- Теоретическая подковка – как работает самотек
- Конструктивные особенности
- ТОП 5 лучших видов отопления для частного дома 2023
- 1. Газовое отопление частного дома
- 2. Электрическое отопление
- 3. Водяное отопление
- 4. Дизельное отопление частного дома
- 4 схемы гравитационного отопления
- Двухтрубная и комбинированная разводка
- «Ленинградка» с естественной циркуляцией
- Схема «паук» – устройство и принцип работы
- Разновидности системы с жидким теплоносителем
- Простейшая схема — однотрубная
- Усовершенствованная схема — двухтрубная
- Система с циркуляцией гравитационного типа
- Схема с принудительной циркуляцией
- Расчет самотечной системы
Теоретическая подковка – как работает самотек
Естественная циркуляция воды в системах отопления работает за счет силы тяжести. Как это происходит:
- Возьмите открытую емкость, наполните ее водой и начните нагревать. Самый примитивный вариант – кастрюля на газовой плите.
- Температура нижнего слоя жидкости увеличивается, плотность уменьшается. Вода становится легче.
- Под действием силы тяжести верхний более тяжелый слой опускается на дно, вытесняя менее плотную теплую воду. Начинается естественная циркуляция жидкости, называемая конвекцией.
Направления. Зависимость плотности воды от температуры не является линейной. Чем больше жидкость нагревается, тем быстрее снижается ее плотность, что хорошо видно на графике.
Пример: Если нагреть 1 м³ воды с 50 до 70 градусов, она станет легче на 10,26 кг (см ниже таблицу плотностей при разных температурах). Если продолжать нагревать до 90°С, то жидкий куб потеряет уже 12,47 кг, хотя дельта температур останется прежней — 20°С. Вывод: чем ближе вода к температуре кипения, тем активнее происходит циркуляция.
Подобным образом теплоноситель самотеком циркулирует по отопительной сети дома. Нагретая котлом вода теряет вес и выталкивается вверх остывшим теплоносителем, возвращающимся из радиаторов. Скорость потока при перепаде температур 20–25 °С составляет всего 0,1…0,25 м/с по сравнению с 0,7…1 м/с в современных насосных системах.
Низкая скорость движения жидкости по трубопроводам и отопительным приборам вызывает следующие последствия:
- Батареи успевают выделить больше тепла, а охлаждающая жидкость успевает остыть на 20–30 °С. В обычной тепловой сети с насосом и мембранным расширительным баком температура падает на 10–15 градусов.
- Следовательно, котел должен производить больше тепловой энергии после запуска горелки. Генератор бессмысленно держать при температуре 40°С – ток уменьшится до предела, аккумуляторы остынут.
- Чтобы доставить к радиаторам необходимое количество тепла, необходимо увеличить проходное сечение труб.
- Фитинги и арматура с высоким гидравлическим сопротивлением могут ухудшить или даже остановить гравитацию. Сюда входят обратные клапаны, трехходовые клапаны, резкие изгибы на 90° и сокращения труб.
- Шероховатость внутренних стенок трубопроводов не играет большой роли (в разумных пределах). Низкая скорость жидкости означает низкое сопротивление трения.
- Твердотопливный котел + самотечная система отопления может безопасно работать без теплоаккумулятора и смесительного узла. Благодаря медленному потоку воды в камере сгорания не образуется конденсат.
Как видите, конвекционное движение теплоносителя имеет положительные и отрицательные стороны. Первое следует использовать, второе следует свести к минимуму.
Конструктивные особенности
Для эффективной работы гравитационной системы необходимо соблюдение следующих требований:
- источник тепла – любой энергонезависимый теплогенератор с выходной трубой диаметром 40-50 мм;
- на выходе котла или печи с водяным контуром сразу устанавливают ускорительный стояк – вертикальную трубу, по которой поднимается нагретый теплоноситель;
- стояк заканчивается открытым расширительным баком, установленным на чердаке или под крышей верхнего этажа (в зависимости от типа электропроводки и конструкции частного дома);
- емкость бака – 10% объема теплоносителя;
- по гравитации желательно выбирать отопительные агрегаты с большими внутренними каналами – чугунные, алюминиевые, биметаллические;
- для лучшей теплоотдачи радиаторы отопления подключаются по универсальной схеме – снизу или по диагонали;
- на патрубках радиатора установлены специальные полнопроходные клапаны с термоголовками (подача) и балансировочные клапаны (обратка);
- батареи лучше оборудовать ручными воздушными клапанами – кранами Маевского;
- пополнение тепловой сети организуется в самой нижней точке – возле котла;
- все горизонтальные участки труб укладывают с уклонами, минимальный — 2 мм на погонный метр, средний — 5 мм/1 м.
Примечание. Откосы выполняют 2 функции – помогают теплоносителю течь в нужном направлении, а воздух поднимается по трубопроводам и проходит через открытый расширительный бачок. Небольшое предостережение относительно используемых радиаторов: если система построена правильно, стальные панели также хорошо нагреваются.
Гравитационные системы отопления выполняются открытыми и работают при атмосферном давлении. Но будет ли работать гравитационный поток в мембранном резервуаре с замкнутым контуром? Отвечаем: да, естественная циркуляция продолжится, но скорость теплоносителя снизится и КПД упадет.
Обосновать ответ нетрудно; достаточно упомянуть об изменении физических свойств жидкостей под избыточным давлением. При давлении в системе 1,5 Бар температура кипения воды изменится до 110 °С, а также увеличится ее плотность. Циркуляция замедлится из-за небольшой разницы масс горячего и остывшего потока.
ТОП 5 лучших видов отопления для частного дома 2023
1. Газовое отопление частного дома
Стоимость газового отопления частного дома (435,9 м3/мес на 100 м2) – практичный бюджетный вариант. Современные котлы имеют высокий КПД – 95-98%, что позволяет снизить затраты. Также популярна автоматизация, которая снижает риск простоя оборудования. Большинство потребителей выбирают в первую очередь газовое отопление для частного дома.
Магистральная линия, сжиженный газ
Отопление частного дома осуществляется двумя способами: централизованное, баллонным газом. Магистральный газ под давлением транспортируется по трубам потребителям. Сжиженный газ поставляется владельцам частных домов в баллонах емкостью 50 литров (цена – 2650 рублей). Топливом также заполняются бензоцистерны — герметичные сосуды для хранения газа.
К лучшим схемам отопления частного дома традиционно относят:
- источник тепла – газовый котел;
- радиаторы отопления;
- трубы, соединяющие котел с батареями;
- теплоноситель – вода или антифриз, передающий тепло от котла по системе.
Классические котлы работают на природном газе и сжиженном газе. Напольные агрегаты могут использовать два вида топлива.
Конвекторное отопление частного дома
Сжиженный газ служит хорошим топливом для специальных конвекторов. Помещение отапливается нагретым воздухом, система отопления воздушная. Газовые конвекторы быстро повышают температуру в частном доме. Работоспособность наблюдается сразу после включения, а после выключения конвектор быстро перестает нагреваться. Главное требование – хорошая вентиляция помещения, нет необходимости устанавливать батареи или прокладывать трубопровод.
Газовые котлы
В зависимости от способа установки газовые котлы выпускаются в двух вариантах: напольном и настенном. Настенные системы используют природный газ, а напольные — два вида голубого топлива. Преимущество настенных конструкций обеспечивается возможностью установки на кухне – техника автоматизирована и безопасна. Напольные агрегаты мощностью до 60 кВт также подходят для установки на кухне при условии соответствия помещения определенным требованиям.
Агрегаты также различаются по функционалу: используются для подогрева или подогрева технической воды. Во втором случае лучшим решением будет двухконтурное устройство; одноконтурный котел используется исключительно для отопления.
По способу дымоудаления различают газовые котлы с атмосферным дымоходом, открытой камерой сгорания и турбонаддувными конструкциями (с закрытой камерой сгорания). Атмосферные дымоходы используют для горения кислород из помещения, важно обеспечить хороший приток воздуха и проверить работоспособность дымохода.
Типы камер сгорания
Котлы с принудительной тягой не требуют установки дымохода. Дымоотвод выведен через стену через коаксиальную трубу. Одна труба отводит дым, другая впускает воздух в камеру сгорания. При слабой тяге автоматика блокирует котел, не допуская попадания продуктов сгорания в частный дом.
Конденсационные котлы становятся все более популярными благодаря извлечению тепла из дымовых газов. Хороший КПД достигается при низких температурах – теплоноситель в обратке должен быть нагрет до +40°С. Едкий конденсат предъявляет высокие требования к материалу дымовой системы – из хорошей нержавеющей стали. Условия приемлемы для системы «теплый пол».
Напольные газовые котлы
Если необходимо повысить производительность, настенные котлы не подходят – максимальная мощность настенных конструкций составляет 40-50 кВт. Напольные агрегаты могут отапливать большие частные дома. В изделиях используется сетевое электричество, сжиженный газ; некоторые модели работают на жидком топливе. Корпус традиционно изготовлен из стали, теплообменник – из стали и чугуна. Чугунные альтернативы тяжелее, стоят дороже и имеют срок службы на 10-15 лет дольше. В корпусе размещены горелка, автоматика и теплообменник.
Отдельного внимания заслуживают функциональные характеристики автоматики. Стандартный набор – контроль наличия газа, огня, сквозняков часто дополняется множеством полезных функций: программирование режимов по времени суток, совместимость с комнатными термостатами, учет погодных условий, нагрев воды без подогрева. Самые полезные программы экономят топливо.
Газовое отопление частного дома площадью 70 м2 предполагает затраты на материалы – 79 800 руб., монтажные работы – 65 200 руб. Цена энергии – 0,73 рубля за кВтч тепла.
2. Электрическое отопление
Электрическое отопление частного дома зачастую является единственным доступным и доступным решением. Процесс нагрева реализуется по-разному, разница заключается в типах источников:
- котлы, подключенные к водяному контуру;
- тепловые насосы;
- воздушные конвекторы;
- устройства инфракрасного излучения;
- пленка, кабельная система «теплый пол»;
- вентилятор отопления (дуйчики);
- масляные радиаторы.
Обзор оборудования
Электрокотлы для частного дома различаются по типу нагревательных элементов: ТЭН, электроды. В первом варианте проходящий теплоноситель нагревается за счет ТЭНа внутри котла. Традиционно система содержит 2-4 электронагревателя. Электродные котлы пропускают пропиленгликоль между электродами в качестве теплоносителя. Мощность регулируется поставляемыми нагревателями в диапазоне 3-50 кВт. Для увеличения общей производительности электродные котлы устанавливают каскадом. Охлаждающая жидкость движется благодаря циркуляционному насосу. Преимущества электрокотлов – экологичность, компактность и доступная цена. КПД близок к 99,8%.
Тепловые насосы – самый бюджетный вариант электрического отопления частного дома. Установка использует электрическую энергию для привода циркуляционного насоса и компрессора. Тепловые насосы могут использоваться в системах водяного и воздушного отопления. Отопление тепловым насосом в 4 раза дешевле альтернативных агрегатов. Мощность оборудования — 6…30 кВт. Стоимость тепловых насосов (700 000 руб под ключ) окупается за 6-10 лет. Стоимость энергии составляет 0,98 рэнда за 1 кВтч.
Электрические конвекторы для частного дома. Нагревательный элемент в конвекторах представляет собой нагревательный элемент, нагревающий воздух внутри металлического корпуса. Агрегаты размещаются на полу или стене. Регулирование температуры осуществляется электронно. Воздух движется быстро, не высыхая. Мощность конвектора – 1…3 кВт, площадь обогрева – 30 м2. Чтобы полноценно обогреть частный дом, следует установить индивидуальный агрегат в отдельных комнатах.
ИК обогреватель. Принцип работы систем обеспечивается за счет преобразования электроэнергии кварцевой лампы в инфракрасные лучи. Агрегат размещается на полу или стене и направляется в сторону зоны обогрева. Передатчик не обогревает все помещение; обогревает отдельные объекты в частном доме. Потребление электроэнергии ниже по сравнению со стандартными системами отопления. Мощность инфракрасных обогревателей 0,25…4 кВт, регулируется на приборе.
«Теплый пол». Электрический теплый пол питается по двум контурам: пленочному и кабельному. Первый вариант представлен тонким ковриком, на котором размещен встроенный металлический проводник, нагревающий напольное покрытие. Пленка укладывается под линолеум или ламинат. Кабельное отопление монтируется под готовое напольное покрытие: монолитный бетон, паркет, ламинат. В отдельных комнатах имеется индивидуальный контур подогрева пола. Электрический теплый пол управляется автоматически с помощью контроллера.
Масляные обогреватели и тепловентиляторы – классический вид электрического отопления с повышенным энергопотреблением. Используется в качестве вспомогательного, временного обогрева. Открытые змеевики вентиляторов отопления сушат воздух в помещении. Эффект нагрева регулируется вручную.
Расходы на отопление частного дома определяются уровнем теплопотерь, стоимостью за 1 кВтч (2 рубля). Тепловые потери здания уменьшаются за счет утепления. Цена на электроэнергию снижена на 30% благодаря льготным ценам («Ночь», «Электроотопление»).
3. Водяное отопление
Водяное отопление частного дома предполагает циркуляцию теплоносителя по замкнутому контуру. Жидкость нагревается котлом (газовым, твердотопливным, электрическим), а затем поступает в трубы, радиаторы или полы с подогревом. Преобладание водяного отопления в частных домах объясняется надежностью систем. Процедура проста, отработана: нагретая жидкость по замкнутому контуру труб отдает тепло радиаторам и возвращается обратно. Способ нагрева воды выбирается исходя из наличия топлива (стоимость, возможность бесперебойной подачи), затрат на монтаж системы, обслуживание и ремонт.
Компоненты системы: котел
Изначально следует разработать проект, учитывающий критерии отопительного оборудования:
- Газовые котлы. Газ получают централизованно или создают собственное хранилище. Для подключения оборудования к газовой трубе необходимы специальные документы и проект. Обязательным элементом системы является газовый шланг, соединенный с запорным краном, размещающим газоанализатор в конструкции. Специальные датчики следят за степенью загазованности. Продукты сгорания выходят через дымоход.
- Дизельные котлы – это отопительные агрегаты, работающие на керосине, мазуте и дизельном топливе. Подходит для небольших помещений, площадью 40-100 м2. Они не требуют газопровода, документации и больших запасов топлива; после запуска они полностью автономны.
- Оборудование для твердого топлива. Теплоноситель нагревается за счет сжигания угля, древесины, брикетов и пеллет. Эксплуатация твердотопливных котлов требует правильного выбора оборудования по общему расходу воды. Специалисты выполняют предварительные расчеты емкости труб, радиаторов, расширительных баков и баков, если таковые имеются.
- Электрическое отопление частного дома. Процесс обеспечивается электродом, индукционными агрегатами и нагревательными элементами. В оборудовании не используется открытый огонь и взрывчатые вещества. Здесь нет элементов, требующих периодической замены или чистки. Отдельное помещение для хранения топлива не требуется. Разнообразие дизайнов позволяют подобрать котел, соответствующий стилю вашего интерьера.
- Комбинированные конструкции имеют несколько топок для разных источников тепла.
Трубка
Водяное отопление частного дома предполагает использование разных труб:
- Стальные, оцинкованные варианты имеют низкий коэффициент расширения при перепадах температур. Выдерживает высокое давление и гидроудар. Позволяет установку внутри стен и полов; они соединены сваркой и резьбой.
- Полимерные трубы устойчивы к коррозии, имеют низкий уровень шума и выдерживают широкий температурный диапазон.
- Медные трубы – лучший вариант отопления частного дома с водяным контуром. Они не боятся перепадов температуры благодаря своей пластичности, характеризуются повышенной теплопроводностью, по сравнению со стальными аналогами.Медные трубы склонны к электрохимической коррозии и характеризуются высокой ценой.
- Металлопластиковые (композитные) системы обещают надежность, долговечность и повышенную цену. Монтаж осуществляется с помощью фитингов.
Важно! Для организации дымоходов и котельных труб подходят только металлические трубы.
Расширительный бак
Вода характеризуется значительным тепловым расширением (при нагревании до 90°С объём увеличивается на 4%). В закрытой системе отопления (принудительная циркуляция) велика вероятность повреждения оборудования. Для компенсации давления в трубах контур отопления дополняется расширительным баком – гидроаккумулятором. Устройство представляет собой двухсекционный контейнер из стали или нержавеющей стали, разделенный гибкой мембраной. В первом блоке находится горячая вода, во втором – сжатый под давлением газ.
Батареи
Лучшими вариантами радиаторов для частного дома являются:
- Секционные чугунные батареи, трубчатые модели из стали.
- Твердые стальные пластины с горячими конвекционными пластинами.
- Вертикальный — полотенцесушитель.
- Конвекторные агрегаты.
- Полы с подогревом – это инновационный вид отопления, при котором нагревательные элементы размещаются между основанием и напольным покрытием. Системы устанавливаются под плитку, ламинат, паркетную доску и линолеум.
Производство радиаторов также характеризуется разнообразием сырья (чугун, сталь, алюминий, биметалл).
Устройства, аксессуары
Водяное отопление частного дома требует контроля. Процесс реализуется с помощью манометров, коллекторов, арматуры, запорной арматуры и радиаторной арматуры.
Схемы водяного отопления частного дома
Изначально стоит определиться со способом циркуляции охлаждения – естественным или принудительным. Обустройство самотечных систем (естественных) предполагает использование труб увеличенного диаметра. Скорость движения воды в системе низкая, теплоэффективность низкая. Батареи дальнего действия в длинных цепях остаются холодными. Недостатки природной системы компенсируются энергетической независимостью.
Принудительная циркуляция более эффективна за счет движения теплоносителя с заданной скоростью; тепло подается ко всем компонентам системы. Насос позволяет использовать трубы малого диаметра. Количество теплоносителя уменьшается, вода нагревается быстрее. Работа принудительной системы обеспечивается электричеством; должно быть предусмотрено резервное питание. В случае отключения электроэнергии поможет источник бесперебойного питания, оснащенный несколькими аккумуляторами. Частые перебои в подаче электроэнергии вынуждают владельцев частных домов устанавливать генератор.
Комбинированные проекты напоминают гравитационные системы, оснащенные встроенным циркуляционным насосом. При стабильном электроснабжении оборудование работает принудительно, в противном случае – по принципу естественной циркуляции.
Способы подключения
Для частных домов рекомендуется однотрубная, двухтрубная, радиальная разводка.
В однотрубной системе батареи подключаются последовательно к общей трубе. Этот тип кабеля дешевле по цене за счет минимальных затрат на трубы. Однако теплоноситель, который движется по отводу от котла, постепенно остывает. Такой же теплоотдачи от аккумуляторов добиться не удастся. Лучшее решение – учесть эту особенность при разработке проекта и увеличить объем радиаторов по мере их удаления от обогревателя. Термостаты помогают сбалансировать систему, изменяя объем воды, проходящей через радиатор. В нижней части аккумуляторов они дополнены байпасом – перемычкой для отвода охлаждающей жидкости, не попадающей в радиатор.
Двухтрубная схема предполагает параллельное подключение радиаторов – к подающему и обратному трубопроводам. Увеличивается расход труб для организации двух ответвлений. Отдельные отопительные агрегаты снабжаются теплоносителем одинаковой температуры, при этом теплоотдача от радиаторов остается прежней.
Лучевая разводка является самой дорогой по количеству труб. Отдельные радиаторы оснащены отдельными трубами подачи и обратки. Система подключается к коллектору – устройству с одним входом и несколькими выходами. Регулировка возможна на коллекторе или радиаторе с помощью термостата. Водяное отопление частного дома, созданное по радиальной схеме, самое надежное: при повреждении одной трубы остальные продолжат работу. Балочную схему часто выбирают, когда необходимо спрятать трубы под стяжку.
Важно! Вода – самый дешевый и экологически чистый теплоноситель. Однако монтаж водяного отопления предполагает повышенные затраты на трубопровод и необходимость ухода за металлическими элементами, подвергающимися коррозии. Отключение отопления зимой сопряжено с риском несчастных случаев. Замерзшая вода может повредить трубы.
4. Дизельное отопление частного дома
Автономное отопление на дизеле – практичный и экономичный вариант поддержания комфортной температуры в частном доме. Принцип работы системы аналогичен водяной системе. Источником тепловой энергии является дизельный котел. Вода подается к радиаторам через циркуляционный насос. Движение жидкости осуществляется по замкнутому контуру. Теплоноситель достигает заданного уровня нагрева, работа котла временно прекращается. При понижении температуры котел возобновляет работу.
По эффективности дизельное отопление частного дома немного уступает газовому. КПД превышает 90% (возможно 98% при использовании конденсационного котла), мощности накачки достаточно для обогрева большой площади. В эксплуатации дизельное отопление дороже газового, но дешевле электрического и твердотопливного.
Система экологична, при горении выделяет минимальное количество вредных веществ и газов. Автономная, автоматическая работа не требует постоянного вмешательства человека. Жидкое топливо занимает небольшую площадь хранения по сравнению с твердым топливом. Возможно использование отработанных ГСМ, которые доступны по доступной цене. Выраженный запах, шум и плотность топлива при температуре ниже +5⁰ С требуют усиленной изоляции помещения, в котором находится котел.
Выбор котла
Покупка дизельного агрегата осуществляется исходя из факторов:
- Тип горелки. Лучшее решение – сменная горелка, работающая от дизельного или газового источника. Наличие горелочной системы отопления позволит сэкономить расход топлива.
- Производительность. Расчет мощности производится в зависимости от объема помещения и количества используемого топлива. На 10 м² требуется 1 кВтч энергии. Для частного дома площадью 100 м² подойдет котел мощностью 10 кВт.
- Нагрев воды. Котлы выпускаются со встроенным бойлером или вторым контуром косвенного нагрева.
- Материал топки. Стальная конструкция обойдется дешевле, но менее практична. Чугунная камера сгорания рассчитана на полвека и устойчива к разрушению под воздействием сернистого конденсата и коррозии. Образует трещины из-за перепадов температур.
- Тип топлива. Предпочтительно работать с разными ресурсами – дизельным топливом, отработанным маслом, газом. Однако этот вариант сулит повышенные затраты.
Установка дизельного котла для отопления частного дома
Система отопления, работающая на дизеле, состоит из комплекса узлов: котла, автоматики и топливного узла.
Схема котла включает в себя:
- Дом оборудован камерой сгорания. На выбор предлагается 2 варианта: топка открытого типа (забирает воздух из помещения, требует установки приточной вентиляции в топке), закрытого типа – воздух поступает в утепленную камеру под давлением.
- Электроподжиг – удобная дополнительная функция, создающая искру для воспламенения газа от пьезоэлемента или электрической свечи.
- Бреннер. По технологии подачи воздуха различают:
- наддувный (воздух подается турбиной),
- вентиляция.
Комби-котлы оснащены сменными горелками, поэтому можно менять вид топлива (дизель, газ).
Блок автоматического управления содержит два основных элемента: часть двухпозиционного управления и аварийную систему, предполагающую резкую остановку работы оборудования. Топливный агрегат имеет топливный бак, насос подачи топлива к горелке и дымоход, отводящий продукты сгорания наружу.
Схема работы дизельных котлов
Отопительный агрегат частного дома работает по следующему принципу:
- Насосное оборудование и система всасывания активируются и подают воздух в камеру сгорания.
- Насос перекачивает топливо из бака в камеру сгорания. Топливо фильтруется и нагревается.
- Давление в форсунках достигает 10-16 атм, топливо распыляется во суспензию.
- Начнется пьезоподжиг.
- Впрыскиваемое топливо смешивается с воздушными массами и воспламеняется от искры.
- Тепловая энергия, образующаяся при сгорании, взаимодействует с теплообменником, нагревая теплоноситель.
- Нагретая жидкость циркулирует по радиаторам частного дома.
В конденсационном котле тепловая энергия выделяющегося газа служит также для отопления дома. Продукты сгорания выходят через дымоход за пределы частного дома.
Виды дизельных котлов
Дизельные системы отопления для частного дома характеризуются многими показателями. Наиболее значимые:
Настройки горелки одноступенчатые (мощность не регулируется, уровень тепла постоянный), двухступенчатые – прибор работает в двух положениях, модулированные – широкий диапазон мощности.
Функция нагрева воды – одноконтурная (только нагрев), двухконтурная – совмещает нагрев и нагрев воды. Менее популярны двухконтурные котлы со встроенным водонагревателем. Второй контур нагревает воду внутри котла.
Расчет стоимости
Первоначальные вложения: 180 000 руб., в том числе стоимость котла — 50 000, дымохода — 80 000, подключения оборудования — 50 000. Цена энергии (1 кВтч) — 4,84 руб.
4 схемы гравитационного отопления
Для организации энергонезависимого отопления частных домов применяют 4 типа схем с естественным потоком теплоносителя:
- горизонтальный двухтрубный с верхним наполнением;
- совмещенный с горизонтальными коллекторами и вертикальными стояками с одной трубой;
- одинарная труба с нижними линиями – классическая «Ленинградка»;
- вертикальные трубы с индивидуальной подачей воды к каждому радиатору – так называемый «паук».
Добавление. Также стоит упомянуть гравитационные полы с подогревом – некоторые умельцы умудряются их оборудовать. Эта идея не оправдывает вложенных усилий и денег; Гораздо проще установить традиционный теплый пол, установить насос + источник бесперебойного питания.
Мы бы сразу рекомендовали использовать первые две системы – двухтрубную и комбинированную. Ленинградские провода плохо совместимы с гравитацией, а «паук» слишком сложен в установке.
Двухтрубная и комбинированная разводка
Мы объединили эти 2 схемы, поскольку они практически одинаковы. Первый использовался с прошлого века в одноэтажных домах с дровяными печами, тогда отопление без насоса называлось паровым. Источником тепла служил бак, установленный в топке; газовые котлы появились позже.
Не обязательно делать двухтрубную разводку кольцом по всему дому; разминку можно разделить на 2 ветки
Как работает двухтрубное самотечное отопление:
- ускорительный коллектор поднимается от теплогенератора, открывается на чердаке или под потолком в котельной, где располагается открытый расширительный бак;
- подающий трубопровод, проходящий под углом через все помещения (под крышей), врезается в стояк сверху горизонтально);
- еще один вариант – на чердаке утепленная труба прокладывается горизонтально;
- от распределительной линии к батареям делаются вертикальные перепады;
- выходы радиатора врезаются в обратный коллектор, проложенный с уклоном над полом;
- нагреватели оснащены запорной арматурой – кранами или термоголовками на подающей стороне, балансировочными кранами на обратной линии».
Примечание. Для экономии материалов и лучшего распределения теплоносителя сечение горизонтальных ветвей уменьшается по мере приближения к последним батареям. Точный диаметр определяется расчетным путем.
Комбинированная гравитационная система предназначена для двухэтажных загородных домов. Отличие от описанных выше двухтрубных линий: каждый стояк подает тепло к 2-4 радиаторам, расположенным на разных этажах. Способ подключения устройств – однотрубный; На верхних батареях предусмотрен байпас. Больше разницы нет.
Комбинированная схема с однотрубным подключением радиаторов для двухэтажного дома
Главным преимуществом обеих линий является надежная схема гравитационного тока, проверенная десятилетиями успешной эксплуатации. Даже если вы сделаете минимальные уклоны, но строго выдержите диаметр магистралей (а еще лучше – возьмете их с запасом), естественная конвекционная циркуляция сработает.
Отрицательные моменты:
- трубы проложены открытым способом по всему помещению;
- отопительную сеть нельзя заливать антифризом, так как незамерзающая жидкость испаряется из открытого расширительного бачка;
- систему необходимо доливать несколько раз за сезон, интервал между дозаправками зависит от режима работы отопления;
- трубы Ø40…50 мм стоят дорого, для удешевления монтажа необходимо использовать черную сталь или полипропилен.
Перечисленные недостатки характерны для всех теплосетей с естественной циркуляцией. «Борьбу» с открытой герметизацией можно перенести на чердак, замуровать стояки и коллекторы в стенах или сделать декоративные короба. Мы рекомендуем последний вариант, так как сварка стальных и пластиковых труб в пазах стен очень затруднительна.
Совет. Двухтрубный вариант подойдет для небольшого коттеджа, гаража или летней кухни. К интерьеру этих построек нет высоких требований, трубы не нужно прятать.
«Ленинградка» с естественной циркуляцией
Конструкция схемы полностью повторяет классическую ленинградскую проводку. Вдоль наружной стены дома проложен единый коллектор, к нему подключаются все радиаторы. Отличия гравитационной подачи «Ленинградка»:
- увеличен размер и уклон главной дороги;
- наличие ускорительного коллектора в виде петли, благодаря которому теплоноситель поступает в батареи;
- небольшое количество нагревателей – максимум 4 шт.
Преимущество ленинградской системы – упрощенный монтаж; для разводки понадобится одна труба вместо двух. Правда, сечение коллектора уменьшить нельзя, поэтому экономия незначительна.
Чтобы охлаждающая жидкость хорошо поступала в радиаторы, необходимо сразу после отопителя предусмотреть высокофорсирующий коллектор
Главный недостаток – «ленивый» поток воды в радиаторы, отсюда и потеря эффективности. Основная часть теплоносителя циркулирует через кольцевой коллектор. Количество аккумуляторов ограничено, так как выносные аккумуляторы греются гораздо хуже.
Ленинградку рекомендуется дополнить циркуляционным насосом, установленным на байпасе. При принудительной мотивации трасса определенно будет работать веселее; можно добавить пару радиаторов. Как только свет погаснет, переключитесь на гравитацию, добавьте мощность котлу.
Схема «паук» – устройство и принцип работы
Конструкция этой системы выглядит следующим образом:
- утепленный расширительный бак располагается на чердаке, ровно в центре здания;
- к баку подходят стояки подходящего диаметра от батарей и теплогенератора;
- сбор остывшего теплоносителя из радиаторов организован традиционным способом – в горизонтальный трубопровод.
Принцип работы следующий: нагретая котлом вода самотеком поднимается в емкость, откуда по трубам меньшего сечения распределяется потребителям. Кабель можно использовать в одно- и двухэтажных зданиях.
Реальные преимущества «паука» — удачное гидравлическое распределение теплоносителя и отсутствие верхнего горизонтального распределения по помещениям. В подаче имеется 1 большой стояк, идущий от котла к баку, перепады выполнены трубкой Ø15…25 мм. Для отводов можно использовать металлопластик и сшитый полиэтилен.
Недостатки гравитационной схемы «паук»:
- сложность монтажа, множество труб и стыков на чердаке;
- нет экономии на материалах; вместо 1 разводки используется десяток труб меньшего размера, которые необходимо утеплить;
- паук нельзя установить в доме без чердака.
Ниже на видео домашний мастер показывает монтаж такой системы, только закрытого типа, да еще и в трехэтажном доме. Если присмотреться, то нетрудно найти сходство чердачного коллектора резервуара и верхнего коллектора комбинированного контура с естественной циркуляцией.
Разновидности системы с жидким теплоносителем
Как показывает практика, чаще всего для установки автономного отопления выбирают систему с жидким теплоносителем, поэтому поговорим о вариантах. Такая система реализуется в виде одной из двух возможных схем.
Простейшая схема — однотрубная
Представляет собой кольцевой замкнутый контур, внутри которого последовательно установлены радиаторы отопления. Теплоноситель поступает в первый из них, затем в следующий и так до тех пор, пока не вернется в котел. Это чрезвычайно простая схема, но она далеко не самая эффективная.
Основным недостатком однотрубной системы отопления является то, что теплоноситель остывает на «подходах» к наиболее удаленным от котла радиаторам.
Одноламповая схема подключения предполагает последовательное расположение аккумуляторов. Система очень проста, но имеет ограничения в использовании (+)
Жидкость выходит из теплообменника котла с температурой ок. 75°С. В первый радиатор он поступает точно так же, во второй чуть холоднее и так далее. Если трубопровод короткий и радиаторов мало, это не проблема.
Но если батарей много, в последних будет охлаждающая жидкость, нагретая до 45-50°С. Чего явно недостаточно для нормального обогрева помещения
Исправить ситуацию можно двумя способами. Первый – повысить температуру теплоносителя или добавить секции к последним радиаторам в цепочке, чтобы увеличить теплоотдачу. Оба варианта потребуют дополнительных денежных вложений, но не гарантируют результата.
Характерной особенностью однотрубного отопления является минимальное количество труб. Теплоноситель последовательно перемещается по одной трубе от агрегата к агрегату, а затем возвращается в котел.Существенным недостатком однотрубных систем является ограничение длины контура отопления. Поскольку теплоноситель при переходе от одного радиатора к другому постепенно остывает, нет смысла строить линии длиной более 30 м.
В одноконтурном отоплении регулирующая арматура не устанавливается. Обычно перед агрегатом имеется только кран отключения и кран Маевского для удаления воздуха. Радиаторы можно подключать к линии отопления любым способом: снизу, сверху и по диагонали. Это существенно не влияет на теплообмен.
Еще один способ борьбы с проблемой – установка циркуляционного насоса. Это, безусловно, повысит эффективность однотрубной системы, но также сделает ее энергозависимой и более дорогой в эксплуатации.
Усовершенствованная схема — двухтрубная
Основное отличие от первой схемы в том, что теплоноситель подается к каждому из радиаторов практически одновременно. Для подачи его к агрегату используется подводящая труба; труба, называемая возвратной трубой, используется для сбора и опорожнения.
Подача теплоносителя к батареям может осуществляться по коллектору или Т-образному контуру. В первом случае каждый из агрегатов снабжен своей подачей и обраткой. Трубы от коллектора укладываются в виде «балок», отсюда и другое название «балка».
В тавровом варианте агрегаты подключаются последовательно на подачу и обратку с помощью соединений, сборка осуществляется с помощью соединений с тремя трубами – тройниками.
Двухтрубная система отопления требует, чтобы к каждой батарее (+) была добавлена линия подачи теплоносителя и отводящая труба, обратка (+)
Коллектор предполагает установку запорной арматуры на каждом выходе батареи, что дает возможность отключить ее при необходимости. Работа контура лучистого отопления основана на принудительной циркуляции жидкости, поскольку во многих кольцах слишком много гидравлических препятствий для естественного движения теплоносителя.
В двухтрубных системах отопления нагретый теплоноситель подается по одной трубе, называемой подающей, и отводится по другой, называемой обраткой.Использование двух труб значительно увеличивает материалоемкость системы. Но они во много раз эффективнее своего однотрубного предшественника.Система лучистого отопления – один из двухтрубных вариантов. Теплоноситель по агрегатам распределяется коллектором, все они нагреваются практически одновременно.
Из-за большого количества труб двухтрубные системы сейчас предпочитают устанавливать скрыто, в строительных конструкциях. Для выполнения этой задачи подходят все виды полимерных изделий.
Тройники могут работать как за счет естественной силы тяжести, так и за счет включения в систему циркуляционного насоса. Он перекачивает теплоноситель, поэтому при установке отопительных колец не нужно выдерживать уклон, а подающую трубу необходимо установить под отопительными агрегатами.
Главным преимуществом двухтрубной схемы является обеспечение равномерного прогрева всех батарей в здании, сколько бы их ни было. Но в то же время для установки потребуется намного больше труб и других элементов, а следовательно, она будет стоить дороже. Это основной недостаток двухтрубной системы.
Система с циркуляцией гравитационного типа
Теплоноситель внутри контура отопления должен двигаться. Это может произойти за счет естественной циркуляции. Это происходит из-за разницы плотностей, которая существует между холодным и нагретым теплоносителем.
Нагретая жидкость имеет меньшую плотность, поэтому начинает самопроизвольно подниматься из котла по стояку, откуда направляется в отводящие трубопроводы и далее в радиаторы. По мере остывания охлаждающей жидкости ее плотность увеличивается, что делает ее тяжелее.
Эффективность системы с естественной циркуляцией теплоносителя зависит от разницы температур, высоты подъема теплоносителя и правильно выбранного угла укладки трубопровода (+)
По этой причине он опускается ниже и собирается в обратный трубопровод, по которому подается в котел. Во время работы агрегата будет осуществляться циркуляция теплоносителя гравитационного типа. Однако скорость относительно низкая и может варьироваться.
Прежде всего, это зависит от двух факторов:
- Размещение элементов системы. Радиаторы следует размещать значительно выше котла или приподнимать к потолку, а еще лучше на чердаке, главном стояке, от которого будут идти розетки к батареям.
- Разница температур между остывшей и нагретой охлаждающей жидкостью. Чем он больше, тем выше скорость движения жидкости. По этой причине основной стояк можно изолировать специальным материалом во избежание теплопотерь, а обратку, наоборот, ничем не накрыть.
К преимуществам системы отопления частного дома с естественной циркуляцией относятся дешевизна и простота в проектировании, обустройстве и обслуживании. Во время работы абсолютно бесшумен, вибраций нет.
У схемы естественной циркуляции довольно много недостатков. Запускается он медленно, что объясняется малой скоростью движения теплоносителя при небольшой разнице температур.
Грамотно спроектированная система с естественной циркуляцией жидкого теплоносителя может быть достаточно сложной и охватывать не только один, но и несколько этажей (+)
Кроме того, для нормальной циркуляции жидкости в контуре необходим трубопровод, состоящий из труб сравнительно большого диаметра. Такие системы ограничены в размерах из-за низкого естественного давления в магистрали. Горизонтальная длина такого сооружения не может превышать 30 м.
Естественное отопление – самое простое и чрезвычайно доступное решение. В схеме нет дорогостоящего оборудования и сложных узлов. Поскольку теплоносителю в естественном контуре отопления приходится самостоятельно преодолевать гидравлическое сопротивление, диаметр трубы для монтажа обычно в 1,5 раза больше, чем для циркуляционных систем. Котел в самотечной системе обычно размещают под радиаторами, чтобы нагретый теплоноситель сам о них заботился.
После котла обычно устанавливают разгонную секцию. Для того чтобы самопроизвольно движущийся теплоноситель не нарушался различными препятствиями, естественные системы имеют минимум изгибов и запорной арматуры, практически отсутствуют регулирующие устройства.
Схема с принудительной циркуляцией
В систему включен циркуляционный насос, он побуждает теплоноситель двигаться с определенной скоростью. Насос устанавливается в любом месте трубы отопления.
А вот для установки его на подающую сторону нужно покупать насос только надежных производителей, ведь он должен работать в неблагоприятных условиях, хотя все выпускаемые сейчас циркуляционные модели рассчитаны на такую работу.
Мощность насоса выбирается в зависимости от длины трубопровода и может меняться. Благодаря принудительной циркуляции контур может иметь разную длину, вплоть до очень большой. Скорость движения теплоносителя не зависит от разницы температур, что позволяет реализовать самые разные технические схемы.
Кроме того, появляется возможность использовать трубы небольшого диаметра, что благотворно влияет на внешний вид такой системы отопления.
Включение в схему циркуляционного насоса позволяет реализовать более сложные технические решения и делает систему более эффективной (+)
Среди недостатков отопления с насосной циркуляцией стоит отметить энергозависимость. Это значит, что если нет электропитания, обогрев работать не будет. Для мест, где перебои с электричеством – обычное дело, это очень серьезный недостаток.
Кроме того, установка насоса потребует дополнительных затрат на покупку, установку и последующую эксплуатацию.
Расчет самотечной системы
Для расчета и проектирования отопления с естественной циркуляцией действуйте в таком порядке:
- Узнайте, сколько тепла необходимо для обогрева каждой комнаты. Воспользуйтесь для этого нашей инструкцией.
- Выбирайте энергонезависимый котел – газовый или твердотопливный.
- Разработайте диаграмму на основе одного из предложенных здесь вариантов. Разделите провода на 2 ответвления – тогда линии не будут пересекать входную дверь дома.
- Определите расход теплоносителя для каждого помещения и рассчитайте диаметры труб.
Примечание. Не обязательно рассчитывать уклоны, возьмите стандартное значение 0,5 см на метр длины. Допускаются отклонения в большую или меньшую сторону в пределах 0,7…0,2 см/1 м.
Сразу отметим, что разделить «Ленинградку» на 2 филиала не получится. Это значит, что кольцевой трубопровод обязательно пройдет под порогом входной двери. Чтобы выдержать все уклоны, котел необходимо разместить в яме.
Расчет диаметра труб на всех участках самотечной двухтрубной системы производится следующим образом:
- Берем теплопотери всего здания (Q, Вт) и определяем массовый расход теплоносителя (G, кг/ч) в магистрали по приведенной ниже формуле. Разность температур между прямым и обратным ходом Δt принята равной 25 °С. Затем мы переводим кг/ч в другие единицы – тонны в час.
- По следующей формуле находим площадь сечения (F, м²) основного стояка, подставляя значение скорости естественной циркуляции ʋ = 0,1 м/с. Вычисляем площадь круга к диаметру, получаем размер основной трубы, подходящий для котла.
- Рассчитаем тепловую нагрузку на каждую ветку, повторим расчеты и узнаем диаметры этих линий.
- Переходим к следующим помещениям и снова определяем диаметры секций исходя из затрат на отопление.
- Выбираем стандартные размеры труб, и округляем полученные цифры в большую сторону.
Приведем пример расчета гравитационной системы в одноэтажном доме площадью 100 квадратных метров. На схеме ниже уже показаны радиаторы отопления и указаны теплопотери. Начинаем от главного коллектора котла и двигаемся в сторону последних помещений:
- Величина теплопотерь дома Q = 10,2 кВт = 10 200 Вт. Расход теплоносителя в главном стояке G = 0,86 х 10 200 Вт/25 °С = 350,88 кг/ч или 0,351 т/ч.
- Площадь сечения подающей трубы F = 0,351 т/ч / 3600 х 0,1 м/с = 0,00098 м², диаметр d = 35 мм.
- Нагрузка на правую и левую ветку соответственно 5480 и 4730 Вт.Количество теплоносителя: G1 = 0,86 х 5480/25 = 188,5 кг/ч или 0,189 т/ч, G2 = 0,86 х 4730/25 = 162,7 кг/ ч или 0,163 т/ч.
- Сечение правой ветви F1 = 0,189/3600 х 0,1 = 0,00053 м², диаметр составит 26 мм. Левая ветвь: F2 = 0,163/3600 х 0,1 = 0,00045 м², d2 = 24 мм.
- В детскую и кухню подходят линии DN32 и DN25 мм (закругленные вверх). Теперь рассчитаем размеры солнечных коллекторов для спальни и гостиной+коридора с теплопотерями 2,2 и 2,95 кВт соответственно. Берем оба диаметра DN20 мм.
Для подключения небольших аккумуляторов можно использовать разъемы Ду15 (внешний d=20 мм), на плане указаны размеры Ду20
Обратите внимание на следующее! Полученные в результате расчетов диаметры указывают на размеры внутреннего прохода трубопроводов (обозначение – Ду или Ду).
Остаётся только подобрать трубы. Если делать отопление из стали, лестница котла будет Ø48 х 3,5, ответвления – Ø42 х 3 и 32 х 2,8 мм. Остальная проводка, включая соединения с батареями, выполняется кабелепроводом 26 х 2,5 мм. Первая цифра в размере указывает наружный диаметр, вторая – толщину стенки (выбор водогазопроводных стальных труб).
Читайте также: Какой дымоход лучше для твердотопливного котла