Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Как сделать правильно отопление в частном доме из трубы: монтаж системы

Металл — проверенный материал для обустройства греющих контуров. Благодаря своим характеристикам и свойствам сталь может быть оптимальным вариантом при реализации гравитационной схемы. Металлические трубы отлично подойдут для твердотопливного котлоагрегата или печи со встроенным теплообменником. В таких отопительных контурах возможно вскипание воды, что приводит к повреждению полимерных трубопроводов.

Последовательность монтажа системы отопления схожа со сборкой контура из полипропиленовых труб. Начинают работу с разметки мест расположения радиаторов, подводок и магистралей. Как правило, сборку контура осуществляют с помощью сварки (электрической или газовой).

Реже используют резьбовые и фланцевые соединения. чтобы выполнять монтаж стальных труб с помощью сварки, необходимо иметь достаточно высокую квалификацию и навыки. В противном случае эту работу лучше доверить специалисту.

Классификация теплоснабжающих систем

В коттеджах, домах и просто одноэтажных зданиях устанавливают автономные системы отопления или те, которые зависят от внешних источников питания. Первые будут функционировать на сжиженном газе, на дизельном и твердом топливе. Вторые требуют подключения к электрической сети или магистрального газопровода. Еще одним отличием между вариантами теплового снабжения заключается в том, что человеку требуется участвовать в работе оборудования.

Системы с управлением, которое автоматизировано, не требуют постоянного присмотра или ручных настроек. Поддержание требуемой температуры внутри дома обеспечивается работой термодатчиков и термостатами. Такие приборы помогают регулярно контролировать изменение показателей температуры, а это дает отопительной системе учесть все факторы, которые будут оказывать непосредственное влияние на температуру внутри помещения – тепло от солнца, излучения других бытовых устройств, нагревание от осветительной лампы и прочее.

В классификации систем отопления следует принимать во внимание следующие признаки:

• Тип теплоносителя – воздух, пар, вода, комбинированный.
• Вид топлива – электричество, газ, дрова, торф, пеллеты или уголь.
• Способ движения теплового носителя – естественная и принудительная циркуляция.
• Ход передвижения теплового носителя – тупиковый и попутный.
• Способ подключения котла – двухтрубная и однотрубная система.
• Схема разводки – горизонтальное или вертикальное расположение разводящей линии, верхнее или нижнее прокладывание, комбинированный метод.

В зданиях в большим количеством квартир чаще всего используют вертикальную схему разводки, а в одноэтажных домиках чаще всего горизонтальная. Комбинированный способ подачи тепла используется преимущественно в новостройках.

Однотрубная схема отопительных систем

Однотрубная система отопления: вертикальная и горизонтальная разводка.

В однотрубной схеме систем отопления подвод горячего теплоносителя (подача) к радиатору и отвод остывшего (обратка) осуществляется по одной трубе. Все приборы относительно направления движения теплоносителя соединены между собой последовательно. Поэтому температура теплоносителя на входе в каждый последующий радиатор по стояку значительно снижается после снятия тепла с предыдущего радиатора. Соответственно теплоотдача радиаторов с удалением от первого прибора снижается.

Такие схемы используются, в основном, в старых системах центрального теплоснабжения многоэтажных зданий и в автономных системах гравитационного типа (естественная циркуляция теплоносителя) в частных жилых домах. Главным определяющим недостатком однотрубной системы является невозможность независимой регулировки теплоотдачи каждого радиатора в отдельности.

Для устранения этого недостатка возможно использование однотрубной схемы с байпасом (перемычкой между подачей и обраткой), но и в этой схеме первый радиатор будет на ветке всегда самый горячий, а последний самым холодным.

В многоэтажных домах используется вертикальная однотрубная система отопления.

В многоэтажных домах использование такой схемы позволяет экономить на длине и стоимости подводящих сетей. Как правило, отопительная система выполнена в виде вертикальных стояков, проходящих через все этажи здания. Теплоотдача радиаторов рассчитывается при проектировании системы и не может быть отрегулирована с помощью радиаторных вентилей или другой регулирующей арматуры. При современных требованиях к комфортным условиям в помещениях, эта схема подключения приборов водяного обогрева не удовлетворяет требованиям жителей квартир, находящихся на разных этажах, но присоединенных к одному стояку системы отопления. Потребители тепла вынуждены «терпеть» перегрев или недогрев температуры воздуха в переходный осенний и весенний период.

Отопление по однотрубной схеме в частном доме.

В частных домах однотрубная схема используется в гравитационных отопительных сетях, в которых циркуляция горячей воды осуществляется благодаря дифференциалу плотностей нагретого и остывшего теплоносителей. Поэтому такие системы получили название естественных. Главным плюсом этой системы является энергонезависимость. Когда, например, при отсутствии в системе циркуляционного насоса, подключаемого к сетям электроснабжения и, в случае перебоев с энергопитанием, система отопления продолжает функционировать.

Главным недостатком гравитационной однотрубной схемы подключения является неравномерное распределение температуры теплоносителя по радиаторам. Первые радиаторы на ветке будут самые горячие, а по мере удаления от источника тепла температура будет падать. Металлоемкость гравитационных систем всегда выше, чем у принудительных за счет большего диаметра трубопроводов.

Видео о устройстве однотрубной схемы отопления в многоквартирном доме:

Открытые и закрытые системы

По мере нагревания объём теплоносителя увеличивается. Появляются излишки жидкости, которые должны оставаться в системе. Для разогретого теплоносителя предусматривают установку расширительных бачков. Их объём выбирают из расчёта 10-15% от полной ёмкости котла, труб, радиаторов.

По конструкции определяют вид: закрытая или открытая.

Открытый тип

В открытых вариантах в качестве бака используют любую ёмкость, стойкую к коррозии и температуре около 80 оС. Это может быть бак из нержавеющей стали или защищённого от коррозии чёрного металла. Прибор устанавливают в самой верхней точке, что исключает вытекание теплоносителя под действием столба жидкости.

В нижней части находится патрубок для присоединения к трубопроводу. Вверху оставляют лючок для долива воды.

В других вариантах долив испарившейся воды осуществляют с помощью присоединения к водопроводной сети (см. схему ниже) и организации слива излишков в канализацию.

Для предотвращения перелива и автоматического удаления воздуха, бак часто делают герметичным, а в верхней части ёмкости монтируют автоматический клапан-стравливатель. Этот вариант предпочтительнее, если бак находится на чердаке и доступ к нему затруднён.

Закрытые системы

В закрытых схемах используют герметичные расширительные баки двух типов: с диафрагменной или баллонной мембраной .

До начала заполнения системы через ниппель в воздушной камере нагнетают давление до 1,5 атм. Затем заполняют систему теплоносителем до показаний манометра 1,8-2 атм.

Далее бак работает в автоматическом режиме:

1. При нагревании жидкость расширяется.
2. Повышается давление, излишки теплоносителя через патрубок поступают в рабочую полость бака.
3. Разделяющая мембрана эластична, поэтому рабочая зона увеличивается. Одновременно повышается давление воздуха во втором отсеке бака.
4. После остывания теплоноситель уменьшается в объёме и мембрана, распрямляясь под действием сжатого воздуха, выдавливает теплоноситель в систему отопления.

Контакт рабочей жидкости и воздуха помещений исключён, поэтому в закрытых системах можно использовать любые разрешённые производителем отопительного оборудования антифризы и гликоли.

В закрытых системах расширительный бак может быть установлен в любом месте, но предпочтение отдают монтажу вблизи котла: бак не портит вид жилых помещений, облегчается обслуживание.

Классификация однотрубных систем отопления

В данном виде отопления отсутствуют разделения на обратные и подающие трубопроводы, поскольку теплоноситель после выхода из котла идет по одному кольцу, после чего опять возвращается в котел. Радиаторы в данном случае имеют последовательное расположение. В каждый из этих радиаторов теплоноситель попадает по очереди. сначала в первый, потом во второй и так далее. Однако температура теплоносителя будет снижаться, и последний в системе отопительный прибор будет иметь температуру ниже первого.

Классификация однотрубных систем отопления выглядит так, каждый из видов при этом имеет свои собственные схемы:

• закрытые системы отопления. которые не сообщаются с воздухом. Отличаются избыточным давлением, воздух можно сбросить только вручную посредством специальных вентилей или же автоматических воздушных клапанов. Подобные системы отопления могут работать с циркулярными насосами. Такое отопление также может иметь нижнюю разводку и соответствующую схему;
• открытые системы отопления. которые сообщаются с атмосферой при помощи расширительного бака для сбрасывания лишнего воздуха. В данном случае кольцо с теплоносителем следует размещать выше уровня приборов отопления, в противном же случае в них будет собираться воздух и циркуляция воды будет нарушена;
• горизонтальные – в таких системах трубы теплоносителя размещены горизонтально. Это отлично подходит для частных одноэтажных домой или же квартир, где есть автономная система отопления. Однотрубный вид отопления с нижней разводкой и соответствующая схема – лучший вариант;
• вертикальные – трубы теплоносителя в данном случае размещены в вертикальной плоскости. Такая система отопления лучше всего подходит для частных жилых домов, состоящих из двух-четырех этажей.

Нижняя и горизонтальная разводка системы и ее схемы

Циркуляция теплоносителя в горизонтальной схеме прокладки труб обеспечивается при помощи насоса. А подающие трубы размещены над полом или под ним. Горизонтальная магистраль с нижней разводкой должна быть проложена с небольшим уклоном от котла, радиаторы же нужно ставить все на одном уровне.

В домах, где два этажа, подобная схема разводки имеет два стояка — подающий и обратный, вертикальная же схема допускает их большее количество. Во время принудительной циркуляции теплоагента с применением насоса температура в помещении повышается намного быстрее. Поэтому чтобы установить такую систему отопления нужно использовать трубы с меньшим диаметром, нежели в случаях естественного движения теплоносителя.

Циркуляционный насос следует устанавливать всегда в конце обратной части трубопровода независимо от того, какую вы выбрали схему системы отопления. Дело состоит в том, что максимальная температура рабочей жидкости в насосе должна составлять 60 градусов. Если разводка вертикальная в двухэтажном строении, систему нужно оснащать стояком, посредством которого теплоноситель будет подниматься на второй этаж. Стояк должен врезаться до первого радиатора нижнего этажа, если это позволит сделать планировка дома.

На трубах, которые входят в этажи, нужно ставить вентили, которые будут регулировать подачу горячей воды на каждый этаж.

Рассмотрим некоторые схемы разводки для однотрубной системы отопления:

• схема с вертикальной подачей – может иметь естественную или принудительную циркуляцию. При отсутствии насоса теплоноситель циркулирует посредством смены плотности во время остывания при теплообмене. От котла вода поднимается в магистраль верхних этажей, затем по стоякам распределяется по радиаторам и остывает в них, после чего опять возвращается в котел;
• схема однотрубной вертикальной системы с нижней разводкой. В схеме с нижней разводкой возвратная и подающая магистрали идут ниже приборов отопления, а трубопровод проложен в подвале. Теплоноситель подается по стоку, проходит через радиатор и возвращается вниз в подвал через опускной стояк. При данном методе разводки теплопотерь будет значительно меньше, чем тогда, когда трубы находятся на чердаке. Да и обслуживать систему отопления с данной схемой разводки будет очень просто;
• схема однотрубной системы с верхней разводкой. Подающий трубопровод в данной схеме разводки расположен над радиаторами. Подающая магистраль проходит под потолком или через чердак. Через эту магистраль стояки идут вниз и к ним по одному крепятся радиаторы. Обратная магистраль идет или по полу, или под ним или через подвал. Такая схема разводки подойдет в случае естественной циркуляции теплоносителя.

Помните, что если вы не хотите поднимать порог дверей с целью прокладки подающей трубы, вы можете плавно ее понизить под дверью на маленьком кусочке земли с выдерживанием общего уклона.

Естественная циркуляция

Чтобы гарантировать движение воды в самотечной системе, потребуется обустройство разгонного участка. Речь идет об отходящем от котла вертикальном патрубке, внутри которого нагретый теплоноситель двигается вверх. По достижении крайней верхней точки труба плавно поворачивается обратно: это придает воде необходимое ускорение для движения по магистрали. Отопительные системы, имеющие верхнюю разводку, не нуждаются в обустройстве отдельного патрубка: его функция выполняется подающей трубой, поднятой на достаточную высоту.

В одноэтажных зданиях с нижней горизонтальной разводкой для эффективного отопления потребуется наличие разгонного коллектора. Он должен возвышаться над уровнем первой батареи не меньше, чем на 1,5 м. Благодаря разгонному участку становится возможной циркуляция теплоносителя в самотечной системе отопления. Трубы на этом участке обладают большим сечением по сравнению с остальной частью контура. К примеру, если диаметр труб системы 25-32 мм, то разгонный участок должен иметь диаметр 40 мм. Главными преимуществами самотечной системы выступает ее абсолютная энергонезависимость (если используется твердотопливный котел), простота устройства и отсутствие сложных узлов.

Имеются также недостатки:

1. Для минимизации гидравлического сопротивления необходимо применять трубы большого диаметра.
2. Установка любого прибора и устройства приводит к затруднению движения теплоносителя, поэтому существуют определенные ограничения по количеству запорной арматуры (чем ее меньше – тем лучше). Как результат, ремонт и обслуживание усложняется, так как при этом требуется полное отключение системы и слив теплоносителя из контура.
3. Чтобы самотечная система была максимально надежной, потребуется тщательный расчет и балансировка. Это предусматривает подбор оптимальных диаметров труб и числа радиаторных секций. Наиболее удаленные от котла батареи приходится делать на порядок шире: теплоноситель поступает на них достаточно охлажденным.

Как выбрать радиаторы

Весь ассортимент радиаторов сводится к 4 видам:

• Чугунные (современные) – обычные и декоративные. Долго прогреваются и долго отдают тепло. Долговечны. Тяжелые, достаточно дорогие, монтаж производится только вдвоем. Декоративные импортного производства заоблачно дорогие. В частном доме применение таких радиаторов обосновано только при использовании красивых декоративных моделей. Так называемая «вечность» чугуна вдребезги разбивается о недолговечность межсекционных прокладок – может статься, что через десяток лет радиаторы придется перебирать,
• Алюминиевые. Быстро прогреваются и быстро отдают тепло,
• Биметаллические – на прочные стальные трубы нанизаны элементы из алюминия. Самый лучший вариант радиаторов, недостатков практически нет, но это дорогой вариант,
• Стальные тонкостенные радиаторы. Самые дешевые и распространенные. Подвержены коррозии, плохо устойчивы к высокому давлению в многоэтажках.

Радиаторы еще делятся по конструкции на секционные, панельные и регистры. Панельные радиаторы рассчитаны на давление до 0,6 МПа. Плюс панельных радиаторов – то, что в комплект входит крепеж, пробки, кран Маевского, а к секционному радиатору все эти детали придется покупать отдельно. Регистры стальные батареи из металлических труб без радиаторов.

Устройство громоздкое, требует большого количество теплоносителя, не слишком эффективное. Декоративные качества трубчатых регистров не позволяют устанавливать их в домах и квартирах.

Практически выбор радиаторов в частном доме зависит от Ваших финансовых возможностей и визуальных предпочтений. Самые дешевые стальные радиаторы свободно простоят лет 15-20 и больше, затем в случае протечки – можно заменить или просто выбросить одну секцию и перепаять трубы и пользоваться радиаторами дальше.

В многоквартирных домах нельзя устанавливать панельные радиаторы и не стоит устанавливать тонкостенные стальные радиаторы – только если уверены, что они выдержат давление до 16 атмосфер (это максимум, рабочее давление в многоэтажках не поднимается выше 1,0 МПа=10 атмосфер).

Как рассчитать количество секций радиаторов и фитингов?

Традиционный совет – 100 Вт на 1 м² площади помещения с одной наружной стеной и одним окном, 120 Вт на 1 м² площади помещения с двумя наружными стенами и одним окном 130 Вт на 1 м² площади помещения с двумя наружными стенами и двумя окнами.

Считают необходимое количество тепла, полученную мощность увеличивают на 20 % (умножают на 1,2) и получают необходимую мощность отопительного агрегата. Делят мощность на мощность одной секции радиатора и получают количество секций. Если вы живете на севере Российской Федерации, стоит увеличить количество секций и мощность котла еще процентов на 20.

Но эти расчеты верны при температуре входящего теплоносителя 90°С, отходящего 70°С. В реальности такие температуры не существуют ни в частных домах, ни в многоквартирных. Максимальная температура теплоносителя в трубопроводе подачи обычно не превышает 60-70°С. Для нормальной теплоотдачи необходимо увеличить число секций в полтора раза. Кроме того, из-за особенностей однотрубной системы и учета понижения температуры в каждом последующем радиаторе увеличивают количество секций на 10 %.

Более точный способ – расчет теплопотерь через стены, окна, крышу, пол в зависимости от материалов стен, утепления, типа окон. Метод более точный, но трудоемкий, применяется в основном проектантами.

Особенности однотрубной схемы разводки отопления

Простота и практичность – основные преимущества однотрубной разводки. Контур отопления, один или несколько, формируются одной трубой, завязанной на котел. Радиаторы подсоединяются к трубе последовательно.

Каждый из них врезается тройниками в общую трубу контура, а участок между точками врезки каждого теплообменника заменяется на трубу меньшего диаметра, формируя байпас.

Такая схема в быту называется Ленинградка и подходит для большинства одноэтажных частных домов площадью не более 80 м2.

В зависимости от расположения радиаторов этажности здания выбирается однотрубная разводка:

• С нижней разводкой;
• С верхней разводкой.

В зависимости от этажности дома:

• Горизонтальная;
• Вертикальная.

И по типу циркуляции теплоносителя:

• С принудительной циркуляцией;
• С естественной циркуляцией (гравитационная).

Перечислены базовые варианты, которые по необходимости можно комбинировать для получения полноценной системы отопления и охвата всех отапливаемых помещений. Для домов большой площади или двух- трехэтажных формируется несколько параллельных контуров, в каждом из которых организуется однотрубное подключение.

Контуры важно сбалансировать, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла. Для этого используются регулировочные клапаны или гидрострелки, коллекторные группы

Однотрубная схема разводки привлекательна своей экономичностью, однако вместе с этим обладает явными недостатками. Радиаторы в контуре подсоединены последовательно, а значит, теплоноситель котла поочередно попадает в теплообменники.

Потеряв часть тепла в первой батарее, к последующим уже поступает остывшая вода, что снижает их тепловую мощность.

Схема подключения байпаса

Разрешить эту проблему можно несколькими универсальными способами:

• Каждый последующий радиатор в контуре подбирается с большим числом секций, чтобы итоговая мощность соответствовала требованиям с учетом сниженной температуры теплоносителя. Однако такой вариант увеличивает градиент температуры в начале и конце контура и спасает лишь в случае, если общее число теплообменников в контуре не превышает 6-7 штук;
• Наличие байпасов на каждом радиаторе, а также циркуляционного насоса, позволяет существенно снизить перепад температур. Создавая достаточно большой напор, можно добиться равномерного распределения горячего теплоносителя по основной трубе, а значит, к каждому радиатору будет поступать больше тепла.

Естественно, с принудительной циркуляцией система отопления становится энергозависимой, зато более эффективной.

Для домов большой площади всегда можно разбить общий контур на несколько меньших с параллельным включением и даже с отдельным для каждого из них насосом.

С нижней разводкой

Привычная однотрубная схема Ленинградка является наглядным примером нижней разводки. От котла труба идет на уровне пола или даже в подвале. В стремлении сэкономить на материалах следует использовать нижнюю разводку.

Схема системы с нижней разводкой

В двух- трех этажных домах нижняя разводка также определяет позицию подачи и обратки для стояков. Труба от котла идет понизу, и теплоноситель поднимается по стояку, прежде чем попасть в контуры, распределенные по этажам.

С верхней разводкой

Схема с верхней разводкой 1. Прямая 2.Радиатор 3. Обратка 4. Воздухоотводчик 5. Термоголовка

Верхняя разводка актуальна для вертикальной однотрубной схеме. К стоякам подача от котла подводится сверху. От котла коллектор поднимается на чердак или под потолок верхнего этажа и там уже подключается к верхнему контуру и опускается к нижнему.

Особых преимуществ в частном доме верхняя разводка не дает, там более что, обогревая более горячим теплоносителем верхний этаж в ущерб нижнему, дополнительно усиливается градиент температуры воздуха в доме.

Вертикальная

По зданию распределяются стояки возле каждого оконного проема или между ними. Стояки формируют ряд параллельных контуров, в каждом из которых радиаторы подключаться сбоку последовательно с  байпасом.

Горизонтальная

Схема горизонтальной разводки cистемы

Оптимальная схема разводки для одноэтажных или двухэтажных домов. Труба контура укладывается по периметру здания, и в нее врезаются радиаторы с нижним подключением. Участок между точками врезки каждого радиатора, общая труба монтируется меньшего диаметра, заставляя часть теплоносителя проходить через теплообменник.

Чтобы охватить два и более этажей, от котла идет два стояка подачи и обратки, а на этажах отдельно распределяется контур из одной трубы по периметру.

При таком распределении нет жесткой привязки по месту установки между радиаторами на первом и втором этаже.

Как правильно паять полипропилен

Чтобы наглядно увидеть как правильно паять смотрите видео представленное на нашем сайте. Паять полипропиленовые трубопрокаты надо аппаратом для спайки полипропилена.

Видео: как паять полипропилен

Как правильно паять полипропиленовые трубы для отопления своими руками можно посмотреть на видео. Это упростит выполняемую работу, а сам процесс происходит в такой последовательности:

• Прибор которым будем паять включают в сеть. Начинать работу разрешают после того, когда сигнальный индикатор погаснет вторично.
• Заготовки срезаются по нужному размеру. Для этого используют специальные ножницы.
• Ее край, который будем паять нужно, зачистить от фольги. Для таких действий используется шейвер, ним можно снять фаску до нужного показателя. Можно выполнить эту работу и ножом, но такой вариант является более трудным.
• Трубу с фитингом надевают на насадки и держат нужное время. Длительность прогрева зависима от размера трубы. Эти показатели прилагаются в инструкции к паяльнику.
• Далее стыкуются детали. При этом необходимо следить, чтобы не было перекоса, нельзя двигать и поворачивать детали.

Видео: как паять полипропилен своими руками

Компенсаторы

Изделия из полипропилена имеют свойство расширяться при воздействии теплоносителя. При этом трубомагистраль изгибается. Чтобы предупредить эти проблемы используют компенсаторы.

Они выполнены в форме петли из отрезка полипропиленовой заготовки. Обычно такие детали устанавливают в местах большой длины трубопровода.

Если некуда смонтировать компенсатор, то следует в месте поворота оставлять свободное пространство на линейное расширение труб. Тогда трубопровод свободно растянется, и при этом не будет упираться в стенку.

Подсоединение приборов

Для быстрой и надежной работы советуют применять быстроразъемные фитинги – американки. Их надевают на конечные участки трубопровода.

Крепление радиаторов

В частном доме своими руками  крепление радиаторов отопления производят при помощи специальных элементов, которые идут в комплекте. Такие крепежи предусмотрены для тяжелых агрегатов с водой. Применять самодельные конструкции для крепежа может быть не безопасно.

Как монтируется  система отопления из полипропиленовых труб своими руками можно посмотреть на видео. Здесь вся последовательность работы изложена очень детально.

В целом такую работу может выполнить любой человек, не имеющий большого опыта. На это не уйдет много времени.

Смотрите видео уроки на нашем сайте, и у вас не возникнет никаких проблем с монтажом!