Система домашнего отопления устройство и принцип работы. Принцип работы системы отопления

04.03.2020

Устройство водяного отопления

Отопление это процесс нагрева воздуха в помещении, который компенсирует потери тепла в доме из-за понижения температуры на улице.

Отопление дома происходит за счет передвижения теплоносителя по помещению. В случае водяного отопления теплоноситель, нагретая вода, движется по трубопроводу, поступает в радиаторы отопления , которые нагреваясь, отдают тепло в помещения.

Общая схема системы отопления такова. В генераторе тепла вода нагревается. Под собственным давлением или под воздействием циркуляционных насосов вода движется по замкнутому контуру теплопровода. При своей циркуляции вода охлаждается, передавая тепло помещению, и возвращается обратно в генератор тепла. Этот процесс повторяется пока система водяного отопления включена и все ее составные части работают исправно.

Генераторы тепла в системе водяного отопления

3. Манометр;

4. Горячий "стояк" теплоносителя;

5. Магистраль горячей воды- теплоносителя;

6. Терморегулятор;

7. Радиатор отопления;

8. Магистраль обратного (остывшего) теплоносителя;

9. Слив теплоносителя;

10. Водопровод подпитки;

11. Вентиль водопроводный радиаторный;

12. Магистраль горячего водоснабжения (ГВС);

13. Магистраль малого теплового контура;

14. Клапан предохранительный;

15. Насос циркуляционный;

16. Автоматический клапан для стравливания (выпуска) воздуха из системы.

Одноконтурные и многоконтурные системы водяного отопления

В домах могут быть сделаны не одна, а несколько независимых контуров отопления. Например, отдельно для радиаторов дома, отдельно для теплого пола , отдельно для бойлера. Или отдельно для двух половин дома. Такие системы водяного отопления более сложны в монтаже, но более эффективны для качественного отопления дома.

Однотрубные и двухтрубные системы водяного отопления

Также различаются однотрубная и двухтрубная системы водяного отоплении. В однотрубной системе радиаторы подключены к системе отопления последовательно, в двух трубной параллельно.

На это об основных принципах водяного отопления все! Тепло вашему дому.

Несколько визуальных сконструированных рисунка систем водяного отопления:

Закрытая,двухконтурная закрытая система водяного отопления с бойлером ГВС с Экспансоматом

Закрытая, двухконтурная закрытая система водяного отопления

Водяное отопление считается самой верной и простой системой, используемой для отопления дома. Все очень просто: вода нагревается при помощи котла, после того идет по трубам к батареям в помещениях, отдает тепло и возвращается в котел. Циркуляционный процесс воды поддерживается с помощью такого устройства, как циркуляционный насос.

Система водяного отопления

Система водяного отопления являет собой замкнутую цепь, состоящую из котла, выполняющего функцию генератора тепла, трубопроводной системы и батарей. По этой системе в постоянном режиме циркулирует вода или антифриз. Топливом для того чтобы разогреть воду может быть уголь, дрова, керосин или природный газ, электроснабжение, преобразователи и т.д.

Водяное отопление

Кроме вышеназванных компонентов, которые включает водяная система отопления, сюда еще входят устройства, предназначенные для регулирования системы – расширительный бак для отведения излишков воды или такой жидкости, как антифриз, которые появляются в случае нагрева, терморегуляторы, насос циркуляции, манометр, запорный, автоматический отводчик воздуха, клапаны для предохранения.

Для водяного отопления могут быть использованы разнообразные трубы:

Стальные, нержавеющие и стальные оцинкованные. При установке таких труб их сваривают. Стальные трубы – подвержены коррозии. Оцинкованные стальные и нержавеющие – не обладают таким недостатком, а при их установке лучше применять резьбовые соединения.

Медные. Такие трубы являются надежными, они выносят очень высокие температурные режимы, высокое давление. Соединяются медные трубы высокотемпературной пайкой серебросодержащим припоем. Они могут быть хорошо скрыты в стенах вашего дома. Заметим, что медные трубы – самые дорогостоящие, используются они, в основном, в строительстве эксклюзивных объектов.

Полимерные (металлопластик, полиэтилен, полипропилен, армированные алюминием трубы). Такие трубы достаточно удобны при установке. Металлопластиковые – прочны и стойки к процессу коррозии, они не позволяют откладываться осадку на поверхности внутри. Монтируются они при помощи прессовых или резьбовых соединений без сварки. Но у таких труб большой коэффициент расширения тепла. Поэтому, если долго была только горячая вода, после чего пошла холодная, то такие трубы могут дать течь. Поэтому при временном прекращении работы котла в зимнее время и размораживании систем отопления наступит повреждение.

Полимерные трубы

Выбор материала труб, которые будут использовать определенные водяные системы отопления, должен непременно быть согласован с проектировщиками с учетом таких факторов, как вероятность альтернативного или аварийного отопления здания, предпочтения и финансовые возможности. Специалистами было доказано, что наиболее надежными являются медные трубы, поэтому для построения долговечной системы водяного отопления необходимо использовать именно такие.

Этапы установки водяной отопительной системы

Систему водяного отопления необходимо планировать на основе места размещения основного ее элемента – котла. Сам котел ставится еще до планирования разводки труб. Если котел громоздкий – то для него делается бетонный постамент высотой в 4-5 см. Подставка также может быть сделана из листа железа с асбестом сверху. Сразу после того, как постамент готов, котел соединяется с дымоходом, а все соединения замазываются глиной (но не цементом!).

Котельная частного дома

Помните, что в помещении, где будет размещен котел, должна быть хорошая вентиляция – или естественная, или принудительная. Отверстие вентиляции можно оборудовать жалюзями для того чтобы они помогали регулированию потока воздуха.

Обвязка котла делается только при помощи металлических труб.

Только после того, как вы выдержали расстояние, указанное в руководстве, можно вести трубопровод уже металлопластиковыми трубами, но введения в котел должны быть только металлическими трубами. Трубы, вводящие воду в котел, должны иметь такой же диаметр, как и выводящие. Нельзя пользоваться переходниками!

Виды систем водяного отопления

Классификация систем водяного отопления подразумевает их деление на одноконтурные и двухконтурные. Первый тип служит только для того чтобы отапливать помещения. Двухконтурная система делается не только для отопления помещений, но и для нагревания воды.

Практика показывает, что часто применяется установка двух одноконтурных систем: одна из них отапливает помещения, а вторая – нагревает воду. При этом, если на улице лето, то можно пользоваться только одной системой, при этом помните, что для нагревания воды для бытовых нужд тратится 25% мощности котла.

Схемы систем водяного отопления подразумевают использование трех вариантов разводки труб: однотрубная, двухтрубная, коллекторная.

Однотрубная разводка – проста: здесь нагретая вода от котла идет последовательно от одной батареи к другой. Поэтому последняя батарея в цепи будет холоднее, чем первая. Обычно такая система широко распространена в многоквартирных домах. Такая система достаточно сложна в управлении, ведь без специальных приемов здесь просто не перекрыть доступ носителя тепла в один из радиаторов, так как перекроется доступ и ко всем остальным.

Однотрубная разводка

Двухтрубная разводка предполагает такой принцип работы водяного отопления, при котором температурный режим в помещении регулируется проще. К каждому отопительному прибору в данном случае подводится две трубки – с горячей и холодной водой. Так, трубы также способны разводиться и звездообразно – к батарее подводится труба с горячей водой, а уходит с холодной. При этом температура каждой батареи одинаковая.

Также существует и коллекторная или лучевая разводка. В данном случае от коллектора к каждому прибору отопления подводится две трубки – прямая и обратная. Коллектор представляет собой устройство, собирающее воду. Благодаря универсальности коллекторных систем принцип работы системы водяного отопления может быть со скрытой проводкой труб. Такая схема позволяет производить регулирование системы и монтаж специальных электрических моторов, которые поддерживают заданный температурный режим в помещениях.

Коллекторная (лучевая) разводка

Преимущество, которое приносит такая схема водяного отопления, - это то, что здесь можно очень легко регулировать температуру в каждой комнате, устанавливать ее относительно просто, а поврежденные участки труб можно заменять, не нарушая всю систему.

Достоинства и недостатки водяного отопления

Среди преимуществ, которые предоставляет система водяного отопления, можно назвать следующие:

Экономичность в расходах материалов.
Достаточно высокий уровень теплоемкости. Ведь показатель теплоемкости воды превышает тот же показатель воздуха, нагретого до такой же температуры, в 4 тысячи раз.
Комфортная температура.

Как и в любой системе отопления, стоит выделить несколько недостатков:

Трудоемкость установки и эксплуатации в сравнении с другими системами.
Необходимость постоянного контроля над работой генератора тепла.
В случае долговременного отбытия – необходимость удаления воды. Ведь если воду с труб не спустить, то в случае низких температур она замерзнет, вследствие чего трубопровод лопнет. Кроме того, трубопровод с воздухом довольно быстро подвергается процессам коррозии.

Установка водяного отопления возможна только во время строительства или капитального ремонта.

Обогрев помещений загородного коттеджа можно организовать различными способами – печью, газовыми либо электрическими конвекторами, инфракрасными приборами и прочими воздушными обогревателями. Но для жилых комнат предпочтительным вариантом остается традиционное водяное отопление. Устройство такой системы в частном доме или квартире начинается с выбора правильной схемы, учитывающей планировку здания и расстановку отопительного оборудования.

Как работает система

Если вы планируете самостоятельно провести тепло в помещения, стоит разобраться в конструкции и принципе работы водяного отопления. Три составляющих любой схемы:

установка, вырабатывающая тепловую энергию и передающая ее воде;
трубопроводная разводка;
отопительные приборы, расположенные в обогреваемых комнатах.

Один из способов организации отопления в жилище на 2 этажа — двухтрубная плечевая разводка

Примечание. Запорная арматура – краны, балансировочные вентили, смесительные клапаны – всегда являются частью разводки. Дополнительное оборудование – , – входят в состав котла либо монтируются отдельно.

Принцип действия системы основан на передаче теплоты от источника к приборам отопления посредством жидкого рабочего тела – обычной воды, способной поглотить большое количество энергии (удельная теплоемкость – 4.18 кДж/кг °С). В отдельных случаях применяется незамерзающая жидкость – водный раствор этиленгликоля либо пропиленгликоля. Как это происходит:

Сжигая углеводородное топливо или потребляя электроэнергию, установка нагревает воду до температуры 40…90 градусов.
Горячий теплоноситель движется по трубам с помощью насоса либо естественным образом (за счет конвекции) к водяным радиаторам.
Между обогревательными приборами и воздухом комнат происходит теплообмен – протекающая через батарею вода остывает на 10-20 °C, атмосфера помещения прогревается. Плюс горячая поверхность радиатора выделяет инфракрасное тепловое излучение.
Охлажденный теплоноситель возвращается по магистрали в теплогенератор, где снова нагревается до требуемой температуры.
Излишек воды, образующийся при тепловом расширении, поступает в специальную емкость. Когда температура в системе падает, жидкость опять сжимается и уходит из расширительного бачка.

Рабочий цикл отопления - вода нагревается котельной установкой, по трубам направляется в радиаторы, где отдает теплоту окружающему воздуху

Справка. Интенсивное выделение инфракрасного тепла поверхностью батарей начинается при температуре более 60 °C.

Прежде чем проводить отопление, запомните одно правило: эффективность обогрева практически не зависит от объема воды в системе. Данный показатель влияет лишь на скорость прогрева/остывания дома при запуске либо остановке теплогенератора.

Перечислим действительно важные характеристики:

разность температур на входе и выходе домашнего отопителя, максимально допустимая – 25 градусов;
мощность источника – должна выбираться тепловых потерь сквозь внешние стены + прогрев воздуха для вентиляции;
расход теплоносителя – объем воды, проходящей через отопительные приборы в течение 1 часа;
гидравлическое сопротивление трубопроводной сети вместе с радиаторами, в идеале не должно превышать 1 Бар (10 м водного столба).

Разъяснение касательно общего объема теплоносителя в трубах даст эксперт Владимир Сухоруков в своем видео:

Виды котлов и других водогрейных аппаратов

Эффективность работы отопления в частном доме зависит от установки, нагревающей рабочее тело (воду). Правильно подобранный агрегат вырабатывает количество теплоты, необходимое для радиаторов и бойлера косвенного нагрева (при наличии), экономно расходуя энергоносители.

Автономная водяная система может работать от:

водогрейного котла, использующего определенное топливо - природный газ, дрова, уголь, солярку;
электрокотла;
печи на дровах с водяным контуром ();
теплового насоса.

Дополнение. Есть комбинированные типы отопителей, одновременно совмещающие 2-3 энергоносителя, например, уголь – природный газ, дрова – электричество (один экземпляр показан ниже на фото). Также существуют универсальные котлы, куда можно установить дизельную форсунку, газовую или пеллетную горелку – на выбор.

Чаще всего для организации отопления в коттеджах применяют именно котлы – газовые, электрические и твердотопливные. Последние изготавливаются только в напольном исполнении, остальные теплогенераторы – настенном и стационарном. Дизельные агрегаты используются реже, причина – высокая цена горючего. Как водогрейный бытовой котел, рассматривается в подробном руководстве.

Печное отопление, совмещенное с водяными регистрами или современными радиаторами – неплохое решение для обогрева дачи, гаража и небольшого жилого домика площадью 50-100 м². Недостаток - помещенный внутрь печки теплообменник нагревает воду бесконтрольно. Чтобы избежать закипания, важно обеспечить принудительную циркуляцию в системе.

Справка. Раньше подобные схемы делались самотечными – без насоса, с открытым расширительным бачком. Регистры и магистрали сваривались из стальных труб диаметром 40…80 мм (внутренний), прокладываемых с уклоном 3-5 мм на 1 м для лучшего самотека. Отопление называли паровым, поскольку система не боялась закипания.

Современная гравитационная система без перекачивающего агрегата, работающая от водяного контура кирпичной печи

Тепловые насосы не получили широкого распространения на территории стран бывшего Союза. Причины:

основная проблема - дороговизна оборудования;
из-за холодного климата аппараты типа «воздух – вода» попросту неэффективны;
геотермальные системы «земля – вода» сложны в монтаже;
электронные блоки и компрессоры тепловых насосов весьма дороги в ремонте и обслуживании.

Из-за высокой цены срок окупаемости агрегатов превышает 15 лет. Но эффективность установок (3-4 кВт теплоты на 1 затраченный киловатт электроэнергии) привлекает мастеров – умельцев, пытающихся собрать самодельные аналоги из старых кондиционеров.

Диаметр магистральной трубы – не менее 20 мм (внутренний проход), что соответствует наружному размеру металлопластика 26 мм, полипропилена – 32 мм. Указанное сечение остается одинаковым по всей длине трубопровода.
Число батарей в 1 ветви – максимум 6 шт., иначе придется наращивать диаметр разводящей трубы до 32-50 мм. Монтаж усложняется и дорожает на 15-20% (минимум).
Поскольку к дальним радиаторам приходит менее нагретая вода, их теплообменную поверхность нужно увеличивать на 10…30%, добавляя количество секций.
Ручная либо автоматическая регулировка протока через 1 обогреватель влияет на работу остальных приборов, поскольку меняется температура и расход воды в общей магистрали.

Батареи однотрубной системы сбрасывают остывшую воду обратно в общий коллектор

Справка. В многоквартирных домах советской постройки эксплуатируются вертикальные однотрубные системы, где батареи присоединяются к стоякам, принцип «ленинградки» сохраняется. Аналогичные схемы, только в миниатюре, используются в двухэтажных частных коттеджах, когда требуется организовать самотек.

Однотрубная замкнутая схема водяного отопления подойдет для дачных и жилых домиков площадью 60…100 м². Два этажа – не проблема, система делится на 2 кольцевых ветви, сходящихся на тройниках возле котла, насос задействован один.

Двухтрубные схемы – кольцевая и тупиковая

Характерное отличие – деление горячего и остывшего теплоносителя на 2 линии – подающую и обратную. Здесь к батареям приходит две трубы – по одной вода заходит в радиаторы, через вторую течет обратно к котлу. Для отопления жилищ используется 2 системы:

При тупиковой схеме теплоноситель идет по магистрали до последнего прибора, затем возвращается через обратку – течет в противоположном направлении.
В кольцевой петле Тихельмана вода не меняет направление движения после выхода из батареи. То есть, теплоноситель в обеих магистралях течет в одну сторону.

Двухтрубная тепловая сеть одноэтажного дома с тупиковыми ветвями

Дополнение. Первая система состоит из одной или нескольких тупиковых ветвей – плеч разной либо одинаковой протяженности. Вторая делается в виде одного или нескольких замкнутых колец, сходящихся на котле.

Преимущества двухтрубных методов соединения батарей:

малые диаметры магистралей – 15-20 мм (внутренний);
все радиаторы заполняются теплоносителем одинаковой температуры;
нет ограничений по числу обогревателей на 1 линии;
система поддается автоматизации и регулировке, изменение расхода либо полное отключение одной батареи не влияет на работу соседних;
правильно собранная попутная разводка хорошо сбалансирована гидравлически;
невысокие затраты на монтаж.

В петле Тихельмана первый радиатор на подающей линии становится последним на обратной, а вода течет по трубопроводам в одну сторону

Тупиковую схему несложно собрать своими руками - она «прощает» несерьезные ошибки и легко балансируется. С петлей Тихельмана труднее – в одноэтажном здании двойная магистраль обязательно пересечет проем входной двери, который придется огибать трубами сверху или снизу под полами.

Коллекторная система

Здесь подключение радиаторов организовано лучевым способом от распределительной гребенки, размещенной близко к центру здания. Она соединяется с котлом двумя трубами, а к каждой батарее идет собственная двухтрубная линия – подача и обратка. Радиаторные подводки идут к приборам по кратчайшему пути - прячутся в стяжке пола либо крепятся под потолком перекрытия нижнего этажа.

Примечание. Удаление воздуха из скрыто проложенных трубопроводов производится через автоматические воздухоотводчики, установленные на гребенке.

Распределяющую теплоноситель гребенку очень желательно ставить в середине здания, чтобы сделать все подводки одинаковыми по длине

Лучевая схема – , сохраняющий достоинства тупиковой системы. Есть и дополнительные плюсы:

трубы, подводки и шкаф с коллектором прячется внутри строительных конструкций, поэтому схема годится для любых интерьерных решений;
удобство и простота регулирования (балансировки), органы управления расположены в одном месте - распределительном шкафу;
если оснастить термостатические вентили гребенки сервоприводами и поставить электронный блок управления, то можно полностью автоматизировать водяное отопление здания.

Для подключения обогревателей к коллектору применяются трубы сшитого полиэтилена Ø10 мм (внутреннее сечение), защищенные теплоизоляционной оболочкой. От котельной установки до гребенки прокладывается магистраль диаметром 26…40 мм в зависимости от числа потребителей.

Недостатки лучевой разводки:

в обжитом доме сложно проводить трубопроводы к радиаторам – вскрывать стяжку или вырезать штробы;
высокая стоимость материалов и работ;
схема не работает без насоса;
проложенные внутри бетонного монолита магистрали нельзя переделать либо заменить.

Прокладка изолированных труб от коллектора до радиаторов в разных комнатах

Напоследок о преимуществах и недостатках

Сначала раскроем основные минусы данного отопления:

значительные вложения при строительстве – домовладелец несет затраты на покупку материалов, оборудования и монтаж;
при эксплуатации надо следить за работой теплосиловой установки, дизельные и дровяные котлы вовремя загружать топливом;
существует вероятность протечки или размораживания элементов отопительной сети.

Перечисленные недостатки нельзя назвать критическими. Вложения постепенно окупаются, при недостатке средств монтаж выполняется самостоятельно. Вероятность протечек сводится к нулю за счет качественной сборки и заливки незамерзающего теплоносителя (антифриза), если отопление включается периодически.

Список плюсов выглядит гораздо внушительнее:

Как вы поняли, публикация носит ознакомительный характер и пригодится домовладельцам, не определившимся со способом отопления своего дома. Более развернутые инструкции по выбору теплосилового оборудования, труб и применяемой арматуры вы найдете на других страницах нашего ресурса (переходы выделены синим цветом в тексте статьи).

При строительстве небольших домов, достаточно часто, в проектах изначально закладывают самотечную систему отопления. В первую очередь, связано это с глобальной экономией. Данная система позволяет запустить отопление без использования дополнительного насоса. О преимуществах, недостатках и особенностях данной системы мы и поговорим в этой статье.

Принцип работы самотечной системы

В основе данной системы стоят законы физики. Ведь давно известно, что нагретое вещество всегда легче холодного. На этом принципе построена вся система отопления.

В котле теплоноситель нагревается до наивысшей температуры. По мере нагревания вода поступает по трубам в радиаторы, передавая свое тепло радиатору, а уже радиатор отдает тепло в помещение. В процессе остывания, теплоноситель движется по наклоненным трубам, дальше он возвращается в котел. Цикл продолжается непрерывно. Горячий теплоноситель постоянно выдавливает остывший, в следствии чего процесс постоянный.

Что бы все работало как надо, должно соблюдаться несколько условий:

Нагревательный элемент котла должен находиться ниже уровня приточной трубы охлажденного теплоносителя, иначе приток будет нарушен и система не сможет функционировать.
Разность температур на всходе охлажденного теплоносителя и на выходе должна быть не менее 25 градусов, иначе скорость циркуляции будет слишком низкой.
Расстояние от котла до ближайшего радиатора не должно быть слишком большое (до 25 метров), иначе сопротивление материалов, из которого выполнена труба не позволит нормально работать системе.
Система должна полностью заполняться теплоносителем. Для этого, рекомендуется установить расширительный бачок.

Пример схемы самотечной системы отопления

Схема №1

Схема №2

Схема №3

Преимущества самотечной системы отопления:

Энергонезависимость. В случае отсутствия электроэнергии, система будет полноценно работать, так как нет необходимости подачи напряжения на насос.
Отсутствие вибрации теплоносителя, создаваемой насосом.
Простота обслуживания, высокая ремонтопригодность системы, безотказность.
Система регулируется сама, в отличие от температуры воздуха в помещении. Если температура низкая - тепло принимается быстрее, в следствии чего ускоряется движение теплоносителя.

Недостатки самотечной системы отопления:

Возможность стабильной работы только в небольших домах.
Необходимо создавать специальный уклон, для нормальной циркуляции системы.
Более высокая вероятность промерзания системы на минимальных режимах работы котла (из-за более низкой скорости прохождения теплоносителя).
Необходимость расширительного бачка и постоянного контроля уровня теплоносителя в нем.

Самотечная система отопления хорошо считается с , газовыми, твердотопливными котлами и т.д. Такая система хорошо подойдет тем, у кого есть небольшой одноэтажный дом без планов его достройки и т.д.

В любом случае, при изменении конструкции сисиемы (при достройке, перестройке, монтажа теплого пола и т.п.) для улучшени циркуляции, в данну систему можно врезать циркуляционный насос и уставовить мембранный расширительный бак.