Внимание. Двухтрубное отопление может также включать в себя подогрев пола. Отопительные контуры действуют как радиатор, а подающие трубы и смесительный коллектор играют роль подводящей сети. Конструкция напольного отопления аналогична коллекторной системе.
Однотрубная система водяного отопления с напорной и естественной циркуляцией
Выбирая способ отопления дома зимой, средний домовладелец хочет убить двух зайцев одним выстрелом: установить эффективную систему с минимальными инвестициями. Распространенным решением является однотрубная система водяного отопления, которая подходит для небольших отдельно стоящих домов площадью от 50 до 250 м². При определенных обстоятельствах она дешевле, чем другие, более современные типы установки – коллекторная, двухтрубная и петля Тихельмана.
Конструкция и принцип распределения тепла
Такая система называется однотрубной, поскольку нагретая вода поступает в радиаторы и выходит из них через один коллектор. Трубопровод является общим для всех радиаторов, подключенных к главной ветке. Это означает, что вход и выход каждого радиатора подключен к одной и той же трубе, как показано на примере отопительного контура в одноэтажном доме.
Как работает однотрубная радиаторная система отопления?
- Нагретая вода, поступающая из котла, достигает первого радиатора и разделяется тройником на два неравных потока. Большая часть воды продолжает идти прямо по магистрали, меньшая часть попадает в радиатор (примерно 1/3).
- Отдав тепло стенкам радиатора и охладившись на 10-15°C (в зависимости от мощности радиатора и фактической производительности), малый поток возвращается в главный коллектор через выходной патрубок.
- Смешиваясь с основным потоком, охлажденный теплоноситель снижает свою температуру на 0,5-1,5 градуса. Смешанная вода поступает в следующий охладитель, где цикл теплообмена и охлаждения основного потока повторяется.
- В результате каждый последующий охладитель получает более холодную воду. Наконец, охлажденная вода направляется обратно в котел через тот же основной поток.
Важное замечание. Для обеспечения стабильности отопительного контура диаметр распределительной трубы должен быть значительно больше диаметра подключения радиатора. Это правило не распространяется на вертикальные стояки с верхним подключением, где гравитация помогает теплоносителю течь вниз (о типах систем читайте ниже).
Принцип работы двухтрубной системы
Конструкция двухтрубной системы водяного отопления предполагает подачу и отвод теплоносителя от каждого радиатора по двум отдельным трубам. Проще говоря, вход радиатора подключается к подающей трубе, а выход – к обратной. Первая труба распределяет нагретую воду от котла ко всем отопительным приборам; вторая труба собирает остывший теплоноситель и отправляет его обратно в теплогенератор.
Особенности двухконтурной разводки воды:
- Если все компоненты системы рассчитаны правильно, каждый радиатор получает теплоноситель одинаковой температуры;
- Изменения расхода воды через радиатор, вызванные регулированием, практически не влияют на соседние радиаторы;
- До 40 радиаторов на одно ответвление, если мощность насоса и диаметр водозаборной трубы достаточны для расчетного расхода воды.
Внимание. Цифра 40 основана на практическом опыте проектирования и монтажа отопления на заводе. В сельских домах невозможно подключить такое количество приборов к одной ветке, максимум 10 приборов. При необходимости разводки многоэтажного здания отопительная сеть делится на несколько двухтрубных контуров.
Существует два способа движения воды по трубам и радиаторам – естественная конвекция и принудительная конвекция. Существует также множество различных типов водоснабжения, поэтому мы рекомендуем рассматривать каждую систему отдельно.
4 типа двухтрубных систем
В зависимости от условий прокладки труб и последующей эксплуатации в односемейных домах используются следующие варианты двухтрубных систем:
- Самотечная или самотечная с естественной циркуляцией нагретой воды.
- Классическая тупиковая система отопления.
- Циркулярная с перетоком теплоносителя, она же петля Тихельмана.
- Радиальная с индивидуальным распределением тепла к радиаторам от коллектора.
Внимание. Напольное отопление можно также комбинировать с двухтрубным отоплением. Отопительные контуры выступают в роли радиаторов, а подающие трубы и смесительный коллектор играют роль подводящей сети. Конструкция напольного отопления аналогична коллекторной системе.
В гравитационном варианте система работает без избыточного давления, при этом теплоноситель контактирует с атмосферой через открытый расширительный бак. Остальные 3 схемы представляют собой закрытые системы, работающие при давлении 1-2,5 бар и имеющие только принудительную циркуляцию горячей воды. Давайте теперь объясним каждую схему на примере двухэтажного дома.
Гравитационное отопление
Принцип работы системы с естественным движением теплоносителя основан на явлении конвекции – горячая и менее плотная жидкость стремится подняться вверх по трубе, вытесняемая более тяжелыми холодными слоями. По мере того, как котел нагревает воду, она становится легче и движется по стояку со скоростью 0,1-0,3 м/с, после чего рассеивается в магистрали и радиаторах.
Объяснение. Предполагается, что нагретая и охлажденная жидкость находится в одном замкнутом контуре, в данном случае в отопительной сети отдельно стоящего дома.
Приведем характеристики двухтрубной гравитационной системы отопления для двухэтажного здания, показанного на рисунке:
Диаметр труб для гравитационного отопления
Первым и основным требованием для надежного гравитационного отопления является большой диаметр стояков (вертикальных магистральных труб) и стояков (верхних и нижних горизонтальных подающих труб). По этому поводу часто можно услышать одно из основных заблуждений:
Миф 1: В гравитационной системе отопления с тонкими трубами никогда не будет циркуляции.
Это не совсем верно. Циркуляция может быть достигнута и при тонких трубах. Однако такая система не подходит для комфортного отопления.
Дело в том, что в тонкой трубе воды будет меньше, чем в толстой. Это и понятно – площадь поперечного сечения увеличивается пропорционально диаметру. Труба диаметром, например, 20 мм и высотой стояка 6 метров вместит всего два литра воды. Если разница температур между "подачей" 60°C и "возвратом" 40°C, то разница в массе составит 11 грамм. Этого уже достаточно, чтобы привести воду в движение – тяжелая холодная вода начнет толкаться вниз. Однако в длинных трубах трение воды о стенки нивелирует силу тяжести, и циркуляции не будет. Есть два способа решить эту проблему:
- Увеличение разницы температур между "подачей" и "возвратом";
- Повышение начальной температуры "подачи". – Разница в массе при более высоких температурах больше (см. таблицу).
Обычно используется первый метод – включение радиаторов в систему циркуляции. Это быстрее охлаждает теплоноситель, отбирая у него тепло и возвращая его в помещение. Однако это не может продолжаться бесконечно. Когда вода достигнет комнатной температуры, она перестанет охлаждаться, а разницы в массе все равно не хватит для естественной циркуляции. Кроме того, сами радиаторы также увеличивают сопротивление системы.
В результате вода в котле должна быть нагрета до более высокой температуры. Циркуляция начнется, но в доме станет жарко, потому что температура теплоносителя поднимется выше расчетной. И эффективность такой системы резко снизится. Дело в том, что холодная вода "забирает" больше тепла от сжигания топлива, чем горячая. Поэтому, когда вы попытаетесь еще больше нагреть горячий теплоноситель, большая часть тепла от сгорания топлива буквально выльется в трубчатый котел, оставив его неиспользованным.
Угол трубы отопления с естественной циркуляцией
Миф №2: Если гравитационная система отопления установлена без угла в направлении потока воды, то циркуляции не будет.
Это утверждение также в корне неверно. Как объяснялось выше, циркуляция не вызвана движением воды сверху вниз "под действием силы тяжести", хотя иногда систему называют именно так. Движение вызывается разницей в весе воды в контуре циркуляции. Если он отключен, вода не будет циркулировать по горизонтали. В противном случае циркуляция будет происходить, даже если горячая вода должна течь вверх по склону. Это совершенно естественно. Ведь вода поднимается из бойлера по совершенно вертикальному коллектору. Только холодная вода снизу имеет больший вес. Поэтому гравитационная система отопления в отдельно стоящем доме без уклона также будет работать.
Однако смысл в прокладке системы с уклоном в направлении потока теплоносителя все же есть. Дело в том, что в водяной системе с естественной циркуляцией, равно как и с принудительной, всегда будет скапливаться воздух. Он будет выделяться из воды при ее нагревании или попадать в систему при доливе охлаждающей жидкости.
В системе с принудительной циркуляцией насос ускоряет поток воздуха, и теплоноситель движется вместе с ним. В гравитационной системе, однако, скорость движения низкая. Поэтому воздух скапливается в одной точке и создает затор, препятствующий движению воды.
Преимущества однотрубной системы
При организации отопления в частных домах этот вариант является наиболее популярным. Это объясняется, прежде всего, доступностью, которая достигается за счет уменьшения количества расходных материалов, а также относительной простотой проведения запланированных работ. Чаще всего владельцы не привлекают специалистов, так как самостоятельная установка не вызывает проблем. Однако у системы есть и другие положительные стороны, такие как
- гидравлическая стабильность исключает возможность изменения теплоотдачи радиаторов в случае отключения отдельных контуров, расширения или замены радиаторов;
- система может быть смонтирована с использованием минимального количества труб; главное – правильно подобрать диаметр труб;
3. небольшой объем теплоносителя быстрее нагревает систему и требует меньше топлива, поэтому она более экономична;
4. трубопровод не портит общий дизайн интерьера, а при необходимости трубы можно легко спрятать, например, под декоративным коробом;
5. если дополнительно установить запорную арматуру для регулирования работы отдельных радиаторов, то экономичность 6. отопления может быть еще больше увеличена.
6. отопления может быть еще больше увеличена;
Надежность, простота конструкции, отсутствие сложностей в использовании, обслуживании.
Если правильно выполнить расчеты для системы отопления с естественной циркуляцией и предусмотреть специальное оборудование для управления установкой, это позволит полностью автоматизировать работу, повысив удобство использования и надежность эксплуатации.
Основные требования и принципы для системы отопления без циркуляционного насоса
Схема установки системы
Любой рассмотренный вариант будет иметь один существенный недостаток – отсутствие давления, по этой причине, если при монтаже будут допущены ошибки, это приведет к снижению эффективности работы конструкции. Важно учитывать, что на функционировании негативно скажется большое количество изгибов, уклонов, изменение диаметра труб и неправильная схема разводки. При составлении схем следует учитывать:
– тип, диаметр труб;
– тип воды, тип теплоносителя.
Рассмотрим их все подробно:
Диаметр труб. В этом случае необходим ответственный выбор; при неправильных расчетах эффективность отопления снизится. Рассмотрим:
- Добавьте 20-25% к расчетному значению;
- Для выбора можно обратиться к таблицам;
- Выбор диаметра может зависеть от материалов, из которых изготовлены трубы; если используются стальные трубы, выбирайте внутренний диаметр не менее 50 мм.
Циркуляция воды в системе отопления будет зависеть от того, насколько правильно подобраны трубы. Однако всегда необходимо учитывать дополнительные моменты при создании трубопроводной системы, можно использовать следующие варианты труб:
- Стальные. Они характеризуются высокой теплопроводностью, а их главное преимущество – прочность. Этот материал легко выдерживает гидравлические удары, но при его использовании вам понадобится сварочный аппарат;
- Металлопластик. Внутренняя поверхность идеально гладкая, что сводит к минимуму вероятность засорения. Однако следует отметить, что такие трубы недолговечны, что является существенным недостатком;
- Полипропилен. Этот вариант наиболее подходит для создания контуров. При правильном монтаже вы можете рассчитывать на долговечное и надежное отопление в вашем доме. В среднем такие трубы могут прослужить 25-30 лет;
- Медь. Хороший вариант, но очень дорогой. К преимуществам относятся долговечность, надежность, повышенная устойчивость к коррозии.