Принцип работы открытой системы отопления с циркуляционным насосом

Отопительные котлы

Выбор источника тепла – это ключевой фактор, от которого будет зависеть дальнейший подбор элементов отопления и эффективность работы собранной системы. Самым дешевым топливом на сегодняшний день является газ, поэтому, если к участку подведена газовая магистраль, работающий на газе котел будет лучшим решением.

Наиболее экономичными показали себя конденсационные газовые котлы с электрическим розжигом, которые имеют пару особенностей:

• При разогретом до слишком высокой температуры теплоносителе газ попросту не расходуется, что снижает его затраты примерно на 25%;
• Тепло, отданное водяному пару, также расходуется для отопления, что позволяет сэкономить еще 10-12% энергоресурса.

Если же расставить в порядке снижения экономичности отопительное оборудование, работающее на других видах топлива, то получится перечень следующего вида:

• Дровяные котлы;
• Пеллетные котлы;
• Угольные котлы;
• Дизельные котлы;
• Электрические отопительные устройства.

Подбирая источник тепла перед тем, как провести отопление в частном доме, нужно обратить внимание на ряд нюансов:

1. Для газовых котлов можно использовать не только магистральный, но и баллонный газ. Правда, стоимость отопления в таком случае вырастает в несколько раз.
2. Перед приобретением работающего на определенном виде топлива отопительном устройстве стоит хотя бы примерно изучить динамику роста цен на разные типы горючего, причем при изучении нужно привязывать цены топлива к географии.
3. Угольные котлы для растопки используют дрова. Это нужно учитывать – во-первых, растопка и прогрев системы займут больше времени, а во-вторых, закупка дров потребует дополнительных затрат.
4. Котлы на газе, дизельном топливе и электричестве функционируют бесперебойно в случае наличия топлива. Пеллетные котлы, имеющие систему автоматической подачи, могут работать неделю. Твердотопливные котлы необходимо протапливать и очищать не реже (а зачастую чаще) одного раза в день. Котел длительного горения может работать на одной закладке на несколько часов дольше, а самые дорогие и современные устройства без проблем работают на протяжении суток.
5. В качестве топлива для дизельных котлов можно использовать отработку – это позволит уменьшить затраты на отопление в несколько раз. Недостаток такой экономии заключается в дефиците отработанного масла, которое очень трудно приобретать в достаточном количестве и на постоянной основе.

Электричество в таких устройствах требуется только для функционирования компрессора. Подобные схемы получаются достаточно выгодными – стоимость отопления в конечном итоге может на равных соперничать с экономией при использовании твердотопливных котлов и газа.

Конечно, за экономию приходится где-то платить – стоимость тепловых насосов очень высока, да и установка подобного оборудования обходится в круглую сумму. Достаточно привести простой пример: для монтажа геотермального насоса нужно пробурить скважину глубиной в несколько десятков метров, или же выкопать котлован, площадь которого будет в три раза больше площади отапливаемого здания.

Решение данной проблемы есть – можно использовать разновидность теплового насоса, в которой теплоносителем является находящийся за пределами дома воздух. Из него откачивается тепловая энергия, используемая в дальнейшем для обогрева здания. По сути, такая схема представляет собой работу обычного кондиционера, установленного в режим нагрева.

Из чего состоит отопительная система?

Из самого названия – водяная система отопления, становится понятно, что для ее работы необходима вода. В данном случае она является теплоносителем, который непрестанно циркулирует по замкнутому контуру. Вода нагревается в специальном котле, а затем – по трубам, доставляется к основному отопительному элементу, которым может выступать система «теплый пол» или радиаторы.

Конечно же, для более качественной, безопасной и экономичной работы системы можно использовать большое количество вспомогательного оборудования. Однако самая простая водяная отопительная система выглядит так:

Основные элементы системы отопления

Отопительные системы могут различаться по принципу циркуляции теплоносителя:

• водяное отопление с принудительной циркуляцией;
• с естественной.

Система с естественной циркуляцией теплоносителя

Система с естественной циркуляцией – прекрасный пример использования человеком элементарных законов физики. Принцип ее работы на самом деле прост – перемещение теплоносителя в трубах происходит по причине разности плотности холодной и горячей воды.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

То есть, теплоноситель, нагреваемый в котле, становится более легким, его плотность уменьшается. Горячая вода вытесняется из котла поступающим в него холодным теплоносителем и легко устремляется вверх по трубе центрального стояка. А от него — к радиаторам. Там теплоноситель отдает свое тепло, остывает, и, вернув себе былую тяжесть и плотность, по трубам обрата возвращается вновь к нагревательному котлу – вытесняя из него новую порцию горячего теплоносителя. И такой цикл повторяется бесконечно.

Чтоб самостоятельно создать водную отопительную систему с естественной циркуляцией теплоносителя, важно помнить несколько простых правил.  Прежде всего – следует подобрать трубы наиболее подходящего диаметра для создания центрального стояка, а, кроме того, соблюсти необходимый угол уклона при прокладывании труб. Однако система с естественной циркуляцией имеет и несколько весомых недостатков

В первую очередь – необходимость использования тяжелых металлических труб (возникают сложности при монтаже). Кроме того, такая система исключает возможность регулирования уровня прогрева каждого отдельного помещения. Еще одним минусом системы можно назвать большой расход топлива

Однако система с естественной циркуляцией имеет и несколько весомых недостатков. В первую очередь – необходимость использования тяжелых металлических труб (возникают сложности при монтаже). Кроме того, такая система исключает возможность регулирования уровня прогрева каждого отдельного помещения. Еще одним минусом системы можно назвать большой расход топлива.

Система с принудительной циркуляцией теплоносителя

Система отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

Отличительной чертой системы данного типа является обязательное дополнение ее циркуляционным насосом. Именно он способствует перемещению теплоносителя по трубам. Выглядит схема системы так:

В качестве одного из основных преимуществ системы с принудительной циркуляцией можно выделить то, что такое водяное отопление от электричества дает возможность контролировать посредством специальных вентилей уровень напора в каждом радиаторе – таким образом, контролируется и уровень прогрева помещения. Этот факт позволяет в некоторой степени снизить количество используемого для нагрева теплоносителя топлива.

Недостатком же системы является ее энергозависимость. В случае если в вашем доме возможны перепады напряжения или отключение электропитания, наиболее разумным решением будет использование комбинированной системы, которая совмещает в себе принудительную и естественную циркуляцию теплоносителя.

Монтаж отопительной системы

Наиболее практичным является создание в доме двухтрубной отопительной системы. Она являет собой два совмещенных контура, по одному из которых (подающие трубы) к радиаторам перемещается горячий теплоноситель. А остывшая вода от радиатора возвращается к котлу по второму контуру – трубам обратки.

Движение теплоносителя в системе отопления

Двухтрубная отопительная система с принудительной циркуляцией является прекрасным решением для любого частного дома. Она позволяет подключать специальные термостаты, позволяющие на каждом отдельном радиаторе контролировать степень нагрева. Систему можно дополнить специальными коллекторами, что сделает ее еще более эффективной.

Определение мощности

При выборе насоса нужно учитывать такие факторы, как:

• мощность отопительных радиаторов;
• скорость движения теплоносителя;
• общая длина трубопровода;
• проходное сечение трубопроводов;
• мощность котла.

Расчеты

Чтобы точнее определить мощность насоса, можно воспользоваться правилом производителей, которые «привязали» 1 кВт мощности к 1 литру прокачиваемой воды. Так, насос мощностью 25 кВт может обеспечить циркуляцию максимум 25 литров теплоносителя.

Иногда применяется упрощенная схема выбора, основанная на площади отапливаемого помещения:

• для отопления постройки площадью до 250 м2 покупают насос мощностью 3,5 кубометра воды в час и силой напора 0,4 атмосферы;
• от 250 до 350 м2 – мощностью 4,5 кубометра в час и силой напора 0,6 атмосфер;
• от 350 м2 – мощностью 11 кубометров в час и силой напора 0,8 атмосфер.

Европейская методика расчета

При выборе оборудования можно пользоваться еще одной методикой – типовыми проектами обустройства жилья, разработанными в Европейском Союзе. Так, на 1 м2 пространства должна приходиться мощность насоса 97 Ватт при условии, что температура воздуха на улице составляет 25С° (минус), или 101 Ватт – если температура опускается до 30С° (минус).

Эта норма действует для построек высотой от трех этажей и больше. При обустройстве частного дома высотой до двух этажей мощность насоса на 1 м2 площади должна составлять 173 Ватта при уличной температуре до 25С° мороза и 177 Ватт – ниже 25С°.

Оптимальное место установки циркуляционного насоса

Хотя интернет изобилует массой информации на эту тему, однако простому пользователю не всегда удается определиться с оптимальной схемой подключения циркуляционного насоса в систему отопления. Причина заключается в противоречивости подаваемой информации, из-за чего на тематических форумах постоянно возникают жаркие дискуссии.

Приверженцы установки аппарата исключительно на обратном трубопроводе приводят в защиту своей позиции такие доводы:

• Более высокая температура теплоносителя на подаче по сравнению с обраткой провоцирует существенное сокращение срока службы насоса.
• Горячая вода внутри подающей магистрали менее плотна, из-за чего возникают дополнительные затруднения в ее перекачке.
• В обратном трубопроводе теплоноситель имеет высокое статическое давление, что облегчает работу насоса.

Нередко такая убежденность складывается также от случайного лицезрения того, где установлен циркуляционный насос на отопление в традиционных котельных: там насосы, действительно, иногда врезают в обратку. При этом в других котельных установка центробежных насосов может осуществляться на подающих трубах.

Аргументы против каждого из приведенных доводов в пользу установки на обратной трубе следующие:

1. Стойкость бытовых циркуляционных насосов к температуре теплоносителя обычно достигает +110 градусов, тогда как внутри автономных систем отопления вода редко нагревается выше +70 градусов. Что касается котлов, то они на выходе выдают температуру теплоносителя примерно +90 градусов.
2. Вода при температуре +50 градусов имеет плотность 988 кг/м³, а при +70 градусов – 977.8 кг/м³. Для приборов, создающих давление 4-6 м водного столба, и способных перекачать примерно тонну теплоносителя за 1 час, такая мизерная разница в плотности в 10 кг/м³ (вместимость канистры на 10 л) не играет существенной роли.
3. Фактическая разница статического давления теплоносителя внутри подачи и обратки также минимальна.

В качестве вывода можно сказать, что схема подключения циркуляционного насоса может предполагать его установку как на обратной, так и подающей трубе отопительного контура. Тот или иной вариант, где устанавливать циркуляционный насос в системе отопления, не оказывает значимого влияния на его уровень работоспособности и эффективности. Исключением является использование недорогих твердотопливных котлов прямого горения, в которых отсутствует автоматика. Так как горящее топливо в таких нагревателях быстро потушить нет возможности, это нередко провоцирует закипание теплоносителя. Если подключение насоса отопления было проведено на подающей трубе, это позволяет образовавшемуся пару вместе с горячей водой попасть внутрь корпуса с крыльчаткой.

Далее события разворачиваются следующим образом:

• Аппарат резко снижает свою производительность, так как его рабочее колесо не в состоянии перемещать газы. Это провоцирует снижения скорости циркуляции теплоносителя.
• Наблюдается уменьшение поступающей в котловой бак охлаждающей воды. Как результат, прибор перегревается еще больше, а образование пара возрастает.
• После того, как объем пара достигнет критических значений, он попадает внутрь крыльчатки. После этого наступает полная остановка циркуляции теплоносителя: возникает аварийная ситуация. Давление в системе возрастает, из-за чего сработавший предохранительный клапан выбрасывает клубы пара внутрь котельной.
• Если не затушить дрова, то на каком-то этапе клапан не справится с возрастающим давлением. В результате этого возникает реальная опасность взрыва котла.

Если схема установки циркуляционного насоса в систему отопления предполагает его монтаж на обратную трубу, то это уберегает прибор от прямого воздействия водяного пара. Как результат, увеличивается период времени до аварии (почти на 15 минут). То есть это не предотвращает взрыв, а лишь дает дополнительное время на принятие дежурных мер по устранению возникшей перегрузки системы. Поэтому при поиске места, где ставить насос на отопление, в случаях с простейшими дровяными котлами лучше выбирать для этого обратный трубопровод. Современные автоматизированные обогреватели на пеллетах могут монтироваться на любом удобном участке.

Твердотопливный котел своими руками

Рассмотрим на примере наиболее популярного котла с верхним горением (рис.3). В случае необходимости размеры можно менять пропорционально указанным в чертеже. Отличительной особенностью конструкции является труба, которая служит регулятором подачи воздуха и теплообменником одновременно. Газы, выделяемые в процессе тления топлива, поднимаются вверх и воспламеняются в верхней топке.

Для изготовления необходимы материалы, описанные в разделе 2: трубы, листовая сталь, уголок, утеплитель, асбокартон, электроды.

Первый этап самодельного котла включает следующие шаги:

1. Сваривают цилиндрический корпус из трубы диаметром 45 см длиной 150см.
2. Днище закрывают вырезанным из листовой стали кругом с помощью сварки.
3. В трубе нижнего диаметра (нижняя часть) вырезают прямоугольное отверстие под дверку зольника. Ее можно изготовить также из стального листа или приобрести готовую под размер.
4. Топка располагается в верхней части, под ее дверку также вырезают прямоугольник. Дверку обязательно изолируют асбокартоном и асбошнуром по периметру. Все дверки должны закрываться задвижками.
5. Из профильной трубы сваривают патрубок для выхода дыма, который будет вставляться в дымоход.

Важно! На поверхности патрубка из-за перепада температур будет образовываться влага (конденсат), ведущая к коррозии, поэтому сварочные швы должны быть высокого качества

1. К корпусу котла приваривают ножки из равнополочного уголка.
2. Вырезают верхнюю крышку диаметром 46 см, которая будет одеваться сверху на цилиндрический корпус.

Теплообменник для твердотопливного котла своими руками

Второй этап – производство теплообменника:

1. Из металлического листа сваривают трубу теплообменника диаметром 40 см длиной 130 см.
2. Вставляют ее в цилиндрический корпус, фиксируют зазор в 5 см между трубами, благодаря чему будет образовываться «водяная рубашка».
3. Разница в длине труб теплообменника и наружной должна быть не менее 20см. Трубу в трубе фиксируют сваркой, используя заготовленные металлические кольца.
4. В верхней и нижней зоне водяной рубашки устанавливают патрубки: один – для подачи, другой – для выхода теплоносителя. Для их изготовления используют трубу диаметром 5 см, на внешней стороне накручивают резьбу, через которую они будут подсоединены к трубам отопительной системы.
5. Распределительную трубу, через которую будет подаваться воздух, сваривают из металла большей толщины, чем для корпуса и теплообменника (не менее 5 мм диаметром 6 см). Длину трубы делают на 10 см меньше длины трубы теплообменника (120 см).

Важно! Распределительная труба находится в зоне высоких температур и со временем деформируется и прогорает, поэтому для ее изготовления используется металл толщиной 5 мм и более

1. Труба вставляется в подготовленный диск с готовым отверстием. Металлический стальной диск диаметром 38 см приваривается к трубе.
2. К основанию диска приваривают минимум 4 уголка, выполняющие роль крыльчатки.
3. К верхней части трубы устанавливают задвижку для порционной подачи воздуха и приваривают петлю, на которой фиксируют цепь для поднятия трубы.

Внимание! Чтобы улучшить теплообмен в верхней части трубы устанавливают вентилятор для принудительного наддува

Как правильно собрать котел

После выполнения двух основных этапов приступают к завершающему.

Третий этап – сборка котла:

1. Выбирают место установки котла, проверяют уровнем, чтобы не было никаких перепадов, которые могут ухудшить работу теплогенератора.
2. Крышку с распределительной трубой натягивают на корпус, предварительно проложив асбошнур. Крышку можно также приварить к корпусу.
3. Дымовой патрубок вставляют в дымоход.
4. Через выходящие патрубки с резьбой котел подсоединяют к системе отопления дома.
5. Систему заполняют водой и выполняют проверку работы котла при неполной его загрузке.
6. Если тест прошел нормально, котел загружают на полную мощность.

Радиаторная сеть: 4 способа разводки труб

Перед тем, как сделать отопление, изучите все возможные варианты обустройства, чтобы выбрать оптимальный вариант. На выбор влияют потребности семьи и особенности здания. Сейчас находят применения следующие типы разводки отопления для частных домов:

1. «Ленинградка». Состоит из одной трубы, в которую врезаны батареи.
2. Двутрубная. Она же именуется тупиковой.
3. Двухтрубная попутная, какольцованная.
4. Коллекторная.

Если здание двухуровневое, имеет смысл воспользоваться комбинированной схемой отопления частного дома. Это когда на нижнем этаже система коллекторная, а на верхнем – попутная. Ленинградка и двухтрубная работает автономно без подключения насосного оборудования. Движущей силой является конвекционное перемещение жидкости по трубопроводу, когда горячая вода выдавливается вверх, а после остывания направляется вниз.

Однотрубный вариант подключения

Вдоль наружной несущей стены каждой из комнат прогладывается трасса, по которой пускается теплоноситель от котла. Периодически врезаются радиаторы. Чаще всего их размещают под подоконником.

Особенность такого водяного отопления в том, что отработанный теплоноситель из батареи возвращается в общий контур, смешивается с горячей водой и направляется к следующему. Поэтому чем дальше комната, тем большее количество секций потребуется, так как жидкость остынет.

Также при выборе учитывайте, что:

1. Минимальный диаметр труб – 20 мм, если они изготовлены из металла. Для металлопластика сечение от 26 мм, а полиэтилена – 32 мм.
2. Максимальное число батарей – до шести. В противном случае приходится увеличивать сечение трубопровода, что повлечет удорожание на 15-20%.
3. Регулировать температуру в комнатах сложно. Поворот ручки регулятора на одном радиаторе приводит к изменению температурного режима по всему контуру.

Это эффективное отопление загородного дома, общей площадью от 60 до 100 квадратных метров. Но это самый недорогой способ отопить, скажем, дачу. Даже если здание двухэтажное, проблем не возникнет, если собрать два контура, по отдельной ветви на этаж.

Двухтрубные схемы кольцевая и тупиковая

Эти два способа организации отопления отличны тем, что есть два контура: прямой и обратный. Первый предназначен для подачи разогретого теплоносителя к батареям. Второй – отводящий. По нему вода после охлаждения течет обратно к котлу. А между собой такие системы отличаются по следующим признакам:

1. В случае с тупиковым вариантом жидкость протекает до последнего потребителя через предыдущие, а затем по отдельной трубе направляется для разогрева.
2. Кольцевая петля Тихельмана предполагает одновременное течение подачи и отвода в одном направлении по радиаторам последовательно с возвратом в котельную.

При этом в первом случае плечо может быть не одно, а несколько. Вторая схема предполагает два контура, взаимодействующих в рамках единой линии.

Несмотря на то, что себестоимость такой системы выше, чем однотрубной, популярность обусловлена целым перечнем преимуществ:

1. Все батареи прогреваются одинаково.
2. Соединительные трубы имеют малый диаметр (15-20 мм).
3. Число точек потребления не ограничено.
4. Температурный режим устанавливается для каждого помещения.

Самостоятельная сборка тупиковых ветвей не составляет труда даже у начинающего строителя. Кольцевая система монтируется чуть сложнее, так как приходится «обводить» дверные проемы. Трассу монтируют в стенах поверху или в полу под порогом.

Коллекторная система

Для подвода теплоносителя к потребителям используют лучевой принцип и распределительная гребенка. Последняя устраивается под полом в глубине здания ближе к центру. От гребенки к котлу прокладывается две трубы. Такое же количество проводится к каждому радиатору. Спрятать разводку можно под цементную стяжку или между лагами в перекрытии

Важно, чтобы гребенка была оснащена вентилем для сброса воздуха

Помимо основных преимуществ, которые присущи тупиковым системам, такой способ обогрева имеет и ряд дополнительных достоинств:

1. Какой бы ни был интерьер, его не портит трубопровод, ведь все спрятано в полу.
2. Регулировка проста и удобна, так как вентили монтируются в общем распределительном шкафу.
3. Установка электронного блока управления полностью автоматизирует систему, делая ее абсолютно автономной.

Монтажные работы

При выполнении работ по монтажу двухтрубной отопительной системы собственными силами нужно придерживаться определенных технологических регламентов:

В первую очередь, очень важно сориентироваться с выбором отопительной системы, которая предусматривается для отдельно взятого дома. Разумеется, что самым оптимальным будет монтаж той системы, энергетические ресурсы которой будут доступны и в то же время экономичны

Собственно, экономичность в обогреве частного дома на текущий момент очень важна для основной массы домовладельцев.
Если к дому проведено газовое снабжение, можно не задумываясь монтировать водяную отопительную систему, оснащенную двумя котлами, один из которых ключевой – газовый, а второй – резервный, для твердых горючих веществ, либо электрический.
Следующий этап – обращение в бюро разработки проектной документации. Там будут сделаны нужные расчеты, составлены все документы по проекту и сделаны чертежи по обогреву дома. После этого можно заняться приобретением требуемого оснащения и материалов.

Разберем процесс монтажа на примере одноэтажного дома, где соорудим нижнюю горизонтальную разводку тепловых коммуникаций.

Начнем с котла (водонагревателя), который необходимо поставить, принимая в расчет его вес, на крепкую основу из бетона в специализированном помещении – котельной. Желательно, чтобы это было отдельное либо же подвальное помещение, оснащенное хорошей вентиляцией.

Мощность водонагревателя рассчитывается соответственно потребности 100 Вт на 1 м2 жилой площади.

К присоединительному патрубку котла подключается горячая магистраль, которая проводится далее по периметру дома с подключением отопительных батарей. На входе и выходе радиаторов необходимо врезать шаровые краны, которые позволят при возникшей необходимости отключать котел. Обязателен также и монтаж терморегуляторов. Благодаря их наличию можно настраивать требуемый температурный режим либо перекрывать по потребности движение теплоносителя.

Поблизости от выхода из котла от горячей линии надо вывести вертикальный патрубок, к которому подсоединяется мембранный расширительный бачок, корректирующий давление в системе при нагревании воды.

От каждого радиатора отводится патрубок, который подсоединяется к обратной трубе, которая проводится параллельно горячей трассе и в итоге подсоединяется к входящему патрубку котла.

Способ подсоединения патрубков к магистралям и радиаторам зависит от материала, из которого произведены трубы. Если это полипропилен, потребуется специализированная сварочная установка. С металлопластиковыми трубами легче, – все соединения осуществляются посредством переходных соединений из латуни, вследствие этого данный вариант проще выполнить своими руками.

В магистрали не должно быть прямых и острых углов, поскольку увеличится сопротивление. Вентили и краны должны совпадать с размерами труб. При устройстве системы с верхней разводкой расширительный бачок располагают на теплом чердаке.