Что такое водяное отопление
Функционал и реализация водяного отопления
На территории нашего государства самым популярным видом обогрева жилища является водяное отопление, как традиционный и наиболее рациональный вариант. Его высокая популярность обусловлена относительно доступной ценой материалов, из которых собрана система, и топлива, роль которого в большинстве случаев выполняет природный газ.
Как функционирует?
Принцип работы водяного обогрева примечателен своей простотой. Для такого отопления характерна замкнутая система, основными элементами которой являются трубы, радиаторы и нагревательный котел.
Теплогенератор разогревает теплоноситель (воду, гликолевый раствор), а тот, в свою очередь, по трубам перетекает к радиаторам, установленным в отапливаемых помещениях.
Горячие батареи за счет теплоотдачи прогревают воздух, и в комнатах устанавливается комфортная температура. После остывания жидкость возвращается к котлу, где ее температура поднимается, и цикл повторяется снова и снова.
Тип циркуляции
Как говорилось ранее, водяное отопление функционирует за счет передвижения теплоносителя по системе. Сейчас мы рассмотрим существующие виды циркуляции воды, имеющие принципиальные отличия, которые необходимо учитывать при выборе схемы.
Естественная (гравитационная)
В данном случае процесс обогрева заключается в разных плотностях горячего и холодного теплоносителя.
Подогретая жидкость теряет свою плотность и уменьшается в весе, поэтому выталкивается вверх, протекая по трубопроводу. Отдав тепло и снизив температуру, вода становится плотнее, опускается вниз и уходит обратно в котел.
К достоинствам естественной системы водяного отопления можно отнести ее автономность, так как она не нуждается в электричестве, и очень простую конструкцию.
Если говорить о недостатках, то здесь потребуется внушительное количество труб с большим диаметром, иначе процесс гравитации будет нарушен, а современные радиаторы с небольшим сечением просто не смогут состыковаться с магистралью. Также при монтаже трубопровода необходимо обеспечивать уклон от 2°, что будет способствовать корректной работе системы.
Принудительная
Перетекание воды по трубопроводу происходит при помощи циркуляционного насоса. Избыточная масса теплоносителя, которая образуется после нагрева, отводится в бачок расширения (в большинстве случаев закрытой конструкции), что предотвращает испарение жидкости.
Это правило особенно касается тех случаев, когда в качестве теплоносителя используются гликолевые составы. Давление в принудительных обогревательных системах обязательно контролируется при помощи манометра.
Преимущества такой системы водяного отопления весьма очевидны и заключаются в небольшом объеме теплоносителя при малом расходе труб, диаметр которых уступает предыдущему варианту.
Также здесь появляется возможность устанавливать желаемую температуру нагрева радиаторов, которые могут быть абсолютно любого типа. Недостатком является зависимость от подачи электроэнергии, без которой невозможна работа насоса.
Оборудование
Водяное отопление будет надежным и эффективным только в том случае, если все его детали правильно подобраны, а монтаж выполнен грамотно. В данном случае элементы системы должны взаимодействовать между собой и подходить друг к другу по типу.
Котел
Выбор основного отопительного прибора обусловлен топливом, которое будет использоваться для обогрева дома. По своему типу котлы бывают:
Самыми экономичными по праву считаются приборы, работающие на природном газе, однако они требуют проведения магистрали и постоянного контроля специальными службами.
Полной независимости от центральной энергосистемы можно добиться при помощи твердого или жидкого топлива, но придется смириться с заботами по заготовке и хранению энергоресурсов.
Электрический котел наименее востребован, так как он потребляет много энергии и, как следствие, тянет за собой большие расходы на отопление. В данном случае лучше устанавливать радиаторы, которые напрямую преобразовывают электричество в тепло.
Мощность агрегата выбирают согласно площади помещения, которое будет обогреваться при помощи системы водяного отопления. Подбор производят при усредненном соотношении 1 кВт:10 м², при этом высота стен должна быть не более 3 м. Также нужно брать во внимание степень теплоизоляции помещения, размер оконных рам и наличие сторонних точек потребления тепла.
Магистрали
Традиционные трубы для контура, легко поддающиеся коррозии, все чаще уступают место изделиям, у которых отсутствует такой существенный недостаток. На их смену пришли образцы из оцинкованных металлов и нержавеющей стали.
Самым надежным вариантом по праву считаются медные детали, устойчивые перед резким перепадом давления и температурных показателей. Они не ржавеют и легко прячутся в стену. Единственным их недостатком является высокая стоимость материала, который считается представителем премиум сегмента.
Трубы из металлопластика отличаются длительным сроком эксплуатации. Они обладают отличной прочностью, устойчивы к проявлениям коррозии, не накапливают осадки на внутренних стенках, их монтаж прост, а работы по установке проводятся быстро.
Недостатком является высокий коэффициент линейного расширения при температурных перепадах, что может привести к повреждению.
Разводка
Водяное отопление частного дома можно смонтировать по-разному, в зависимости от того, какие виды функций на него возлагаются. Существует две схемы:
Один контур
Первый тип рассчитан только на обогрев помещения. Он включает в себя одноконтурный котел с воздушной вытяжкой, однотрубную разводку и батареи с необходимым количеством секций.
Для обеспечения подачи горячей воды, которая используется в хозяйственных нуждах, можно устанавливать две такие конструкции одновременно. Так, одна из них будет отапливать дом, а вторая отвечать исключительно за ГВС. Это практичное решение, так как в теплое время года нет смысла обогревать жилище ради получения теплой воды для душа или кухни.
Данная конструкция очень проста в сборке и доступна по цене. Она подходит для домов с небольшой площадью (до 100 м²). Это и объясняет ее популярность среди владельцев небольших дач. Одноконтурное водяное отопление можно усовершенствовать путем установки циркуляционного насоса, регуляторов температуры на батареях и двухтрубной разводки.
Два контура
Такой принцип разводки предусматривает одновременную подачу горячей воды и обогрев площади. Подходит для домов, где живет не более 4 человек.
Стоит учитывать, что здесь подойдет водопроводная или умягченная вода. Жесткая жидкость из скважины может повредить оборудование системы, поэтому не может быть использована.
Тип системы
Ознакомившись со способами циркуляции теплоносителя по магистралям, стоит знать, что контур системы водяного отопления может быть однотрубным, двухтрубным и коллекторным. Рассмотрим все три варианта более подробно.
Одна труба
В данном случае вода последовательно передвигается от радиатора к радиатору, при этом по дороге теряя температуру, отчего каждая следующая батарея будет холоднее.
Это негативно сказывается на достижении комфортного климата в комнатах.
Две трубы
Для такой схемы характерно более качественное отопление помещений. Здесь предусмотрен монтаж двух труб, которые подведены к каждому радиатору. Одна из них снабжает батареи горячим теплоносителем, а вторая отводит остывшую воду обратно к котлу, таким образом, потери тепла будут минимальными.
Коллектор
Самый эффективный вариант, при котором обязательным элементом является коллектор, отдельно подводящий трубу с горячей водой к каждому обогревательному элементу. Другая труба возвращает остывший теплоноситель обратно.
Учитывая такую особенность можно проводить ремонт и устанавливать температуру каждого радиатора отдельно, не выводя из эксплуатации весь контур. К сожалению, здесь значительно увеличивается расход труб и возникает необходимость проведения работы по установке коллекторного шкафа.
Отличительные характеристики
Если проводить сравнение с воздушным и электрическим обогревом, то водяное отопление прочно заняло лидирующие позиции благодаря многим факторам. В первую очередь, это доступная цена на материалы, работу и эксплуатацию системы, включая оплату за потраченный энергоресурс, чем не могут похвастаться остальные виды обогрева домов.
Здесь мы можем отметить высокую теплоотдачу отопительных элементов, способствующую равномерному прогреванию комнат и установке комфортного климата. Также немаловажен тот факт, что теплоноситель можно подогревать при помощи любого вида топлива, что невозможно при электрическом обогреве.
Все работы по установке водяной системы легко выполняются своими руками и это тоже огромный плюс. С воздушными магистралями дела обстоят сложнее и, скорее всего, придется обращаться за помощью к специалистам.
Обустройство водяного отопления в частном доме
Схема работы системы водяного отопления.
В качестве отопительных приборов используют котлы на различных видах топлива и даже обычную печь. Там, где водяное отопление использует печь, проходной диаметр труб увеличивают, а запорную арматуру сводят к минимуму.
Принцип работы
Данная система завоевала популярность своей простотой. Отопление использует следующий принцип работы: котел до нужной температуры нагревает воду (или антифриз), она по трубам поступает к батареям или радиаторам в комнатах, отдавая тепло, и возвращается в котел.
Схема системы с самотечным движением воды.
Также схема водяного отопления может включать:
Выбор котла
При покупке котла, как правило, принимают величину 1 кВт мощности на 10 кв. м отапливаемой жилой площади, учитывая, что высота потолков не более 3 метров. Также учитывают объем помещения, степень утепления частного дома, размеры окон, наличие дополнительных потребителей тепла.
При обогреваемой площади: от 60 до 200 кв. м – мощность котла до 25 кВт, от 200 до 300 кв. м – 25-35 кВт, от 300 до 600 кв. м – 35-60 кВт, от 600 до 1200 кв. м – до 100 кВт.
Можно выбрать электрический котел – при площади частного дома от 30 до 1000 кв. м, можно использовать котлы мощностью от 3 до 105 кВт, соответственно. Недостатками электрокотлов являются высокая стоимость электроэнергии, перебои с энергоснабжением или недостаточная мощность.
Нюансы функционирования
При использовании печи, для улучшения работы системы, разницу между нижней точкой холодной воды (обратки) и верхней точкой горячей воды максимально увеличивают. Стояк выводят под потолок. В любом случае проводят расчет водяного отопления. Если используется отопительный котел, то его рекомендуется опускать ниже, при возможности, например, в подвал. Такое расположение позволяет увеличить высоту стояка, придать воде больший импульс движения. Следовательно, эффективность увеличится, дом будет прогреваться равномернее.
Топливо
Для разогрева котла используются разные виды топлива: природный газ, уголь, дрова. Также может применяться централизованное энергоснабжение, или такие альтернативные источники энергии, как мини-гидростанции, солнечные или ветряные преобразователи.
Выбор труб
При монтаже водяного отопления применяют трубы из разных материалов. У каждого есть свои плюсы и минусы.
Стальные
Стальные трубы ранее были самыми популярными, но в современном строительстве используются все реже. Недостатком обычных стальных труб является подверженность коррозии, поэтому используют нержавеющие или оцинкованные, которые более надежны.
Медные
Трубы из меди выносят высокие температуры и давление, будут служить не одно поколение, являются самыми надежными для использования в частном доме. Их единственный недостаток – высокая стоимость.
Полимерные
Полимерные трубы изготавливают из металлопластика (алюминий, покрытый пластиком) или из полипропилена, армированного алюминием.
Основные преимущества:
Среди недостатков – высокий коэффициент теплового расширения, в холодный период временное прекращение работы котла или замораживание системы отопления может привести к повреждениям труб.
Устройство системы
Одноконтурная система предназначена лишь для обогрева помещения. Данная схема отопления имеет простой принцип работы, недорога и подходит для домов площадью до 100 кв. м. Включает в себя одноконтурный котел с атмосферной вытяжкой, однотрубную разводку трубами из стальных или полимерных материалов, а также чугунные, алюминиевые или стальные радиаторы.
Схема одноконтурного обогрева помещения.
Данную систему можно усовершенствовать, добавив двухтрубную разводку, циркуляционный насос, терморегулирующие вентили на радиаторах. При одноконтурном котле для подачи горячей воды для бытовых нужд нужно предусмотреть установку газовой колонки или бойлера. Двухконтурная система используется как для отопления жилья, так и для нагрева воды.
Двухконтурная система
Двухконтурный котел удобен при потребностях в горячей воде на семью не более четырех человек, и с учетом, что вода водопроводная или умягченная (жесткая из скважины не подходит). Также могут быть сделаны две одноконтурные системы, одна из них будет отапливать помещение, другая – нагревать воду. Это позволит летом использовать лишь систему подогрева воды, на которую затрачивается 25% мощности котла.
Устройство двухконтурного котла.
Наиболее распространенная классификация систем водяного отопления учитывает схему разводки трубопроводов. Водяное отопление может быть как двухтрубным, так и однотрубным.
Однотрубная система обогрева
Однотрубной называется система, в которой от котла нагретая вода последовательно переходит от одной батареи к следующей. В итоге последняя батарея будет холоднее первой, как правило, такую систему применяют в многоквартирных домах. Самый существенный недостаток – управлять однотрубной разводкой трудно, потому как, если перекрыть доступ воды в один из радиаторов, то перекроются и все остальные.
Двухтрубная система обогрева
В двухтрубной к каждому радиатору подходит труба с горячей и с холодной водой. Водяное отопление частного дома позволяет комфортно регулировать температуру в помещениях.
Коллекторная система
Коллекторная (лучевая) – от коллектора (устройство в отопительной системе, которое собирает теплоноситель) к каждому отопительному прибору подводят две трубы – прямую и обратку. Это позволяет легко монтировать системы отопления со скрытой проводкой труб, а также дает возможность поддерживать и регулировать заданную температуру в отдельной комнате. Для этого на каждом этаже дома располагаются коллекторы в специальном шкафу, из которого к радиаторам идут независимо подключенные трубы. Недостатками являются затраты на трубы и установку шкафов для коллекторов.
Насосы
Дополнительно, прокладывая трубопроводы обогрева загородного дома, устанавливают циркуляционные насосы – они отлично справляются с циркуляцией воды в больших домах с большой протяженностью труб, экономят расход топлива, а также быстрее нагревают помещение за счет быстрого движения воды.
Специалисты рекомендуют для одноэтажных домов с крутой крышей, а также подвалом сделать схему с вертикальными стояками и двухтрубной разводкой. Устанавливая водяное отопление своими руками, важно подумать о том, куда будут деваться отработанные газы. Чтобы обеспечить их выход, нужно установить специальную трубу.
Расчет водяного отопления
Для начала следует произвести расчет системы. Прежде всего, необходимо помнить о том, что потребность в обогреве будет напрямую зависеть от таких факторов, как потеря тепла через оконные и дверные проемы, а также через стены, полы и потолки. Таким образом, для осуществления расчета мощности отопительного котла нужно знать принцип работы системы и степень потери тепла отделочными и конструкторскими материалами, из которых сделан дом.
Более эффективно тепло проводят те стены частного дома, которые непосредственно контактируют с внешней атмосферой. При этом степень потери тепла будет увеличиваться при каждом перепаде температур между внутренними и наружными сторонами стены. Нормальной же температурой считается 20 °С.
При осуществлении расчета водяного отопления данный показатель следует суммировать с наибольшей отрицательной температурой, характерной для определенной местности. Производя расчет потерь тепла, нужно высчитывать точную площадь торцевых (внешних) стен, дверных и оконных проемов, потолков, полов, а затем умножать эти данные на степень потери тепла на каждом квадратном метре частного дома. После этого все результаты суммируются.
Очень важен правильный расчет места расположения распределительного котла, поскольку от этого напрямую будет зависеть количество изгибов и протяженность участков системы обогрева жилого помещения в частном доме.
Особенности монтажа
Перед тем, как начать обустраивать водяное отопление своими руками, стоит рассмотреть самые популярные и практичные системы, достоинства и недостатки, принципы монтажа, а также подходящие типы радиаторов. 
Самодельное строительство дома всегда связано и с организацией отопления помещений. Этот вопрос продумывается задолго до начала соответствующих работ. Существует много вариантов. Их рассматривает любой человек, собирающийся обеспечить отопление загородного дома своими руками. Достаточно часто встречаются случаи, когда советом никто помочь не может. Специалисты компаний берут за это плату, что делает их услуги не самым выгодным вариантом. Приходится все продумывать самостоятельно.
Нюансы и тонкости
Тем, кто имеет желание сделать самодельное отопление, следует помнить о том, что следует использовать только те виды труб, которые обладают малым диаметром, поскольку только они могут поддерживать высокую температуру воды и эффективно создавать и поддерживать необходимый температурный режим в условиях российского климата.
Однако и у них есть свои минусы. В частности, монтаж водяного отопления из-за малого диаметра труб невозможно осуществлять, не проведя предварительного капитального ремонта всего помещения. К тому же, что касается самой системы водяного обогрева, то она требует постоянного нагрева теплоносителя.
Поэтому если вы забыли слить воду из труб своего частного дома в зимнее время года и оставили его на длительный срок, то вам следует ожидать беды, поскольку под воздействием низкой температуры трубы могут просто порваться. В результате по возвращении вы будете вынуждены проводить ремонт всей системы водяного отопления, поскольку основная часть трубопровода окажется поврежденной.
Но даже и в том случае, если вы не забудете слить воду из отопительных труб, имеющих малый диаметр, они все равно могут пострадать от воздействия коррозии, поскольку присутствие воздуха будет иметь место, что приведет к образованию внутреннего конденсата на стенках трубопровода.
Водяной обогрев загородного дома – это доступная стоимость материалов для монтажа и дальнейшей эксплуатации, а также хорошие результаты в создании тепла и уюта в доме.
Что такое водяное отопление
Водяное отопление – самый популярный способ отопления жилых, административно-общественных, производственных и других помещений. Что же такое водяное отопление, каков его принцип работы, устройство, достоинства и недостатки – на эти вопросы дает ответ материал предлагаемой вашему вниманию статьи.
Принцип работы водяного отопления
Работа комплекса водяного отопления основана на использовании теплофизических свойств воды – основного вида теплоносителя. Прежде всего это теплоемкость – она равна 4183 Дж/(кг град.) и превосходит теплоемкость воздуха более чем в 4 тысячи раз (теплоемкость воздуха при температуре от минус 50 до +120 0 С равна 1010 Дж/(кг град.). Другими важными свойствами воды являются несжимаемость, текучесть и химическая нейтральность.
Вода в системе водяного отопления выполняет роль теплоносителя – она транспортирует тепло, полученное в теплогенераторе, к приборам отопления. Приборы отопления нагреваются и передают тепло от своей поверхности воздуху отапливаемого помещения. Остывший теплоноситель возвращается к источнику тепла, где приобретает новую порцию теплоты и вновь направляется к отопительным устройствам. Режим движения теплоносителя имеет постоянный характер и реализуется принудительно (с помощью насоса) или естественным образом – за счет разницы плотностей холодной и горячей воды (только в частных домах небольшой площади).
Такова общая схема и принцип работы комплекса водяного отопления. Реализация процесса происходит посредством различного теплотехнического оборудования, общая схема включает в себя разные частные (локальные) схемы и их модификации.
Общая схема водяного отопления
В состав общей схемы водяного отопления входят следующие основные элементы:
Кроме того, в общую схему часто включают дополнительное оборудование и устройства – коллекторы, гидравлические разделители (гидрострелки), тепловые аккумуляторы (теплоаккумуляторы), комплексы водяных теплых полов, различные теплообменники и калориферы (для систем приточной вентиляции, бассейнов и так далее), водонагревательное оборудование (бойлеры косвенного нагрева).
По виду источника тепла водяные комплексы отопления делятся на 2 типа – централизованные и автономные (индивидуальные). Подача теплоносителя в сети отопления централизованного типа осуществляется по магистральным трубопроводам от промышленных установок большой мощности. Работа автономных систем основана на собственном теплогенераторе – котле. Котлы для индивидуального водяного отопления бывают следующих типов:
Котлы производятся в различных конфигурациях – напольные и настенные, с функцией ГВС, с встроенным оборудованием и без него, атмосферные и турбированные, с различными системами автоматики (электронными и механическими) и так далее. К источникам тепла для автономных систем можно отнести альтернативные генераторы энергии – тепловые насосы, ветровые генераторы, солнечные панели и коллекторы.
Приборы водяного отопления – один из базовых элементов схемы. Изделия производятся из различных металлов и сплавов, делятся на следующие категории:
Третий базовый элемент схемы – трубопроводы. Они являются «артериями» системы – по ним движется теплоноситель. Для монтажа комплексов водяного отопления используются трубопроводы из следующих материалов:
Трубопроводные системы имеют разные алгоритмы монтажа, отличаются стоимостью, сроком службы и техническими характеристиками.
Запорная и регулирующая арматура используется для отключения оборудования для профилактики и ремонта, управления величиной массового расхода теплоносителя через отдельные участки и устройства (отопительные приборы). Чаще всего для реализации этих задач используются шаровые краны, ручные и термостатические (автоматические) клапаны, термостатические смесители (для водяных теплых полов).
Предохранительная и специальная арматура систем отопления представлена сбросными клапанами, предназначенными для сброса избыточного давления, и воздухоотводчиками ручного или автоматического типа.
Расширительные баки (экспанзоматы) предназначены для приема излишков теплоносителя при тепловом расширении воды и бывают 2 типов – открытые (для систем с естественной циркуляцией) и закрытые мембранные – для закрытых схем отопления.
Циркуляционный насос – обязательный компонент схемы водяного отопления закрытого типа. Агрегат предназначен для принудительного движения теплоносителя по системе.
Дополнительные устройства предназначены для оптимизации работы схемы (только автономной), повышения общего КПД комплекса, снижения расхода теплоносителя. Гидравлические разделители устанавливают в системы с несколькими потребителями тепла, теплоаккумуляторы чаще всего используют в комплексах с твердотопливными и электрическими котлами. Подробнее об использовании теплоаккумуляторов вы можете прочитать в специальной публикации нашего портала.
Отдельные схемы водяного отопления
Общая схема водяного отопления имеет несколько отдельных составляющих. Они представляют собой блок-схемы прокладки трубопроводов и обвязки различного оборудования – отопительных приборов, котлов, дополнительных устройств.
Первая группа схем формируется в зависимости от вида циркуляции теплоносителя. По этому признаку выделяют следующие конфигурации систем водяного отопления:
Закрытая схема является самой распространенной и включает в себя циркуляционный насос, расширительный бак мембранного типа, предохранительные устройства. Здесь место расположения котла не регламентируется, трубопроводы прокладываются по различным схемам и имеют диаметр меньше, чем в открытой схеме – обычно от 15 до 32 мм. Схема является энергозависимой и функционирует только при наличии электроэнергии.
Комбинированная схема является конфигурацией открытой и включает в себя циркуляционный насос небольшой мощности – это положительно отражается на режиме циркуляции теплоносителя и повышает общий КПД. Подробнее об этой схеме водяного отопления можно прочитать здесь.
Вторая группа схем – схемы прокладки трубопроводов системы. Они бывают следующих типов:
Содержание схем характеризует варианты подключения отопительных приборов к трубопроводам системы. В однотрубной схеме приборы подключены последовательно, друг за другом, в двухтрубной – присоединены параллельно. Коллекторная схема является частным случаем двухтрубной – здесь радиаторы подключены к паре коллекторов и управление сосредоточено в одном узле. Комбинированная схема является гибридом основных, сочетает в себе все их показатели.
Третья группа схем отражает способы непосредственного подключения (обвязки) радиаторов к трубопроводам. При обвязке классических батарей реализуются следующие основные схемы:
Схемы обвязки радиаторов имеют разную степень реализации теплового потенциала отопительных приборов.
Строение схем обвязки котлов зависит от вида циркуляции теплоносителя, типа котла, наличия обязательных и дополнительных элементов. Подробнее об обвязке котлов отопления рассказано в отдельной статье нашего сайта.
Достоинства и недостатки водяного отопления
Водяное отопление является самым распространенным видом обогрева помещений любого назначения. Популярность комплекса обусловлена следующими достоинствами:
Вместе с этим системы водяного отопления имеют и некоторые недостатки:
Часть этих недостатков можно успешно нейтрализовать. Основное условие отсутствия эффекта завоздушивания и гидравлических ударов – соблюдение правил монтажа оборудования, правильный подбор диаметров и соблюдение нормативных уклонов трубопроводов, своевременное стравливание воздуха. Для борьбы с явлениями коррозии при монтаже систем применяют современные материалы – полимеры, нержавеющую сталь и медь – не подверженные коррозионному износу.
Сопоставление преимуществ и недостатков позволяет сделать однозначный вывод – водяное отопление является наиболее оптимальной конфигурацией комплекса обогрева помещений любого назначения, отличается высокой эффективностью, маневренностью в работе и управлении, длительным ресурсом эксплуатации.