В большинстве случаев при строительстве либо реконструкции индивидуального дома предпочтение отдается системам с водяным отоплением. Подобные системы гигиеничны, отличаются своей бесшумной и надежной работой. В свою очередь, радиаторная система отопления может быть выбрана из двух вариантов – либо система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, либо при помощи насосной перегонки.
Водяное отопление с естественной циркуляцией: принцип действия
В данном случае реализуется гравитационный принцип подачи теплоносителя, поскольку вода с повышенной по сравнению с обычной температурой имеет меньшую плотность, чем вода «с обратки». Правильно проложенная система водяного отопления с естественной циркуляцией может исправно функционировать длительное время, поскольку в ней отсутствуют механизмы – насосы, обеспечивающие принудительную подачу теплоносителя.
Наиболее распространенной и надежной схемой такого отопления является следующая. Водогрейный котел соединяется с системой прямого и возвратного трубопроводов, которые, проходя по помещениям дома, заканчиваются отопительными радиаторами. Для обеспечения постоянства давления в системе обязательно предусматривается расширительный бачок, воспринимающий на себя все колебания давления теплоносителя вследствие изменения его температуры.
Функционирование системы водяного отопления с естественной циркуляцией происходит в такой последовательности. Вода, нагреваемая котлом, проходит через систему подающих трубопроводов и стояков к отопительным радиаторам, которым и отдает накопленное тепло. Далее по обратным трубопроводам теплоноситель возвращается к водогрейному котлу и там опять нагревается.
Каким образом при данных условиях будет обеспечиваться естественное перемещение теплоносителя? Дело в том, что горизонтальные участки трубопроводов выполняются с некоторым наклоном, который согласовывается с направлением движения воды. В таком случае горячий теплоноситель, имеющий больший объем, выталкивается более холодным теплоносителем в горизонтальные участки. Поскольку течение жидкости непрерывно, то заполнение этих горизонтальных участков производится самотеком.
Аналогичным образом осуществляется и поступление в котел охлажденной воды. Таким образом, в отличие от системы с принудительной циркуляцией, здесь отсутствует зависимость работоспособности отопления от возможных перебоев в энергоснабжении дома.
В процессе перемещения теплоносителя из горячей воды постоянно происходит выделение пузырьков воздуха. При повышенных температурах растворимость кислорода в воде снижается. Наличие таких пузырьков (из-за разности в плотностях воды и воздуха) и обеспечивает поступление воды в расширительный бачок. При надежной герметизации трубопровода другого пути у теплоносителя просто нет. При этом в процессе охлаждения вода поступает из расширительного бачка вновь в трубопровод.
Наличие в доме системы водяного отопления с естественной циркуляцией обеспечивает снижение энергозатрат на ее работу.
Проектирование отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя
Поскольку все перемещения теплоносителя в трубопроводах производятся за счет действия силы тяжести, то весьма важно правильно определить угол наклона трубопроводов. Ведь в процессе постоянного перемещения теплоносителя происходит трение движущегося поверхностного слоя воды о стенки трубопроводов, что определяет некоторые потери давления. Величина таких потерь определяется также и сложностью прокладки трассы. Давление теплоносителя будет падать при наличии большого количества местных сопротивлений, к числу которых относятся:
- различные разветвления трубопровода;
- его повороты;
- радиусные закругления;
- расширение/сужение диаметра.
Поэтому в процессе прокладывания подобной системы отопления стараются выполнить длину трасс транспортирования покороче и попроще.
Указанное обстоятельство предопределяет выбор для схемы водяного отопления с естественной циркуляцией труб максимально допустимого диаметра. В этом случае влияние гидросопротивления на потери давления снижается. Еще надежнее будет применение труб с гладкими стенками. В частности, более целесообразным вариантом является монтаж всей системы с использованием металлопластиковых, а не стальных труб.
Расчет необходимого значения напора циркуляции выполняется по зависимости: разность уровней между центром установки отопительного котла и наинизшей точкой установки отопительного радиатора, помноженная на разность плотности холодной воды в прямой ветке и горячей воды в обратной.
Следует отметить, что разница в значениях плотности холодной и горячей воды, вообще говоря, будет небольшой. Поэтому величина циркуляционного напора в основном определяется параметром h, то есть разностью высот. В условиях индивидуального дома это значение, конечно, не может быть очень большим. Скажем, при h = 6 м и практической разнице в температурах горячей и охлажденной воды в 20 градусов (например, 60 и 40 градусов) циркуляционный напор обычно не превышает 500-530 Па. При меньшей высоте (2,5-3 м) и того меньше – 260-270 Па.
Такие значения нельзя назвать большими, поэтому далее необходимо правильно принять диаметр трубопровода. Обычно стараются выбирать для обустройства системы водного отопления с естественной циркуляцией трубы условным диаметром не менее 32 мм. Но и в этом случае необходимо точно определять потери теплоносителя в радиаторах и сопоставлять их с суммарной величиной тепловой энергии, которая образуется при работе такой схемы.
Следует отметить, что указанные значения циркуляционного напора не являются постоянными, поскольку будут определяться значением давления и температурой воды в системе отопления дома.
Возможности схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя
По сравнению со схемой отопления с принудительной циркуляцией, в рассматриваемой схеме имеются некоторые ограничения. Среди них следующие:
- Монтаж отопительного котла должен производиться в подвале индивидуального дома. Если в свое время такой подвал не был предусмотрен, придется обустраивать котел в ином специально подготовленном для этого помещении, имеющем отметку фундамента не ниже -3…-4 м, либо выкапывать котлован, что не добавит эстетичности установке. Естественно, что в таких случаях несколько затрудняется обслуживание котла и уменьшаются площади в подвале, предполагавшиеся для иных хозяйственных надобностей.
- В подвале обязательно следует предусмотреть надлежащие противопожарные мероприятия – обшить стенки котлована или подвала листами стали или выложить их огнестойким кирпичом.
- При расчете длины трубопроводов следует стремиться к общей минимизации трассы прокачки теплоносителя. Обычно стараются не выполнять их с суммарным радиусом действия более 30 м, что, в свою очередь, ограничивает предельную площадь отапливаемых таким способом помещений.
- Более рациональным будет применение не чугунных, а биметаллических отопительных радиаторов, поскольку последние имеют малую тепловую инерцию. Следовательно, они весьма быстро будут нагреваться, обеспечивая тем самым более стабильную циркуляцию теплоносителя.
Для схемы отопления с принудительной циркуляцией большинство из указанных ограничений несущественны.
Двухтрубные и однотрубные схемы отопления
Если в однотрубных системах возможна только верхняя разводка тепла, то двухтрубные предоставляют возможность разводки как сверху, так и снизу. Расчет мощности системы выполняется в зависимости от следующих факторов:
- высоты потолков в отапливаемых помещениях;
- числа и расположения дверных проемов;
- климатического района строительства дома;
- угла наклона трубопроводов (обычно рекомендуется в пределах 5-7 градусов).
Для выполнения более простой однотрубной системы водяного отопления с естественной циркуляцией отопительные радиаторы врезаются не в параллельный трубопровод (прямой или обратный), а параллельно единственному. При реализации однотрубной схемы каждый радиатор должен быть снабжен воздушником для стравливания избытка воздуха в системе.
Однотрубная система с естественной циркуляцией является вполне работоспособной. Более того, во многих случаях удается обходиться даже без расширительного бачка. Такая система должна быть полностью изолированной от атмосферного воздуха. Для обеспечения стабильности своего функционирования в однотрубной схеме стоит предусмотреть установку дросселей и термоголовок.
Выбор тепловой мощности системы водяного отопления с естественной циркуляцией можно выполнять, руководствуясь нормативами СНиП, согласно которым на каждый 1 кубометр объема внутреннего помещения должно приходиться не менее 40 Вт вырабатываемой тепловой энергии.