Водяная система отопления закрытого типа. Особенности отопительной системы дома Схема работы системы отопления

Среди жизнеобеспечивающих инженерных систем современных жилых и производственных зданий системы водяного отопления занимают особое положение. Они отличаются по конструктивным особенностям их исполнения, архитектурно-строительным требованиям размещения и эксплуатации, технологическим признакам. Кроме этого, они должны отвечать и определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Все вместе они формируют конкретные, специфические требования к устройству, эксплуатации и содержанию отопительных систем и устройств.

Системы водяного отопления – классификация

Системы водяного отопления современных зданий классифицируют по следующим признакам.

1. По институциональным признакам:

по назначению: для гражданских объектов (жилых и общественных зданий); производственных (промышленных, сельскохозяйственных); специального назначения (транспортных средств, военных и др. объектов);
по формам собственности: государственная, коллективная, частная;
по способу обслуживания: коммунальное обслуживание, самообслуживание, смешанное обслуживание.

2. По технологическим требованиям:

соответствие требованиям термодинамики;
нормам надежности и безопасности устройства и функционирования.

3. По требованиям архитектурно-строительных норм, правил и
стандартов:

по методам тепловых и гидравлических расчетов;
по конструктивным признакам: по способу циркуляции теплоносителя (естественная и принудительная циркуляция); по месту размещения разводки (верхняя и нижняя разводящая магистраль); по способу подводки разводки к отопительным стоякам (с тупиковым или с попутным движением воды, коллекторные); по конструктивным особенностям стояков и схеме монтажа к ним отопительных приборов (однотрубные и двухтрубные системы, вертикальные, горизонтальные); по типу используемых трубопроводов (металлические, неметаллические); по виду теплоносителей (вода, антифризы);
по мощности и типу теплогенераторов и источников теплоты, способу присоединения: местные теплогенераторы на углеродном топливе и электричестве (котлы квартирные, домовые, крышные, блочные) мощностью до 3,0 МВт; централизованные источники теплоты (подающие ее в системы отопления от АЭС, ТЭЦ, КЭС, РТС, КТС через тепловые сети и местные или центральные тепловые пункты) мощностью свыше 3,0 МВт; теплогенераторы на нетрадиционных (возобновляемых) источниках теплоты; по гидравлической связи с централизованным источником теплоты (непосредственное присоединение, гидравлически изолированное); по способу присоединения систем отопления в тепловом пункте (4 варианта основных схем);
по способу автоматизации и учета потребленной теплоты
по определенным санитарно-гигиеническим требованиям.

Основные элементы и технологические особенности водяных систем отопления

Главной принципиальной технологической особенностью водяных систем отопления , в отличие от однопоточных (однотрубных) систем водопровода, газоснабжения и водоотведения, является то, что в соответствии с законами термодинамики системы водяного отопления могут быть циркуляционными, двухпоточными, двухтрубными.

К основным элементам системы отопления относятся: теплогенератор (котел отопления), теплоноситель (вода или антифриз), подающие и обратные магистрали трубопроводов, циркуляционный насос (если система с принудительной циркуляцией теплоносителя), группа безопасности, расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Системы отопления – принцип работы

Принцип работы системы отопления сводится к тому, что нагретый в теплогенераторе (отопительном котле) теплоноситель насосом подается к отопительным приборам здания по подающим трубопроводам с температурой t 1 ºС. В топительных приборах происходит отдача теплоты и охлаждение теплоносителя, и соответственно понижение его температурного потенциала (теплосодержание). Охлажденный до температуры t2, °C, он поступает в обратные трубопроводы, по которым снова возвращается в исходное положение – в теплогенератор для последующего нагрева.

Таким образом, в системах отопления постоянно совершаются тепловые циклы – круговорот теплоносителя в количестве G, кг/ч, и выполняется полезная работа системы по отоплению помещения на температурном перепаде t1 – t2, °C, теплотой в количестве Q, Дж/ч.

Как известно, каждый теплоноситель обладает своей теплоемкостью с, Дж/(кг -°С). Вода имеет теплоемкость с = 4,19 кДж/(кг -°С), это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1 °С необходимо затратить 4,19 кДж теплоты. Зная величины G, t1, t2, с, можно определить количество теплоты Qnp, отданное теплоносителем в приборах отопления обогреваемых помещение за один час или за какой-то период времени z, ч, по формулам:

Qпр = G -с (t1 – t2), Дж/ч (1)
Qпр = G -с (t1 -t2) -z, Дж. (2)

При этом, для поддержания постоянной температуры воздуха внутри помещения t помп = Const, это количество теплоты Q пр должно соответствовать потерям теплоты помещением (зданием) – Q пом, равной сумме тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции помещения (наружные стены, двери и окна, полы и потолки), называемые трансмиссионными – Q трансм, и расходам теплоты на подогрев поступающего наружного вентиляционного воздуха – Q вент, а в производственных зданиях, кроме этого, и на нагрев технологических материалов и изделий – Q техн, ввозимых с улицы.

Должен соблюдаться тепловой баланс:

Q пом =Q пр = Q трансм + Q вент + О техн, Дж/ч (3)

В последние годы стали учитывать также и внутренние теплопоступления – тепловыделения: от находящихся в помещениях людей, от бытовых электрических и варочных приборов, от технологических аппаратов, от готовой продукции и изделий, от солнечной радиации и др. Эти тепловыделения Q твн, Дж/ч, уменьшают потребность помещения (здания) в теплоте, которую оно должно получить от системы отопления. Тепловой баланс помещения с учетом внутренних тепловыделений будет выглядеть следующим образом:

Q пом =Q пр = Q трансм + Q вент + О техн – Q твн, Дж/ч (4)

Для эффективного заполнения системы водяного отопления теплоносителем (обычно водой) и удерживания циркуляционного кольца в заполненном состоянии, а также для опорожнения системы необходимо наличие еще трех обязательных элементов – подпиточного устройства (насоса), устройства спуска и расширительного бака.

С помощью устройства подпитки вся система, включающая источник теплоснабжения, циркуляционный насос, подающие и обратные магистрали трубопроводов (подача и обратка), все расположенные в помещении приборы отопления, а также расширительный бак, медленно (через обратную линию) заполняются теплоносителем (водой). В процессе заполнения или подпитке системы теплоноситель вытесняет воздух из внутренних полостей трубопроводов и отопительных приборов вверх, в расширительный бак или в специальные, так называемые воздушники. В некоторых П-образных системах отопления воздушники (краны Маевского) устанавливают в верхних заглушках отопительных приборов.

Если воздух из системы не удалось полностью удалить, то образуются воздушные пробки, которые разрывают поток теплоносителя в трубопроводах и приборах отопления и препятствующие циркуляции его в системе. Нередко встречаются случаи аварийного выхода из строя систем из-за нарушения режима циркуляции (перегрева теплоносителя из-за воздушных пробок). Для эффективного воздухоудаления подающие магистрали трубопроводов устанавливают с небольшим уклоном (i = 0,010) в направлении от главного стояка в сторону приборов отопления, а трубопроводы выполняющие обратную подачу – с тем же уклоном от приборов отопления в сторону источника отопления (теплогенератора) к спускному крану.

При нагреве теплоносителя из него в виде пузырьков выделяются растворенные в холодной воде газы – кислород, азот и углекислый газ, которые таким же образом (через расширительный бак или воздушники) удаляются из системы при эксплуатации ее.

Прокладка разводящих трубопроводов с уклоном позволяет также быстро удалять теплоноситель в случаях опорожнения их для ремонтных целей, предотвращает «зависание» теплоносителя в трубах.

Расширительный бак объемом V (м3) монтируется в самой верхней точке системы (как правило это чердачное помещение), и обязательно утепляется. Он является своеобразным буфером системы отопления, и своим объемом позволяет компенсировать изменение объема циркулирующего теплоносителя – увеличения при нагреве и уменьшения при охлаждении, а также возмещать небольшую потерю его за счет испарения и возможных утечек через неплотности системы. Оборудованный сигнальной и переливной трубами открытый расширительный бак позволяет персоналу периодически контролировать заполненность системы теплоносителем (водой), наполнять и пополнять ее подпиточным устройством при необходимости.

В небольших домовых и коттеджных системах отопления такие наполнения и подпитку ведут из питьевого водопровода, открывая кран на линии подпитки. При отсутствии водопровода ее осуществляют либо с помощью электрического, либо ручного насоса, присоединяемого к промежуточной, периодически пополняемой водой при закачке емкости. В системах водяного отопления крупных многоэтажных зданий для этих целей устанавливают специальные подпиточные насосы и подпитку ведут специально подготовленной умягченной и деаэрированной водой для предотвращения коррозии и зарастания металлических трубопроводов.

В самой нижней точке системы отопления на обратной магистрали трубопровода (обратке) устанавливается спускной кран, при помощи которого осуществляют спуск теплоносителя (воды) из системы, в случаях проведения ремонтных работ или отключения на длительный срок во избежание замораживания в зимний период. Чтобы избежать «зависания» теплоносителя в трубопроводных магистралях и отопительных приборах при спуске следует открывать воздушники установленные в верхних точках системы.

Циркуляционный насос системы отопления устанавливается, как правило, на трубопроводе выполняющем обратную подачу (обратка) перед источником отопления (теплогенератором). В крупных разветвленных системах отопления зданий обычно устанавливают несколько (2-3) циркуляционных насоса (один резервный).

Все упомянутые обязательные элементы систем водяного отопления – теплогенератор, циркуляционный насос, отопительные приборы, расширительный бак, воздушники и подпиточное устройство, приборы КИПиА соединяются между собой трубопроводами в определенной последовательности и порядке, образуя сложную гидравлическую циркуляционную систему – систему замкнутых сообщающихся между собой сосудов и колец, заполненных теплоносителем.

Отопление частного дома
Расширительный бак
Циркуляционный насос

Системы водяного отопления – классификация

Системы водяного отопления современных зданий классифицируют по следующим признакам.

1. По институциональным признакам:

по назначению: для гражданских объектов (жилых и общественных зданий); производственных (промышленных, сельскохозяйственных); специального назначения (транспортных средств, военных и др. объектов);
по формам собственности: государственная, коллективная, частная;
по способу обслуживания: коммунальное обслуживание, самообслуживание, смешанное обслуживание.

2. По технологическим требованиям:

соответствие требованиям термодинамики;
нормам надежности и безопасности устройства и функционирования.

3. По требованиям архитектурно-строительных норм, правил и
стандартов:

по методам тепловых и гидравлических расчетов;
по конструктивным признакам: по способу циркуляции теплоносителя (естественная и принудительная циркуляция); по месту размещения разводки (верхняя и нижняя разводящая магистраль); по способу подводки разводки к отопительным стоякам (с тупиковым или с попутным движением воды, коллекторные); по конструктивным особенностям стояков и схеме монтажа к ним отопительных приборов (однотрубные и двухтрубные системы, вертикальные, горизонтальные); по типу используемых трубопроводов (металлические, неметаллические); по виду теплоносителей (вода, антифризы);
по мощности и типу теплогенераторов и источников теплоты, способу присоединения: местные теплогенераторы на углеродном топливе и электричестве (котлы квартирные, домовые, крышные, блочные) мощностью до 3,0 МВт; централизованные источники теплоты (подающие ее в системы отопления от АЭС, ТЭЦ, КЭС, РТС, КТС через тепловые сети и местные или центральные тепловые пункты) мощностью свыше 3,0 МВт; теплогенераторы на нетрадиционных (возобновляемых) источниках теплоты; по гидравлической связи с централизованным источником теплоты (непосредственное присоединение, гидравлически изолированное); по способу присоединения систем отопления в тепловом пункте (4 варианта основных схем);
по способу автоматизации и учета потребленной теплоты
по определенным санитарно-гигиеническим требованиям.

Основные элементы и технологические особенности водяных систем отопления

К основным элементам системы отопления относятся: теплогенератор (котел отопления), теплоноситель (вода или антифриз), подающие и обратные магистрали трубопроводов, циркуляционный насос (если система с принудительной циркуляцией теплоносителя), группа безопасности, расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Системы отопления – принцип работы

Qпр = G -с (t1 – t2), Дж/ч (1)
Qпр = G -с (t1 -t2) -z, Дж. (2)

Должен соблюдаться тепловой баланс:

Q пом =Q пр = Q трансм + Q вент + О техн, Дж/ч (3)

Отопление частного дома
Расширительный бак
Циркуляционный насос

Основная особенность, по которой закрытая система отопления отличается от открытой, это ее изолированность от воздействия окружающей среды. В такую схему включают циркуляционный насос, стимулирующий движение теплоносителя. Схема лишена многих недостатков, присущих открытому контуру отопления.

Все о плюсах и минусах закрытых схем отопления вы узнаете, прочитав предложенную нами статью. В ней досконально разобраны варианты устройства, специфика сборки и работы систем закрытого типа. Для самостоятельных мастеров приведен пример гидравлического расчета.

Представленная к ознакомлению информация опирается на строительные нормативы. Для оптимизации восприятия непростой темы текст дополнен полезными схемами, подборками фото и видео-руководствами.

Температурные расширения в закрытой системе компенсируются путем применение мембранного расширительного бака, наполняемого водой во время нагрева. При охлаждении, вода из бака снова уходит в систему, поддерживая тем самым постоянное давление в контуре.

Давление, создаваемое в закрытом отопительном контуре еще при монтаже, передается всей системе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно, поэтому эта система энергозависима. Без не будет движения нагретой воды по трубам к приборам и обратно к генератору тепла.

Галерея изображений

Климат России не позволяет эксплуатировать любые здания без систем отопления . Теплоносителем (веществом для переноса тепла по помещению) могут служить вода, антифриз или воздух. Отопление, где теплоносителем выступает вода, называют водяным отоплением. Водяное отопление это самый распространенный вид отопления. Связано это с доступностью воды (водозабор к дому нужно делать в любом случае), а также с удобной эксплуатацией, безопасностью и надежностью водяного отопления.

Хотя стоит отметить, что водяное отопление больше подходит для домов постоянного проживания. В зимний период система водяного отопления требует постоянной эксплуатации или дополнительных систем, не позволяющих системе водяного отопления, заморозится.

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.