Отопление в частном доме: теория, варианты и решения, выбор системы, расчет, монтаж

Система водяного отопления

Выбор величин давления в системе и расширительном бачке

Чем выше рабочее давление теплоносителя, тем меньше вероятность попадания воздуха в систему. Нужно помнить об ограничении рабочего давления величиной предельно допустимой для отопительного котла. Если при заполнении система было достигнуто статическое давление 1,5 атм (15 м водяного столба), то циркуляционный насос напором в 6 м вод. ст. создаст на входе в котел давление 15+6=21 м водяного столба.

Некоторые типы котлов имеют рабочее давление порядка 2 атм=20 м вод.ст. Будьте внимательны, не перегружайте теплообменник котла недопустимо высоким давлением теплоносителя!

Мембранный расширительный бак поставляется с заводским настроечным давлением инертного газа (азота) в газовой полости. Распространенная величина его равна 1,5 атм (или бар, что почти то же самое). Уровень этот можно поднять, подкачав в газовую полость воздух ручным насосом.

Изначально внутренний объем бака полностью занят азотом, мембрана прижата газом к корпусу. Именно поэтому закрытые системы принято заполнять до уровня давления не выше 1,5 атм (максимум 1,6 атм). Тогда установив расширительный бак на «обратку» перед циркуляционным насосом, мы не получим изменения его внутреннего объема – мембрана останется неподвижной. Нагрев теплоносителя приведет к росту его давления, мембрана отойдет от корпуса бака и сожмет азот. Давление газа повысится, уравновесив давление теплоносителя на новом статическом уровне.

Уровни давления в расширительном бачке.

Заполнение системы до давления в 2 атм позволит холодному теплоносителю сразу поджать мембрану, которая сожмет азот также до давления 2 атм. Нагрев воды от 0 °С до 100 °С увеличивает ее объем на 4,33 %. Добавочный объем жидкости должен поступить в расширительный бак. Большой объем теплоносителя в системе дает большое его приращение при нагреве. Слишком большое первоначальное давление холодного теплоносителя сразу израсходует емкость расширительного бака, ее не хватит для приема избытка нагретой воды (антифриза)

Поэтому важно заполнять систему до правильно определенного уровня давления теплоносителя. Заполняя систему антифризом, нужно помнить о его большем, чем у воды, коэффициенте теплового расширения, требующем установки расширительного бака большей емкости

Заключение

Заполнение закрытых систем отопления – не просто стандартная заключительная операция перед запуском в эксплуатацию. Правильное или неправильное выполнение этого этапа может серьезно повлиять на рабочие характеристики системы, в худшем случае даже вывести ее из строя. Соблюдение технологии заполнения – ключ к получению стабильно работающего отопления.

Расширительные баки

Одной из самых главных особенностей систем отопления с промежуточным теплоносителем, особенно это касается водяных систем, является та, что теплоноситель при нагревании расширяется, увеличивается в объеме, образуется избыточное давление, ему надо куда-то деваться. Расширительный бак способен выравнивать давление, что предотвращает деформацию системы в целом. Поэтому без него инсталляция системы невозможна.

Расширительные баки производятся двух типов:

• открытые, активно применяются для открытых систем с естественной или реже с принудительной (что не рекомендуется) циркуляцией теплоносителя, плюсы – простота конструкции, невысокая стоимость, минусы – склонность к возникновению коррозии, необходимость постоянного пополнения теплоносителя, монтажа в наивысшей точке;
• закрытые, монтаж производится только в системах, обладающих принудительной циркуляцией теплоносителя, бак – это герметичный сосуд с очень эластичной мембраной, расположенной внутри корпуса из металла, она бывает диафрагментарной или болоной, принцип работы довольно простой – в одной части находится воздух или накачивается газ инертного типа под заданным давлением, в другой место для образовавшегося дополнительного объема теплоносителя, плюсы – отсутствие необходимости долива жидкости, устойчивость к коррозии, минусы – более высокая стоимость.

Расширительные баки закрытого типа выпускаются двух видов – со сменной мембраной (так называемые фланцевые) или мембраной, смена которой невозможна. Давление может контролироваться с использованием манометра, а регулироваться путем установки предохранительного клапана.

Однотрубная система

Самой простой является схема однотрубной системы отопления двухэтажного дома. Также она называется «Ленинградкой». Такую схему отопления двухэтажного частного дома своими руками можно провести без особых сложностей. Отличается экономичностью, функционируя на газовом или электрическом котле, при помощи кирпичной печи, отапливаемой торфяными брикетами, дровами, углем. Выбирая «Ленинградку», можно сэкономить на средствах, так как труб, необходимых для установки обогрева помещения, потребуется в 2 раза меньше, если сравнивать с двухтрубной системой. Характеризуется ещё такими положительными моментами:

• малой трудоёмкостью при выполнении монтажа и его «бюджетностью»;
• простотой ремонта;
• не нарушает концепцию интерьера в доме (при небольшом количестве труб);
• возможностью изготовления контура «тёплый пол» (при выполнении определённых требований).

Однотрубный контур можно «спрятать» под пол или развести над ним. При установке трубы можно располагать в горизонтальном положении и в вертикальном.

Однако такая самотёчная система отопления может применяться только в одноэтажной постройке. В двухэтажном доме схема однотрубной системы отопления сможет функционировать только при наличии циркуляционного насоса.

Существуют ещё недостатки:

• невозможность изготовления «тёплого пола» при горизонтальном контуре;
• требует выполнения сварочных работ и необходимой проверки соединений;
• неравномерность теплоотдачи от батарей, находящихся в разных комнатах.

Как сделать систему отопления с естественной циркуляцией

Виды пластиковых труб для отопления

Двухтрубная система отопления

Водяное

Расчет потерь тепла

Потери тепла комнат 1-4 станем рассчитывать как принято, без учета внутреннего теплопередачи в здании. 5 и 6 можем считать на все 4 стены, а то и на все 5-6 стен, если идет речь о оригинальной планировке. Для расчета нам потребуются, помимо знания конструкции стены и толщины составляющих ее слоев в метрах, следующие величины:

1. Тепловое сопротивление материалов Rt или удельные потери тепла материалов qп.
2. Температура в среднем января (или самого холодного месяца в вашей територии), ее узнать можно в здешней метеослужбе или на ресурсе Росгидромета, или на ресурсе местного муниципалитета.
3. Температура в среднем за зиму, сведения – там же.
4. Показатель сезонного применения мощности котла, уже применявшийся выше.

При типовом планировании расчет потерь тепла ведут по их удельным значениям и температуре самой холодной недели в году. Результаты получаются достаточно точными для больших зданий в несколько этажей (таблицы удельных потерь тепла, Вообще-то, разрабатываются отдельно для строений похожей конструкции). Небольшой приватный дом по теплу совсем точно необходимо рассчитывать по тепловому сопротивлению материалов. По удельным потерям тепла частнику можно с хорошей точностью считать вывод тепла через холодный чердачный этаж и наружную дверь.

Некоторые данные к расчету показаны на рис. Но, Вообще-то, Rt и qп необходимо брать из спецификации на материал. У того же кирпича и пенополистирола они значительно отличаются не только от изготовителя к изготовителю, но и от партии к партии. Если поставщик не демонстрирует паспорт материала или в нем нет Rt или qп, лучше приобрести где нибудь еще. Это тот случай, когда жадный платит не два раза, а всю жизнь.

Виды систем отопления

Разводка отопления в частном доме

Двухтрубная система отопления

Как было сказано выше, двухтрубная система отопления отличается большей эффективностью. Кроме того, при использовании двухтрубной разводки отопления, есть возможность использовать различную арматуру, такую как термостатические краны на радиаторы отопления, регуляторы давления и многое другое оборудование, которое позволяет автоматизировать работу отопительной системы.

Разводка отопления в частном доме по двухтрубной схеме выглядит следующим образом:

1. От котла отопления тянется две независимые магистрали самого большого диаметра — подача и обратка. Для небольшого дома в 100-150 кв. м., вполне хватить 32 по диаметру пластиковой трубы, если монтаж отопления производится именно полипропиленом.

2. На каждом из этажей устанавливается по отдельной гребенке. Что такое гребенка для отопления, можно прочитать в другом разделе строительного журнала.

3. Затем уже от гребёнок подводятся по две трубки на каждый отопительный прибор, установленный на этаже, будь то радиатор отопления, напольный конвектор или же тёплый пол.

Двухтрубная система отопления является наиболее эффективной и качественной на сегодняшнее время. Можно предусмотреть многие моменты связанные, например, с установкой запорных кранов на каждую из магистралей, так, что бы при перекрытии одного этажа, будет работать отопления второго и наоборот.

Немного о недостатках

Рассуждая о практической применимости того или иного варианта, необходимо не только изучить отличительные особенности позитивного характера, но и обратить внимание на то, какие недостатки имеются у наиболее перспективного решения и, конечно же, его аналогов. Справедливо сказать, что «попутка» недостатков не лишена

Для начала стоит отметить, что преимущественно в целях экономии, на базе тупиковых конструкций по ходу продвижения теплоносителя диаметр магистрали несколько уменьшается. С попутным вариантом конструкции так сэкономить не получится, ведь существуют вполне объективные причины, в связи с которыми по периметру помещения осуществляется прокладка труб исключительно равного диаметра.

Расчет теплопотерь и котла для отопления дома онлайн

Расчёт объёма радиаторов и батарей отопления

Биметаллический радиатор отопления в разрезе

Для выполнения точного вычисления необходимо знать объём воды в радиаторе отопления. Этот показатель напрямую зависит от конструкции компонента, а также его геометрических параметров.

Также как и при вычислении объема отопительного котла, жидкость заполоняет не весь объем радиатора или батареи. Для этого в конструкции есть специальные каналы, по которым протекает теплоноситель. Корректное вычисление объёма воды в радиаторе отопления может быть выполнено только после получения следующих параметров прибора:

• Межосевое расстояние между прямыми и обратным трубопроводами в батареи. Оно может составлять 300, 350 или 500 мм;
• Материал изготовления. В чугунных моделях наполнение горячей водой намного больше, чем в биметаллических или алюминиевых;
• Количество секций в батареи.

Лучше всего узнать точный объём воды в отопительном радиаторе из технического паспорта. Но если такой возможности нет – можно взять в расчет примерные величины. Чем больше межосевое расстояние у батареи – тем больший объем теплоносителя в ней поместится.

Чугунные батареи, объем л.

Для расчета общего объема воды в системе отопления с панельными металлическими радиаторами следует узнать их тип. Их вместимость зависит от количества нагревательных плоскостей — от 1 до 2-х:

• У 1 типа батареи на каждые 10 см приходится 0,25 объема теплоносителя;
• Для 2 типа этот показатель увеличивается до 0,5 л на 10 см.

Полученный результат необходимо умножить на количество секций или общую протяженность радиатора (металлического).

Для правильного расчета объема отопительной системы отопления с дизайнерскими радиаторами нестандартной формы нельзя применять вышеописанную методику. Их объем моно узнать только у производителя или его официального представителя.

Водяное отопление

Воздух

Естественную тепловую воздушную циркуляцию в частном строении могут создать отопительные печи. Но теплоемкость воздуха мала, поэтому для полноценного воздушного отопления нужно или обеспечить интенсивный конвективный поток, или поставить большой воздухонагреватель. Можно использовать:

1. Теплые полы. Воздух в комнате с таким оборудованием обладает невысокой температурой. Мала и его тепловая инерция, к тому же она напрямую зависит от теплоемкости носителя. Но теплопотери в этом случае оказываются ниже (примерно в полтора раза), чем если обогревать помещение радиаторами. Правда, для теплового пола потребуется свой циркуляционный насос, поскольку первичный теплоноситель протолкнуть в систему через тонкую замурованную трубку не получится. Это, конечно, минус. Ведь если электричества не будет, такой пол перестанет работать, а значит и обогревать комнату. Теплые полы желательно обустраивать в помещениях, интенсивно теряющих тепло, но не требующих обеспечения ровного температурного режима — в прихожих, холлах, коридорах.
2. Печь-калорифер. Ее устанавливают в подвале, а тепло поступает в дом через систему воздуховодов. Если коттедж не выше 2-х этажей, такая система может оказаться очень эффективной и экономически выгодной. Но в расчетах она сложна и требует точности, поэтому не рекомендуется к самостоятельному оформлению в частном доме.

Отопление отдельно стоящего здания с помощью прогретого водяного пара под давлением полностью лишено тепловой инерции и позволяет уменьшить мощность котла, а значит сократить расход топлива на 20%, а то и 30%. Но применение паровых систем отопления чрезвычайно опасно и разрешено лишь в производственных помещениях под непрерывным квалифицированным контролем.

Паровые СО требуют исключительно профессионального обслуживания, к тому же сложны и трудоемки в сборке.

Однотрубные СО

Бесперебойники для котлов в системах отопления частных домов

Однотрубные системы являются замкнутым контуром одного трубопровода. Образно выражаясь, секционные батареи отопления «нанизаны» на этот трубопровод, закольцованный от выхода котла к его входу.  Тепло, полученное от котла, переносится теплоносителем последовательно от радиатора к радиатору, омывая их внутренние поверхности. Соответственно, температура жидкости в каждом последующем радиаторе ниже, чем в предыдущем.

В любом отдельно взятом помещении двухэтажного частного дома, которое расположено территориально по проекту ближе к котлу-теплоисточнику, температура водяного теплоносителя будет выше, чем в отдаленных комнатах.

На рисунке проиллюстрирован принцип однотрубной концепции, основанной на подаче горячего (красная линия от котла) и отводе остывшего (синяя линия, идущая к котлу) теплоносителя по одной трубопроводной трассе.

Принцип работы однотрубной СО

При использовании однотрубной схемы монтажа отопления работают два способа подключения обогревательных приборов:

1. Трубопроводы магистральной теплосети подсоединяются к патрубкам радиаторов последовательно вдоль линии теплотрассы по схеме «сверху вниз»:

• вход горячей воды осуществляется в верхней точке теплоприбора (красная стрелка);
• выход остывающей воды – через нижнюю точку (синяя стрелка).

Данная схема наиболее проста для монтажа своими руками и наименее материалоемкая, в ней отсутствуют дополнительные соединения и элементы, однако у нее есть два огромных минуса:

• не допускается отключение отдельного радиатора для замены или проведения локальных ремонтных работ при заполненном контуре СО;
• отсутствует возможность выполнения регулировок работы отопительной системы жилища в целом и каждого прибора в отдельности.

Способы подключения батарей отопления однотрубной СО

1. Трубопроводы магистральной теплосети подсоединяются к патрубкам радиаторов последовательно вдоль линии теплотрассы по схеме, практикующей нижнее подключение горячей воды (красная стрелка) и отвод из нижнего противоположного патрубка (синяя стрелка). В обиходе эту схему называют «ленинградкой», поскольку широкое внедрение такого способа подключения батарей началось в Ленинграде в период широкомасштабных застроек в послевоенные годы.

В настоящее время однотрубную схему ленинградку для контуров с естественной или принудительной циркуляцией успешно  усовершенствовали, добившись от нее возможности:

• полного отсечения поступления водяного теплоносителя при необходимости локального ремонта в зоне отдельного радиатора;
• регулировки своими руками тепловой мощности прибора на локальном участке отопления.

Для этого в классическую схему однотрубной ленинградки на входе и выходе из батареи вмонтировали запорные вентили,  перенаправляющие  поток горячего теплоносителя от котла в обход радиатора.

Столь популярную ленинградку с успехом используют в двухэтажном и даже трехэтажном варианте частной постройки. В качестве примера можно указать вариант нижнего подключения секций радиатора с близкорасположенными вертикальными патрубками.

Виды теплоносителя для залива в отопительную схему

Для систем отопления используют несколько типов теплоносителей.

Вода

Дешёвый универсальный теплоноситель:

• если заливать дистиллированную воду, то накипи и осадка не будет;
• не меняет свойств при соприкосновении с внутренними поверхностями;
• безопасна для людей;
• может крутиться в системе почти бесконечно.

Недостатки:

• При замерзании расширяется и разрушает трубы, поэтому в холодном климате придётся покупать антифриз.
• Металлические трубы начинают ржаветь.
• При использовании водопроводной воды кристаллизуется большое количество солей, поэтому придётся покупать дистиллированную воду. Если заливается водопроводная — рекомендуется регулярная очистка основных узлов и по возможности труб от солевых отложений. Процесс трудоёмкий, требует специальных реагентов.

Антифриз

Представляет собой водяные растворы этиленгликоля или пропиленгликоля с добавками.

Фото 1. Антифриз для систем отопления от производителя Termagent. Выдерживает температуру до минус 30.

• Допускается к использованию в отопительных системах только антифриз с составом, разработанным для этого. Нигде более эта жидкость использоваться не может.
• Замерзает при температуре от —30° до 60°С.
• Антифриз с этиленгликолем токсичен.
• Безопасный для человека теплоноситель с пропиленгликолем стоит дорого и требует замены каждые 5 лет.
• Новый состав, который предлагается на рынке, содержит ацетат и формиат калия. Подходит для местности с умеренным климатом — замерзает при температуре ниже —5°С. По стоимости является более доступным вариантом.

Правильный выбор теплоносителя требует внимательного отношения и учёта определённых факторов:

• Иногда в инструкции по эксплуатации котла указаны допустимые виды жидкости и иные использовать нельзя. Некоторые зарубежные производители вообще исключают применение антифриза — гарантийные обязательства аннулируются.
• Материал, из которого выполнены основные узлы и трубы — система должна быть выполнена из химически устойчивых труб и узлов. Антифриз несовместим с оцинкованным железом, потому что меняет свойства при контакте.

• Определённые виды составов плохо нагреваются и отдают тепло, если их используют, система проектируется с учётом этого.
• Теплоноситель не должен содержать токсичные и ядовитые вещества.
• Наиболее эффективная жидкость для системы имеет низкую вязкость.
• Некоторые виды теплоносителя предназначены исключительно для промышленного использования.
• Стоимость теплоносителя и допустимый срок его эксплуатации.

2 Разновидности нестандартных систем

При подборе нестандартного отопления для частного дома следует детально ознакомиться со всеми тонкостями и нюансами этого вопроса

Особое внимание следует уделить источникам энергии и оборудованию, которое будет преобразовывать энергию в тепло:

1. 1. Котлы на биотопливе. Признаются наиболее популярными среди потребителей источников энергии, идеально подходят для частного дома. Отличаются высоким качеством изготовления, долгим сроком службы. Считаются отличными заменителями газового отопления, такой вариант альтернативного источника тепла для дома своими руками можно выполнить и реализовать лишь при наличии должного опыта. Такие котлы могут использоваться для обеспечения горячего водоснабжения и теплоснабжения помещений.
2. 2. Система тепловых насосов. Входит в число наиболее экономичных способов отопления. Такое оборудование функционирует от электрической сети, преобразовывая тем самым природную энергию в тепло, предназначенное для обогрева дома. Альтернативное отопление такого типа пользуется большим успехом, поскольку может стать полноценным заменителем газового котла.
3. 3. Кроме того, для частного дома в качестве альтернативы газу подходят и воздушные тепловые насосы, стоимость которых в разы дешевле, к тому же они выделяются своей простотой при установке. Воздушные тепловые насосы могут полностью заменить газовое отопление, но здесь есть один нюанс — если за окном минусовая температура, то их КПД начинает сильно падать.
4. 4. Солнечные коллекторы. Этот вариант альтернативного обогрева тоже пользуется большой популярностью, поскольку позволяет сэкономить деньги на газ.
5. 5. Воздушные камины. По сравнению с обычными каминами, воздушный вариант, характеризуется меньшей стоимостью и простотой в установке. Для нормального функционирования источника тепла необходимо тщательно проработать схему альтернативного источника отопления, чтобы в результате обогревался весь дом. Эти действия можно выполнить как собственными руками, так и с помощью специалистов.

Для реализации такой задумки в обязательном порядке нужно будет приобрести ветряк. Чтобы преобразовать силу ветра в желаемый источник отопления, не обойтись без ветрогенератора, который может быть вертикальным или горизонтальным, здесь все зависит строго от оси вращения.

Схема «Ленинградка»

Начальные положения

Типовая схема организации отопления частного двухэтажного дома по евростандарту DIN выглядит следующим образом:

Невооруженным взглядом видно, что даже без обвязки котлов для реализации проекта потребуются большие, для многих просто неподъемные финансовые вложения. Только на покупку оборудования и материалов, учитывая сегодняшние цены, потребуются огромные деньги. Поэтому надо попытаться сэкономить, упростив и удешевив организацию отопительной системы.

Во-первых, необходимо будет отказаться от автоматического поддержания в комнатах заданной по отдельности температуры с точностью +/- 0,5°С. Людям вполне комфортно и в условиях колебания температур в 2-3°С.

Во-вторых, в стандарте DIN заложена абсолютно глухая пароизоляция стен. В таких условиях норма циркуляции воздуха составляет 2 полных обмена в час. А это вентиляционные теплопотери в 60% от общих! Отечественные же нормы составляют только 1 оборот в час и 40% вентиляционных теплопотерь. Вот этих требований и нужно придерживаться.

В-третьих, надо попытаться разработать комплексный проект СО, увязав его напрямую с отапливаемым жилым строением. Главной задачей такого проекта должно стать максимально возможное снижение теплопотерь. И после его реализации нужно будет потратить еще 3 или 5 дней на окончательную настройку созданной системы отопления под особенности отапливаемого здания. Специалисты уверены, что индивидуальное отопление после грамотно проведенных настроечных мероприятий оказывается в разы дешевле, проще и надежнее. Плюс оно создает гораздо больший комфорт, нежели типовые СО, модифицированные под произвольную планировку.

Какая система отопления частного дома лучше и почему

Использование встроенного котлового насоса

Эта схема подразумевает применение котельного оборудования с встроенным насосом, мощность которого до 35 КВТ. Он создаёт напор на выходе из ёмкости в приделах 20 — 25 кПa, при расходе воды 1000 — 1500 литров в час.

Процесс монтажа схож со схемой от обычного тэна, но дополнительный насос для тёплого пола не требуется.

Чтобы полностью использовать потенциал приспособления, и создать циркуляцию теплоносителя в тёплом полу и радиаторах, необходимо правильно соединить устройство с контурами.

Достигнуть это в данной схеме можно кольцевым совмещением — котёл с ТП, и с радиатором. Эти два кольца объединены небольшим общим участком с низким гидросопротивлением, тем самым один контур, не влияет на другой.

В этой схеме шлакоуловителем  выступает косой фильтр-грязевик, а воздухоотводчики есть в котле, радиаторе и контуре пола.

Суть функционирования кольцевой схемы — вода поступает от ёмкости, где она нагревается, в трубопроводы. Скачки давления в патрубках подачи и обратки приводят к перемещению жидкости по магистралям и её возврату обратно.

Элементы системы отопления

В подавляющем большинстве случаев частные жилые дома обогреваются водяными системами отопления. Это традиционный подход к решению вопроса, имеющий неоспоримое достоинство – универсальность. То есть, тепло доставляется во все помещения посредством теплоносителя, а уж нагревать его можно с помощью различных энергоносителей. Их перечень мы рассмотрим далее, при выборе котла.

Любая система отопления, где передаточным звеном служит теплоноситель, делится на такие составные части:

• источник тепла;
• трубопроводная сеть со всем дополнительным оборудованием и арматурой;
• приборы отопления (радиаторы или греющие контуры теплых полов).

С целью обработки и регулирования теплоносителя, а также производства работ по обслуживанию в отопительных системах применяется дополнительное оборудование и запорно – регулирующая арматура. К оборудованию относятся следующие элементы:

• расширительный бак;
• циркуляционный насос;
• гидравлический разделитель (гидрострелка);
• буферная емкость;
• распределительный коллектор;
• бойлер косвенного нагрева;
• приборы и средства автоматизации.

Общеизвестно, что при нагреве вода расширяется, а в замкнутом пространстве ее дополнительному объему деваться некуда. Во избежание разрыва соединений от повышенного давления в сети ставится расширительная емкость открытого или мембранного типа. Она и принимает лишнюю воду.

Принудительную циркуляцию теплоносителя обеспечивает насос, а при наличии нескольких контуров, разделенных гидрострелкой или буферной емкостью, используется 2 и более перекачивающих агрегатов. Что касается буферной емкости, то она работает одновременно как гидравлический разделитель и теплоаккумулятор. Отделение котлового контура циркуляции от всех остальных практикуется в сложных системах коттеджей с несколькими этажами.

Источник тепла — выбор котла