rosim.ru – Официальный сайт Если загородный дом рассчитан не только на периодический приезд своих хозяев в течение дачного сезона, а на длительное или даже постоянное проживание их в нем, то никак не обойтись без системы отопления. Этот вопрос всегда тщательно продумывается еще на стадии проектирования строительства или реконструкции, учитывается при покупке уже готового жилья.
Система отопления закрытого типа в частном доме
Вопрос этот – чрезвычайно серьезный, требующий скрупулёзного учета всех имеющихся условий: периодов будущей эксплуатации здания, климатического пояса местности, наличие линий энергоснабжения, инженерных коммуникаций, особенностей конструкции здания, общей расчетной стоимости реализации того или иного проекта. И все же чаще всего хозяева жилья приходят к выводу, что оптимальным решение будет водяная система отопления закрытого типа в частном доме.
В данной публикации будут рассмотрены основные принципы закрытой системы, ее отличия от открытой, существующие преимущества и имеющиеся недостатки. Будет обращено внимание на основные элементы такой системы с рекомендациями по их выбору, приведены типовые схемы разводки отопительной внутридомовой сети.
Система отопления закрытого типа в частном доме — основные особенности
Частный дом может отапливаться по-разному.
Печное отопление — это уже «вчерашний день»
В настоящее время этот вид отопления используется все реже, и как правило – при абсолютной невозможности или полной нецелесообразности применения другой, более эффективной системы.
Отопление электрическими конвекторами трудно назвать экономичным
Правда, появляются альтернативные способы, в виде плёночных инфракрасных элементов, но они еще не обрели широкой популярности.
Простейшая схема отопления открытого типа
Еще не столь давно основной схемой организации водяного отопления в частном доме была открытая с гравитационным принципом перемещения теплоносителя по трубам и радиаторам. Компенсация термического расширения воды происходила за счет наличия негерметичного расширительного бака, который устанавливался в самой высокой точке всего контура отопительной системы. Открытость бака, безусловно, обуславливает постоянно испарение воды, поэтому возникает потребность постоянного контроля за ее необходимым уровнем.
Перемещение теплоносителя по трубам обеспечивается в этом случае разницей плотности холодной и подогретой воды – более плотная холодная как бы продавливает вперед горячую. Для облегчения этого процесса создается искусственный уклон труб на всем их протяжении, иначе может возникнуть эффект гидростатического напора.
Циркуляционный насос повышает эффективность любой схемы отопления
В открытую систему вполне можно врезать и циркуляционный насос – это резко поднимет ее эффективность. Предусматривают в этом случае систему вентилей, чтобы была возможность переключения с принудительной циркуляции на естественную и обратно в случае необходимости, например, при перебоях в подаче электроэнергии.
Система кранов на насосе позволяет переключаться с принудительной циркуляции на естественную
Система закрытого типа устроена несколько по-другому. Вместо расширительного бака на трубе установлен герметичный компенсационный бак мембранного или баллонного типа. Все термические колебания объема теплоносителя он воспринимает на себя, поддерживая в замкнутой системе один уровень давления.
Главное отличие закрытой системы — наличие герметичного расширительного бака
В настоящее время эта система является наиболее популярной, так как имеет множество существенных преимуществ.
Достоинства и недостатки системы отопления закрытого типа
- Прежде всего, не происходит испарения теплоносителя. Это дает одно важное преимущество – можно использовать в этом качестве не только воду, но и антифриз. Стало быть, устраняется возможность промерзания системы при вынужденных перерывах в ее эксплуатации, например, при необходимости оставить дом на длительный срок в зимнее время.
- Компенсационный бак можно расположить практически в любой точке системы. Обычно для нег предусматривают место прямо в котельной, в непосредственной близости от нагревательного прибора. Эта обеспечивает компактность системы. Расширительный бачок открытого типа нередко располагают в самой высокой точке – на неотапливаемом чердаке, что потребует обязательной его термоизоляции. В системе закрытого типа подобной проблемы не существует.
- Принудительная циркуляция в системе закрытого типа гораздо быстрее обеспечивает прогрев помещений с момента запуска котла. Нет ненужных потерь тепловой энергии в районе расширительного бачка.
- Система отличается гибкостью – можно регулировать температуру нагрева в каждом конкретном помещении, выборочно отключать некоторые участки общего контура.
- Нет столь существенной разницы в температуре теплоносителя на входе и выходе – а это значительно повышает сроки безаварийной эксплуатации оборудования.
- Для разводки отопления можно применять трубы гораздо меньшего диаметра, нежели в открытой системе с естественной циркуляцией без какой бы то ни было потери эффективности обогрева. А это – и существенное облегчение монтажных работ, и значительная экономия материальных средств.
- Система герметична, и при правильном ее заполнении и нормальной работе клапанной системы в ней просто не должно быть воздуха. Это исключит появление воздушных пробок в трубопроводах и радиаторах. Кроме того, отсутствие доступа кислорода, содержащегося в воздухе, не дает активно развиваться коррозионным процессам.
В закрытую систему отопления можно включить и «теплые полы»
Недостатков у закрытой системы отопления немного:
- Расширительный компенсационный бак должен иметь объем больше, чем при открытой системе – это обусловлено особенностью его внутренней конструкции.
- Потребуется обязательная установка так называемой «группы безопасности» – системы предохранительных клапанов.
- Корректная работа закрытой системы отопления с принудительной циркуляцией зависит от непрерывности подачи электроэнергии. Можно, конечно, предусмотреть, как и при открытом типе, переключение на естественную циркуляцию, но это уже потребует совсем иного расположения труб, что может свести ряд основных преимуществ системы к нулю (например, полностью исключается использование «теплых полов»). Кроме того, резко снизится и эффективность обогрева. Поэтому естественная циркуляция если и может рассматриваться, то лишь как «аварийная», но чаще всего закрытую систему планируют и монтируют именно под использование циркуляционного насоса.
Основные элементы системы отопления закрытого типа
Итак, в состав общей системы отопления закрытого типа для частного дома входят:
Общая принципиальная схема закрытой системы отопления частного дома
— отопительный прибор – котел;
— циркуляционный насос;
— система разводки труб для передачи теплоносителя;
— расширительный компенсационный бак герметичного типа;
— радиаторы отопления, установленные в помещениях дома, либо другие устройства теплопередачи («теплые полы» или конвекторы);
— группа безопасности – система клапанов и воздухоотводчиков;
— необходимая запорная арматура;
— в некоторых случаях – дополнительные устройства автоматического контроля и управления, оптимизирующие работу системы.
Отопительный котел
Газовые котлы — оптимальное решение, если существует возможность их установки
Газовые котлы отличает высокий КПД, простота эксплуатации, надежность и экономичность в плане оплаты энергоносителя. Недостатком их является необходимость согласования проекта установки с соответствующими организациями, так как к такой системе отопления предъявляются совершенно особые требования обеспечения безопасности.
Разнообразие газовых котлов очень велико – можно подобрать напольную или настенную модель, с одним или двумя контурами, простую в устройстве или же насыщенную электроникой, требующую подключения к стационарному дымоходу или снабженную коаксиальной системой отвода продуктов сгорания.
Компактный электрический котел
За системами отопления с электрическими котлами твёрдо установилась репутация «неэкономичных» из-за достаточного высокой стоимости электроэнергии. Это справедливо лишь отчасти – современные электрические отопительные приборы, благодаря новым технологиям нагрева воды, имеют очень высокий КПД, и при надежном утеплении дома не должны слишком обременять бюджет.
Кроме знакомых всем котлов с ТЭНами (которые и правда не слишком экономичны), активно применяются современные разработки.
«Батарея» из трех электродных котлов
Например, широкое распространение получают электродные котлы, в которых нагрев осуществляется за счет протекания переменного тока непосредственно через теплоноситель (правда, здесь потребуется специально подобранный химический состав воды в системе). Сами по себе такие котлы недороги, но есть определённые проблемы с регулировкой.
Индукционный котел — неприхотливый и весьма экономичный
Другой вариант – котлы индукционного типа действия, в которых нагревательными элементами выступают все металлические поверхности конструкции, на которые наводятся индукционные токи Фуко. КПД таких установок стремится к 100%, а блоки автоматики позволяют легко настроить систему в нужный режим работы, обеспечивающий максимальную экономичность. Так что современный электрический тип отопительной закрытой системы – достойная альтернатива газовой, причем по многим параметрам – даже имеющая преимущества.
Котлы на твердом топливе рано списывать со счетов
Эти отопительные приборы – вовсе не те старые «буржуйки», а современные установки, устройство которых позволяет минимизировать вмешательство человека в их работу. Так, многие котлы длительного горения с пиролизным дожигом способны на одной закладке дров обеспечивать работу отопительной системы в течение 10 – 15 часов, а у некоторых моделей этот показатель доходит даже до суток. Многие котлы снабжены системой электронного контроля и управления режимами работы.
Котел длительного горения
Так что, если в местности проживания нет никаких проблем с заготовкой необходимых запасов дров или другого твёрдого топлива, то это может стать оптимальным решением.
Универсальность системе отопления придаст комбинированный котел, работающий на разных видах топлива
Какой бы котел ни выбирался, необходимо правильно просчитать его мощность. По большому счету, это должен проводить специалист, с учетом характеристик конкретного дома, его теплопотерь, зависящих от количества и площади окон и дверей, материала и толщины стен здания, климатических условий местности и других факторов. Далеко не всегда, правда, хозяева прибегают к помощи профессионалов, ориентируясь на упрощенные схемы расчета.
С некоторым допущением, для условий средней полосы России, при условии качественной термоизоляции строения, можно приять величину 1 кВт на 10 м² отапливаемой площади, если высота потолков в пределах 2,5 ÷ 3 м. Так, для дома общей площадью 150 м² потребуется котел мощностью не менее 15 кВт.
Советы по выбору отопительного котла
Главная задача этого прибора – обеспечить устойчивую циркуляцию теплоносителя по всему контуру отопления, включая проложенные участки труб и радиаторы. Значит, неизбежно встает проблема правильности подбора необходимого насоса, чтобы он в полной мере справился со своей функцией. Это определяется вовсе не диаметром трубы, под которую он рассчитан, а показателями производительности и создаваемого водяного напора.
Циркуляционный насос подбирается под параметры системы отопления
1. Первый параметр – производительность. Насос должен быть способен перекачивать определенное количество жидкости в единицу времени, а стало быть – перенести необходимое количество тепла вместе с теплоносителем по помещениям дома. Как рассчитать требуемую величину.
Упрощенно формула выглядит так:
Q = P / (Δᵗ × 1,16)
- Q – требуемая производительность насоса;
- P – общая мощность отопительной системы, упрощённый расчёт которой упомянут выше, в разделе о котлах;
- Δᵗ — разница температур теплоносителя на входе и выходе их системы. Для систем закрытого типа обычно принимается 20 градусов, в случае использование радиаторов. Для теплого пола эта величина составляет 5 градусов, а для скрытых конвекторов – 10.
- 1,16 – показатель теплоемкости воды. Если применяется другая жидкость, то ее теплоемкость несложно найти в справочниках.
Возьмем тот же пример, с домом площадью 150 м² и котлом 15 кВт, в отопительной системе которого используются радиаторы.
G = 150000 / ( 20 × 1,16 ) 646 кг/час
Плотность воды при температуре в районе 80º С – 972 кг/м³. Итак, потребуется производительность:
646 / 972 ≈ 0,66 м³/час
Стало быть, приобретаемый насос должен иметь производительность не ниже расчетной.
Калькулятор для расчета производительности циркуляционного насоса
2. Вторая важная величина – создаваемый насосом напор воды. Он должен обеспечивать нормальный ток жидкости на любом участке системы.
Рассчитать требуемый напор, с некоторым упрощением, можно по следующей формуле:
H = R × L × Zf
- H – требуемый для системы создаваемый насосом напор воды.
- R – сопротивление прямого участка трубы (Па/м). Для обычного одноэтажного дома можно принять равным 100 ÷ 150 Па/м.
- L – общая длина трубопровода, с учетом, в том числе, и труб «обратки».
- Zf – поправочный коэффициент на повышение сопротивления в фитингах, кранах и т.п. При использовании шаровых кранов и стандартных фитингов можно принять за 1,3. Если в схеме используются термостатические регуляторы, то коэффициент возрастает до 1,7.
Проводим расчет для системы отопления с обычными шаровыми кранами и общей длиной труб 80 м:
H = 150 × 80 × 1,3 = 15600 Па
Так как обычно эта величина в паспортах изделий указывается в метрах водяного столба, переводим из расчета 1 м ≈ 10000 Па. В итоге получаем, что минимальный необходимый напор насоса должен быть 1,56 метра водяного столба.
Калькулятор для расчета требуемого напора
Практика показывает, что все потери давления учесть достаточно сложно, поэтому рекомендуется при приобретении насоса выбирать модель с резервом в пределах 10 ÷ 15 %.
Расширительный бак
Главная особенность системы отопления закрытого типа – наличие специального герметичного расширительного бака. Смысл его работы прост – нагрев воды сопровождается ее расширением. Так как жидкость является несжимаемой субстанцией, ей необходим дополнительный объем для компенсации расширения.
Примерная схема устройства расширительного бака
Бак состоит из двух камер – водяной и воздушной, которые разделяет непроницаемая эластичная мембрана. Давление в воздушной камере изначально выставляется таким образом, чтобы при заполненной системе создавался определенный резерв воды и достигалось гидростатическое равновесие. При повышении температуры теплоносителя и его расширении, излишки жидкости начинают продавливать мембрану, уменьшая объем воздушной камеры и, стало быть, повышая в ней давление. При снижении температуры происходит обратный процесс – давление газа вытесняет жидкость обратно в трубы. Таким образом, при правильно настроенном баке в любой момент времени соблюдается равновесие всей системы.
Объем расширительного бака должен соответствовать объему всей системы
Расширительные баки выпускаются различного объема. Какой требуется для конкретной системы – это зависит нескольких параметров. Методика расчета, которой пользуются специалисты, достаточно сложна, но она обычно применяется только лишь в случаях очень сложной системы отопления с несколькими контурами и разветвлениями. В условиях среднестатистического дома с не слишком сложной разводкой можно принять усредненные значения:
- Объёмное расширение воды при ее нагреве от 20 до 80 º составит порядка 4 – 5%;
- Необходимый резерв теплоносителя можно создать примерно в тех же объемах;
- Итого, получаем 10% от общего объема заполнения всей системы.
Имея примерный проект с указанным объемом котла, количеством и типом радиаторов, протяженностью всех трубопроводов, несложно найти общий объем теплоносителя, и из него вывести и требуемый размер расширительного бачка. Например, для отопительной системы объемом 200 л потребуется 20-литровый бачок.
Можно подойти к делу и более ответственно, проведя расчет с использованием формул.
Vб = Vс × k / D
Vб –рабочий объем расширительного бачка;
Vс – общий объем теплоносителя в системе отопления;
k – коэффициент объемного расширения теплоносителя при нагреве (см. таблицу)
Зависимость коэффициента термического расширения теплоносителя от температуры и концентрации антифризных присадок:
Температура нагрева теплоносителя, °ССодержание гликоля, % от общего объема
D – коэффициент эффективности расширительного бака.
Общий объем системы (Vс) можно в данном случае без большой погрешности взять, как 15 литров на киловатт мощности:
Значение D (показателя эффективности расширительного бачка) рассчитывается по отдельной формуле:
D = (Qm – Qб) / (Qm + 1)
Qm — максимально допустимое давление в системе отопления. На него рассчитано срабатывание клапана группы безопасности
Qб — давление предварительной накачки воздушной камеры расширительного бака – заводские установки либо при самостоятельной закачке (обычно советуют 1,0 – 1,5 атмосферы).
Калькулятор расчета требуемого объема герметичного расширительного бака
Чтобы не считать самостоятельно – воспользуйтесь возможностями встроенного калькулятора:
Устройство и принцип действия расширительного бачка системы отопления
Эффективность работы всей системы отопления зависит и от правильности выбора и установки радиаторов – именно эти приборы осуществляют непосредственную передачу тепловой энергии от циркулирующего теплоносителя в помещения дома.
Радиаторы — обязательные элементы системы отопления дома
Существует несколько видов радиаторов, каждый из которых обладает своим набором достоинств и недостатков:
- Чугунные батареи отопления несмотря на свой солидный «возраст» остаются весьма востребованы и в наши дни. Они подходят для любых систем отопления, обладают хорошей теплоотдачей, однако чрезмерно массивны и не всегда хорошо вписываются в интерьер помещения. Существуют и определенные сложности с точной регулировкой системы из-за высокой тепловой инертности чугунных радиаторов.
- Алюминиевые радиаторы в настоящее время становятся лидерами по популярности. У них очень хорошая теплоотдача, что повышает экономичность системы в целом. Вместе с тем, они легкие, имеют привлекательный внешний вид. Единственный недостаток – коррозионная неустойчивость алюминия и, в связи с этим, повышенная требовательность к чистоте теплоносителя.
Какой бы тип радиаторов ни был избран, требуется правильно рассчитать необходимое их количество для каждой комнаты.
Размещать радиаторы можно, в принципе, в любом месте комнаты, но традиционным считается участки под окнами – создается своеобразная тепловая завеса и не допускается образования конденсата на границе холода и тепла.
Однако, размеры оконных проемов вовсе не являются определяющим критерием при подборе количества секций или линейных размеров радиаторов. Каждый из них имеет собственный показатель удельной мощности теплопередачи при средней температуре теплоносителя 70º С (например, привычные всем чугунные секции обладают мощностью 150 Вт каждая). Эта величина обязательно указывается в техническом паспорте каждого изделия.
В расчетах можно исходить от объема помещения – считается достаточной нормой 41 Вт на м³. вычисли в объем комнаты (длина × ширина × высота) и умножив его на 41, получаем необходимое количество тепловой энергии для ее обогрева. Останется лишь разделить полученное значение на удельную мощность секции – это будет их потребное количество. Оно округляется в большую сторону.
Однако, этот расчёт применим для комнаты с одной внешней стенкой и одним окном. На практике же следует внести некоторые коррективы в расчёты, исходя из особенностей помещения и размещения в нем радиаторов:
- Угловая комната, с двумя внешними стенами, потребует 20% увеличения мощности обогрева. Если же в такой комнате два окна, то поправка возрастает до 30%.
- Если радиаторы будут прятаться в ниши под подоконниками, то следует предусмотреть 5% на возмещение потери их теплоотдачи.
- Нередко радиаторы закрывают декоративными решетками или экранами. Это, безусловно, снижает эффективность теплообмена, и чтобы компенсировать потери придется прибавить к общей требуемой мощности еще 15%.
В случае, когда сообщающиеся комнаты не разделены дверью, расчёт проводится для их суммарной площади с пропорциональным размещением батарей.
Радиаторы могут устанавливаться в любом удобном месте для равномерного распределения тепла
Для равномерности прогрева рекомендуют не ограничиваться размещением радиаторов только под окнами, а равномерно распределить их на несколько точек по периметру помещения.
Внутрипольные водяные конвекторы отопления
В последнее время большой популярностью стали пользоваться скрытые внутрипольные конвекторы отопления. Они создают мощные потоки подогретого воздуха, служат эффективной тепловой завесой от источников холода – окон и дверей. Некоторые модели оснащаются вентиляторами для точной регулировки создаваемого воздушного потока.
И, наконец, основным или дополнительным источником обогрева помещений могут выступать водяные «теплые полы», скрытые стяжкой пола. Здесь – совсем иные методики расчета, поэтому эта тема будет рассматриваться в отдельной публикации.
Цены на популярные модели радиаторов отопления
Для переноса теплоносителя от котла к точкам теплообмена – радиаторам или конвекторам, служит система трубопроводов. Какие трубы предпочтительней?
Медные трубы — отличное качество системы, но очень дорого
Металлопластиковые трубы — не лишены ряда недостатков
Полипропиленовые трубы — оптимальный вариант в вопросе «цена — качество»
Полипропиленовые трубы со стекловолоконным армированием
Осилить монтаж таких труб по силам любому домовладельцу, оборудования для их сварки недорого или же доступно для взятия в краткосрочную аренду. Сварные соединения отличаются монолитностью и высокой прочностью, что позволяет прятать разводку в толщу стен или пола. Впрочем, аккуратный их внешний вид не нарушит интерьера помещения и при открытом размещении.
Необходимое количество труб напрямую зависит от выбранной схемы разводки. Существует три основных типа с различными вариантами в каждом:
Однотрубная схема системы отопления
Главный недостаток такой системы – выраженная неравномерность прогрева помещений – чем дальше от котла, тем температура теплоносителя ниже. Для контура небольшого домика это, возможно, не будет иметь большого значения, но при более крупной постройке подобный «минус» будет весьма существенным.
Двухтрубная система обеспечивает равномерность нагрева помещений
Этим обеспечивается практически одинаковая температура прогрева радиаторов во всех помещениях. Правда, труб уже понадобится в два раза больше.
Принцип коллекторной схемы разводки труб отопления
С точки зрения расхода труб, сложности проектирования и монтажа подобная схема станет самой затратной. Однако, она может быть просто незаменима в разветвленной системе отопления крупного частного дома, особенно если применяется «теплые полы». У каждого контура есть свои возможности регулировок, так что можно создать наиболее комфортные условия в любом помещении.
Схемы разводки системы отопления частного дома
Необходимым элементом системы отопления закрытого типа является так называемая группа безопасности – совокупность предохранительных клапанных устройств и приборов визуального контроля. В ее состав обязательно входят:
- Предохранительный клапан, срабатывающий при превышении давления в системе выше допустимой величины (например, при выходе из строя автоматики котла или мембранного механизма расширительного бака). В этом случае клапан автоматически сбросит избыток жидкости для нормализации равновесия в системе. Обычно такой клапан соединяют патрубком с канализационным стояком.
- Воздушный сепаратор с клапаном — воздухоотводчиком. Воздух в систему может попасть при ее заполнении, а образовавшаяся пробка способна нарушить общую работу отопления. Кроме того, может выделяться и растворенный в воде воздух, особенно на первых порах работы системы. Установленный в высшей точке воздухоотводчик обеспечит автоматический сброс скопившихся газов.
- Приборы визуального контроля – манометр и термометр, позволяют легко отслеживать корректность работы системы в целом. Нередко можно встретить совмещение этих приборов в одном корпусе.
«Группа безопасности», собранная в одном латунном корпусе
Вся группа безопасности часто исполняется в едином латунном корпусе. Однако, варианты здесь могут быть разными – неизменным остается лишь ее компонентный состав. Важное условие при ее установке – на участке трубопровода между группой безопасности и котлом запрещено устанавливать какую бы то ни было запорную арматуру.
Современный электронный терморегулятор, смонтированный на радиаторе отопления
- При планировании разводки следует предусмотреть систему кранов, которая позволит перекрыть поступление теплоносителя на определенные участки или контура. Это дает возможность проводить ремонтные или профилактические работы без общего отключения всего отопления или без слива всего объема жидкости, циркулирующей в системе.
- Если в населенном пункте весьма часты перебои с электроснабжением, важным дополнением к системе отопления станет источник бесперебойного питания. Даже небольшой по мощности, порядка 600 – 700 Вт, ИБП позволит циркуляционному насосу работать бесперебойно в течение нескольких часов.
Итак, система отопления закрытого типа в частном доме – это весьма сложный «организм», и к ее проектированию и монтажу следует подходить с максимальной ответственностью. Легкомысленного подхода она не потерпит – ни с точки зрения своей эффективности, ни в вопросах безопасности эксплуатации.