Моделирование оптимальной геометрии контура

Для одного частного дома может быть спроектировано несколько замкнутых водяных контуров, которые будут обогревать разные помещения. Они могут существенно отличаться друг от друга по типу разводки.

При проектировании, в первую очередь, исходят из работоспособности системы, а также оптимальной геометрии с позиции минимизации затрат, простоты монтажа и возможности вписать элементы отопления в дизайн помещений.

Главная задача системы отопления, сооружаемой для частного дома, заключается в полноценной компенсации потерь тепла, происходящих через строительные конструкции и проемы. Вариант разводки подбирают так, чтобы по возможности сократить теплопотери. Через неотапливаемые помещения должно проходить не более 10 % трубопровода. В немалой степени на выбор системы влияет бюджет хозяев дома. Исходя из финансовых возможностей определяется техническая оснащенность конструкции, тип движения теплоносителя и его эффективность. Чем больше технических средств требуется для работы системы, тем она эффективней, но и тем больше ситуаций, связанных с поломками и ремонтом.

Подбор оптимальной разводки отопления для загородного дома должен учитывать взаимосвязь контура с прочими инженерными коммуникациями. На стадии проектирования нужно четко определиться с видом котла, планируемого к использованию для отопления, чтобы досконально продумать организацию котельной и хранилища для топлива. Следует изначально продумать возможность регулировки режимов работы системы и размещение регулирующего оборудования. На стадии проектирования разводки отопления требуется определиться с наиболее удобным расположением приборов и оборудования, облегчающим обслуживание и создающим комфорт при эксплуатации.

Естественная и принудительная циркуляция воды

Нагрев теплоносителя для отопления дома происходит в одном или нескольких устройствах, расположенных внутри помещения. Это могут печи, камины, а также газовые, электрические или твердотопливные котлы.

Давление воды в контуре обеспечивают или за счет использования циркуляционных насосов или выстраиванием геометрии системы, позволяющей создать условия для естественной циркуляции.

Также источником горячей воды может быть централизованная система отопления для нескольких домов. В случае слабого напора возможно подключение циркуляционных насосов для создания дополнительного давления и увеличения скорости перемещения жидкости по трубам.

Установка циркуляционного насоса создает достаточный напор в системе, делая возможным использование вариантов разводки, которые нельзя применять при естественной циркуляции

При выборе варианта с естественной циркуляцией теплоносителя или небольшого давления в трубах при централизованном отоплении необходимо внимательно отнестись к возможности максимального использования физических законов, позволяющих начинать и поддерживать движение жидкости.

Обязательным элементом разводки в этом случае является коллектор разгона. Он представляет собой вертикальную трубу, по которой горячая вода поднимается вверх, затем распределяется по приборам отопления и, потеряв начальную температуру, стекает вниз.

По причине разной плотности возникает перепад гидростатического давления горячего и холодного столба жидкости, который является движущей силой для циркуляции воды.

Самый простой вариант разводки отопления для частного дома — гравитационная система, согласно которой теплоноситель самотеком перемещается по контуру. Гравитационные схемы не нуждаются в использовании насоса, чрезвычайно просты в сооружении. Температура в приборах систем естественного типа может регулироваться только уменьшением/увеличением теплоносителя. На радиаторы не ставят терморегуляторы. В отопительных системах с естественным перемещением теплоносителя излишек воздуха отводится через открытый расширительный бачок. Только в контурах с нижним подключением на радиаторы ставят автоматические или механические воздухоотводчики. Системы с принудительным перемещением теплоносителя значительно сложнее, их монтаж и обслуживание дороже.

Для движения теплоносителя в принудительные системы устанавливается насос, для обеспечения перебойной работы включается группа безопасности. В закрытых насосных контурах отопления необходимо устанавливать воздухоотводчики на радиаторы и участки с поворотами системы. В большинстве принудительных систем вместо открытого расширительного бачка используют закрытый. Для нормального функционала потребуются не только воздухоотводчики, но и предохранительный клапан давления.

Вертикальная и горизонтальная разводка

Подвод горячей воды к радиаторам может быть осуществлен разными способами. Разводку условно делят на вертикальную и горизонтальную, по положению труб (стояков), подающих воду непосредственно к радиаторам отопления.

В современных домах чаще используют горизонтальную, чем вертикальную разводку отопления. Причина в том, что схемы расположения радиаторов на разных этажах редко совпадают

Вертикальные схемы с верхней подачей горячей воды максимально используют разницу гидростатического давления между теплым и холодным сегментами контура, поэтому их практически всегда применяют при естественной циркуляции, а также при низком давлении в системе.

Кроме того, такие схемы работоспособны при аварийном отключении насоса, которое может наступить по причине его поломки или отсутствия электроэнергии.

Разводку с нижней подачей практически не применяют при отоплении с естественной циркуляцией. В случае наличия хорошего давления в системе ее использование оправдано, так как у такой схемы существует два значительных плюса, относительно альтернативного варианта.

Преимущества схемы:

• меньшая суммарная длина используемых труб;
• отсутствует необходимость проведения трубы по чердаку или технологическим нишам под потолком второго этажа.

Горизонтальную схему разводки отопления используют для одноэтажных частных домов. Если здание имеет два или более этажа, то ее часто используют в случае, когда с позиции дизайна вертикальные стояки нежелательны.

Горизонтальные трубы, подающие и отводящие воду можно органично вписать в интерьер помещений, а также спрятать под пол или в ниши, расположенные на уровне пола.

В вертикальном варианте разводки приборы отопления соединяются с системой в одноименном направлении. Как правило это схемы с верхней подачей, устроенные в домах с двумя и более этажами. Вертикальные схемы бывают однотрубные и двухтрубные. Гравитационные однотрубные могут быть только с верхней разводкой. Горизонтальный тип разводки называется также поэтажным, т.к. сборка системы производится в пределах одного этажа и подключается к стояку. Горизонтальные виды разводки, особенно с нижним подключением, нуждаются в стимуляции движения теплоносителя, т.е. в необходимости использования насоса.

Устройства для передачи теплоносителя

Для применения в качестве теплоносителя универсальным решением по цене и эффективности будет использование обычной воды. Правда на такие системы отопления в частных домах потребуется установить дополнительное оборудования. К нему относятся такие элементы:

• Емкость для компенсации расширения жидкости при нагревании (открытого или мембранного типа);
• Насос для циркуляции;
• Гидрострелка;
• Буферный бак;
• Коллектор. Нужен если используется лучевая система разводки;
• Емкость для косвенного подогрева;
• Датчики и устройства для снятия их показаний (если используется автоматизация).

Примечание. Расширительный бак – неотъемлемая часть водяной системы отопления. Он должен устанавливаться в обязательном порядке.

Вода при нагревании увеличивается в объеме, что в замкнутом пространстве повышает давление в трубах и зачастую провоцирует их разрыв. Избежать таких последствий помогает расширительный бак, в который вытесняются излишки воды.

Циркуляционный насос обеспечивает передвижение теплоносителя по сети труб. Использование нескольких насосных агрегатов для большого количества контуров, возможно благодаря установке разделительной гидрострелки, либо буферного бака, одновременно выполняющего функцию резервуара, аккумулирующего тепло. Особенно применение такого оборудования показано для многоэтажных частных домов.

Распределительные коллекторы, например такие как Gibax G-Collector, чаще всего устанавливаются для запитывания теплых полов или при подключении радиаторов по лучевой схеме. Что касается резервуара для косвенного нагрева, то он является емкостью со змеевиком, нагревающей воду для нужд горячего водоснабжения.

Измерительные приборы устанавливаются для зрительного контроля над температурными показателями и давлением в трубах. Чтобы обеспечить автоматизацию процесса отопления, производится монтаж датчиков давления, регуляторов температуры и контроллеров.

Разновидности батарей по форме и материалу

На рынке представлены различные виды отопительных приборов, каждый из которых обладает собственными особенностями конструкции и характеристиками. Во время монтажа отопления в частном доме, важным условием корректной работы всей установки является грамотный подбор отопительного блока.

Правильно подобранные батареи это залог равномерного прогрева помещенияИсточник zerocreation.ru

Различают следующие их виды:

• Секционные батареи из чугуна. Их недостатки в громоздкости, неказистом внешнем виде, возможном нарушении целостности стыков между секциями, а также низкая степень теплоотдачи; Взамен они отличаются устойчивостью к перепадам давления и внушительным сроком службы.
• Секционные батареи из биметаллических материалов. Радиаторные секции выполнены из легкосплавного металла, а внутренняя их часть выстлана нержавеющей сталью. Отличаются долговечностью, практичностью и эстетичным внешним видом. В отличие от чугунных радиаторов, биметаллические способны выдержать более высокое давление;
• Секционные батареи из алюминия выполнены из легкосплавных металлов без использования стали. Обладают высокими показателями теплопроводности, а рабочее давление сопоставимо с таковым у чугунных радиаторов;
• Панельные батареи из стали. Представляют собой сварочные конструкции неразборного типа с декоративной облицовкой и обладают высокими показателями теплоотдачи. К минусам можно отнести низкое рабочее давление, что ограничивает область применения.
• Конвектор – труба с оребрением, рассчитанная на то же давление, что и в основных трубопроводах.

Важно! Настоятельно не рекомендуется применение стальных труб для скрытого монтажа подводки. Также запрещено стыковать между собой разные материалы – распространенная ошибка это подключение медных труб к алюминиевым радиаторам.

Трубопроводы, по которым теплоноситель поступает в отопительные приборы, могут изготавливаться из полимерных и комбинированных материалов, меди или стали. Например, стоит обратить внимание на металлопластиковые трубы марки Gibax. Кроме устойчивости к воздействию давления и температуры, эти трубы устойчивы к воздействию химикатов, имеют гарантию 10 лет от производителя, а также срок эксплуатации более 50 лет.

Рекомендации по выбору отопительной системы

Основой выбора любого автономного контура отопления является приобретение котла, обладающего необходимой конструкцией и работающего на определенном виде топлива. Основные критерии выбора:

• Надежность и безопасность;
• Функционирование на общедоступном виде топлива;
• Компактные размеры;
• Простота обслуживания, регулировки;
• Ремонтопригодность;

Главный принцип работы отопления

Любой вид отопительной системы является замкнутым. В простом варианте любая схема разводки может быть рассмотрена как кольцо, состоящее из труб. В нем циркулирует горячая жидкость от нагревательного котла в приборы отопления, находясь в них какое-то время. Теплоноситель отдаёт при циркуляции тепловую энергию, и вновь направляется внутрь котла для нагрева. Цикл периодически повторяется.

Любая схема отопления включает в себя:

• Нагревательный котёл
• Соединительные системные трубы
• Радиаторы или аналогичные приборы отопления
• Арматуру
• Расширительный бак
• Циркуляционный насос

Базовые виды схем отопления

Все виды схем можно разделить на 4 подтипа: открытые и закрытые, насосные и самотечные.

В самотечной системе частного дома (система с естественной циркуляцией) движение теплоносителя происходит путём естественной циркуляции. Путем соблюдения простых законов физики система монтируется так, что не требует наличия дополнительного насоса. Хорошо подходит для небольших одноэтажных домов

В принудительной схеме водяного отопления частного дома жидкости происходит вследствие действия циркуляционного насоса. При использовании такой системы трубы можно монтировать в стены, в пол, проводить по потолку, прятать их от человеческих глаз. При правильном подборе насоса водяное отопление будет работать успешно. Такие схемы разводки отлично подходят для двухэтажных домов.

Открытая система от закрытой отличаются расширительным баком. В закрытой системе используется мембранный бак. Он позволяет поддерживать в системе нужное давление и компенсирует расширение теплоносителя.

Теперь давайте разберем каждую схему поподробнее.

Самотечная система обогревания, достоинства и недостатки

В этом виде системы отопления частного дома горячая вода, подогретая внутри котла (обычно твердотопливного), движется наверх, после чего оказывается в отопительных батареях. От них тепло идет в помещение и снова направляется в обратный трубопровод. Из него уже попадает в нагревательный котёл. Постоянное движение нагретой воды обеспечивается необходимым наклоном подающего(прямого) трубопровода и обратки, а так же применением труб различного диаметра. Для подачи от котла используются трубы меньшего диаметра, а для обратки, трубопровода, в котором вода направляется в котёл, большего.

Самотечная схема разводки системы водяного отопления частного дома обладает специфическим устройством в виде открытого, соединённого с внешним пространством, расширительного бака, смонтированного вверху трубопровода. Бак предназначается для забора части воды при её нагреве, поскольку этот процесс сопровождается увеличением объема теплоносителя. Расширительный бак, заполненный водой, создаёт гидравлическое давление в системе отопления, нужное для движения жидкости.

При остывании воды её объем уменьшается. Часть жидкости из открытого бака снова поступает в систему трубопровода. При этом обеспечивается необходимая непрерывность циркуляции потока воды.

Самотечная система отопления имеет следующие преимущества:

• Равномерность распределения тепловой энергии
• Устойчивое действие
• Автономность от электросетей

У самотечной системы отопления есть и недостатки:

• Сложный монтаж. Требуется соблюдение угла уклона трубопроводов
• Значительная протяженность труб
• Потребность применения разнокалиберных труб
• Инерционная система. Она снижает степень управления отопительным процессом
• Потребность нагрева воды до относительно высокой температуры, что ограничивает использование полипропиленовых материалов для труб
• Значительный объем трубопровода
• Невозможность подключить «тёплые полы»

Однотрубная схема

Отопительная система с однотрубной разводкой выглядит следующим образом: в процессе работы устанавливают одну трубу, которая создает замкнутый контур. К этому контуру подключают приборы отопления из каждого отдельного помещения.

Система обустраивается двумя методами: горизонтальным и вертикальным.

Наибольшей популярностью пользуется однотрубная система с нижней разводкой, обустроенная по горизонтальному методу, ее конструкция довольно простая. Трубы в этом случае укладываются с небольшим уклоном для естественного движения теплоносителя.

Перед тем как сделать разводку от котла отопления в многоэтажном доме следует ознакомиться с некоторыми нюансами монтажных работ. В частности речь идет о следующем: на отводе, идущему к первому прибору отопления на первом этаже, устанавливают запорное устройство, с помощью которого можно перекрывать подачу и создавать нужное давление для естественного перемещения теплоносителя по трубам и батареям верхних этажей.

При вертикальной разводке стояки должны располагаться строго вертикально, а трубы в этом случае следует брать немного большего диаметра.

Преимуществом системы однотрубного типа с нижней разводкой батарей в частном доме является возможность естественного движения теплоносителя по трубам и радиаторам. Другими словами, система может работать без циркуляционного насоса.

Среди других преимущественных моментов можно выделить следующее:

• Возможность экономии. Для обустройства системы труб и других материалов требуется намного меньше.
• Схема разводки доступна и понятна даже неопытному новичку.
• Простые расчеты гидравлической нагрузки на элементы системы.

Однако система однотрубного типа имеет один существенный недостаток: приборы отопления, расположенные дальше от котла, нагреваются меньше. Это происходит из-за значительного снижения температуры теплоносителя при перемещении по системе. Следовательно, дальние от котла комнаты почти всегда будут холодными. Поэтому важно знать, как правильно сделать разводку отопления.

Но эта проблема имеет решение, причем не одно, а несколько:

• Если увеличить число секций в дальних приборах отопления.
• Если использовать специальные термостатические клапаны, позволяющие регулировать давление теплоносителя в каждом радиаторе.
• Если врезать в систему специальный насос, который способствует более быстрому перемещению теплоносителя по системе и равномерно распределяет тепло по всем приборам отопления.

Система отопления с однотрубной разводкой вполне подходит для обогрева частного дома площадью до 100 квадратных метров без использования дополнительных способов отопления.

Разводка отопления двухтрубного типа

В отличие от предыдущего типа отопительная система с двухтрубной разводкой предполагает подключение приборов отопления к подающей и обратной трубе. Следовательно, расход материалов значительно увеличивается, что можно назвать серьезным недостатком. Но есть и положительные стороны у двухтрубной разводки: подача тепла регулируется на каждом радиаторе, подбирая оптимальную температуру в отдельном помещении.

Двухтрубная система отопления может обустраиваться несколькими способами.

Вертикальная схема с нижней разводкой

Двухтрубная разводка отопления в частном доме своими руками монтируется по следующей схеме:

• На уровне пола первого этажа или подвального помещения монтируют трубы. При этом начинаться трубопровод должен у котла отопления.
• Далее устанавливают вертикальные трубы, по которым будет подаваться теплая вода к приборам отопления.
• От каждого радиатора делают отводную трубу для выхода теплоносителя.

При устройстве системы отопления в частном доме двухтрубного типа с нижней разводкой следует учитывать необходимость регулярного выхода воздуха из системы. Для этой цели требуется монтаж дополнительных узлов, включая воздушную трубу, расширительный бак и краны Маевского на каждом приборе отопления, расположенном на верхних этажах дома.

Вертикальная схема с верхней разводкой

Такой вид отопления предполагает подачу теплоносителя от котла до верхней точки системы по подающей трубе и его распределение по стоякам, которые подают теплоноситель к приборам отопления. Возвращается остывшая вода по обратным трубам системы. Для предотвращения скопления воздуха в системе предусмотрен расширительный бак.

Благодаря подаче большего давления по стоякам система отопления с верхней разводкой считается более эффективной.

Стальные

Для соединения стальных труб применяется сварочное оборудование, для изделий из нержавеющей или оцинкованной стали используется резьбовое соединение. Сборка систем отопления из стального расходного материала должна осуществляться специалистами, которые имеют соответствующую квалификацию. Невысокий спрос на металлические трубы объясняется достаточно высокой стоимостью и непростым монтажом.

Двухтрубная система с нижней разводкой

Далее мы будем рассматривать двухтрубные системы, отличающиеся тем, что они обеспечивают равномерное распределение тепла даже по самым большим домовладениям с множеством комнат. Именно двухтрубная система используется для обогрева многоэтажных домов, в которых очень много квартир и нежилых помещений – здесь такая схема работает великолепно. Мы же будем рассматривать схемы для частных домов.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой.

Двухтрубная система отопления состоит из подающей и обратной труб. Между ними устанавливаются радиаторы – вход радиатора подключается к подающей трубе, а выход – к обратной. Что это дает?

• Равномерное распределение тепла по помещениям.
• Возможность регулировки температуры в помещениях путем полного или частичного перекрывания отдельных радиаторов.
• Возможность обогрева многоэтажных частных домов.

Существуют две основные разновидности двухтрубных систем – с нижней и верхней разводкой. Для начала мы рассмотрим двухтрубную систему с нижней разводкой.

Нижняя разводка используется во многих частных домах, так как позволяет сделать отопление менее видимым. Подающая и обратные трубы проходят здесь рядом друг с другом, под батареями или даже в полах. Удаление воздуха осуществляется через специальные краны Маевского. Схемы отопления в частном доме из полипропилена чаще всего предусматривают именно такую разводку.

Достоинства и недостатки двухтрубной системы с нижней разводкой

При монтаже отопления с нижней разводкой мы можем спрятать трубы в полу.

Давайте посмотрим, какими положительными чертами обладают двухтрубные системы с нижней разводкой.

• Возможность маскировки труб.
• Возможность использования радиаторов с нижним подключением – это несколько упрощает монтаж.
• Минимизируются тепловые потери.

Возможность хотя бы частично сделать отопление менее видимым привлекает многих людей. В случае с нижней разводкой мы получаем две параллельные трубы, идущие вровень с полом. При желании их можно завести под полы, предусмотрев эту возможность еще на этапе проектирования системы отопления и разработки проекта строительства частного дома.

Если использовать радиаторы с нижним подключением, появляется возможность почти полностью спрятать все трубы в полах – подключение радиаторов выполняется здесь с помощью специальных узлов.

Что касается недостатков, то они заключаются в необходимости регулярного ручного удаления воздуха и необходимости использования циркуляционного насоса.

Особенности монтажа двухтрубной системы с нижней разводкой

Пластиковый крепеж для труб отопления разного диаметра.

Для того чтобы смонтировать систему отопления по данной схеме, необходимо проложить по дому подающую и обратную трубы. Для этих целей в продаже есть специальный пластиковый крепеж. Если используются радиаторы с боковым подключением, делаем отвод от подающей трубы к верхнему боковому отверстию, а забираем теплоноситель через нижнее боковое отверстие, направляя его в обратную трубу. Рядом с каждым радиатором ставим спускники воздуха. Котел в такой схеме устанавливается в самой нижней точке.

Здесь используется диагональное подключение радиаторов, что увеличивает их теплоотдачу. Нижнее подключение радиаторов уменьшает тепловую мощность.

Такая схема чаще всего делается замкнутой, с использованием герметичного расширительного бака. Давление в системе создается с помощью циркуляционного насоса. Если нужно обогреть двухэтажный частный дом, прокладываем трубы на верхнем и нижнем этажах, после чего создаем параллельное подключение обоих этажей к отопительному котлу.