Четыре вида систем водяного отопления

Способ использования воды, как промежуточного теплоносителя для передачи энергии от котла в отапливаемое помещение, изобрел в 1777 году французский инженер М. Боннеман. Он же разработал и основные принципы построения водяных систем отопления, которые в той или иной мере применяются до сих пор. В России первую, работающую на отопление, систему разработал профессор П.Г.Соболевский, а усовершенствовал Ф.К. Галли, создавший первый чугунный радиатор.

Дальнейшие инженерные разработки в сфере водяного отопления касались способов подключения радиаторов, разводки труб, балансировки систем и других эксплуатационных аспектов. Но принцип работы водяной системы отопления остался прежним:

• вода нагревается в котле, находящемся в отдалении от отапливаемого помещения;
• горячая жидкость подается по трубам на требуемое расстояние;
• в помещениях теплоноситель поступает в теплообменники с увеличенной площадью поверхности;
• отдавшая тепловую энергию вода возвращается в котел для повторного нагревания.

В качестве теплоносителя часто используют незамерзающие жидкости (антифризы), в большинстве случаев — раствор этиленгликоля в воде. Жидкость мало отличается от чистой воды по теплоемкости и текучести, но замерзает при более низкой температуре (ниже – 13 оС, в зависимости от концентрации). После застывания раствор не превращается в лед, а образует массу наподобие рыхлого снега. Коэффициент расширения невысокий, что исключает угрозу разрушения труб и радиаторов.

Виды систем водяного отопления

На первом этапе создания водяных систем отопления использовались исключительно схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. По многим характеристикам, в первую очередь, низкому КПД и высокой тепловой инертности, они не устраивали пользователей и инженеров-теплотехников. После изобретения электродвигателей и насосов на их базе, появились системы с принудительной прокачкой нагретой жидкости. Параллельно разрабатывались различные системы подключения радиаторов, большинство из которых применяются в настоящее время.

Среди наиболее популярных систем отопления можно выделить:

• с естественной циркуляцией;
• однотрубные с принудительной циркуляцией;
• двухтрубные с принудительной циркуляцией;
• комбинированные (радиаторы +теплый пол).

Каждый из видов подразделяется на ряд модификаций, отличающихся способами подключения радиаторов, расположением труб, возможностью регулировки и балансировки.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Главное преимущество систем этого вида — энергонезависимость. Вода циркулирует в результате естественных конвекционных и гравитационных процессов. Более легкая горячая вода поднимается в верхний контур, затем под действием силы тяжести медленно опускается, протекая по всему контуру и отдавая тепловую энергию. Часто такую систему называют гравитационной.

Один из главных элементов системы отопления — расширительный бак открытого, или закрытого типа. Как правило, он находится в верхней точке магистрали и оснащается клапаном сброса давления и воздухоотводчиком. Трубы для подачи теплоносителя используют большого диаметра, не менее 40 мм. Важное требование — трубопроводы контуров должны быть проложены под небольшим углом, чтобы вода стекала с определенной скоростью.

Вода подается вверх по одному вертикальному стояку, затем разводится по системе горизонтальных контуров и возвращается к котлу по трубе обратки. Систему очень сложно балансировать и регулировать, что ограничивает ее применение в одно-двухэтажных зданиях площадью до 200 м2.

Системы с циркуляционными насосами

Движение теплоносителя по системе труб и радиаторов обеспечивают специальные насосы, создающие необходимый перепад давления со стороны подачи в сторону потребления тепловой энергии. Таким образом достигается:

• высокая скорость теплообмена;
• снижение разницы между температурой воды в трубах обратки и подачи;
• возможность использования труб меньшего диаметра;
• легкость балансировки и регулировки каждого контура.

Одна из особенностей системы с принудительной циркуляцией воды — возможность установки мембранного расширительного бака в любом месте контура, не обязательно в самой верхней точке. Часто мембранный бак встроен в отопительный котел, что делает систему более компактной.

Однотрубные системы отопления

Название системы точно отображает техническую суть — контур представляет собой замкнутое кольцо, к которому последовательно подсоединены радиаторы. По расположению трубы системы подразделяются на две разновидности — с верхней и нижней разводкой. Популярная сеть с нижней разводкой, получившая название «ленинградская», сохраняет свои позиции в частном строительстве, если на первом месте стоит вопрос бюджета строительства. Система несколько проигрывает в теплоэффективности более прогрессивным двухтрубным, но значительно проще и дешевле в монтаже и эксплуатации.

Один из главных недостатков — последовательно соединенные радиаторы прогреваются неравномерно. Самые горячие находятся в начале контура, температура последних невысокая, мало отличается от температуры в обратке. В домах и квартирах небольшого размера, где подключены 4 – 5 радиаторов, разница практически не ощущается. Но при большой длине контура крайние теплообменники (радиаторы) значительно холоднее. Среди преимуществ — компактность. Проложенные чуть выше пола трубы не портят интерьер. Небольшой расход материала и простоту подключения тоже можно отнести к плюсам.

Существует два вида однотрубных систем. В первом случае радиаторы навешены на трубу посредством сгонов. Каждая батарея работает относительно независимо, уровень теплоотдачи можно регулировать, установив термостатическую головку, или простой кран на входном патрубке. Второй вариант используется реже из-за непрактичности. Здесь батареи интегрированы в контур отопления, разрывая трубу. Теплоноситель проходит через каждую батарею последовательно. Такую магистраль невозможно регулировать и сложно ремонтировать.

Второй тип однотрубной сети — с верхней разводкой. Труба подачи поднимается вертикально на чердак, или под потолок, затем от нее к каждому радиатору, или группе радиаторов опускаются стояки. Как и в первом варианте, радиаторы каждого контура соединены последовательно, что подразумевает наиболее высокую температуру на первых батареях и ее снижение к последним. Минусы практически такие же, как и у нижней разводки. Кроме этого, верхняя разводка сложнее в монтаже и требует большего расхода материала.

Но есть и положительные моменты — возможность запустить систему в случае отсутствия электричества. Правда, для этого котел должен быть энергонезависимым, а горизонтальные участки трубы проложены с определенным уклоном. Сбалансировать систему можно использованием труб разного диаметра и количеством секций в радиаторах.

Двухтрубные системы отопления

Тепловая эффективность двухконтурной системы обогрева выше, чем однотрубной. Это определено тем, что горячая вода подается по одной трубе, а отводится по другой. Каждый радиатор присоединен одним патрубком к трубе подачи, а вторым — к обратке. То есть, все теплообменники находятся в равных условиях по доступу к тепловой энергии. В результате:

• каждый радиатор будет нагреваться до одинаковой температуры;
• отключение одного или нескольких радиаторов не влияет на работу остальных;
• количество радиаторов на одном контуре зависит только от мощности котла и производительности циркуляционного насоса.

Двухтрубные системы работают как в режиме естественной, так и принудительной циркуляции. Но гравитационное отопление давно считается устаревшим, поэтому, в большинстве случаев, движение теплоносителя обеспечивают насосы.

Если исключить из рассмотрения гравитационную систему, то двухтрубные сети можно разделить на три основных типа:

• тупиковый, или классический;
• кольцевой;
• лучевой.

Первый вариант монтажа используют при обустройстве отопления в коттеджах и загородных домах, реже — в многоквартирных. Система состоит из нескольких независимых контуров, каждый их которых включает несколько радиаторов и две трубы, подачи и обратки. Каждый контуру подсоединен к котлу посредством коллектора с гидрострелкой, или просто приварен к одной общей трубе стояка. Движение воды по всем контурам обеспечивает общий циркуляционный насос, а давление регулирует один расширительный бак. В большинстве проектов обе трубы проходят ниже радиатора, не слишком выделяясь в интерьере.

Для регулировки теплоотдачи в каждом контуре устанавливают специальные балансировочные краны. Монтаж может производиться на каждой трубе подачи, непосредственно на радиаторах, или на коллекторе. Балансировочные краны регулируют скорость и объем теплоносителя, проходящего через конкретный контур, снижая или увеличивая расход тепловой энергии.

Кольцевой тип разводки

Отличается от предыдущего тем, что каждый контур образует замкнутое кольцо. При этом первый радиатор на подаче является последним на обратке. Образуется так называемое кольцо Тихельмана. Отличительная особенность — вода в трубах подачи и обратки движется в одном направлении, что и дало второе название системы — попутная. Такая сеть легко балансируется, благодаря одинаковой скорости движения теплоносителя по всему кольцу. Этот вариант разводки также предполагает нижнее расположение труб, с возможностью скрыть их под полом.

Лучевая или коллекторная разводка

Современный способ подключения радиаторов предусматривает присоединение каждого теплообменника (радиатора или конвектора) посредством собственных труб. Контур включает один радиатор, или все батареи в комнате, в зависимости от требований к тепловому режиму. Каждый из лучевых контуров подключен к коллектору (гребенке), распределяющему потоки теплоносителя. Расход теплоносителя регулируется балансировочными вентилями. Коллекторы позволяют установить автоматические термоголовки, или вентили с электроприводом, с управлением от контроллера термостата.

Идеальные возможности для балансировки позволяют сэкономить расходы на оплату энергоносителей, сохраняя комфортный тепловой режим в каждой комнате и доме в целом. Один из минусов лучевой двухтрубной разводки — большой расход материала и сложность монтажа. Без предварительно рассчитанного и проверенного проекта приступать к работе по монтажу не рекомендуется.

Положительные стороны двухтрубной разводки разных типов:

• возможность скрытого монтажа;
• точность балансировки;
• возможность подключения большого количества радиаторов;
• автоматизация управления;
• небольшое сечение труб.

Среди минусов можно выделить увеличенный расход материала, особенно в варианте попутной и лучевой разводки.

Комбинированная система отопления

Популярность водяных теплых полов возрастает с каждым годом. Удобство их несомненно — в небольших помещениях можно убрать радиаторы, увеличив таким образом жилую площадь и улучшив эстетику. Но для просторных комнат с высокими потолками теплые полы в качестве основного обогрева не подходят. Большинство владельцев коттеджей, квартир и загородных домов выбирают комбинированную систему отопления — радиаторы в комнатах и теплые полы на кухнях, в коридорах и ванных.

Для такой системы лучше всего подходит лучевая коллекторная разводка. Дело в том, что рабочая температура теплого пола не должна превышать 35 – 40 оС, а радиаторов — 65 – 80 оС или чуть выше. Покупать отдельный котел для теплого пола нерационально, проще подключить контур к коллектору и установить требуемый расход теплоносителя. Если подключить теплый пол к классической, или кольцевой схеме разводки, то сбалансировать систему будет значительно сложнее.