Водяное отопление — принцип работы, нормы, виды водяных отопительных систем

Водяное отопление в частном доме является распространенным и наиболее эффективным способом. Качество его работы напрямую зависит от особенностей проектирования, выбора отопительного устройства и типа разводки. В статье мастер сантехник разберет принципы работы, нормы и требования автономных отопительных систем, расскажет о видах монтажа.

Структура и принцип работы

Обогревательные конструкции с жидким теплоносителем имеют похожий комплект составляющих частей:

• Отопительное оборудование – котел (газовый, жидко- или твердотопливный), печь, камин;
• Замкнутый контур в виде трубопровода, обеспечивающий непрерывную циркуляцию  нагретого и остывшего теплоносителя (антифриза);
• Приборы отопления – металлические ребристые или гладкотрубные радиаторы, конвекторы, трубопроводы водяных теплых полов;
• Запорная арматура, байпасы;
• Приборы для регулировки и контроля за работой системы (расширительный бак, манометр, клапаны сброса и др.);
• Циркуляционные насосы, применяемые для создания принудительной подачи теплоносителя, иногда для обеспечения стабильного давления в системе устанавливается повысительный насос.

Если неподалеку проложена централизованная газовая магистраль, наиболее экономичным решением является установка газового котла. 

При отсутствии центральных сетей для независимой системы газоснабжения придется сооружать газгольдер. Однако этот вариант применим лишь в случае обустройства усадьбы достаточно большой площади.

В коттеджах, построенных на небольших участках в негазицицированных районах, автономную работу газового отопительного оборудования обеспечит обычный баллон. В качестве альтернативного решения можно воспользоваться печами на жидком или твердом топливе, и только в крайнем случае – дорогими электрическими устройствами.

Предпочтение водяному отоплению в загородных домах отдают благодаря простому принципу работы. Нагреваясь в котле до определенной температуры, вода под давлением подается в трубы, ведущие к радиаторам или конвекторам.

По типу движения теплоносителя по отопительным контурам они подразделяются на:

• Естественные (гравитационные). Циркуляцию теплоносителя в них стимулируют природные явления, согласно которым нагретая вода устремляется вверх, а после отдачи тепла радиаторам и остывания возвращается вниз. Там она вновь попадает в котел, чтобы возобновить цикличное перемещение.
• Искусственные (они же насосные или принудительные). За циркуляцию теплоносителя в принудительных схемах отвечает циркуляционный насос, который с одной стороны контура нагнетает горячий теплоноситель, а с другой засасывает охлажденную воду.

Гравитационная схема — самый простой и доступный для самостоятельной реализации вариант. В его составе минимум оборудования. Это магистрали обратки и подачи, котел, расширительный бачок открытого типа, радиаторы. Т.к. движение теплоносителя не требует насосной стимуляции, системы абсолютно энергонезависимы.

К плюсам естественного отопления стоит отнести незначительные по сравнению с насосным аналогом расходы на сооружение. Их не надо оснащать сложными техническими устройствами, не отличающимися дешевизной. В процессе эксплуатации нет затрат на электроэнергию.

Веский минус гравитационных систем заключается в крайне ограниченном радиусе действия. Работать в полную силу они могут при горизонтальной протяженности до 30 м. Подобное отопление долго «разгоняется» после простоя. Есть риск замерзания теплоносителя в открытом бачке в морозный период.

Принудительная циркуляция хороша тем, что свободно обрабатывает многоэтажные дома с разветвленной и протяженной отопительной сетью. Схема эффективней предыдущего типа, но дороже и сложнее в сооружении. Перед ее строительством необходимо сделать грамотные расчеты и разработать проект.

Отопление с искусственной циркуляцией оснащается не только насосами, но и всевозможными техническими устройствами для регулировки теплоотдачи и контроля работы системы. В их числе автоматические и механические воздухотоводчики, терморегуляторы, манометры, предохранительные клапаны для сброса избытка теплоносителя в канализацию и др.

Оборудование принудительного отопления необходимо подбирать на основе расчетов. Например, для движения теплоносителя по каждым 10 м отопительного контура необходимо 0,6 м напора, создаваемого насосом. Для того чтобы подобрать необходимое устройство, надо точно знать протяженность трубопровода и гидравлическое сопротивление на всех участках.

Нередко бывает, что для оснащения искусственного водяного отопления загородного дома недостаточного одного насоса. Тогда устанавливается дополнительный циркуляционный или повысительный насос.

Главный недостаток принудительного отопления заключается в зависимости от непрерывных поставок электроэнергии. На случай перебоев рекомендовано запастись генератором, который тоже не отличается низкой ценой, или установить ИБП для котла отопления.

Системы водяного отопления, сооружаемые для двух/трех этажных загородных домов устраивают по принципу первично-вторичных колец. В пределах первого этажа сооружают первичное кольцо, охватывающее котел и бойлер. К первичному кольцу подключаются вторичные кольца с радиаторами и теплыми полами.

Нормы и требования к автономному отоплению

Перед проектированием отопительной конструкции необходимо заглянуть в СНиП 2.04.05-91, где изложены основные требования к трубам, обогревательным приборам и запорной арматуре. Общие нормы сводятся к тому, чтобы обеспечить в доме комфортный микроклимат для проживающих в нем людей, правильно оборудовать систему отопления, предварительно составив и утвердив проект.

Многие требования сформулированы в виде рекомендаций в СНиП 31-02, который регламентирует правила строительства одноквартирных домов и обеспечения их коммуникациями.  Отдельно оговариваются положения, связанные с температурой:

• Параметры теплоносителя в трубах не должны превышать отметки +90ºС;
• Оптимальные показатели находятся в рамках +60-80ºС;
• Температура наружной поверхности нагревательных приборов, находящихся в зоне прямого доступа, не должна превышать 70ºС.

Трубопроводы систем отопления рекомендовано устраивать из латунных, медных, стальных труб. В частном секторе преимущественно используются полимерные и металлопластиковые трубные изделия, допущенные к применению в строительстве.

Трубопроводы контуров водяного отопления чаще всего прокладываются открытым способом. Скрытая прокладка допускается при устройстве «теплых полов»

Способ прокладки отопительного трубопровода может быть:

• Открытым. Предполагает прокладку по строительным конструкциям с креплением клипсами и хомутами. Допускается при устройстве контуров из металлических труб. Использование полимерных аналогов разрешено, если исключается их повреждение от термического или механического воздействия.
• Скрытым. Предполагает прокладку трубопроводов в  штробах или каналах, выбранных в строительных конструкциях, в плинтусах или за защитно-декоративными экранами. Замоноличивание контура допускается в постройках, рассчитанных минимум на 20 лет эксплуатации и при сроках службы труб не менее 40 лет.

В приоритете открытый способ прокладки, потому что проектирование трассы трубопровода должно предусматривать свободный доступ к любому элементу системы для проведения ремонта или замены. Трубы скрывают в редких случаях, только тогда, когда подобное решение продиктовано технологической, гигиенической или конструктивной необходимостью, например при устройстве «теплых полов» в бетонной стяжке.

При открытой прокладке магистрали участки, пересекающие неотапливаемые помещения, должны быть обеспечены теплоизоляцией, соответствующей климатическим данным региона строительства.

Трубопроводы автономного отопления с естественным типом циркуляции должны устанавливаться в сторону движения теплоносителя, чтобы нагретая вода самотеком достигала батарей, а после остывания тем же способом двигалась по магистрали обратки в котел. Магистрали насосных систем сооружаются без уклона, т.к. в нем нет необходимости.

Оговаривается использование различных типов расширительных баков:

• Открытые, применяемые для систем как с насосным, так и с естественным принуждением, следует устанавливать над главным стояком;
• Закрытые мембранные устройства, применяемые исключительно в принудительных системах, устанавливаются на обратной магистрали перед котлом.

Расширительные бачки предназначены для компенсации теплового расширения жидкости при нагревании. Нужны они для сброса излишков в канализацию или банально на улицу, как в случае с простейшими открытыми вариантами. Закрытые капсулы практичней, потому что не требуют участия человека в регулировке давления системы, но дороже.

Расширительный бачок открытого типа устанавливается в наивысшей точке системы. Кроме обеспечения резерва для расширения жидкости на него еще возложена задача отведения воздуха. Закрытые бачки ставят перед котлом, для отведения воздуха используют воздухоотводчики и сепараторы.

При выборе запорной арматуры предпочтение отдается шаровым кранам, при выборе насосной установке – оборудованию с напором до 30 кПа и производительностью до 3,0 м3/ч.

Бюджетные открытие разновидности необходимо периодически пополнять из-за стандартного выветривания жидкости. Под их установку необходимо существенно усиливать чердачное перекрытие и утеплять чердак.

Радиаторы и конвекторы рекомендуется монтировать под окнами, в удобных для обслуживания местах. Роль нагревательных элементов в ванных комнатах или санузлах могут играть полотенцесушители, подключенные к отопительным коммуникациям.

Виды водяных отопительных систем

Тип системы отопления определен комбинацией нескольких факторов. В их числе циркуляция теплоносителя, способ сборки системы, нижний или верхний вариант прокладки трубы подачи и др. Независимо от разновидности отопительного прибора, будь то традиционный радиатор, плинтусный конвектор или змеевик «теплого пола», нагретая вода достигает их, а после охлаждения покидает стандартным для всех систем способом.

Двухтрубные и однотрубные конструкции

Конечным объектом отдачи тепла являются приборы, расположенные во всех отапливаемых помещениях дома. Во многом эффективность обогрева зависит от схемы установки трубопровода, поэтому остановимся подробнее на одно- и двухтрубной разводке.

Наиболее распространенной является классификация, состоящая из двух пунктов:

• Однотрубный вариант – последовательное соединение радиаторов. Суть заключается в том, что поступающий в систему теплоноситель последовательно перетекает от одного прибора к другому. На подходах к дальним точкам он успевает значительно остыть.
• Двухтрубный вариант – система с параллельным подключением подающей и обратной трубы. Принцип ее основан на том что подача осуществляется ко всем приборам практически одновременно. Остывшая вода не перетекает в следующий прибор, а собирается магистралью обратки и перемещается в котел.

Однотрубные схемы бывают как с естественным, так и с принудительным движением воды. В пределах своего класса подразделяются на две разновидности: проточные и с байпасами. В проточных схемах теплоноситель по достижении крайнего радиатора успевает сильно остыть, поэтому в дальних комнатах рекомендовано устанавливать приборы с увеличенным числом секций.

Внедрение в систему байпаса позволяет частично перенаправлять горячий теплоноситель к следующим приборам, благодаря чему почти все батареи получают и отдают почти равное количество тепла. Регулировка движения нагретой воды производится либо двумя вентилями, установленными на байпас и трубу подачи, либо одним треходовым краном.

Основное отличие двухтрубных конструкций содержится в применении двух веток: подачи и обратки. Первая служит для поставки горячего теплоносителя к радиаторам, вторая – для отвода воды обратно в котел. 

Однотрубная сборка предполагает быстрое остывание теплоносителя, поэтому разводку данного типа рекомендуют устанавливать в загородных коттеджах с небольшой площадью или в дачных домиках.

Видео

В сюжете - Обзор однотрубной система отопления

Двухтрубная схема разводки применяется в системах с обоими типами движения теплоносителя. По числу обрабатываемых контуров бывает одно- и двухконтурным. В первом случае котел устанавливается в начале трубопровода, а трубы разводятся слева и справа от агрегата по периметру отапливаемого объекта. Во втором случае котел устанавливается в центре, а отопительные контуры располагают так, чтобы их кольца были с двух сторон от агрегата.

Двухтрубная система более функциональна и надежна, позволяет равномерно распределять тепло по всем помещениям. Благодаря дополнительным кранам и устройствам регулировки можно контролировать подачу тепла в каждый отдельно взятый радиатор. При выходе одного элемента из строя эксплуатационные качества остальных приборов не пострадают.

Устройство двухтрубной системы обеспечит почти одновременную подачу нагретой воды в приборы. Отток остывшего теплоносителя осуществляется по трубе обратки.

Видео

В сюжете - Разные схемы двухтрубной системы отопления

Вариации по подключению труб и приборов

Все перечисленные виды водяного отопления для обустройства загородного коттеджа подразделяются на подвиды:

• По расположению стояков, объединяющих отопительные приборы. Делятся на горизонтальные и вертикальные. Понятно, что первые используются в одноэтажных строениях, вторые в многоэтажных зданиях. В однотрубных системах с естественным движением есть только стояки подачи.
• По расположению труб подачи и обратки. Бывают с верхней или нижней разводкой. Первые предусматривают прокладку подачи по наивысшим точкам системы, благодаря чему теплоноситель поступает в приборы сверху. Согласно второй ситуации обратка с подачей прокладывается ниже радиаторов.

Гравитационные системы с нижней разводкой применяются крайне редко из-за сложностей с отводом воздуха в дальних приборах. Нижняя разводка лучше сочетается с насосной циркуляцией, каждый прибор которой все же оснащают воздухоотводчиком.

Вертикальные отопительные системы сооружаются с верхней и нижней разводкой.

Отопление с верхней разводкой устраивают в коттеджах без подвальных помещений, но имеющих чердак. Изредка при отсутствии чердака подачу прокладывают по линии сопряжения потолочного перекрытия со стенами, что негативно отражается на интерьерной картине. Нижняя разводка подходит для домов с плоской бесчердачной крышей, но с подвалом

В системах с горизонтальной разводкой нет вообще или минимальное количество вертикальных стояков.

Метод сборки трубопровода

Классификация по способу сооружения трубопровода делит системы отопления на тройниковые, коллекторные и комбинированные.

Тройниковые схемы можно смело отнести к классике жанра. Они предполагают сборку трубопроводов и подключение к ним приборов с помощью тройников, используемых в узлах подключения труб к стояками, радиаторов к трубам и т.д. Принципиально это последовательная схема. 

Коллекторная или иначе лучевая конструкция увеличивает возможности водяного отопления коттеджа. Это своего рода модифицированная система с протянутыми к каждому прибору отдельными ветками (лучами) трубопровода и с распределительным элементом в центре.

Распределительный узел — коллектор снабжен множеством отводов, благодаря чему можно управлять теплоотдачей каждого прибора в отдельности, отключать его для ремонта. При желании и финансовых возможностях каждый отвод можно снабдить собственным насосным устройством.

Коллекторную разводку устраивают преимущественно для горизонтальных схем с нижней прокладкой подающей трубы. При устройстве в 2- и 3-этажных домах рекомендуют монтировать распределительный коллектор на каждом этаже – так можно регулировать температуру воздуха в любом уголке здания.

Блок регулировки для коттеджей в несколько этажей состоит из двух связанных между собой узлов: коллектора подачи и аналога для обратки. Первый отвечает за доставку горячего теплоносителя к приборам, второй стимулирует отвод остывшей жидкости.

К коллектору – распределительному устройству можно подключить не только радиаторную конструкцию, но и «теплый пол», ГВС, а также плинтусную (панельную) систему.

Коллекторную разводку устраивают на базе одно- и двухтрубных отопительных систем, используют в комбинации с периметральной (тройниковой).

Видео

В сюжете - Практическое применение лучевой схемы

Особенности плинтусного отопления

Радиаторы или батареи в традиционном понимании – не единственные обогревательные приборы для создания комфортного микроклимата в отдельно взятых помещениях. Не так давно появились «теплые плинтусы» — нагревательные элементы, по своей форме и расположению напоминающие одноименные строительные аналоги.

Конструкция плинтусного нагревателя проста: внутри находятся элементы, напоминающие радиаторы с медными трубками, снаружи – прочный глухой короб из металла, хорошо отдающего тепло.

Принцип работы устройства, расположенного по периметру, помогает сохранять заданную температуру постоянно. Сначала происходит нагревание трубок внутри корпуса, затем – короба, от него теплый воздух поднимается вверх, увеличивая температуру стен. Таким образом, воздух в помещении нагревается непосредственно от плинтусов и от всех стен, вдоль которых они расположены.

Рациональным шагом является использование теплых плинтусов в местах, которые непосредственно граничат с холодным воздухом с улицы: на террасах, верандах и балконах.

Преимущества плинтусного обогрева:

• Создание комфортного микроклимата, исключающего активную циркуляцию воздуха;
• Возможность утепления зон риска на стыках пола и стен, где часто появляется плесень;
• Простой монтаж, который можно выполнить без привлечения специалистов;
• Выбор модулей по виду (одно- и двухрядные) и мощности (например, 310 Вт и 510 Вт);
• Разнообразный дизайн, не требующий маскировки;
• Доступная цена.

К минусам относят особые условия расположения: вдоль горизонтальных элементов нельзя расставлять предметы мебели, так как это навредит процессу теплоотдачи. Каждый контур, входящий в систему, не должен быть длиннее 15 метров, поэтому для большого помещения необходим монтаж 2 или 3 контуров (как вариант – комбинированное отопление).

Для плинтусов используется тот же теплоноситель, что и для радиаторов – вода или антифриз в количестве примерно 330-350 гр/м. Нормальная температура – от +45ºС до +80ºС, в некоторых исполнениях допускается нагрев до +110ºС.

Кроме водяных плинтусов применяют электрические, но содержание их для частного дома слишком дорого.

Оборудование системы «Теплый пол»

Эффективная и недорогая конструкция системы «Теплый пол», производящая обогрев помещения со стороны пола, давно зарекомендовала себя только с лучшей стороны. Она активно используется в городских квартирах для создания комфортной атмосферы в ванных комнатах, санузлах, в спальнях, на кухнях и лоджиях. 

Трубопровод должен обладать высокой теплопроводностью, прочностью, эластичностью, минимальным сопротивлением, поэтому для его изготовления используют металлопластик или шитый полиэтилен. Защитным и стабилизирующим покрытием является цементная стяжка.

Преимущества теплых полов:

• Эффективность при любом виде напольного покрытия (ламинате, линолеуме, ковролине, керамической плитке);
• Заметная экономия тепла – от 30% до 50%;
• Недорогая стоимость и установка;
• Возможность монтажа своими руками;
• Использование в комбинированных системах отопления (наряду с радиаторами и конвекторами).

Автономное водяное отопление не зависит от подачи электрической энергии, так как питается от газового (или другого) котла.

К недостаткам можно отнести несовершенство регулировки и невозможность установки в городе при централизованном отоплении, но к локальным загородным системам это не относится. При нарушении правил монтажа возможна аварийная ситуация и затопление, поэтому следует внимательно отнестись и к выбору оборудования, и к установке.

Видео

В сюжете - Комбинированная система отопления: теплые полы и радиаторы

Подробнее о теплоносителе и его свойствах

Жидкости, идеально подходящей для любых систем отопления, не существует. Каждый из вариантов, представленных на рынке теплоносителей, имеет конкретные характеристики, например, диапазон рабочих температур. Если нарушить границы указанного диапазона, система отопления просто «встанет», а при худшем исходе полопаются трубы и выйдет из строя дорогостоящее оборудование.

Кроме температурных параметров, жидкость для трубопровода обладает такими свойствами, как вязкость, антикоррозийность, способность выделять токсичные вещества. Анализ необходимых качеств показал, что лучшими жидкими теплоносителями являются очищенная вода и специальный химический раствор – антифриз.

В таблице показано основное преимущество антифриза на основе этиленгликоля – максимальный показатель температуры замерзания -40ºС, тогда как вода превращается в лед уже при 0ºС.

Заливка антифриза необходима в домах, которые не являются постоянным местом жительства. Обычно оставляя здание в холодный сезон, владельцы сливают воду, чтобы избежать аварии и поломки оборудования. Антифриз удалять не нужно – по возвращении можно сразу включать котел без опасения протечки или разрыва.

При экстремальных температурах химический теплоноситель, изменив свою структуру, сохраняет прежние размеры. Проще говоря, он превращается в гель, сохраняющий свойства без изменения. Когда температура достигает комфортной отметки, гелеобразная структура вновь становится жидкой, полностью сохранив свой первоначальный объем.

Еще немного полезной информации об антифризе:

• Служит не менее 5 лет, одна заливка способна выдержать 10 отопительных сезонов;
• Текучесть в 2 раза превышает аналогичный показатель воды, следовательно, требуется следить за герметичностью соединений;
• Повышенная вязкость требует врезки более мощного циркуляционного насоса;
• Способность расширения при нагреве влечет за собой установку объемного расширительного бака.

И нужно всегда помнить, что химический раствор токсичен и опасен для здоровья человека.

Несмотря на выдающиеся характеристики антифриза, вода в качестве теплоносителя более популярна. Она обладает максимально возможно теплоемкостью, которая равняется примерно 1 ккал. Это значит, что нагретый до 75ºС теплоноситель при остывании в радиаторе до 60 ºС отдаст помещению около 15 ккал тепла.

Вода доступна. Если снабдить систему водоснабжения надежными фильтрами, можно использовать бесплатный вариант – воду из собственной скважины. Она не содержит опасных химических соединений и при аварии не вызовет отравлений.

Отрицательной стороной воды является содержание некоторых минеральных солей, вызывающих коррозию. Проблема решается простым кипячением или использованием вместо колодезной воды дождевой (или талой).

Существуют сложные системы очистки и подготовки воды для частного дома: кроме универсального очищения вода проходит несколько ступеней, чтобы стать питьевой или годной для заливки в отопительный контур.

Воду не рекомендуют использовать в домах для периодического проживания.

Выбор труб для разводки

От качества каждой системной детали зависит конечный результат, который заключается в сохранении и экономии тепла, поэтому наиболее протяженным элементам – трубам – необходимо также уделить долю внимания.

С технологической точки зрения трубы и фитинги должны обладать следующими качествами:

• Прочностью;
• Легкостью;
• Пригодностью для ремонта;
• Герметичностью;
• Низким уровнем шума.

Невысокая стоимость также является важной составляющей при выборе, потому что для оборудования системы отопления требуется большое количество изделий различного назначения.

Полипропиленовые трубы – оптимальный вариант для самостоятельной сборки системы отопления. Пользоваться паяльным аппаратом для сшивки труб можно научиться за 10 минут.

Сейчас вряд ли кто возьмется за установку разводки из металлических труб. Стальные, медные и оцинкованные изделия уходят в прошлое, уступая место более дешевым и функциональным аналогам. Лучшей альтернативой являются полимерные изделия. которые можно разделит на три группы:

• Полипропиленовые;
• Металлопластиковые.

Плюсы первой категории – недорогая стоимость, простота сварки, долгий срок службы. Минус – недостаточная эластичность. При замене трубы придется менять целый фрагмент от соединения до соединения.

На длинном отрезке магистрали полипропиленовые трубы провисают, так как обладают расширением 6 мм/5 м. Прочную фиксацию обеспечивают при помощи скоб или клипс, монтированных в стену с интервалами 1-1,1 м.

Металлопластиковые трубы прочные, устойчивые к резким перепадам температур. Способны служить без капитального ремонта до 30 лет. Слабым местом являются соединительные элементы – фитинги с неоправданно зауженным проходным сечением. В случае замерзания теплоносителя вероятен прорыв.

Выбирая трубы, ориентируйтесь на основные технические показатели оборудования и тип теплоносителя.

Совет всем, кто хочет самостоятельно оборудовать сложную отопительную систему в загородном доме: при составлении проекта обязательно проконсультируйтесь со специалистом, чтобы после монтажа не столкнуться с непредвиденными обстоятельствами. Профессионалы помогут выбрать надежное оборудование, подскажут более эффективную схему разводки, сделают точные расчеты, а результатом станут уют и тепло в доме.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Какие трубы для отопления лучше