Особенности эксплуатации традиционного однотрубного отопления
Типовые схемы вертикальных однотрубных стояков показаны ниже
Вертикальные однотрубные стояки.
На «обвязке» батарей в советское время устройства регулирования не устанавливались. Первые по ходу течения воды приборы нагреты сильнее последних. Температурный перепад в батареях расчитывается по формуле ∆T_р=∆T⁄N, где N – число этажей. По однотрубным стоякам принудительно циркулирует в N и 2N раз больше жидкости, чем по двухтрубным, причем 80 % ее объема протекает по байпасам.
Такая нерациональная (с точки зрения затрат электроэнергии на перекачку жидкости) конструкция применялась из-за ее предельной простоты и экономичности. Низкая цена электроэнергии, удерживаемая по политическим соображениям, не стимулировала ее экономию при принудительной циркуляции избыточного объема теплоносителя.
Однотрубные теплосистемы гидравлически весьма устойчивы и малочувствительны к несанкционированным заменам радиаторов или наращиванию числа их секций. Отключение отдельных батарей почти не изменяет теплоотдачу остальных приборов. Ведь вода в основном проходит по байпасам. А вот двухтрубные теплосистемы при этом обязательно разбалансируются.
Особенности конструкции
- котел;
- магистрали;
- циркуляционный насос;
- радиаторы;
- расширительный бак.
Какими бывают котлы
Собственно сам нагревающий агрегат в такой системе может использоваться любой. Наиболее популярными у владельцев загородных домов являются газовые котлы. Установка такого оборудования обходится довольно-таки дорого. Зато в эксплуатации оно очень экономично. В тех населенных пунктах, где не проведены газовые магистрали, могут использоваться котлы:
- Электрические. Установка такого оборудования обходится очень недорого. Однако само отопление дома в зимний период обычно влетает «в копеечку». Ведь стоит электричество в наше время очень дорого.
- Жидкотопливные. Такие котлы работают чаще всего на солярке. Их преимуществом является относительная экономичность. Недостатком — некоторое неудобство в использовании. Такой котел приходится периодически заправлять.
- Твердотопливные. Это самый дешевый в эксплуатации вид котлов и одновременно самый неудобный в использовании. Котлы этого типа работают на дровах, угле или брикетах.
Расчет необходимой мощности котла отопления для систем с принудительной циркуляцией теплоносителя обычно доверяют специалистам. Выполняя эту операцию, следует учитывать массу самых разных факторов (толщина стен дома, особенности планировки, степень утепленности и т. д). Приблизительно же этот параметр вычисляется, исходя и того, что на 10 м2 помещения требуется 1 кВт мощности.
Магистрали
В однотрубных и в двухтрубных системах отопления принудительного типа в качестве магистралей чаще всего используются металлопластиковые трубы. Эта разновидность хорошо переносит разницу температур между окружающей средой и теплоносителем, а также отличается механической прочностью и долговечностью.
Диаметр труб для отопления
Диаметр у магистралей отопления в схемах с принудительным током обычно не слишком большой. Это считается одним из их преимуществ в сравнении с системами с естественной. Прокладка труб при использовании таких схем производится без уклона, что, конечно же, также может считаться немаловажным плюсом.
При выборе магистралей, помимо всего прочего, должен быть учтен диаметр выходных патрубков котла. Если в этом плане будут какие-либо несовпадения, подключение придется производить с использованием дополнительных элементов. Иногда для прокладки магистралей хозяева загородных домов используют также и стальные трубы. Стоят они очень недорого, но, к сожалению, недолговечны, так как подвержены коррозии. Монтировать магистрали в системах с принудительной циркуляцией можно по стене или под полом.
батареи в системах отопления с принудительным током
Циркуляционный насос
Это один из самых важных элементов в схеме системы отопления с принудительной циркуляцией. Выбирают циркуляционный насос по такому параметру, как мощность. Рассчитывается она по формуле:
Qpu = Qn : 1,163 x Dt [м3/ч],
где Qpu — подача агрегата, Qn — количество потребляемого в доме тепла, Dt — разница температур на обратном и подающем трубопроводах.
Сегодня в продаже имеются в том числе и радиаторы всасывающего типа, монтировать которые можно и на подающей трубе. Такие конструкции способны выдерживать высокие температуры теплоносителя. Однако стоят они очень дорого и используются в схемах систем отопления частных домов довольно-таки редко.
Расширительный бак
Этот элемент в схеме с принудительной циркуляцией теплоносителя используется обязательно. Для систем этого типа обычно применяются мембранные закрытые бачки. Устанавливают их в непосредственной близости от котла на обратной трубе.
В результате не происходит разрыва магистралей. Необходимый для той или иной системы объем бачка определяется по формуле:
V = e x C : (1 — Po/Pmax) x k,
где е — коэффициент расширения теплоносителя, Po — изначальное давление в баке, C — объем воды в системе, Pma x — предельное давление в системе, k — коэффициент заполнения емкости. Последний показатель, как и предельное давление, определяются по специальным таблицам.
Как рассчитать количество радиаторов при однотрубном отоплении с нижней разводкой
Количество секций подключенных батарей при системе отопления с нижней разводкой будет строго ограничено. Оно не должно превышать регламентированные нормы. Расчеты количества радиаторов производятся с опорой на объем помещение, его особенности (количество дверей, оконных проемов, высота потолков), климатическую зону.
Количество радиаторов зависит от площади и планировки помещения
Согласно нормам СНиПа, для отопления 1 кв. м. жилого помещения, находящегося в средней климатической зоне, требуется количество тепла в диапазоне 60-100 Вт. Для территорий с более холодным климатом берутся показатели 150-200 Вт.
Если необходимо обогреть помещение площадью 18 кв. м. при усредненных показателях тепловой мощности (100 Вт), понадобится в итоге 1800 Вт (100*18=1800). Допустим, что в системе отопления будут использоваться алюминиевые радиаторы, мощность каждой секции которого составляет 190 Вт. Это значит, что для исходного помещения понадобится 9,5 секций (1800/190=9,47). Округлять результат можно в любую сторону, в зависимости от назначения отапливаемого помещения.
Чугунные радиаторы имеют наименьшие тепловые показатели – до 145 Вт, поэтому в последнее время используются мало. Биметаллические, как и алюминиевые, могут передавать тепло в количестве до 190-200 Вт.
Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией – это наилучший вариант для обустройства небольших частных домов. А сэкономит средства при отоплении помещений совсем малого размера система с естественной циркуляцией. Владельцам крупных коттеджей стоит рассмотреть возможность установки двухтрубной системы, решающей вопрос с неравномерным остыванием теплоносителя.
Схемы систем отопления с принудительной циркуляцией
Однотрубная система отопления
В частных домах зачастую производят однотрубную систему, где отсутствует разделение на прямую и обратную трубу. Все радиаторы подключаются последовательно, теплоноситель при прохождении по ним, будет понемногу остывать и возвращаться обратно в котел.
Во многом за счет этого система получается довольно простой и экономичной, однако определенные усилия придется приложить для того, чтобы правильно рассчитать температурный режим и разместить требуемое количество радиаторов.
Однотрубная схема может использоваться только в случае, если дом не слишком большой и имеет всего лишь один этаж. Труба должны идти по всем радиаторам напрямую, регулирующие вентили здесь не устанавливаются, так они будут затруднять проход теплоносителя к радиаторам, установленным далее в системе, и в дальнейшем к котлу.
Если принимать внимание положительные стороны подобной системы, то здесь имеется только один такой момент – это небольшая протяженность трубопровода, на покупке которого можно хорошо сэкономить. Недостатков значительно больше:
- Теплоноситель распределяется по всей системе неравномерно. В частности, если радиатор от котла располагается довольно-таки далеко, то прогреваться он будет очень медленно,
- Чтобы провести ремонтные работы, связанные с отопительной системой в доме, придется выключать котел и ждать, пока теплоноситель полностью остынет.
Циркуляционный насос, рассчитанный на однотрубную систему отопления, не должен обладать чрезмерной мощностью, так как теплоносителя не слишком много.
В двухтрубной схеме расход материалов, в частности, труб будет значительно больше – примерно вдвое. Однако эффективность работы двухтрубной схемы систем отопления значительно выше, потому что здесь предусмотрена еще одна магистраль, по которой остывший теплоноситель будет возвращаться обратно к отопительному котлу.
Обеспечить правильную принудительную циркуляцию здесь немного сложнее, но при правильном подходе к данному вопросу отопление будет работать значительно эффективнее, к тому же придется меньше средств отдавать за горючее для котла.
На первом этапе составляют соответствующий проект, которого и нужно будет придерживаться при монтаже. Прямую и обратную магистраль располагают в непосредственной близости друг к другу таким образом, чтобы между ними было не более 15 см. Отличительных особенностей подобной системы существует достаточно много:
- Диаметр прокладываемых труб обычно находится в пределах от 15 до 24 мм. Даже таких небольших показателей будет вполне достаточно для того, чтобы создать необходимую величину давления,
- Трубы можно разводить как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости,
- Чем больше будет поворотов в системе, тем хуже будут гидродинамические показатели отопительной системы. В связи с этим, желательно продумать, чтобы их было значительно меньше,
- Если трубы будут скрыты, то обязательно придется устанавливать так называемые ревизионные или слуховые окна.
При установке циркуляционного насоса следует разместить обходной канал, который позволит теплоносителю перемещаться по системе даже в случае, если будет отключено электричество. Мощность насоса подбирают в зависимости от того, какую площадь планируется отапливать. Желательно знать максимальные и рабочие показатели устройства, его производительность и целый ряд других факторов.
Экономит ли однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией энергию?
В двухтрубном варианте отопления теплоэнергия напрямую экономится. При перегреве помещений термостаты уменьшают расход теплоносителя через отопительные приборы, одновременно уменьшается его проток по стоякам, т.е лишний его объем по трубам не циркулирует.
В однотрубной теплосистеме с термостатами при перегреве помещений (когда закрываются их клапаны) общая принудительная циркуляция жидкости не снижается – она просто не попадает в батареи, и, соответственно, не остывает в них. Теплоэнергия здесь не экономится, но и не расходуется понапрасну, оставаясь в стабильном объеме нагретого теплоносителя. Но его температура в «обратке» повышается, что ведет к росту потерь в трубопроводах. Впрочем, в теплопунктах многоквартирных домов от «обратки» запитан теплообменник ГВС (при его наличии), в котором вода остывает перед возвращением в котельную.
Устройство однотрубной системы
Любая система отопления имеет в конструкции следующие элементы:
- Котел. Бывает электрическим, газовым, работающим на твердом топливе.
- Теплоотдающие устройства. Это могут быть радиаторы, петли теплого пола.
- Расширительный бак. Нужен для компенсации избыточного давления, неизбежно создаваемого любым нагретым теплоносителем.
- Приспособление для циркуляции рабочей среды. Насос, либо разгонный участок трубопровода.
- Трубы, соединительные фитинги, запорная и регулирующая арматура.
Рекомендуем ознакомиться: Как рассчитать расстояние между трубами и их количество при монтаже теплого пола
В однотрубном варианте предусмотрена только одна трубопроводная ветка, совмещающая функции подающего и обратного контура. Магистраль берет начало от котла, последовательно проходя через радиаторы и сообщая им часть тепловой энергии. Пройдя контур, остывшая жидкость вновь попадает в котел.
Что касается неизбежного дисбаланса степени нагрева радиаторов по длине трубопровода, то этот эффект можно попробовать свести к минимуму. Один из способов подразумевает пропорциональное увеличение количества секций на последних в схеме радиаторах. Это увеличит их мощность и позволит выровнять уровень прогрева помещений.
Другой способ заключается в рациональном планировании очередности прохождения теплоносителя по помещениям. Начинать лучше с угловых комнат, спален и детских. В последнюю очередь трасса заходит в нежилые помещения.
Преимущества и недостатки однотрубной системы
- Возможность провести трубу по полу или даже утопить ее в напольном покрытии или проложить под дверным косяком.
- Экономичность материалов (примерно 30–50% трубы).
- Схема наименее сложная для монтажа и ее выполнить вполне под силу самостоятельно.
- Минусом будет неравномерность распределения тепла по всему контуру радиаторов. Те, которые вначале, будут самые горячие, а в конце холодные. Есть способы некоторой регулировки температуры, но их бывает недостаточно.
- При желании естественной циркуляции необходимо выверять уклоны труб, ставить под небольшим наклоном сами батареи, при большой площади дома это может быть проблематично.
- При однотрубной системе нельзя врезать, что-либо, кроме самих радиаторов, например, теплый пол будет плохо прогреваться сам и мешать прогреву контура радиаторов.
2.1. Двухтрубные системы отопления с верхней разводкой
Вода из котла поднимается вверх по подающему трубопроводу и далее поступает по стоякам и подводкам в отопительные приборы (рис. 3-5). Горизонтальные магистрали прокладываются с уклоном. От отопительных приборов вода по обратным подводкам и стоякам поступает в обратный трубопровод и из него в котел.
Рис. 3. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды
Рис. 4. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды: 1 – котел; 2 – главный стояк; 3 – подающая магистраль; 4 – горячие стояки; 5 – обратные стояки; 6 – обратная магистраль; 7 – расширительный бак
Каждый отопительный прибор данной системы отопления (рис. 4) обслуживается двумя трубопроводами – подающим и обратным, поэтому такая система называется двухтрубной. Подпитку воды в систему осуществляют от водопровода, а если его нет, то воду заливают вручную через отверстие расширительного бака. Подпитку отопительной системы из водопровода лучше делать в обратную магистраль, так как холодная вода из водопровода будет смешиваться с относительно горячей водой обратной магистрали и повышать ее плотность, увеличивая циркуляционный напор на время подпитки.
Системы отопления с естественной циркуляцией делают одно- и двухконтурными (рис. 5). В одноконтурных системах котел устанавливают в начале контура, а трубную разводку делают справа или слева от него, опоясывая по периметру весь дом или квартиру, при этом длина кольца по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше до 20 м). Чем длиннее кольцо, тем больше в нем гидравлические сопротивления (силы трения внутри трубы). В двухконтурных системах котел размещают в центре, а трубную разводку (контуры колец) – в обе стороны от котла, общая длина труб по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше – до 20 м). Чтобы получить гидравлически сбалансированную систему, длины колец двухконтурной системы и количество секций радиаторов надо делать примерно одинаковыми.
В зависимости от направления движения теплоносителя в магистральных трубопроводах системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды.
Рис. 5. Схема двухтрубной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя
В тупиковых системах отопления движение горячей воды в подающей магистрали противоположно движению остывшей воды в обратной магистрали. В этой схеме длина циркуляционных колец неодинакова, чем дальше от котла расположен отопительный прибор, тем больше протяженность циркуляционного кольца.
В тупиковых системах добиться одинаковых сопротивлений в коротких и более отдаленных циркуляционных кольцах трудно, поэтому отопительные приборы, близко расположенные к главному стояку, будут прогреваться гораздо лучше, чем удаленные от него. А при малой тепловой нагрузке ближайших к главному стояку циркуляционных колец их гидравлическая увязка становится еще сложнее.
В системах отопления с попутным движением воды все циркуляционные кольца имеют длину протяженность, поэтому стояки и отопительные приборы работают в одинаковых условиях. В таких системах независимо от расположения отопительного прибора по горизонтали в отношении главного стояка их прогрев будет одинаковым. Однако системы отопления с попутным движением воды применяют ограниченно, так как часто при проектировании реальных отопительных систем, учитывающих планировку дома, оказывается, что при монтаже потребуется большее количество труб, чем для тупиковых систем. Поэтому такие системы используют в тех случаях, когда в тупиковой системе невозможна увязка циркуляционных колец между собой.
Чтобы расширить применение тупиковых систем, сокращают протяженность магистралей и вместо одного контура большой длины делают два коротких контура или несколько. В таких случаях обеспечивается лучшая горизонтальная регулировка системы. Балансировку (гидравлическую увязку) отопительных колец контура начинают еще на стадии проектирования системы отопления. Чтобы она работала равномерно, все кольца контура должны иметь примерно одинаковые гидравлические сопротивления, то есть кольцо, расположенное близко к главному стояку, должно иметь почти такое же сопротивление, как и кольцо, удаленное от главного стояка, а сумма гидравлических сопротивлений всех колец не должна превышать величины циркуляционного напора. Иначе циркуляции теплоносителя в системе может не быть.
Однотрубные системы отопления с принудительной и естественной циркуляцией: основные отличия
Способ циркуляции горячей воды в системе определяет её тип: принудительный или естественный. Система отопления с принудительной циркуляцией работает за счет насоса, который устанавливается в обратной части магистрали перед входом в котел. Циркуляционный насос создает оптимальный уровень давления, благодаря которому температура горячей воды сохраняется на всех участках системы.
Отопление с естественной циркуляцией использует физические свойства воды. Горячая жидкость, имеющая меньшую массу и плотность, поднимается по трубам, попадая в радиаторы. В это время более тяжелая холодная вода попадает в котел, где снова нагревается. Преимуществом отопления с естественной циркуляцией является бесперебойная работа системы, не зависящая от подачи электричества.
Основным недостатком, в связи с которым тип отопления с естественной циркуляцией не получил широкого распространения, является ограниченность длины системы. Протяженность контура, при которой система будет работать оптимально, не должна превышать 30 метров. Установка системы с естественной циркуляцией возможна только при использовании маломощного котла, тяги которого будет хватать для отопления небольших помещений.
В системе с принудительной циркуляцией за движение теплоносителя по трубам отвечает насос, который устанавливается поблизости от котла
Применение естественной циркуляции в больших одноэтажных домах становится невозможным также по причине требования к уклону магистральной трубы. Минимальным уклоном является 3-5 градусов. Это значит, что на каждый метр трубы необходимо осуществить перепад высоты в 5-7 см.
Помимо этого, принудительная циркуляция позволяет решить следующие вопросы:
- обеспечение полного контроля над рабочими процессами в системе отопления;
- применить более простую нижнюю разводку системы (при естественной циркуляции возможна только верхняя разводка);
- увеличить протяженность отопительного контура.
Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией может быть переоборудована в сеть с принудительной подачей воды.
Явные преимущества и скрытые недостатки
Если не вдаваться в технические тонкости, открытая однотрубная система отопления одноэтажного дома выглядит чрезвычайно привлекательно:
Одна магистраль, установленная чуть выше уровня пола, – это очень эстетично, радиаторы приварены к ней короткими патрубками, а интерьер не портят спускающиеся с потолка трубы;
Относительно простой расчет, несложные особенности подключения, возможность монтажа своими руками;
Низкое давление с минимальной угрозой протечек;
Практически двойная экономия материала, что для одноэтажного жилища важно;
Меньший объем работы и простота монтажа.
Однако ленинградка нарушает ряд законов гидродинамики и теплотехники. Из-за этого естественная циркуляция в системе одноэтажного контура вялая, а прогрев радиаторов неравномерный, даже если монтажу предшествует точный расчет. Конвекционное движение теплоносителя – теплое вверх, холодное вниз – возможно лишь при достаточно большом перепаде высот между верхней и нижней точками сообщающихся сосудов. В одноэтажном частном доме котел можно опустить только в подполье, при этом от нижнего конца «обратки» до уровня пола не бывает более двух метров.
Читать также: Теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками
Даже при условии точного подключения, сборная и подающая магистрали, которые представлены в одном кольце, обеспечивают небольшое давление из-за минимального перепада высоты. Разница в давлении между верхней и нижней точками системы, как показывает гидравлический расчет, будет всего 0,25 атмосферы. Это давление неспособно обеспечить активную естественную циркуляцию. Гидравлический расчет помогает подобрать оптимальный размер труб, за счет увеличения их диаметра балансировка может быть увеличена, но ненамного.
Читать также: Увеличение давления в системе отопления: как его снизить
В двухэтажных и многоэтажных домах системе использования естественной тепловой конвекции мешает большое гидродинамическое сопротивление. Котлу приходится не только поднимать горячую воду вверх, но и продавливать ее через радиаторы, наблюдается плохая балансировка отопления. Ленинградское отопление здесь потребует установки насоса, причем закрытая система с принудительной циркуляцией будет гораздо эффективней.
Читать также: Расширительный бачок для отопления закрытого типа: расчет и подключение
Гидродинамическое сопротивление однотрубной системы выше, особенно при вертикальной разводке, преодолеть давление способен только мощный котел. Разница по этому показателю между ним и тем, который подает горячую воду в радиаторы сверху, розливом, достигает 50 %. Примерно на ту же величину увеличивается и расход топлива.
С точки зрения теплотехники, такая схема также имеет ряд недостатков, особенно для многоэтажного здания. Виды недостатков: неустойчивая балансировка, неизбежный перегрев радиаторов, стоящих первыми после котла и моментальное остывание последних сразу после окончания топки. Схема предусматривает небольшой перепад высот, это приводит к тому, что естественная циркуляция происходит очень вяло, а при ничтожно малом количестве воздуха в трубах или провисании сборной магистрали, она останавливается совсем. Тогда локальный перегрев приводит к вскипанию котла и неизбежному гидродинамическому удару, после чего система «продавливается» и прогревается полностью. Это явление очень опасное, способное привести к разрушению конструкций многоэтажного дома.
Читать также: Как воздух попадает в систему отопления
Некоторые нюансы проектирования однотрубного контура
Проектирование отопления требует учитывать все особенности дома, включая количество этажей, площадь и расположение комнат. Чем меньше дом – тем проще подготовить эффективную схему. Небольшим дачным домикам достаточно пары-тройки радиаторов и самотёчного контура.
Для больших домов проще продумать контур с принудительной циркуляциейФОТО: termoresurs.ru
Подключение радиаторов к контуру может быть нижним, боковым или диагональным. Самым эффективным считается диагональное подключение, обеспечивающее минимальные потери тепловой энергии.
Вариант бокового подключения гарантирует равномерный прогрев всего радиатора. При таком соединении подводящий и отводящий патрубки находятся с одной стороны радиатора.
Нижнее подключение не так распространено, как первые два. Оно оправдано в том случае, если есть необходимость спрятать трубы под полом. Но нужно помнить, что такая схема – самая неэффективнаяФОТО: santehnika-nk.ru
