Из чего состоит система отопления

Классификация и основные элементы системы отопления

Организация отопления частного дома без преувеличения считается целой наукой. Разнообразие предложений на рынке потребовало классификации систем отопления. Они имеют как принципиальные, так и незначительные отличия. Потребитель имеет возможность выбора наиболее подходящего варианта для своих потребностей. Но прежде необходимо разобраться в конструктивных особенностях, преимуществах и недостатках каждой схемы.

Классификация

Чаще всего в качестве теплоносителя выступает вода. Именно поэтому системы с использованием жидкости для транспортировки калорий принято называть водяными. Хотя они могут использовать сложные химические составы с низкой температурой замерзания. Существуют и другие варианты отопительных схем:

Паровое отопление. В роли теплоносителя выступает перегретый пар. Он подается по магистралям под давлением. Высокая температура позволяет использовать более компактное отопительное оборудование. В крайнем случае, устройства таких же размеров отличаются более высокой продуктивностью.
Воздушное отопление. Прогретый до комфортной температуры воздух распространяется по отапливаемым помещениям. Данная система дополнительно вентилирует здание.
Децентрализованное отопление. Отдельная категория, которая характеризуется смешанным способом теплообеспечения. К примеру, в одной части дома может использоваться печное отопление, а в другой – электрическое. Даже если везде применяется однотипный способ обогрева, система имеет право называться децентрализованной, когда используется более одного теплогенератора.

Каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки, особенности использования и монтажа. Рассмотреть все в одной статье нереально и нецелесообразно. Поэтому следует отдать предпочтение наиболее распространенному способу обеспечения жилья теплом – водяному. Он характеризуется множеством показателей, которые и являются отличительными особенностями конкретной системы.

Зависимые и независимые

Принадлежность к какой-либо группе определяет способ подачи теплоносителя. Если он поступает извне, такая схема называется зависимой. Она может служить чисто для отопления зданий, а может обеспечивать и хозяйственные потребности в горячей воде. Именно такой способ теплообеспечения положен в основу городских систем. Следует отметить, что и частные домовладения подключаются к централизованным магистралям, если предоставляется такая возможность.

Независимые варианты – это копия централизованных систем в миниатюре. Они имеют свой индивидуальный источник тепловой энергии и магистрали. Основное отличие заключается в том, что автономные системы малопродуктивны и обслуживаются владельцами жилья. Специалисты привлекаются периодически в качестве консультантов или исполнителей определенного рода работ.

Гравитационные

Схемы с естественной циркуляцией в последнее время уступают свои позиции. Доступными стали циркуляционные насосы, а преимущества их использования выглядят впечатляюще. Тем не менее, такие системы обеспечения теплом нередко встречаются в небольших домах. Основное их преимущество – полная независимость от поставок электроэнергии.

В основу их функциональности положен факт разной плотности холодного и нагретого теплоносителя — горячая вода всегда стремится вверх. В замкнутом пространстве холодные потоки вытесняют нагретые и заставляют их двигаться в сторону от источника тепла. При соблюдении некоторых правил монтажа создаются системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Здесь очень важно соблюсти уклоны тепловых магистралей.

Создание гравитационных систем подчиняется ряду требований:

Котел желательно расположить ниже контура. Иногда его выносят в подвалы (за исключением газовых приборов) или же монтируют в углублении относительно пола. Стоит отметить, что современные отопительные устройства далеко не всегда нуждаются в подобном подходе.
От котла подающий трубопровод поднимается вертикально вверх до максимально возможной точки. Таким способом создается возможность разгона теплоносителя.
Открытые системы в самой верхней точке нуждаются в установке расширительного бака. В закрытых системах в этом месте монтируется автоматический отводчик воздуха. Реже устанавливается кран Маевского, который может работать исключительно в ручном режиме. Расширительный бачок в закрытых системах может быть установлен в любой другой части контура.
Теплоноситель, имея потенциал кинетической энергии, проходит все радиаторы отопления, отдавая запас тепла. По возвращении к отопительному агрегату цикл повторяется.

В системах с естественной циркуляцией количество запорной арматуры сводится к минимуму. Жесткие требования и относительно диаметра труб — он не должен быть меньше 32 мм. Все это направлено на снижение гидравлического сопротивления схемы.

Принудительные

Подключение к котлу

В данных вариантах систем используется внешняя подача теплоносителя, а в автономных схемах монтируется циркуляционный насос. При этом они успешно используются в закрытых и открытых вариантах. Преимущества данного решения:

Монтаж труб может выполняться без уклона строго в горизонтальной плоскости. Хотя на практике большинство специалистов рекомендуют оставлять хотя бы небольшой уклон. Это предоставляет некоторые дополнительные возможности (описаны ниже).
Принудительная циркуляция позволяет быстро и равномерно обогреть все помещения. В гравитационных схемах радиаторы, расположенные ближе к котлу, всегда теплее, чем те, что установлены дальше.

Почему же предпочтительнее соблюдать уклоны? Все очень просто. Это дает возможность полноценно использовать систему при отключениях электричества. Циркуляционные насосы всегда монтируются через байпас. На основной трубе ставится кран, который закрыт при работающем насосе. Если нет электричества, кран открывается, и теплоноситель может циркулировать под воздействием гравитации. Получается практически энергонезависимая система.

Одно- или двухтрубные варианты

Вариант двухтрубной системы

Однотрубная отопительная система выглядит довольно просто — к одной магистрали параллельно или последовательно подключены радиаторы отопления. Здесь нет обратки. Несомненным достоинством такого решения является минимальный расход материалов. Однако недостаток еще более существенный — очень большая разница температуры между первым и последним радиатором отопления.

Двухтрубная система лишена этого недостатка. Более того, установив на каждой батарее кран, пользователь имеет возможность регулировки температуры по комнатам. Использование системы сопровождается дополнительными преимуществами:

Приблизительно одинаковая температура батарей. Естественно, что некоторый разброс все-таки остается. Однако назвать его существенным никак нельзя.
Экономия ресурсов. Неиспользуемые помещения можно закрыть и снизить температуру в них до минимума.

Магистрали для обратной циркуляции желательно выполнять из труб меньшего диаметра. Так удастся избежать движения теплоносителя по короткому контуру, когда горячим остается только первый радиатор отопления.

Вертикальная или горизонтальная разводка

Варианты отличаются способом транспортировки теплоносителя. К примеру, одноэтажные здания все без исключения имеют горизонтальную разводку системы теплоснабжения. Вертикальная возможна в строениях большей этажности. В многоквартирных домах она доминирует. Хотя на практике чаще всего встречаются комбинированные методы подачи тепла:

В домах советской постройки. Наряду с вертикальными там встречаются участки горизонтальной подачи теплоносителя.
Во многих новостройках. Здесь все еще более запутанно. Многие здания оснащены разводкой, которая сочетает оба метода. Специалисты уже успели окрестить ее перекрестной.

В частных постройках тоже возможны комбинированные варианты. Они встречаются в двухэтажных домах и одноэтажных строениях, если котельная расположена в подвале.

Подключение отопительных приборов

Разные подходы используются, в основном, при монтаже секционных отопительных устройств. Радиаторы и конвекторы могут подключаться такими способами:

Боковой. Наиболее популярный вариант. Он используется в квартирах и подавляющем большинстве частных домов. Характеризуется тем, что ввод и вывод отопительного прибора расположены с одной боковой стороны. Очень короткая подводка от основной магистрали. К недостаткам можно отнести небольшой перепад температуры между отдельными секциями батареи.
Диагональный. Отличается тем, что ввод выполнен с одной стороны, а обратная магистраль подключена по диагонали устройства. Обеспечивается равномерный прогрев всей поверхности радиатора. Однако прибор требует периодической промывки — нижние части могут заиливаться.
Нижний. С точки зрения равномерности обогрева – практически идеальный вариант. Тем более что заиливание нижней части устройства исключено. Недостатком остается только сравнительно высокая стоимость батарей отопления и монтажных работ. Обязательно потребуется установка крана Маевского или автоматического устройства для отвода воздуха.

Стоит отметить, что способ подключения не играет существенной роли в эффективности работы системы отопления. Наверное, из-за этого потребители не придают особого значения решению этого вопроса.

Ключевые элементы системы

Если в городской квартире пользователя интересуют только батареи, то в частном домовладении важны все основные элементы системы отопления.

Котел

Элемент отопительной системы

Это теплогенератор, превращающий потенциал энергетических ресурсов в тепло. Приборы отличаются по типу используемого топлива:

Газовые. Наиболее экономные устройства. Они выгодны, прежде всего, из-за низкой стоимости магистрального газа. Сжиженное или баллонное топливо поднимают стоимость киловатта тепловой энергии в разы.
Твердотопливные. По экономичности уверенно занимают вторую позицию. Могут использоваться практически в любом регионе страны, где есть ресурс, который способен гореть. В качестве топлива используются дрова, уголь, брикеты, торф, твердые органические отходы и прочее. Основное неудобство – потребность в частых загрузках топлива.
Жидкотопливные. Могут работать полностью в автоматическом режиме. Используются нечасто из-за сравнительно высокой стоимости сырья и выделяемого во время работы запаха. Небезопасно и хранение запасов горючей жидкости на приусадебном участке.
Электрические. Используют самый дорогой ресурс. Очень редко монтируются в качестве основного источника тепла. Намного чаще встречаются как дополнительный вариант. Комбинируются с любым другим из перечисленных выше способов отопления.

Производители даже предлагают к реализации комбинированные отопительные котлы. Приобретая такое оборудование, стоит иметь в виду, что КПД устройства уступает специализированным моделям.

Трубы

Магистрали, выполненные из стальных труб, довольно часто устанавливаются в городских многоэтажках по сей день. А вот в частном строительстве используют преимущественно более современные материалы:

Оцинкованная сталь. По прочности не уступает традиционной черной стали, а по устойчивости к коррозии значительно превосходит ее.
Гофрированная нержавейка. Кроме всех преимуществ, характерных для оцинкованных металлов, отлично гнется. Соединения выполняются специальными фитингами и силиконовыми уплотнителями. При сборке магистралей не используются резьбы, что позволяет выполнить работы быстро.
Полиэтилен. Легкий и прочный полимер соединяется обыкновенным низкотемпературным паяльником. Для систем отопления и горячего водоснабжения производители предлагают трубы, армированные фиброй или алюминием. Они очень прочные и обладают низким коэффициентом линейного расширения.
Сшитый полиэтилен. Отличный материал для обустройства популярных «теплых полов». Высокая стойкость к температурным колебаниям, механическая прочность и гибкость отличают его от обыкновенного полиэтилена.

Радиаторы

Форма и размер радиатора выполнены под заказ

Розничная сеть насыщена самыми разными предложениями. Подобно трубам, отопительные приборы принято различать по материалу изготовления:

Чугунные. Хорошо противостоят коррозии и устойчивы к высоким температурам. Не выдерживают резких ударов и частых циклов «нагрева-охлаждения».
Стальные. Существует несколько вариантов исполнения этих устройств — трубчатые, пластинчатые, регистры и конвекторы. Уязвимы для ржавчины, а пластинчатые модели и для механического воздействия. Выгодно отличаются низкой стоимостью.
Алюминиевые. Еще один сравнительно недорогой вид приборов. Обладают отличной теплоотдачей и устойчивостью к окислительным процессам. Нельзя использовать в системах, содержащих медь. Эти два металла образуют гальваническую пару, что отрицательно сказывается на сроке службы алюминиевых радиаторов.
Биметаллические. Удачное конструктивное решение, позволяющее собрать в одном устройстве достоинства двух разных металлов.

Вот вкратце об основных отличительных особенностях и конструктивных элементах отопительных систем для частного дома. Готового рецепта отопления нет. Для каждой постройки всегда найдется исключение, которое категорически не подойдет для другой. Важно к составлению проекта привлекать квалифицированных специалистов с большим практическим опытом. Их знания помогут избежать многих ошибок.

Схема двухтрубной системы отопления

Основные особенности систем отопления, водоснабжения и канализации

Современные конвекторные радиаторы — принцип работы и классификация по видам

Из чего состоит система отопления – подбор составляющих

Сделать систему отопления — значит правильно подобрать и верно смонтировать все ее составляющие. Сейчас не продается готовой системы отопления. Ее нужно собрать из различных компонентов. Это могут сделать специалисты, но тогда стоимость удвоится по сравнению, если делать своими руками.

Если в результате расчетов, или по типовым решениям, выбраны основные параметры, — мощность системы, схема разводки, способ движения жидкости, мощность радиаторов, диаметры трубопроводов, то можно приступать и к выбору других компонентов системы. Основные из них будут теплоноситель, котел, радиаторы, вид трубопроводов, и распределение радиаторов по комнатам.

Теплоноситель

Теплоноситель – чаще обычная вода, с ней меньше проблем. Но если есть риск замораживания системы, например, в случае отъезда хозяев или перебоя поступления энергоносителей, который невозможно устранить в кратчайшие сроки, то систему нужно заливать незамерзайкой.

Тогда лучше заранее подобрать и компоненты системы под теплоноситель, так как у незамерзайки меньшая теплоемкость и она может быть агрессивна по отношению к некоторым материалам, например, к определенным видам резинотехнических изделий в радиаторах, к элементам котла…

С незамерзайкой много проблем. Нельзя применять от «неизвестного производителя» — будет разрушена система. Фирменная жидкость не дешевая, и ее нужно обязательно менять в положенные сроки службы. В общем применение незамерзайки вместо обычной воды — весьма вынужденная мера и у нее должны быть веские основания.

Котел — основа системы отопления

В котле происходит сгорание топлива и нагревание теплоносителя, который по трубам подается к радиаторам, нагревающим воздух в помещении.

Топливом для котла отопления может быть:

Природный газ подаваемый по трубам — сейчас наиболее популярный, дешевый, удобный вид топлива для котлов в частных домах. Выбор газовых котлов велик. Они работают автоматически.
Твердое топливо — уголь, торф, дрова — наиболее надежный источник энергии. Для работы твердотопливного котла не нужна электроэнергия, поэтому иногда такие котлы просто не заменимы. Но они неудобны в эксплуатации, требуют постоянного обслуживания. Тем не менее, они (или печь) находятся практически в каждом доме в качестве резервного источника обогрева, с газовым котлом, или в качестве основного источника, если газового котла нет…
Жидкое топливо — солярка, бензин — наиболее дорогое, требуется емкость для хранения и подачи, возникает запах. Котлы на жидком топливе устанавливаются редко, если нет особой альтернативы.
Электричество — также не дешевый вид энергии. К тому же энергонадзор далеко не везде разрешит подключить мощный (до 15 кВт) электрокотел. Впрочем, из-за удобства применения и обслуживания такой вид энергии имеет некоторую популярность, несмотря на дороговизну, особенно там, где нет газа.
Природное тепло, может служить источником для обогрева дома. Это тепло грунта или водоема, тепло окружающего воздуха, даже если его температура опустилась до отметки 15 град ниже 0. А роль котла выполнить тепловой насос, который умеет насосать тепло прямо из под земли у дома или отобрать его у ветра в морозную погоду.

Обычный выбор сейчас – настенный газовый автоматизированный котел – максимум удобства, при минимуме затрат. Если нет природного газа, то более экономичный вариант — твердотопливный котел с паре с электрическим. Вариант подороже — газгольдер или пеллетный котел.

Трубы

Трубы могут быть медными, стальными, металлопластиковыми из сшитого полиэтилена или полипропиленовыми.

Последние, полипропиленовые трубы все более популярны, они намного дешевле всех остальных видов, их фитинги сравнительно «стоят копейки». К тому же монтаж тоже дешев, сделать его на первый взгляд очень просто и своими руками с помощью сварного аппарата (паяльника).

Но в монтаже и кроется огромный недостаток этого трубопровода. Невозможно визуально оценить качество сварки фитинга и трубы. При этом не редко, когда внутренний диаметр труб уменьшается в месте сварки в разы из-за наплыва материала при его перегреве.

Или когда стык по прошествии времени начинает течь из-за недогрева. Выявить все это можно только в процессе эксплуатации по нарушениям работы системы. После чего нужно переделывать. Тем не менее из-за дешевизны все эти риски «берет на себя» владелец системы, и трубы наиболее популярные….

Металлопластиковые на втором месте по популярности. Их фитинги из латуни и стали не дешевые, делятся на обжимные и компрессионные. Обжимные самые надежные, но их монтаж с гарантией качества делается только специалистами с помощью специального дорогостоящего инструмента.

Стыковка с компрессионными также требует только профессионального подхода, иначе возможен брак. Но качество работы можно отследить в процессе монтажа, соединения получаются обычно очень надежными, поэтому многие специалисты предпочитают металлопластик.

К тому же система получается более презентабельной на вид. Но трубы боятся ударов, на них нельзя становится. Из металлопластика не редко делают всю систему отопления а также эти трубуы всегда применяются при лучевой схеме и в системе теплого пола, а также везде для скрытой прокладки.

Медные трубы или из нержавеющей стали (не путать со стальными) применяются не часто из-за дороговизны и трудностей монтажа. Обычно из них делают подсоединения в котельной, реже всю систему. Выглядят такие трубы презентабельно, очень надежны.

Толстостенные трубы из сшитого полиэтилена особых преимуществ не имеют, но для их обжима на специальных фитингах требуется дорогостоящий инструмент. К тому же сами трубы не совсем ровные. Применяются редко.

Обычный выбор сейчас – полипропиленовый трубопровод, с которым хоть и имеются риски некачественного монтажа, но они окупаются дешевизной.
О выборе диаметров трубопроводов для отопления можно подробней узнать и на данном ресурсе.

Радиаторы

Популярные ранее чугунные радиаторы все более уступают место современным стальным, биметаллическим, алюминиевым. Наиболее дешевые алюминиевые секционные имеют опрятный внешний вид и достаточную надежность и долговечность в любых системах отопления.

Их прямой конкурент — панельные (состоящие из неразборной панели) стальные радиаторы, представляются незаменимыми, если в системе незамерзайка – нет опасности течи на стыках секций радиатора.

Биметаллические особых преимуществ не имеют, разве что в некоторой долговечности при значительном загрязнении жидкости в центральных системах отопления, за счет большей сопротивляемости к износу.

Батареи в основном достаточно подобрать только лишь по внешнему виду. Исключение составляют системы в многоэтажных домах, где имеется повышенное давление или для самотечной системы, где требуется низкое гидравлическое сопротивление.

Распределение радиаторов по мощности

А в подборе мощности радиаторов требуется рассмотреть теплопотери каждой комнаты. Например, имеются две комнаты одинаковой площади, — комната с короткой наружной стеной и небольшим окном и угловая комната с двумя наружными стенами и большими окнами. Ясно, что у второй комнаты минимум в 3 раза больше теплопотери и туда нужно минимум в 3 раза больше мощность радиаторов, чем в первую.

Есть также рекомендации опираться на площадь, но они весьма приблизительны.
— для комнаты с одной наружной стеной и одного окна – 1,1 кВт на 10 м кв.
— для двух наружных стен и одного окна – 1,3 кВт на 10 м кв.;
— для двух наружных стен и двух окон – 1,5 кВт на 10 м кв.;
— для внутренних комнат — радиаторы не нужны
— для внутренней комнаты с одной стеной и наружной дверью – 10 кВт на 10 м кв.
В общем, нужно взять план комнат и «разбросать» общую мощность. Нельзя забывать, что радиатор должен располагаться под каждым полноценным окном в стене, для нормального распределения тепла в комнате.

Особенности подбора и установки радиаторов

При выборе радиаторов в магазине нужно обратить внимание не только на паспортную тепловую мощность, но и на перепад температур при которой эта мощность отдается.

Скорее всего, теплоноситель будет нагреваться не более чем на 60 градусов а остывать до 40 градусов (параметры задаются оптимальным режимом котла), в то же время для радиатора указан перепад температур при которых отдается паспортная мощность — 90/70, следовательно, нужно выбирать радиаторы помощнее процентов на 25 — 35, но консультацию к конкретной модели даст продавец.

Также отдаваемая мощность радиатора будет зависеть и от схемы его подключения к трубопроводам и от места его установки. Так, если радиатор подключить только снизу и закрыть декоративным кожухом, поместить в нишу, то его КПД станет меньше чем 0,7. Лучшая схема подключения – диагональная, подача сверху обратка с другой стороны снизу. Короткие радиаторы подключаются и возвратноточно – подача сверху и обратка снизу с одной стороны.

После подбора основных компонентов системы, нужно переходить к второстепенным. Сборка системы не такая уж и простая, за нее можно браться если «умеете крутить гайки», т.е. имеются навыки ведения сантехнических работ. Не сложно смонтировать отопление на основе полипропиленового или металлопластикового трубопроводов, но конечно же предварительно нужно подобрать и «мелочь», знать типовые схемы, размещение и вид всей запорной арматуры… В общем, создание отопления своими руками процесс не легкий, но, как правило, благодарный.

Системы водяного отопления – принцип работы

Среди жизнеобеспечивающих инженерных систем современных жилых и производственных зданий системы водяного отопления занимают особое положение. Они отличаются по конструктивным особенностям их исполнения, архитектурно-строительным требованиям размещения и эксплуатации, технологическим признакам. Кроме этого, они должны отвечать и определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Все вместе они формируют конкретные, специфические требования к устройству, эксплуатации и содержанию отопительных систем и устройств.

Системы водяного отопления – классификация

Системы водяного отопления современных зданий классифицируют по следующим признакам.

1. По институциональным признакам:

по назначению: для гражданских объектов (жилых и общественных зданий); производственных (промышленных, сельскохозяйственных); специального назначения (транспортных средств, военных и др. объектов);
по формам собственности: государственная, коллективная, частная;
по способу обслуживания: коммунальное обслуживание, самообслуживание, смешанное обслуживание.

2. По технологическим требованиям:

соответствие требованиям термодинамики;
нормам надежности и безопасности устройства и функционирования.

3. По требованиям архитектурно-строительных норм, правил и
стандартов:

по методам тепловых и гидравлических расчетов;
по конструктивным признакам: по способу циркуляции теплоносителя (естественная и принудительная циркуляция); по месту размещения разводки (верхняя и нижняя разводящая магистраль); по способу подводки разводки к отопительным стоякам (с тупиковым или с попутным движением воды, коллекторные); по конструктивным особенностям стояков и схеме монтажа к ним отопительных приборов (однотрубные и двухтрубные системы, вертикальные, горизонтальные); по типу используемых трубопроводов (металлические, неметаллические); по виду теплоносителей (вода, антифризы);
по мощности и типу теплогенераторов и источников теплоты, способу присоединения: местные теплогенераторы на углеродном топливе и электричестве (котлы квартирные, домовые, крышные, блочные) мощностью до 3,0 МВт; централизованные источники теплоты (подающие ее в системы отопления от АЭС, ТЭЦ, КЭС, РТС, КТС через тепловые сети и местные или центральные тепловые пункты) мощностью свыше 3,0 МВт; теплогенераторы на нетрадиционных (возобновляемых) источниках теплоты; по гидравлической связи с централизованным источником теплоты (непосредственное присоединение, гидравлически изолированное); по способу присоединения систем отопления в тепловом пункте (4 варианта основных схем);
по способу автоматизации и учета потребленной теплоты
по определенным санитарно-гигиеническим требованиям.

Основные элементы и технологические особенности водяных систем отопления

Главной принципиальной технологической особенностью водяных систем отопления, в отличие от однопоточных (однотрубных) систем водопровода, газоснабжения и водоотведения, является то, что в соответствии с законами термодинамики системы водяного отопления могут быть циркуляционными, двухпоточными, двухтрубными.

К основным элементам системы отопления относятся: теплогенератор (котел отопления), теплоноситель (вода или антифриз), подающие и обратные магистрали трубопроводов, циркуляционный насос (если система с принудительной циркуляцией теплоносителя), группа безопасности, расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Системы отопления – принцип работы

Принцип работы системы отопления сводится к тому, что нагретый в теплогенераторе (отопительном котле) теплоноситель насосом подается к отопительным приборам здания по подающим трубопроводам с температурой t₁ ºС. В топительных приборах происходит отдача теплоты и охлаждение теплоносителя, и соответственно понижение его температурного потенциала (теплосодержание). Охлажденный до температуры t2, °C, он поступает в обратные трубопроводы, по которым снова возвращается в исходное положение – в теплогенератор для последующего нагрева.

Таким образом, в системах отопления постоянно совершаются тепловые циклы – круговорот теплоносителя в количестве G, кг/ч, и выполняется полезная работа системы по отоплению помещения на температурном перепаде t1 – t2, °C, теплотой в количестве Q, Дж/ч.

Как известно, каждый теплоноситель обладает своей теплоемкостью с, Дж/(кг -°С). Вода имеет теплоемкость с = 4,19 кДж/(кг -°С), это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1 °С необходимо затратить 4,19 кДж теплоты . Зная величины G, t1, t2, с, можно определить количество теплоты Qnp, отданное теплоносителем в приборах отопления обогреваемых помещение за один час или за какой-то период времени z, ч, по формулам:

Qпр = G -с (t1 – t2), Дж/ч (1)
Qпр = G -с (t1 -t2) -z, Дж. (2)

При этом, для поддержания постоянной температуры воздуха внутри помещения t_помп = Const, это количество теплоты Q_пр должно соответствовать потерям теплоты помещением (зданием) – Q_пом, равной сумме тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции помещения (наружные стены, двери и окна, полы и потолки), называемые трансмиссионными – Q_трансм, и расходам теплоты на подогрев поступающего наружного вентиляционного воздуха – Q_вент, а в производственных зданиях, кроме этого, и на нагрев технологических материалов и изделий – Q_техн, ввозимых с улицы.

Должен соблюдаться тепловой баланс:

В последние годы стали учитывать также и внутренние теплопоступления – тепловыделения: от находящихся в помещениях людей, от бытовых электрических и варочных приборов, от технологических аппаратов, от готовой продукции и изделий, от солнечной радиации и др. Эти тепловыделения Q_твн, Дж/ч, уменьшают потребность помещения (здания) в теплоте, которую оно должно получить от системы отопления. Тепловой баланс помещения с учетом внутренних тепловыделений будет выглядеть следующим образом:

Q_пом =Q_пр = Q_трансм + Q_вент + О_техн — Q_твн, Дж/ч (4)

Для эффективного заполнения системы водяного отопления теплоносителем (обычно водой) и удерживания циркуляционного кольца в заполненном состоянии, а также для опорожнения системы необходимо наличие еще трех обязательных элементов – подпиточного устройства (насоса), устройства спуска и расширительного бака.

С помощью устройства подпитки вся система, включающая источник теплоснабжения, циркуляционный насос, подающие и обратные магистрали трубопроводов (подача и обратка), все расположенные в помещении приборы отопления, а также расширительный бак, медленно (через обратную линию) заполняются теплоносителем (водой). В процессе заполнения или подпитке системы теплоноситель вытесняет воздух из внутренних полостей трубопроводов и отопительных приборов вверх, в расширительный бак или в специальные, так называемые воздушники. В некоторых П-образных системах отопления воздушники (краны Маевского) устанавливают в верхних заглушках отопительных приборов.

Если воздух из системы не удалось полностью удалить, то образуются воздушные пробки, которые разрывают поток теплоносителя в трубопроводах и приборах отопления и препятствующие циркуляции его в системе. Нередко встречаются случаи аварийного выхода из строя систем из-за нарушения режима циркуляции (перегрева теплоносителя из-за воздушных пробок). Для эффективного воздухоудаления подающие магистрали трубопроводов устанавливают с небольшим уклоном (i = 0,010) в направлении от главного стояка в сторону приборов отопления, а трубопроводы выполняющие обратную подачу – с тем же уклоном от приборов отопления в сторону источника отопления (теплогенератора) к спускному крану.

При нагреве теплоносителя из него в виде пузырьков выделяются растворенные в холодной воде газы – кислород, азот и углекислый газ, которые таким же образом (через расширительный бак или воздушники) удаляются из системы при эксплуатации ее.

Прокладка разводящих трубопроводов с уклоном позволяет также быстро удалять теплоноситель в случаях опорожнения их для ремонтных целей, предотвращает «зависание» теплоносителя в трубах.

Расширительный бак объемом V (м3) монтируется в самой верхней точке системы (как правило это чердачное помещение), и обязательно утепляется. Он является своеобразным буфером системы отопления, и своим объемом позволяет компенсировать изменение объема циркулирующего теплоносителя – увеличения при нагреве и уменьшения при охлаждении, а также возмещать небольшую потерю его за счет испарения и возможных утечек через неплотности системы. Оборудованный сигнальной и переливной трубами открытый расширительный бак позволяет персоналу периодически контролировать заполненность системы теплоносителем (водой), наполнять и пополнять ее подпиточным устройством при необходимости.

В небольших домовых и коттеджных системах отопления такие наполнения и подпитку ведут из питьевого водопровода, открывая кран на линии подпитки. При отсутствии водопровода ее осуществляют либо с помощью электрического, либо ручного насоса, присоединяемого к промежуточной, периодически пополняемой водой при закачке емкости. В системах водяного отопления крупных многоэтажных зданий для этих целей устанавливают специальные подпиточные насосы и подпитку ведут специально подготовленной умягченной и деаэрированной водой для предотвращения коррозии и зарастания металлических трубопроводов.

В самой нижней точке системы отопления на обратной магистрали трубопровода (обратке) устанавливается спускной кран, при помощи которого осуществляют спуск теплоносителя (воды) из системы, в случаях проведения ремонтных работ или отключения на длительный срок во избежание замораживания в зимний период. Чтобы избежать «зависания» теплоносителя в трубопроводных магистралях и отопительных приборах при спуске следует открывать воздушники установленные в верхних точках системы.

Циркуляционный насос системы отопления устанавливается, как правило, на трубопроводе выполняющем обратную подачу (обратка) перед источником отопления (теплогенератором). В крупных разветвленных системах отопления зданий обычно устанавливают несколько (2-3) циркуляционных насоса (один резервный).

Все упомянутые обязательные элементы систем водяного отопления – теплогенератор, циркуляционный насос, отопительные приборы, расширительный бак, воздушники и подпиточное устройство, приборы КИПиА соединяются между собой трубопроводами в определенной последовательности и порядке, образуя сложную гидравлическую циркуляционную систему – систему замкнутых сообщающихся между собой сосудов и колец, заполненных теплоносителем.

Система отопления: что это такое?

Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодный период времени, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения.

Отопление – искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь и поддержания в них заданного температурного режима.

Система отопления (далее СО) – это совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла в помещения, с целью поддержания в них заданного значения температуры внутреннего воздуха.

Основными элементами системы отопления являются:

источник тепла (котел или тепловая станция);

В зависимости от взаимного расположения источника и потребителя тепла СО подразделяются на:

местные (источник тепла располагается непосредственно в отапливаемом помещении, либо в непосредственной близости от него; расстояние от источника тепла до дальнего отопительного прибора составляет не более нескольких десятков метров);
центральные (источник тепла находится за пределами отапливаемых помещений, а передача тепла от источника к потребителю происходит при помощи теплопроводов тепловых сетей).

В зависимости от вида теплоносителя различают следующие типы системы отопления:

водяные,
воздушные,
паровые,
газовые.

Недостатки систем газового отопления:

Использование в качестве теплоносителя высокотемпературных продуктов сгорания топлива ограничено отопительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками, что обусловлено ухудшением состояния воздушной среды при непосредственном попадании газов в помещение. Удаление продуктов сгорания наружу по каналам усложняет систему и понижает ее КПД.

При использовании в качестве теплоносителя пара появляется возможность быстрого нагревания помещений, т.к. пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью.

Недостатки систем парового отопления:

пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям (при постоянно высокой температуре – 100 о С и более – на поверхности теплопроводов и отопительных приборов происходит разложение оседающей органической пыли;
невозможно качественное регулирование температуры пара;
обладает повышенным уровнем шума (особенно при возобновлении работы после перерывов).

Вследствие этих недостатков, система парового отопления не допускается к применению в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление допускается применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства).

Таким образом, при строительстве загородного дома целесообразно рассматривать водяное или воздушное отопление.

Достоинства водяных систем отопления

Вода представляет собой практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления обеспечивает:

равномерную температуру воздуха;
возможность качественного регулирования при ограничении температуры поверхности отопительных приборов;
значительный срок службы;
бесшумность действия;
простоту обслуживания и ремонта.

Достоинства воздушных систем отопления

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малой теплоемкостью, плотностью и вязкостью. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение и равномерность температуры воздуха в помещениях, совмещать отопление с вентиляцией воздуха, а также избежать установки отопительных приборов.

По способу создания циркуляции теплоносителя в водяных и воздушных системах отопления различают системы:

Разновидности устройства системы отопления: особенности эксплуатации без потерь тепла

Вы просматриваете раздел Компоненты системы, расположенный в большом разделе Отопление.

Система отопления представляет собой совокупность приборов, трубопроводов, регулирующей арматуры и технических деталей, которые предназначены для выработки и переноса тепловой энергии в отапливаемое помещение частного дома.

Отопительные системы классифицируют по источникам энергии, типам и особенностям движения теплоносителей, применяемому оборудованию, схемам монтажа.

Особенности устройства систем отопления: как работает технология?

Типы отопительных систем:

Водяные. Самый распространённый и выгодный вариант. Главный элемент схемы — котёл. Прибор нагревает жидкость, она по трубам поступает в радиаторы, которые прогревают воздух в помещениях.
Воздушные. В качестве источников тепла используют калориферы, которые подают тёплый воздух в комнаты. Как первичный отопитель применяется вода или горячий пар.
Электрические. Системы электрообогрева безопасны, автоматизированы, отличаются эффективностью. Недостаток устройства — дороговизна.

У каждой из систем есть собственные плюсы и минусы. При выборе следует ориентироваться на личные потребности, цели, приоритеты. Владельцы частных домов чаще всего обустраивают водяное отопление. Это рациональное решение, позволяющее создать комфортные условия проживания с минимальными затратами.

Принцип работы водяного отопления

Система представляет собой замкнутый контур, в котором теплоноситель циркулирует по трубам от котла к радиаторам.

Остывая, вода вновь поступает к котлу, и цикл повторяется многократно.

В качестве теплоносителя чаще используют воду, реже — антифриз. Первый вариант выгоднее, а второй — безопаснее, так как системы не размерзнутся в суровые зимы.

Работу отопления регулируют дополнительные приборы, к которым относятся расширительный бак, манометры, предохранительные клапаны, запорная арматура.

Для создания замкнутой цепи используют трубопроводы. При выборе труб необходимо обратить внимание на материал изготовления. Популярные варианты — оцинкованная или нержавеющая сталь, медь, полимеры.

Справка! Чаще выбирают металлопластиковые трубы. Изделия прочны, не подвержены коррозии, долговечны. Внутренние стенки таких трубопроводов гладкие, не зарастают окалиной и накипью, благодаря чему не теряют своих свойств с течением времени.

Естественная и принудительная циркуляция воды

Циркуляция воды обеспечивается за счёт естественных гравитационных процессов или специальных насосов (принудительная циркуляция).

Гравитационные системы выгодны в обустройстве и эксплуатации.

Для него не требуется дополнительное оборудование, а при работе нет шума. Нагретая вода поднимается вверх и распределяется по радиаторам, а остывшая опускается и поступает к котлу.

Движение теплоносителя не зависит от подачи энергии, поэтому в периоды отключения электричества дом остаётся тёплым.

Чтобы спроектировать и смонтировать систему с естественной циркуляцией воды, не требуется особых навыков. Достаточно продумать схему и выдержать необходимые уклоны.

Такое отопление способно бесперебойно работать в течение 30–35 лет. Максимум, что может потребоваться — мелкий ремонт.

Важно! У отопления с естественной циркуляцией воды есть существенный минус: система эффективна, если обустроена двухтрубная система. Когда контур один — радиаторы неравномерно прогреваются и каждый последующий холоднее предыдущего. При экономии на оборудовании приходится переплачивать за трубы и комплектующие.

Для принудительной циркуляции теплоносителя устанавливают насосы.

Такие системы более эффективны потому, что горячая вода быстро поступает к радиаторам, не успевая остыть в трубопроводе.

Отопление отлично работает, независимо от того, какая схема выбрана — одно- или двухтрубная. Однако при отключении электропитания обогрев прекращается, а дом быстро остывает.

Компромиссный вариант — продуманная схема, предусматривающая естественную и принудительную циркуляцию одновременно. При отключении электроэнергии отопление просто переключают в гравитационный режим в обход насоса.

Одно- и двухтрубная, коллекторная разводка

В зависимости от специфики движения теплоносителя и принципа работы различают однотрубную, двухтрубную, коллекторную систему. Каждая из схем имеет свои преимущества:

Однотрубная. Это стандартная схема, в которой сопротивление системы возрастает по мере удаления от котла, что ведёт к неравномерному прогреву радиаторов. Чтобы решить проблему, используют балансировочную арматуру.

Фото 2. Однотрубная схема отопительной системы с котлом, радиаторами, расширительным баком, циркуляционным насосом.

Двухтрубная. Схема предусматривает две трубы — подающую и обратную. Теплоноситель от котла подаётся ко всем радиаторам в цепи, благодаря чему они равномерно прогреваются. Двухтрубная разводка удобна, практична, но металлоёмкая, поэтому требует серьёзных затрат на обустройство.
Коллекторная (лучевая). Это идеальный вариант с точки зрения эксплуатационных характеристик и гидравлической стабильности. Для регулировки технологии работы радиаторов устанавливают шкаф, где размещают коллекторы, всю запорную, балансировочную арматуру. При необходимости отключается один или несколько радиаторов без ущерба для остальных приборов.

Полезное видео

В видео представлен принцип действия разных типов отопительных систем в частном доме.

Краткое резюме

Однотрубное отопление выгодно, с точки зрения меньших затрат на материалы, но на этом его достоинства заканчиваются, так как владельцу дома приходится решать проблему неравномерности прогрева радиаторов.

Двухтрубные системы обеспечивают комфортную температуру во всех помещениях дома. Коллекторная разводка универсальна и позволяет регулировать степень обогрева в каждой комнате отдельно. При выборе подходящей схемы лучше обратиться к специалисту.

Виды систем водяного отопления

Общий принцип действия всех водяных систем отопления один и тот же: теплоноситель нагревается в котле и по трубам движется к радиаторам, отдает тепло помещению, после чего возвращается в котел. При этом, циркуляция может быть естественной или принудительной. Все зависит от того, что приводит теплоноситель в движение. В первом случае это сила тяжести, во втором насос.

Системы с естественной циркуляцией

Системы с естественной циркуляцией в силу своих особенностей, больше подходят только для домов с общей площадью до 200 кв. м, или помещений имеющих мало тепловых контуров. Кроме того, для них понадобятся трубы большого диаметра (не менее 40- 50 мм). Причем прокладывают их под углом к горизонтальной плоскости, чтобы вода текла под действием своего веса. Такие системы трудно регулировать, но зато они независимы от электроснабжения.

Системы с принудительной циркуляцией

Системы с принудительный циркуляцией подходят для домов и объектов любой площади, они легко регулируются и более эффективны при теплоотдаче. Большим достоинством является комфорт от эксплуатации (возможность поддерживать необходимую температуру в каждом помещении). В них могут использоваться трубы небольшого диаметра. В такой системе меньше разница в температуре между подачей и обработкой, что увеличивает срок службы котла. Единственный недостаток— потребность в бесперебойном электропитании.

Также системы отопления бывают открытого и закрытого типа:

В первом случае для компенсации расширения теплоносителя (воды или антифриза) в системе отопления используется открытый расширительный бак. Во втором — применяется закрытый мембранный бак.

В открытой системе расширительный бак должен устанавливаться в наивысшей точке системы. В закрытой же — размещать мембранный бак наверху нет никакой необходимости.

Система с закрытым мембранным баком имеет массу преимуществ по сравнению с открытой. Вот основные: бак можно расположить возле котла, нет необходимости тянуть и утеплять трубу на чердак, во всей системе создаётся давление, способствующее равномерной работе всех радиаторов, нет испарений пара или жидкостей. Открытые системы в наше время применяются редко.

Типы разводок труб в системах отопления

По типу конструкции трубопроводов системы разделяют на однотрубные и двухтрубные.Однотрубные системы бывают разные:

С нижней разводкой (в народе часто называемая — ленинградкой) когда трубопровод отопления проходит через весь дом или объект по кругу, возвращаясь в котёл. Приборы отопления зацеплены на лежак отопления, бывает вариант когда трубопровод непосредственно проходит через батареи.

Иногда такую систему применяют на нескольких этажах, делая на каждый этаж свой контур. Плюс ленинградки: малое количество труб, нет стояков, можно расположить систему не испортив дизайна (когда нет возможности спрятать трубы). Минус большой диаметр труб, неравномерность распределения тепла (первые приборы горячие, последние холодные ), невозможность регулировать систему.

Второй тип однотрубных систем — с верхней разводкой (называемые московской системой ), когда трубопровод отопления проходит по верху помещения и возвращается в котёл через низ. Батареи сидят на стояках, которые соединяют подачу и обработку. Плюс, такой системе возможность работать без электричества, равномерность температуры по батареям, достигается с помощью разных диаметров труб и теплового расчёта количества секций (причём количество секций в одинаковых помещениях будет различаться, и зависит от многих характеристик).

Минус системы сложность точной регулировки системы, стояки и лежаки отопления нарушают дизайн (если нет возможности спрятать в стены). У нас в Сибири, часто применяемая схема в частных домах (многие наши клиенты используют именно эту схему, если есть перебои с электричеством).

Двухтрубные системы отопления тоже бывают нескольких типов: коллекторная или веерная разводка труб. Часто её ещё называют лучевой или шкафной. Эта система самая популярная в коттеджах и зданиях. Смысл коллекторной системы в том, что на каждом этаже стоит один или несколько шкафов с коллекторами, а уже от этих коллекторов отходят трубопроводы подачи и обработки к каждому отопительному прибору.

Лучевая поэтажная разводка

Бывает когда все коллектора собраны в котельной. Плюсы веерной разводки: каждый прибор можно отдельно отключать или регулировать по температуру, все трубопроводы можно прокладывать в полу, система не портит дизайн помещений, легка в расчётах при проектировании, возможность автоматизировать систему. Минусы: больше труб, большие затраты на систему. Последовательная двухтрубная система.

Часто классическая двухтрубная система отопления с нижней разводкой в жилых многоквартирных домах. Трубопроводы отопления прокладываются под потолком цокольного этажа (в подшивном потолке или открытом) либо в конструкции пола цокольного этажа, к ним присоединяются стояки отопления, обеспечивающие теплоносителем приборы отопления.

Данную схему целесообразно проектировать при отоплении больших загородных домов (от 1500 кв. м.), при наличии службы эксплуатации. Достоинство данной схемы в том, что в жилых помещениях находятся только отопительных приборы, нет шкафов, стяжка пола уменьшается (не нужно место для прокладки трубопроводов отопления), по материалу, относительно коллекторной схемы, она более выгодна. Так как это двухтрубная схема, то температурный перепад на приборе постоянный, и при желании каждый прибор можно отключить для его замены без остановки всей системы отопления загородного дома.

В местах подключения стока к магистрали( на цокольном этаже) часто устанавливаются регуляторы перепада давления (балансировочные краны) — они могут создавать большое местное сопротивления и гидравлически выравнивать все стояки в здании. Одной из разновидностей двухтрубной последовательной системы является — поэтажная система отопления.

Смысл этой системы в следующем — от котла поднимают стояк, и на каждом этаже по периметру дома прокладывают магистрали отопления с последовательным присоединением к ним отопительных приборов. Основной критерий по которому используют эту схему — трубопроводы располагаются у наружной стены дома и никому и ничему не мешают и удобство монтажа — все трубопроводы находятся около пола, строительные работы сведены к минимуму (нет штроб, ниш под шкафы во встроенном исполнении), возможно, отключить каждый этаж отдельно, не дорогая в монтаже схема (относительно шкафной).

Помимо последовательной и лучевой разводки труб, мы в своей работе часто сталкиваемся еще и с “комбинированным” типом разводки. Он применяется в случае, когда при лучевой разводке на одно кольцо коллектора, запитывается несколько радиаторов. Как правило эти радиаторы располагаются в непосредственной близости друг от друга (в одном помещении).

Или комбинированный коллекторный тип когда в котельной монтируются распределительные коллекторы подачи и обработки, и далее расходятся трубопроводы по контурам (на разные помещения или даже разные объекты ) Эта система эффективна в больших коттеджах и зданиях, где много различных тепловых контуров или несколько помещений. Возможность настройки разной температуры в разных помещениях, недорогая в монтаже система.

Бывает ещё коллекторный тип с использованием гидрострелки, когда котёл запитан с коллектором по кругу одним контуром (первичный контур), а на систему отопления расходятся вторичные контура. Хорошо использовать, когда требуется высокая температура обработки. В Сибири пока мало распространён из-за дороговизны системы, но удобен в настройке и регулировке.

Правильно выбрать, рассчитать (бесплатно) и смонтировать оптимальную систему отопления, могут специалисты нашей компании. ЗВОНИТЕ: +7 (391) 288 02 48