Простейший способ расчета
Этот способ расчёта в интернете рекомендуют чаще других. Проще, надо полагать, действительно не придумать.
Исходят из того, что для полноценного отопления жилья с высотой потолков в пределах 2,5÷3,0 метра и достаточно качественной термоизоляцией всех основных конструкций, необходимо затратить 100 ватт тепловой энергии на каждый один квадратный метр площади помещения.
100 Вт на 1 м² — многие считают именно так, хотя получающийся результат порой очень далек от истинного
В качестве «производной» от подобного подхода можно рассматривать «норму» и исходя от объёма помещения.
— Так, в частном доме с качественным утеплением и современными окнами со стеклопакетами можно считать их соотношения 34 Вт тепловой энергии на каждый кубометр объёма.
— В панельном доме городской массовой застройки тепла потребуется больше – 41 ватт на кубометр.
Просто и быстро! Считаем по площади (или объему) необходимое количество тепла для каждого помещения. А затем суммирование всех результатов даст нам общую тепловую мощность, которая требуется для отопления дома. К ней можно добавить порядка 20 или 25% эксплуатационного запаса – и ответ готов!
Действительно, несложно. Но насколько это точно?
Даже человеку, весьма далекому от строительства и теплотехники, может показаться подозрительной уж слишком высокая «универсальность» подобного метода. Согласитесь, одно дело проводить расчет отопительной системы для дома, скажем, в Ханты-Мансийске, и другое – для такого же по площади, но на Кубани. Ни слова не говорится о количестве и качестве окон, а ведь это – одна из основных «магистралей» утечки тепла из помещений. Не принимаются в расчет состояние системы утепления, тип перекрытий, то, с чем соседствует помещение по горизонтали и вертикали. И многое другое …
В результате таких расчетов вполне могут получиться две крайности:
- Одна очень неприятная, когда система отопления попросту не справляется со своими обязанностями.
- Другая – это избыточная мощность приобретённого и установленного оборудования, которая практически всегда остается невостребованной. А это – лишние затраты на более дорогие модели мощных котлов, на большее количество радиаторов. Да и не особо полезно для техники, когда она постоянно работает с очень большой «недогрузкой».
Выполненные с чрезмерно большими погрешностями расчеты могут привести с неэффективности создаваемой системы отопления
Одним словом, назвать такой подход рациональным – сложно. И рачительный хозяин все же предпочтет более точные вычисления.
Виды водяных систем отопления
Теперь давайте рассмотрим варианты монтажа водяного отопления. Как и в случае со способом циркуляции, мы имеем более простой и дешевый вариант, уступающий по техническим характеристикам более усложненному и затратному.
Однотрубные системы отопления
Первым — простым и дешевым — является однотрубная система водяного отопления дома, в которой жидкость будет последовательно проходить по всем трубам, радиаторам и другим приборам отопления, если они имеются в цепочке и по обратной трубе возвращаться в котел. Данный вариант лучше подходит, опять же, для небольшого помещения.
Минус таких систем – невозможность их грамотной балансировки. Первый прибор всегда горячий, последний всегда теплый.
Двухтрубные системы отопления
Для помещений большей площадью лучше остановить свой выбор на более совершенной двухтрубной системе. В этом случае будет использовано нижнее подключение радиаторов. Но действительно совершенной такая прокладка отопления станет в том случае, если вы подключите циркуляционный насос. В противном случае будет затруднен обогрев дальних комнат.
Кроме того, уменьшить скорость остывания жидкости в системе возможно с помощью установки специальных байпасов на каждую из батарей, а также регуляторов подачи жидкости к отдельно взятому радиатору.
Отличием двухтрубной системы водяного отопления является прокладка цельной трубы к дальнему из радиаторов, от которого делается разветвление к промежуточным приборам отопления. Таким образом, пройдя по всей системе отопления, теплоноситель возвращается в котел по специальной обратной трубе, что позволяет равномерно распределить теплоотдачу по всему помещению.
Конечно, главным недостатком такого обогрева является его дороговизна и сложность монтажа, но комфорт, который вы получите взамен того стоит.
Лучевая система отопления
Схема лучевой системы отопления
Два выше описанных вида прокладки отопительных труб являются представителями периметрального способа. Но есть альтернативный — лучевой. При такой прокладке трубы подводятся отдельно к каждому радиатору: одна, по которой теплоноситель поступает в отопительный прибор, другая — обратная. Такая система позволяет отрегулировать комфортный температурный режим в каждом из помещений дома. Кроме того при поломке одного из радиаторов или трубы нет необходимости отключать все отопление, достаточно сделать это только на нужном участке.
В виду большого количества труб при монтаже лучевой системы, все коммуникации монтируются прямо в пол или стены, что благоприятно сказывается на интерьере дома.
Наиболее оптимально при лучевой прокладке использовать насосную циркуляцию теплоносителя.
Отопление теплым полом
Наиболее оптимальным способом равномерно прогреть все помещение является прокладка водяных теплых полов в доме. Возможно использовать только эту систему, а возможно сочетать ее с другими отопительными приборами. Например, когда в комнатах установлены радиаторы, а в коридорах, ванной и санузле — теплый пол. То есть особенно актуальными теплые полы будут для помещений с кафельным или мраморным покрытиями.
Использование системы «теплый пол» возможно ё при принудительной циркуляции теплоносителя.
Из преимуществ, которые дает водяное отопление теплым полом можно выделить:
- Равномерный прогрев помещение. Стяжка, отдающая тепло путем излучения, отдает его в равных долях в каждом квадрате комнаты.
- Рациональное распределение тепла. Тепло движется снизу вверх.
- Комфорт и микроклимат.
- Отсутствие приборов отопления на стенах в большинстве случаем
Общий принцип работы
Схема работы любой системы отопления заключается в преобразовании энергии сгоревшего газа, твёрдого (жидкого) топлива или электричества в тепловую. По трубам нагретая вода (антифриз) поступает в радиаторы, где отдаёт тепло в пространство.
Гравитационная система
Уклон труб при естественной циркуляции в отопительной системе
В основе функционирования лежат законы физики. Если контуры предусматривают естественное движение воды, то такая схема называется гравитационной.
Сделать контур тёплого пола в гравитационных системах без применения дополнительных насосов крайне трудно. Перепад труб в полу на несколько миллиметров приводит к завоздушиванию и прекращению движения теплоносителя.
Плотность нагретого теплоносителя ниже, чем холодного. За счёт разности плотности вода/антифриз из котла по подающему стояку (диаметр 60 – 80 мм) поднимается вверх. В верхней части всей системы устанавливают расширительный бачок открытого или закрытого типа.
По периметру помещений второго этажа прокладывают верхний контур разводки. Трубу диаметром 40-50 мм монтируют с уклоном 2 -3 см на метр длины. В местах установки радиаторов в разводку вваривают трубы диаметром 16 – 25 мм. По ним жидкость стекает в радиаторы. Затем теплоноситель поступает в батареи на первом этаже.
На уровне котла или немного ниже по периметру здания прокладывают нижний контур (обратку), в который собирается охлаждённая вода.
Схема находит применение в местах, где часто отключают электроэнергию, необходимую для работы насосов. Газовые котлы в этом случае оборудованы энергонезависимым приборами безопасности.
Эта же схема нужна для систем с котлами на твёрдом топливе. В случае отключения электричества циркуляция прекращается, а дрова/уголь продолжают нагревать воду. Остановить работу твердотопливного котла можно только быстро убрав горящее топливо, что крайне проблематично. Возникает повышенное давление, способное разрушить трубы и радиаторы.
Двухтрубное отопление
Двухтрубная система отопления нашла применение в крупных двухэтажных домах, так как имеет значительно меньшие теплопотери от радиатора к радиатору. В структуру системы входят две основные магистрали: горячая и холодная. По первой нагретая жидкость подается к потребителям тепла, во вторую сбрасывается остывший теплоноситель. При этом магистрали не имеют никакой прямой связи друг с другом.
Расширительный бак устанавливается на отдельном первичном ответвлении горячей магистрали значительно выше трубопроводов. Обычно выбираются модели закрытого типа. Перед радиаторами могут врезаться вентили, позволяющие выборочно отключать от отопления отдельные комнаты, однако перекрытие слишком большого количества вентилей может привести к избыточному давлению и течам, особенно — в системах с принудительной циркуляцией и при неправильно проделанных тепловых расчетах.
Тупиковая схема и «петля Тихельмана»
Изначально все системы двухтрубного отопления работали по прямой тупиковой схеме. Это означало, что радиатор, первым получивший горячий теплоноситель, первым же и отдает остывший, что влечет последовательную потерю давления в радиаторах и снижение их эффективности. Пусть и не такое значительное, как при однотрубной компоновке. Тупиковая схема до сих пор применяется для отопления небольших зданий, так как требует значительно меньшего расхода материалов при монтаже и не так требовательна к мощности насоса.
Решение проблемы падения давления предложил инженер Альберт Тихельман. Он разработал реверсивную систему обратной подачи теплоносителя или, проще, обратную петлю. Таким образом, радиатор, первым получивший теплоноситель, сбрасывал его последним, а последний установленный радиатор сливал остывшую жидкость раньше, чем остальные. При этом, разумеется, вдвое увеличилась длина обратной магистрали. Тупиковая схема хорошо подходит для отопления двухэтажного дома.
Лучевая схема
Другой ветвью эволюции тупиковой системы отопления стала так называемая лучевая схема. Она предполагает наличие дополнительного узла — распределительного коллектора. Он необходим для разведения первичных и обратных магистралей к каждому радиатору в отдельности, что обеспечивает циркуляцию жидкости с равной температурой и равным давлением во всех элементах системы.
Дальнейшее усложнение отопительной системы по сравнению с тупиковыми и петличной схемами привело к еще большему расходу труб при прокладке магистралей. Тем не менее, это окупается высокой эффективностью. Требования к расширительному баку и нагнетающему насосу те же, что и в «петле Тихельмана».
Как рассчитать диаметр труб
При устройстве тупиковой и коллекторной разводки в загородном доме площадью до 200 м² можно обойтись без скрупулезных расчетов. Сечение магистралей и подводок принимайте согласно рекомендациям:
- чтобы подать теплоноситель к радиаторам в здании 100 квадратов и менее, достаточно трубопровода Ду15 (наружный размер 20 мм);
- подводки к батареям делаются сечением Ду10 (внешний диаметр 15—16 мм);
- в двухэтажном доме 200 квадратов раздающий стояк делается диаметром Ду20—25;
- если количество радиаторов на этаже превышает 5 шт., делите систему на несколько ветвей, отходящих от стояка Ø32 мм.
Самотечная и кольцевая система разрабатывается согласно иженерным расчетам. Если вы хотите определить сечение труб самостоятельно, первым делом посчитайте нагрузку на отопление каждого помещения с учетом вентиляции, затем выясните требуемый расход теплоносителя по формуле:
- G – массовый расход нагретой воды на участке трубы, питающей радиаторы конкретной комнаты (или группы помещений), кг/ч;
- Q – количество теплоты, потребное для обогрева данной комнаты, Вт;
- Δt – расчетный перепад температур на подаче и в обратке, принимайте 20 °С.
Пример. Для прогрева второго этажа до температуры +21 °С необходимо 6000 Вт тепловой энергии. Стояк отопления, проходящий через перекрытие, должен приносить 0.86 х 6000 / 20 = 258 кг/ч горячей воды из котельной.
Зная часовое потребление теплоносителя, нетрудно рассчитать сечение подводящего трубопровода по формуле:
- S – площадь искомого сечения трубы, м²;
- V – расход горячей воды по объему, м³/ч;
- ʋ– скорость течения теплоносителя, м/с.
Продолжение примера. Посчитанный расход 258 кг/ч обеспечивается насосом, скорость воды берем 0.4 м/с. Площадь поперечного сечения подающего трубопровода равна 0.258 / (3600 х 0.4) = 0.00018 м². Пересчитываем сечение в диаметр по формуле площади круга, получаем 0.02 м – труба Ду20 (наружный – Ø25 мм).
Заметьте, мы пренебрегли разницей плотностей воды при различной температуре и подставили в формулу значение массового расхода. Погрешность невелика, при кустарном расчете вполне допускается.
Виды схем отопления
Отопление двухэтажного дома можно организовать по одной из нижеперечисленных схем.
Однотрубная, двухтрубная и лучевая схемы отопления частного дома
В небольшом частном доме можно применить последовательную схему подключения радиаторов отопления. В этом случае контур будет образован одной трубой, поэтому такая система получила название однотрубной. Это самый недорогой, но и наименее практичный вариант: в наиболее удаленные от котла радиаторы теплоноситель поступает относительно холодным, из-за чего количество секций в этих приборах приходится увеличивать.
Двухтрубная схема отопления с верхней и нижней разводкой
Более равномерно тепловая энергия распределяется в двухтрубной системе. Она состоит из двух трубопроводов – подающего и обратного, между которыми по параллельной схеме подключаются радиаторы. Для двухэтажного частного дома с большим количеством помещений такая схема системы отопления является оптимальной.
Наиболее дорогостоящей, но и самой удобной с точки зрения управления, является лучевая схема. Согласно ей, к каждому радиатору прокладываются собственные подающий и отводящий трубопроводы, которые сходятся в одном коллекторе. Если из-за неправильного гидравлического расчета на отдельных участках обычной двухтрубной системы может наблюдаться слабая циркуляция теплоносителя или ее отсутствие, то при лучевой схеме подобные явления полностью исключены.
Горизонтальная и вертикальная схемы с нижней и верхней подачей
В двухэтажных частных домах с небольшой площадью систему отопления своими руками часто сооружают по горизонтальной схеме.
Согласно ей, все радиаторы в пределах одного этажа объединяются в горизонтальный контур, а для запитки каждого из этих контуров сквозь все этажи прокладывается один хорошо утепленный стояк.
При большой площади этажей горизонтальные контуры получались бы слишком длинными, поэтому соблюдение требуемого уклона при их монтаже было бы невозможным.
В этом случае прибегают к организации отопления по вертикальной схеме. В соответствии с данным принципом объединяются не те радиаторы, которые расположены на одном этаже, а смонтированные друг над другом на разных этажах. Для этого прокладывается несколько стояков.
Они могут подключаться последовательно:
- теплоноситель от котла поднимается по одному стояку;
- затем по расположенной на втором этаже или на чердаке перемычке он поступает во второй стояк, по которому и движется в обратном направлении.
Но практикуют и параллельное подключение стояков. Для этого прокладывают два кольцевых трубопровода, один из которых играет роль распределительной гребенки (от него и запитываются все стояки), а второй – выполняет функцию «обратки» (сюда поступает остывший теплоноситель).
Если в доме имеется утепленный чердак или технический этаж, первый из трубопроводов можно разместить здесь. В таком случае говорят, что система имеет верхнюю разводку. При отсутствии такого помещения оба трубопровода приходится располагать в подвале или цокольном этаже (нижняя разводка).
Выбор отопительной системы
По типу теплоносителя для двухэтажных домов отопление выделяют:
- Воздушное. В качестве источника тепла выступает газовая печь.
Главным недостатком является постоянное падение уровня кислорода в комнатах. Данный тип применяется в двухэтажных домах без постоянного проживания людей - Комбинированное.
- Паровое. Теплоносителем является водяной пар. Из-за сложности внедрения практически не используется.
- Водяное. Наиболее целесообразный тип отопительной системы, теплоносителем в которой является подогретая вода.
Выделяют несколько схем: с искусственной и естественной циркуляцией. Типы рассмотрены ниже.
В каких домах выгоден однотрубный «самотек»?
Только не в 3-х этажном доме. «Самотечный» теплоноситель движется «лениво». Имеющиеся 20 кг разницы в весе тонны нагретой и холодной воды не создадут достаточной разницы давлений между «подачей и «обраткой для интенсивного движения по трубам, батареям.
В двухэтажном доме «самотек» будет работать неплохо, но второй этаж должен быть полноценным, имеющим чердак, позволяющий установить расширительный бачок. От котла в подвале (приямке) до бачка идет главный вертикальный стояк подачи. От стояка отходит т.наз. «лежак», уклоняющийся вниз. От «лежака» опускаюся стояки к этажным радиаторам. Эта вертикальная система, показанная на рисунке ниже, напоминает устройство отопления многоэтажного дома.
Самотечная однотрубная вертикальная система 2-х этажного дома.
Мансардный второй этаж вашего дома, имеющий окна в крыше (невысоких стенах) затрудняет монтаж самотечной системы. Мансарда исключает установку открытого расширительного бачка, наполненного антифризом. Герметичный бачок с газоотводящей трубкой, выведенной наружу, спасет положение, увеличивая затраты.
Наклонные трубы-«лежаки» плохо вписываются в пространство мансарды, могут пересекать оконные проемы, портя интерьер помещения.
«Самотек» больше подходит одноэтажным домам в местностях, характеризуемых ненадежным электроснабжением.
Достоинства и недостатки отопительной системы с естественной циркуляцией
Как и всяческое оборудование для отопления, это тоже имеет как свои недостатки, так и достоинства.
Итак, к плюсам можно отнести:
- Если нет насоса, то котел для отопления будет работать бесшумно. Это очень хорошо тогда, когда агрегат для самотечной циркуляции находится в кухне, например, где всегда собирается вся семья.
- Гравитационная система отопления работает без зависимости от электроэнергии. Это хорошо для тех людей, кто живет в местах, где есть проблемы с электропитанием, или для тех, кто хочет сэкономить на коммунальных услугах.
- Котлы по схеме для гравитационного отопления двухэтажного дома стоят дешевле обычных агрегатов.
- При обслуживании и эксплуатации данного оборудования уйдет минимальное количество денежных средств.
- Теплоноситель имеет непрерывную ЕЦ. Она обеспечит тепло и уют в доме на протяжении всего отопительного периода.
- При проектировании данной схемы отопления, а также при монтаже не нужно иметь специальные навыки. С этим дело может справиться даже новичок.
- Если Вы сделали правильную схему отопительной системы, а затем идеально ее установили – тогда время работы котла буде бесперебойной до 30 лет подряд.
К недостаткам можно отнести:
- По горизонтали действие будет по радиусу до 30 м, поэтому на слишком большой двухэтажный дом такая система отопления не подойдет.
- Нужно обязательно установить расширительный бачок. Без него вода не будет циркулировать по системе двухэтажного дома. Но его не просто нужно поставить, но еще и установить в утепленном месте, чтобы вода в нем зимой не замерзла.
Как можно заметить, недостатков намного меньше, чем достоинств, поэтому устанавливать такой агрегат в двухэтажном доме можно безо всяких страхов.
Гравитационная система с естественной циркуляцией
Перемещение теплоносителя по системе происходит самотеком.
Принцип работы
При подогреве теплоносителя происходит его расслоение: нижний слой с более высокой плотностью выталкивает более прогретую воду в систему. Разница плотностей обеспечивает естественную циркуляцию жидкости по трубопроводам.
Устройство
Расширительный бак устанавливается в верхней точке системы, который обеспечивает расширение воды в системе, производит сброс жидкости и подпитку в системе.
Котел необходимо устанавливать в подвальных или цокольных помещениях. Следует помнить, что уровень труб обратного контура должен быть заложен ниже котла.
Горизонтальные участки трубопроводов прокладываются с уклоном – в верхним точкам подключения радиаторов и от нижних на пути к котлу.
Важно! Для обеспечения высокого КПД необходимо использовать трубы с большим условным проходом, что обеспечивает низкий коэффициент сопротивления внутренних поверхностей труб.
Схема гравитационной системы отопления
Преимущества:
- Автономность. Данная схема может работать без применения электроэнергии. Лучший вариант для удаленной местности, где наблюдаются перебои с поставками электричества.
- Длительный срок эксплуатации. Из-за низкого давления в системе оборудование менее подвержено износу.
- Бесшумность, т.к. наличие циркуляционного насоса не предусмотрено.
Недостатки:
- Большой расход материалов. Большие затраты, т.к. применяются трубы больших диаметров.
- Трудоемкий процесс монтажа. Сложность обеспечить правильный уклон.
- Применяются в домах с суммарной площадью трубопроводов не более 150 м2.
- Длительный процесс нагрева помещений.
- Сложность отвода кислорода из теплоносителя. Может быть устранено путем проектирования правильного уклона труб, который обеспечит естественный отвод пузырьков через расширительный бачок в воздух.
Двухтрубная тупиковая система отопления: схемы и описание
Схемы отопления в жилых домах частного сектора домостроительства являются тупиковыми двухтрубными системами отопления, однотрубные применяются редко.
На практике существуют несколько вариантов схем. Каждая из них монтируется в соответствии с конкретными условиями жилого помещения.
Что из себя представляет
Система отопления, смонтированная таким образом, когда кольца, по которым проходит теплоноситель, не равны друг другу, называется тупиковой.
На рисунке приведена общая схема такой системы, где присутствуют два трубопровода:
- C нагретым теплоносителем. Подающая магистраль, на схеме обозначена красным цветом.
- C остывшим теплоносителем. Обратная магистраль, на схеме обозначена синим цветом.
Согласно данной схеме поток нагретого теплоносителя после выхода из газового котла протекает по подающему трубопроводу в направлении к радиаторной системе. При попадании в радиатор, в процессе прохождения сквозь него, нагретый поток теплоносителя отдает тепло. После охлаждения поток теплоносителя сразу уходит в обратную магистраль, двигаясь в направлении к газовому котлу.
Альтернативой тупиковой системе является попутная система отопления, но так называемая попутка имеет иную схему прохождения теплоносителя по системе.
Виды тупиковых систем
Вариантов таких систем существует два:
- горизонтальный, где применяется горизонтальная разводка трубопроводов;
- вертикальный, где пользуются вертикальной разводкой трубопроводов.
Горизонтальная схема
Согласно данной схеме трубопроводы, подающий и обратный, до момента присоединения к радиаторам располагаются горизонтально.
В этом случае диаметры трубопроводов одинаковы, и типоразмеры монтажных компонентов совпадают с диаметрами трубопроводов. Это существенно упрощает работы при монтаже данных систем и соответственно экономятся как средства, так и время.
При эксплуатации данной системы отопления температура теплоносителя на входе радиаторов примерно одинакова. Но существует недостаток. Дело в том, что при больших площадях и большой протяженности трубопроводов трудно отбалансировать отдельные радиаторы.
Разновидностью двухтрубной тупиковой горизонтальной системы, является схема с центральной магистралью
Важно знать, что такую разводку наиболее целесообразно монтировать в скрытом варианте или в пол при его бетонировании, или в стену под слой штукатурки. Тогда не будет нарушаться дизайн жилого помещения
Эта технология представляет собой, соединение без резиновых уплотнительных колец. Сам материал трубы является уплотнителем.
Однако при монтаже к радиаторам возникает проблема с пересечением трубопроводов, так как трубопроводы будут выступать из стяжки.
Важно знать, что решением данной проблемы является применение крестовины. При выходе к радиатору крестовина даёт возможность, не выходя за пределы монтажной плоскости, обойти магистральный трубопровод
Эта система даёт возможность подключать:
Подключаются эти контуры с применением смесительного модуля, который состоит из:
- насоса циркуляции, который придаёт динамику движения теплоносителю;
- вентиля смешения с датчиком температуры.
Этот модуль дает возможность работать контурам в независимом режиме от основной системы. В таком режиме они сами не оказывают влияние на работу общей системы.
Схема отопления в вертикальном исполнении
Эта схема используется в домах более одного этажа.
От газового котла одновременно происходит разделение на две ветви:
- первая проходит по первому этажу;
- вторая через в вертикальный стояк проходит по второму этажу.
Существуют определенные условия, обеспечивающие надежность и устойчивость работы плечевой схемы:
- количество радиаторов — на каждом этаже должно быть в пределах десяти штук;
- должны монтироваться трубопроводы с теми диаметрами, которые подходят к данной конкретной системе;
- должны монтироваться на каждом этаже двухэтажного дома, как на нижнем, так и на верхнем, вентили балансировки, имеющие автоматическую регулировку давления.
Дело в том, что вертикальную схему нельзя сделать так, чтобы теплоноситель проходил самотеком, когда движение исключительно под давлением горячего теплоносителя на холодный, поэтому необходимо применение насоса.
Схема двухтрубной тупиковой системы отопления достаточно распространена, так как проста при монтировании и ее несложно эксплуатировать. Данная схема достаточно экономична с финансовой точки зрения. В силу указанных причин частный сектор домовладений охотно ее применяет.
