многоэтажного здания обслуживает один установленный в центре коллектор.
Несмотря на очевидные плюсы такого варианта организации отопления, у коллекторной системы есть два значительных минуса:
- наибольшая протяженность трубопроводов, поэтому этот вариант организации водяного контура требует немалых денежных вложений;
- трубы при таком варианте расположены, обычно под полом или в стенах, поэтому в случае добавления отопительных приборов внести какие либо изменения будет очень трудно.
Все коллекторы монтируют, как правило, в специальный шкафчик, так как запорная арматура располагается там же и к ней необходим доступ. Размещение кранов в одном месте очень удобно. В случае потребности включения или отключения радиаторов или возникновения нештатной ситуации достаточно иметь доступ к шкафу и нет необходимости посещать все помещения.
На сегодняшний день закрытая система отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя успешно применяется для обогрева подавляющего большинства загородных домов. Ее отличие от открытой схемы – в движении воды, находящейся под давлением, по замкнутой сети трубопроводов в полной изоляции от внешней среды. Если вы еще не решили, какой вид отопительной разводки выбрать для своего жилища, рекомендуем ознакомиться с данной статьей, где изложена вся необходимая информация о системах закрытого типа.
Независимо от выбранной схемы (их разновидности мы рассмотрим далее) в ее состав всегда входят следующие основные элементы:
- источник тепла – газовый, дизельный, электрический либо твердотопливный котел;
- потребители – радиаторная сеть и (или) водяные теплые полы;
- циркуляционный насос;
- герметичный расширительный бак мембранного типа;
- группа безопасности, включающая в себя устройство для сброса воздуха (воздухоотводчик), предохранительный клапан и манометр;
- сетчатый фильтр – грязевик;
- трубопроводная арматура для балансировки, опорожнения и регулировки;
- магистральные и подводящие трубы.
Примечание. Система отопления может дополняться другими элементами и оборудованием, предусмотренным в проекте, например, распределительным коллектором, буферной емкостью и различными средствами автоматизации. Типовая двухтрубная схема, наиболее распространенная в частных домах, показана выше на рисунке.
Принцип работы современной закрытой системы заключается в перемещении тепловой энергии от котла к радиаторам с помощью жидкости, находящейся под избыточным давлением (от 1 до 2 Бар). Расширение ее объема от нагрева компенсируется за счет растяжения резиновой мембраны внутри бачка, полностью изолированного от атмосферы.
Устройство герметичной расширительной емкости
Завоздушиванию отопительной сети препятствует автоматический воздухоотводчик, установленный в группе безопасности. Расположенный там же подрывной клапан срабатывает в случае критического повышения давления в трубопроводах, обычно он настроен на 3 Бар. Грязевик ставится на обратной магистрали перед входом в теплогенератор и собирает шлам, поступающий из отопительной сети.
Важный момент. Циркуляционный насос, принудительно перекачивающий теплоноситель, можно встраивать как в обратный, так и в подающий трубопровод рядом с котлом. Оба способа – правильные.
Закрытый вариант водяной системы обрел популярность благодаря многочисленным достоинствам:
- нет контакта с атмосферой – отсутствуют потери теплоносителя за счет испарения;
- для заполнения сети в периодически протапливаемом здании можно применять антифриз;
- здесь не нужны трубы больших диаметров, прокладываемые со значительным уклоном, как это делается при монтаже магистралей с естественной циркуляцией воды;
- отсутствуют потери тепла через герметичный расширительный бак, поэтому схема считается более экономичной;
- вода, находящаяся под давлением, прогревается значительно быстрее, а закипает при более высокой температуре, что снижает риск образования паровой пробки при аварийной ситуации;
- система закрытого типа хорошо поддается регулированию как на отдельных участках, так и в целом.
Примечание. Герметичность дает еще один немаловажный плюс – теплоноситель не насыщается атмосферным воздухом через открытый бачок. Воздушные пузырьки могут попасть в трубопроводы только через подпитку от водоснабжения либо сквозь трещины в мембране бака.
Прокладка трубопроводов в полу и внутри стен
Небольшие диаметры трубопроводов и принудительная циркуляция – важнейшие аргументы в пользу современных закрытых сетей отопления. Всю разводку можно упрятать в стены или полы, а трубы прокладывать с минимальным уклоном. Он служит только для слива воды при ремонте или промывке радиаторов и магистралей.
Теперь о ложке дегтя в бочке меда. Дело в том, что закрытая система отопления частного дома неспособна функционировать автономно, поскольку зависит от электричества, питающего насос. Поэтому при частых отключениях электроэнергии рекомендуется обзавестись блоком бесперебойного питания либо электрогенератором, дабы не остаться без тепла.
Справка. В интернете можно отыскать альтернативные варианты — закрытые системы, выполненные по образцу гравитационных (самотечных). То есть, большими трубами со значительными уклонами. Но тогда половина вышеперечисленных достоинств теряется, а стоимость монтажа возрастает.
Второй негативный момент – сложность удаления воздушных пробок в процессе заливки воды, опрессовки и запуска отопления. Но данный минус не станет проблемой, если удалять воздух согласно общепринятой технологии.
Для обогрева загородных и дачных домов применяются следующие типы разводок:
- Однотрубная. Все радиаторы присоединяются к единственной магистрали, проходящей по периметру помещения или здания. Поскольку горячий и охлажденный теплоноситель движутся по одной трубе, каждая последующая батарея получает меньше тепла, нежели предыдущая.
- Двухтрубная. Здесь нагретая вода поступает в отопительные приборы по одной магистрали, а уходит по второй. Самый распространенный и надежный вариант для любых жилых зданий.
- Попутная (петля Тихельмана). То же, что и двухтрубная, только охлажденная вода течет в одинаковом направлении с горячей, а не возвращается в противоположном (показано ниже на схеме).
- Коллекторная или лучевая. Каждая батарея получает теплоноситель по отдельному трубопроводу, подключенному к общей гребенке.
Однотрубная горизонтальная разводка (ленинградка)
Справка. Однотрубные системы бывают горизонтальными (так называемая ленинградка) и вертикальными. Последние, где вода раздается приборам отопления от стояков, нередко используются в двухэтажных домах.
Однотрубная горизонтальная схема оправдывает себя в одноэтажных домиках небольшой площади (до 100 м²), где обогрев обеспечивают 4—5 радиаторов. Больше подключать к одной ветви не стоит, последние батареи будут слишком холодными. Вариант с вертикальными стояками годится для здания в 2—3 этажа, но в процессе реализации придется проходить перекрытия трубами чуть ли не каждой комнате.
Однотрубная схема с верхней разводкой и вертикальными стояками
Совет. Если ваш выбор пал на однотрубную закрытую схему, лучше доверить ее проектирование и наладку специалистам. Они должны сделать расчет и подобрать диаметр основной магистрали, чтобы тепла хватило всем потребителям. Узнать больше практической информации вам поможет видео от эксперта:
Двухтрубная схема с тупиковыми ветвями (показана в начале статьи) довольно проста, надежна и однозначно рекомендована к применению. Если вы владелец коттеджа площадью до 200 м² высотой 2 этажа, то разводку магистралей делайте трубами с проходным сечением DN 15 и 20 (внешний диаметр – 20 и 25 мм), а для подсоединения радиаторов возьмите DN 10 (снаружи – 16 мм).
Попутная схема движения воды (петля Тихельмана)
Петля Тихельмана наиболее уравновешена гидравлически, но сложнее в монтаже. Трубопроводы придется класть по периметру комнат либо всего дома и проходить под дверями. По факту «попутка» обойдется дороже двухтрубной, а результат выйдет примерно одинаковым.
Лучевая система тоже проста и надежна, вдобавок вся разводка успешно прячется в полу. Подсоединение ближних батарей к гребенке выполняется трубами 16 мм, отдаленных – 20 мм. Диаметр магистрали от котла – 25 мм (DN 20). Недостаток данного варианта – цена коллекторного узла и трудоемкость монтажа с прокладкой магистралей, когда напольное покрытие уже сделано.
Схема с индивидуальным подключением батарей к коллектору
Один из важных моментов – подбор источника тепла по мощности и виду используемого энергоносителя:
- на природном либо сжиженном газе;
- на твердом топливе — дровах, угле, пеллетах;
- на электричестве;
- на жидком топливе – солярке, отработанном масле.
Справка. При необходимости можно подобрать комбинированную многотопливную установку, например, на древесине и электроэнергии либо газ + солярка.
Мощность котельной установки рассчитывается стандартным образом: отапливаемая площадь жилища умножается на 0,1 для перевода в киловатты и на коэффициент запаса 1,3. То есть, для дома 100 м² нужен источник тепла мощностью 100 х 0,1 х 1,3 = 13 кВт.
Для закрытой системы отопления не принципиально, какой теплогенератор вы купите, поэтому подробно рассматривать данный вопрос мы не будем. Но вы сильно облегчите себе задачу, если приобретете настенный газовый котел, оборудованный собственным циркуляционным насосом и расширительным баком, что показан на фото. Для небольшого дома останется лишь подобрать трубы и отопительные приборы, о чем и пойдет речь далее.
Отопительную сеть частного дома можно смонтировать из таких труб:
- ППР (полипропилен);
- сшитый полиэтилен – PEX, PE-RT;
- металлопластик;
- варианты из металла: медь, сталь и гофрированная нержавейка.
Под выполнение самостоятельного монтажа с невысокими финансовыми затратами лучше брать полимерные трубы. Для сборки обжимных соединений из металлопластика и полиэтилена не потребуется специальных инструментов, а полипропилен придется паять (сварочный аппарат берется в аренду). Конечно, по стоимости материалу ППР нет равных, но из соображений надежности и долговечности мы рекомендуем использовать трубопроводы PEX из сшитого полиэтилена.
Медь и гофрированную нержавейку можно тоже монтировать на обжимных фитингах, но первая отличается высокой ценой, а вторая – значительным гидравлическим сопротивлением. Что касается черного металла, то он неудобен во всех отношениях – монтаж на сварке и подверженность коррозии отодвигают его на последнее место. Подробнее о выборе труб рассказывается в очередном видеоматериале:
Сейчас в торговой сети предлагаются отопительные приборы таких видов:
- стальные панельные;
- сделанные из сплава алюминия с кремнием (силумина);
- то же, но с каркасом из стальных труб, название – биметаллические;
- чугунные батареи – аналоги советских «гармошек» МС 140 и модели в стиле ретро.
Примечание. Последние 3 разновидности радиаторов набираются из нужного количества секций по теплоотдаче.
Стальной панельный радиатор
С точки зрения экономии выгоднее покупать стальные батареи, отличающиеся демократичной ценой. Алюминиевые приборы дороже, но интенсивнее отдают тепло. Эти 2 разновидности наиболее востребованы для закрытых систем отопления частных домов.
Нагревательный прибор из алюминия
Биметаллические радиаторы предназначены для отопительных сетей с низкокачественным теплоносителем, поступающим с перепадами давления, что характерно для централизованного теплоснабжения многоквартирных домов. Покупать эти дорогостоящие изделия в загородный дом с автономным отоплением бессмысленно.
Чугунные «гармошки» сильно проигрывают другим батареям по внешнему виду и весу. Но благодаря низкой цене находят применение в промышленных зданиях и хозпостройках. В то же время винтажные радиаторы из чугуна отличаются безупречным дизайном, но слишком дороги по цене.
Чтобы подобрать отопительный прибор по мощности, сделайте простой расчет: указанную в паспорте теплоотдачу разделите на 1,5. Так вы узнаете реальную мощность радиатора, ведь в документации отражены характеристики для определенных условий эксплуатации, не совпадающих с действительностью.
Совет. Не забудьте приобрести радиаторную арматуру – шаровой кран для подачи и балансировочный вентиль на обратку. Если вы решили поставить на батареи энергосберегающие терморегуляторы с преднастройкой, то на выходе из прибора должен устанавливаться обычный отсекающий кран.
В закрытых отопительных системах частных жилищ обычно применяется 3 типа бытовых циркуляционных насосов, развивающих напор 4, 6 и 8 м водяного столба (это давление 0,4, 0,6 и 0,8 Бар соответственно). Мы предлагаем не углубляться в сложные гидравлические расчеты, а подобрать насосный агрегат по следующим признакам:
- Для одно — и двухэтажного здания площадью до 200 м² достаточно напора 4 м.
- В коттедж площадью 200—300 м² понадобится насос давлением 0,6 Бар (6 м).
- Циркуляцию в сети трехэтажного особняка на 400—500 м² обеспечит агрегат с напором 8 м водного столба.
Справка. О мощности насоса нужно судить по его маркировке. Например, изделие бренда Grundfos 25-40 имеет диаметр подключения 25 мм и развивает давление 0,4 Бар.
Чтобы подобрать размер расширительного бака, вам следует вычислить объем воды во всей закрытой системе отопления вместе с котловым баком. Учитывая тот факт, что при нагреве с 10 до 90 °С вода расширяется примерно на 5%, вместительность бачка должна составлять 1/10 часть от общего количества теплоносителя.
Мы решили осветить данный вопрос, поскольку заливка закрытой системы должна производиться по определенному алгоритму, чтобы не осталось воздушных пробок:
- Вначале все отопительные приборы должны быть отсечены от магистралей с помощью кранов. Остальную арматуру полностью откройте и включите подпитку из водопровода. Наполняйте трубы медленно, чтобы воздух успевал уходить через клапан на группе безопасности.
- Когда давление достигнет 1 Бар (следите за манометром), остановите наполнение и включите на несколько минут циркуляционный насос, дабы выдавить остатки воздуха.
- Оставьте помощника поддерживать давление на уровне 1 Бар, а сами поочередно открывайте радиаторные вентили и спускайте воздух кранами Маевского.
- По окончании запустите котел и насос, прогрейте теплоноситель и стравите воздух из батарей еще раз.
Убедившись, что все трубопроводы и отопительные приборы полностью прогрелись, поднимите давление в сети до 1,5—2 Бар при температуре на котле 80 °С.
Невзирая на всю популярность водяных систем закрытого типа, они вовсе не являются панацеей. Во многих населенных пунктах с нестабильным электроснабжением монтировать такие схемы нет смысла, ведь придется нести затраты на покупку ИБП или генератора, а это нецелесообразно. При подобном раскладе нет альтернативы самотечным системам с естественной циркуляцией.
09 Окт 2019 admin 20