Виды схем отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

Как выбрать трубы для пола?

При укладке водяного теплого пола допустимо использовать трубы:

1. Медные.
2. Металлопластиковые.

Первые имеют просто идеальные характеристики для рассматриваемых систем. Однако они дороги и сложны в монтаже своими руками. Малейшая ошибка при их пайке потом приведет к порыву медного трубопровода и протечке воды в бетон.

Чаще всего при устройстве водяного ТП применяется металлопластик из сшитого полиэтилена PEX-AL-PEX сечением 16 или 20 мм. Этот вариант дешевле меди и оптимально подходит для теплых полов.

Популярные варианты труб для пола

Использовать в данном случае трубы из ПВХ или полипропилена нельзя. В напольной системе обогрева их следует укладывать без пайки и фитингов на поворотах. А поливинилхлоридные и полипропиленовые изделия смонтировать так невозможно, они при сгибе ломаются. В итоге оптимальный выбор один – сшитый полиэтилен. Трубы из него без проблем справятся и с температурой горячей воды в ТП, и с ее давлением.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

• При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
• Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
• При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам. Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка. Преимуществ у данного решения несколько:

1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования ).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

1. Подача и обратка проходят по разным трубам.
2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

1. Равномерное распределение тепла.
2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
3. Проще выполнить регулировку системы.
4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Главным достоинством двухтрубной системы отопления с нижней и верхней разводкой является простота и одновременно эффективность конструкции, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные в расчетах или во время проведения монтажных работ.

Система отопления частного дома радиаторами

Радиаторное отопление по сравнению с теплыми полами хотя и менее эффективно, однако используется намного чаще благодаря простоте монтажа, меньшим финансовым расходам на его устройство.

Для его организации к котлу подключают трубопровод, который ведут в отапливаемые помещения и затем подсоединяют к нему радиаторные теплообменники.

Трубы для подачи теплоносителя к радиаторам прокладывают под стяжкой или по поверхности вдоль стен.

Температура радиаторов, как и теплоносителя в системе, обычно не превышает 80 С и может регулироваться как на отдельных теплообменных приборах при помощи терморегуляторов, так и в общем на котле.

Рис. 9 Самотечная отопительная система двухэтажного дома – схема

Самотечная

При организации отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома в самом верхнем помещении, которым обычно является чердак, устанавливают расширительный бак большого объема. От котла, расположенного в подвале, к нему подводят трубу, по которой нагретый теплоноситель поступает в емкость. Из расширительного бака по наклонному трубопроводу горячая вода направляется в радиаторы обычно по диагональной схеме подключения, и затем возвращается в котел для подогрева.

К недостаткам самотечной системы отопления в частном доме относят не слишком высокий напор — для создания давления в один бар бак должен находиться на расстоянии около 10 м от котла. Ситуацию исправляют, подключив в контур специальный повысительный или циркуляционный насос.

Так как скорость течения жидкости в самотечных системах невелика и редко превышает 0,2 м/с, для доставки теплоносителя в необходимых объемах используют трубопровод больших диаметров в 32 или 40 мм.

Хотя самотечная система может функционировать при отсутствии электричества, если котел энергонезависимым, ее практически не используют в современных домах коттеджного типа из-за низкой эстетичности и неудобства пользования помещениями виду прокладки труб большого диаметра под потолками и вдоль стен.

К тому же гравитационная система без циркуляционного электронасоса не позволяет подключать к ней контуры теплых полов.

Рис. 10 Принудительная система отопления система отопления двухэтажного частного дома коллекторной

Принудительная

Данный вид отопления используют в подавляющем большинстве индивидуальных домов, где подача теплоносителя к радиаторным теплообменникам происходит за счет проталкивания его по трубам насосом.

При монтаже отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией используют закрытый расширительный бак, устанавливаемый рядом с насосом и котлом на нижнем этаже дома или в подвале. Для обеспечения циркуляции отопительной жидкости по контуру используют циркуляционный электронасос и дополнительные агрегаты, если применяют прогрев помещений теплыми полами.

Трубопровод принудительный системы прокладывают под полом или над его поверхностью, поэтому он имеет намного более высокую декоративность, чем гравитационный аналог. Также в принудительной системе в сравнении с самотечной иногда проще регулировать температуру отдельных теплообменных приборов.

Рис. 11 Биметаллический и панельный радиатор — конструктивное устройство

Радиаторы

В качестве радиаторов современных отопительных систем чаще других используют биметаллические разновидности, имеющие ряд неоспоримых преимуществ в сравнении с ранее популярными алюминиевыми. Они собираются из секций любой длины и имеют четыре резьбовых патрубка для подсоединения к трубопроводной магистрали по любой из выбранных схем подключения. Обычно к одному верхнему патрубку подключают трубу подачи с терморегулятором, ко второму нижнему обратки, вверху устанавливают кран Маевского, а внизу на четвертый отвод — заглушку.

Естественная циркуляция нагретой воды по трубам – еще актуальна, но отходит в прошлое

Сейчас в проектах отопления частного двухэтажного дома уже не встретишь чертежей отопительных контуров, работающих без включения в схему циркуляционных насосов. Но еще не так давно обогрев частных домовладений с индивидуальным водяным отоплением осуществлялся исключительно благодаря естественному движению воды по трубам. В некоторых домах, построенных и оборудованных всем необходимым раньше, системы отопления с самотечной циркуляцией теплоносителя функционируют по сей день.

Система отопления с естественной циркуляцией постепенно отходит в прошлое Рекомендуем

• Схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией – какая лучше?
• Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией – неэстетично, но практично
• Схема газового отопления частного дома – самостоятельное подключение настенного котла

За счет чего движется жидкость в таких трубных контурах? Циркуляцию здесь обеспечивает разница в плотности воды с различной температурой. Горячая жидкость легче (меньше плотность), поэтому стремится вверх, более холодная – вниз. Нагретый котлом теплоноситель уходит по стояку наверх, на его смену приходит остывшая вода из обратного трубопровода. Это называется конвекцией, которая обеспечивает половину энергии, необходимой для осуществления естественной циркуляции.

Вторую половину движущей силы придает жидкости гравитация. Чтобы сила притяжения действовала эффективнее, горизонтальные трубы контура (лежаки) устанавливают с уклоном в сторону движения теплоносителя. Подающий трубопровод наклонен к радиаторам отопления, обратный лежак – к котлу. Кроме уклона труб в самотечном контуре большое значение для успешного осуществления циркуляции имеют такие факторы:

• положение котла относительно обратной трубы (чем ниже установлен агрегат, тем лучше);
• диаметр трубных коммуникаций (чем шире просвет трубопровода, тем ниже сопротивление);
• сечение внутренних отверстий в батареях (та же закономерность, что и для труб).

Соблюдение этих правил позволяет сделать эффективный самотечный контур в доме своими руками. Однако условия, которые необходимо соблюдать при монтаже системы с естественным движением теплоносителя, являются причиной таких ее недостатков:

• громоздкие трубы (обычно стальные) нельзя проложить скрыто, они всегда на виду;
• для котла необходимо делать углубленную площадку, что делает неудобным его обслуживание;
• необходимо поддерживать разницу между горячим и остывшим теплоносителем не менее 25 градусов;
• оптимальными батареями отопления, имеющими наибольший внутренний просвет и меньшую подверженность коррозии (при естественной циркуляции в теплоносителе много воздуха), являются чугунные (выбор невелик);
• большой объем теплоносителя и необходимость монтировать громоздкий расширительный бак открытого типа;
• сложно провести правильные теплотехнические расчеты для равномерного обогрева комнат.

Кроме того, самотечный контур не способен полноценно обогреть габаритные постройки. Эффективная естественная циркуляция возможна при длине лежаков до 45 м и площади до 180 м2 (в двухэтажном доме). Эти минусы делают самотечные контуры минимально востребованными у домовладельцев. Но все же остаются приверженцы отопительных гравитационных систем, аргументирующие свои предпочтения такими преимуществами самотечных контуров:

• независимость от бесперебойной подачи электричества;
• бесшумность движения жидкости по трубам;
• эффективность отопительной системы при эксплуатации твердотопливных котлов (высокая инерционность частично нивелирует частые и значительные температурные перепады).

Жидкость по трубам в таких системах движется за счет разницы плотности горячей и холодной воды

При монтаже гравитационных контуров применяются две схемы трубной разводки – однотрубная, когда теплоноситель от батарей отводится по той же трубе, что и подается, и двухтрубная, когда подача жидкости и ее отведение обратно к котлу осуществляется двумя коммуникациями. Для отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией применяются те же схемы разводки. На второй этаж теплоноситель подается по стояку, отходящему от котла, остывшая жидкость сверху отводится по обратной вертикальной трубе. Лежаки на обоих этажах присоединяются к стоякам согласно примененной схемы разводки отопительных коммуникаций.

Классификация СО

Отопительный комплекс «двухэтажки» является весьма непростым проектом как в плане планирования, так и в практическом воплощении. Основная причина кроется в необходимости подачи теплоносителя на высоту второго этажа, тем самым создавая определенные нагрузки. Монтаж оборудования и коммуникаций следует выполнять с особой тщательностью и ответственностью. Для практической реализации своими руками требований проекта используются различные схемы СО, классификация которых базируется по ряду отличительных признаков. В соответствии с конструктивными отличиями, системы отопления 2х-этажного частного дома условно разделяют на несколько типов, в числе которых основными являются:

СО с однотрубной и двухтрубной разводкой теплоносителя;

Разводкой принято называть схему расположения отопительных радиаторов и соединяющих трубопроводов.

Правильный выбор схемы и способа подключения батарей отопления своими руками во многом предопределяет эффективность отопительного комплекса, экономичность, эстетичность и длительный срок безаварийной работы.

• С естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя;
• С верхней или нижней разводкой;
• По направлению движения теплоносителя – с тупиковым или попутным (магистральным) перемещением.

Для обозначения выбранной схемы разводки под систему отопления частного дома принято указывать по одному показателю из каждого приведенного выше типа СО.

К примеру, вариант схемы может быть однотрубным или двухтрубным, с естественной или принудительной циркуляцией водяного теплоносителя, с нижней или верхней разводкой, движение теплоносителя – тупиковое или попутное.

Кроме перечисленных четырех типов отопительных систем различают также СО  с вертикальным и горизонтальным расположением стояков. Для частного дома с одним пользователем тепла эти два вида разводок равнозначны и явных различий между собой не имеют.

Рассмотрим особенности каждого из указанных типов систем отопления применительно к двухэтажным частным домам.

Двухтрубная

Считается более универсальной. Устройство предполагает два контура: прямой (подачи) и обратный (возврат теплоносителя к котлу).

К каждому блоку радиаторов подходит 2 трубы: по одной поступает вода, по другой – отводится.

Для двухэтажных домов рекомендовано контур подачи присоединять в верхней точке, а обратку – в нижней – для обеспечения оптимального напора в трубопроводе.

Трубы монтируются, как правило, в стены для того, чтобы не испортить внешний вид комнаты.

Преимущества:

• Высокий КПД.
• Возможность регулировки параметров за счет вентилей, установленных на радиаторах. При необходимости можно исключить элемент из системы или снизить подачу теплоносителя на него.
• Возможность ремонта каждого узла без негативного влияния на остальные элементы отопления.

Недостатки:

Высокая стоимость материалов.

Схема двухтрубной системы отопления

2 Система с принудительным движением жидкости – оптимальная по сегодняшним меркам

Разрабатывая современный проект отопления двухэтажного дома, авторы документа наверняка включат в него отопительный контур с циркуляционным насосом. Системы с естественным движением жидкости по трубам не вписываются в концепцию современного интерьера, к тому же принудительная циркуляция обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики водяного отопления, особенно в частных домах с большой площадью.

Принудительная циркуляция позволяет намного проще относиться к расположению элементов системы отопления относительно друг друга, но все же существуют общие правила устройства обвязки котла, предпочтительного подсоединения батарей отопления, прокладки трубных коммуникаций. Несмотря на наличие в контуре циркуляционного насоса, при монтаже разводки стараются максимально уменьшить сопротивление труб, их соединений и переходов, чтобы снизить нагрузку на перекачивающее жидкость устройство и избежать завихрений жидкости в труднопроходимых местах.

Применение принудительной циркуляции в трубном контуре позволяет достичь таких эксплуатационных преимуществ:

• высокая скорость движения жидкости обеспечивает равномерный прогрев всех теплообменников (батарей), благодаря чему достигается более качественный обогрев различных помещений;
• принудительное нагнетание теплоносителя снимает ограничение с суммарной площади обогрева, позволяя делать коммуникации любой протяженности;
• контур с циркуляционным насосом эффективно работает при низких температурах жидкости (менее 60 градусов), благодаря чему легче поддерживать оптимальную температуру в комнатах частного дома;
• низкая температура жидкости и невысокое давление (в пределах 3 Бар) позволяет применять для монтажа системы отопления недорогие пластиковые трубы;
• диаметр тепловых коммуникаций гораздо меньше, чем в системе с естественной циркуляцией и возможна их скрытая прокладка без соблюдения естественных уклонов;
• возможность эксплуатации радиаторов отопления любых типов (предпочтение отдается алюминиевым батареям);
• низкая инерционность обогрева (от запуска котла до набора радиаторами максимальной температуры проходит не более получаса);
• возможность делать контур закрытым с использованием мембранного расширительного бака (хотя монтаж открытой системы также не исключается);
• терморегуляцию можно осуществлять как в целом по системе, так и зонально или точечно (регулировать температуру на каждом обогревателе отдельно).

Еще одним плюсом принудительной системы отопления двухэтажного частного дома является произвольный выбор места для установки котла. Обычное его монтируют на первом этаже или в подвале, если есть цокольное помещение, но теплогенератор необязательно специально углублять и рассчитывать уровень его расположения относительно обратной трубы. Допускается как напольная установка котла, так и настенная, что предоставляет широкий выбор подходящей модели оборудования согласно личным предпочтениям домовладельца.

Система отопления с циркуляционным насосом чаще всего встречается в современных проектах

Несмотря на техническое совершенство отопления с принудительным движением жидкости, есть у такой системы недостатки. Во-первых, это шум, что образуется при быстрой циркуляции теплоносителя по трубам, особенно усиливающийся в местах сужений, резких поворотов трубопровода. Часто шум движущейся жидкости бывает признаком излишней мощности (производительности) циркуляционного насоса применимо к данному отопительному контуру.

Во-вторых, работа водяного отопления зависит от электричества, которое необходимо для постоянной прокачки теплоносителя циркуляционным насосом. Схема контура обычно не способствует естественному движению жидкости, поэтому при длительных отключениях электричества (если нет устройства для бесперебойной подачи электроэнергии), жилье остается без обогрева.

Как и контур с естественной циркуляцией, отопление двухэтажного дома с принудительной прокачкой теплоносителя делается однотрубной и двухтрубной разводкой. Как правильно выглядят подобные схемы, будет рассказано дальше.

Горизонтальное подключение

Про горизонтальное подключение поговорим немного подробнее, поскольку такой метод является оптимальным для двухтрубной разводки. Существует три схемы: попутная, тупиковая и лучевая. В первом случае и горячий, и остывший теплоноситель идут в одном направлении. Такой метод хорош тем, что нагрев осуществляется равномерно и своевременно.

При тупиковой схеме картина несколько иная. Горячий и холодный теплоносители движутся навстречу друг другу. При такой разводке влияние на температуру радиатора оказывает его близость к нагревательному котлу. Чем ближе батарея к источнику, тем она горячее. Это ведет к неравномерному прогреву помещений в доме — наиболее удаленные от котла будут гораздо холоднее.

Оптимальной схемой разводки является лучевая. От главного коллектора к каждому отопительному прибору идет своя магистраль. Конечно, в плане затрат — как денежных средств, так и усилий — такая система наиболее требовательна. Но в итоге мы получаем максимальный уровень комфорта.

Это происходит за счет двух моментов. Во-первых, прогревание происходит равномерно и одновременно, поэтому во всех помещениях поддерживается необходимая температура воздуха. Во-вторых, при возникновении необходимости ремонта одного из отопительных приборов отключение нужного участка никоим образом не затрагивает остальные.

Есть и третий плюс: при лучевой разводке трубы, как правило, располагаются под полом, что позволяет сохранить общий эстетический вид помещения на нужном уровне.

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».

А как работает правильно собранная схема?

При выполнении классической однотрубной схемы («ленинградской»), когда под радиаторами проложена магистральная труба, ситуация другая. Движущийся теплоноситель, встречая на своем пути первый тройник, распределяется на два потока в соответствии с величинами гидравлических сопротивлений прямого пути и бокового отвода тройника. Из-за большего гидросопротивления бокового отвода в радиатор затекает небольшая часть общего потока теплоносителя (обычный «коэффициент затекания» составляет 0,2-0,3). Эта малая часть остывает внутри батареи на несколько градусов, как показано на рисунке ниже, подмешиваясь на выходе к основному неостывшему потоку. Результирующая его температура оказывается выше, чем при пропускании всего объема жидкости через отопительный прибор.

Распределение теплоносителя в обвязке радиатора «ленинградской» схемы.

При движении по контуру температура жидкости все равно снижается, но в меньшей степени, до температуры уже не 35 °С, а примерно 45 °С, т.е. батареи в цепочке оказываются более выровненными по нагреву. Специалисты высказывают мнение, что однотрубная схема («Ленинградка») позволяет добиться равномерного прогрева до 10-11 радиаторов в контуре (по десять секций в каждом приборе).