Открытая отопительная система

Базовый принцип работы

Прежде всего, нужно понять о каком варианте идёт речь: система отопления без циркуляционного насоса работает сама, не завися от наличия в доме электричества, это хорошо, но есть и недостаток — это необходимость тянуть в два раза больше труб и их слабый и медленный прогрев. Другое дело, схема отопления закрытого типа с циркуляционным насосом, у которой огромная фора – прогрев происходит намного быстрее, возможностей прокладки больше, словом, одни плюсы. Но обо всём по порядку.

Система отопления закрытого типа с насосом выгодно отличается от самотёчного варианта тем, что движение теплоносителя по ней контролируется и управляется посредством помпы.

Без насоса

Такой вариант отлично подойдёт для одноэтажных построек небольшой площади. Основное преимущество системы – её автономность. Вода, нагреваясь в котле, поднимается по трубам. Далее она проходит путь по горизонтальному стояку, подающему теплоноситель в радиаторы. Из радиаторов остывшая вода спускается в нижнюю магистраль, ведущую обратно в котёл, и цикл повторяется снова.

Трубы ставят под небольшим наклоном, слева направо верхнюю, и справа налево нижнюю трубу, по которой отводится остывший теплоноситель. Расширительный бак устанавливается в таком случае в самой нижней точке системы, его основное назначение – не допускать скачков давление и компенсировать их. Давление внутри сети постоянно динамически изменяется, это связано с тем, что вода при нагреве расширяется, а при остывании сокращается.

Насос всё-таки будет необходим, на этапе заполнения системы водой. Трубы наполняют до достижения рабочего давления, которое составляет, как правило, полторы атмосферы.

С насосом

Система отопления закрытого типа с насосом выгодно отличается от самотёчного варианта тем, что движение теплоносителя по ней контролируется и управляется посредством помпы, что, в свою очередь позволяет:

• Выбрать тот вариант разводки труб, который наиболее подходит для вашего случая;
• Провести несколько контуров отопления, например, на первый и на второй этаж раздельно;
• Регулировать температуру во всех помещениях, не влияя на движение теплоносителя и не снижая показатели всей системы.

Отопление закрытого типа лучше всего делать с применением насоса. В редких случаях монтаж закрытого отопления без насоса выполняют гибридным способом. Насос в таких случаях присутствует, но он врезан таким образом, чтобы в случае отключения электричества, система могла перейти на автономную работу. Тем не менее все минусы самотёчной схемы будут неизменно сопутствовать такому подключению.

Однотрубный

Такой способ может выполняться по-разному. Вот основные способы подключения однотрубной схемы:

• Последовательная схема. При этом теплоноситель перемещается по сети от радиатора к радиатору, постепенно остывая, и на последнем греющем элементе уже практически перестаёт выполнять свою работу;
• Ленинградка. Названая так потому, что была впервые разработана и внедрена в Ленинграде. Заключается в том, что радиаторы подключают с нижней стороны к стояку, проходящему горизонтально, вдоль пола или под ним. Установка игольчатых клапанов на входе и выходе из радиатора позволит провести его отключение от сети для ремонтных работ, без нарушения общей циркуляции, а установка дополнительного клапана на перемычку под ним позволит выполнять настройку давления и скорости теплоносителя по сети, добиваясь нужно температуры.

Кроме того, есть ещё схема, упомянутая в начале статьи, в которой горячая вода подаётся сверху от горизонтально расположенного под потолком или за ним стояка и, пройдя через радиаторы, уходит обратно к насосу.

Двухтрубный

Такое подключение позволяет добиться подвода теплоносителя к каждому греющему элементу отдельно, без потери давления, скорости движения и температуры, отвод также выполняется отдельно для каждого радиатора. Это позволяет установить на каждом устройстве специальные реостаты, настраивая температуру персонально для каждого радиатора.

Такой вариант более предпочтителен, так как он позволяет выполнить настройку терморегуляции в здании с учётом индивидуальных потребностей каждого потребителя, что даёт существенную экономию средств и ресурсов.

Такое подключение позволяет добиться подвода теплоносителя к каждому греющему элементу отдельно, без потери давления, скорости движения и температуры.

Разъяснение по вопросу величины давления в описываемых системах отопления

Что создает давление воды? Обычно это давление создает водяной столб. Если мы имеем трубу, один конец которой находится на 10 метров выше другого конца, то в нижнем конце мы получим давление равное 1-й атмосфере. От диаметра трубы ничего не зависит. От массы воды на высоком конце тоже ничего не зависит. Можно там железнодорожную цистерну разместить, а давление будет всегда соответствовать разнице уровней воды. Цистерна, кстати, довольно высокая. В полностью заполненной цистерне уровень воды добавляет давления, но по мере вытекания воды из цистерны, давление будет уменьшаться. Вопрос давления и его измерения затронут был мной уже очень давно, но в привязке к водопроводу.

В нашей системе отопления, в любой, тоже есть разница уровней жидкости, а значит есть и давление этой жидкости. В самой нижней точке открытой системы давление будет максимально, в самой верхней, в расширительном бачке, оно будет минимально. Например, котел расположен в подвале. Расширительный бачок расположен на чердаке второго этажа. Таким образом, в полностью заполненной системе отопления высота столба будет равна расстоянию от нижней точки столба до верхней точки расширительного бачка. Осмелюсь предположить, что это примерно 8 метров. Таким образом, наша открытая система отопления работает при давлении 0.8 атмосфер.

В открытой системе отопления давление всегда одно и то же. Лишняя вода не поднимается выше определенного уровня. У нас стоит аварийный слив. В закрытой системе вода не сливается и при расширении мы получаем увеличение давления. Для того, чтобы систему не разорвало этим самым давлением, у нас есть специальный прибор. Называется он мембранный расширительный бак. В нем есть резиновая мембрана. С одной стороны у нее воздух, с другой вода. Вода прибывает в бак и сжимает воздух. Давление воды в системе плавно увеличивается.

А что будет, если воды в расширительный мембранный бак прибудет слишком много? Давление будет расти лавинообразно и систему может разорвать. Чтобы этого не произошло, в системе в обязательном порядке должен быть аварийный клапан, который при некотором безопасном давлении приоткрывается и вода из него вытекает на пол, если вы под этот клапан не подставили ведро.

Критерии выбора системы обогрева

Вариантов выбора всего два — закрытая или открытая система отопления дома. Задумывался ли кто, почему первые созданные системы были только открытыми? А открытыми они были по одной простой причине – котлы, нагревающие воду, были твердотопливными. При прекращении циркуляции вода в котле закипает, взрыв котла предотвращает предохранительный клапан, но погасить его быстро невозможно. Поэтому закрытые системы отопления с принудительной циркуляцией стали применять для электрических и газовых котлов, которые можно выключить автоматически в любой нужный момент.

Открытая система отопления

Открытая система отопления в настоящее время считается устаревшей и применяется в небольших частных домах и загородных дачах. При этом нужна установка расширительного бака в открытой системе отопления в самой высшей точке разгонного коллектора, для обеспечения циркуляции под действием гравитации.

Современная открытая схема системы отопления с закрытой системы позаимствовала важнейший агрегат – циркуляционный насос. Он обычно используется при пуске системы для уменьшения ее инерционности. Затем в процессе работы насос выключается и открывается байпас. Знать, куда ставить насос в системе отопления, необходимо для его надежной и длительной работы. Насос ставится в точке с наименьшей температурой теплоносителя, обычно в «обратке» около котла.

Система называется «открытой» потому, что атмосферный воздух постоянно контактирует с водой в открытом расширительном баке.

Открытая система проста, надежна, а ее стоимость минимальна. Существует ошибочное мнение, что ее монтаж обходится дороже, потому что для подобных систем требуются трубы большего диаметра. Если учесть для закрытой системы отопления стоимость циркуляционного насоса, расширительного мембранного бак и затраты на электроэнергию, то монтаж обойдется явно не дешевле. В некоторых случаях альтернативы применению открытой системы отопления не существует. Например, при отсутствии электроснабжения.

Основные преимущества отрытых систем обогрева:

1. чрезвычайная простота при монтаже и обслуживании;
2. бесшумность работы;
3. энергонезависимость;
4. надежность работы с котлами любых типов;
5. относительно низкие затраты на приобретение оборудования, труб и арматуры.

Конечно, простая и надежная открытая система отопления схема ее обычно двухтрубная, не лишена недостатков:

• испарение жидкости в расширительном баке делает невозможным применение антифриза, за уровнем воды в баке необходимо следить;
• большая инерционность системы, для устранения этого недостатка устанавливают циркуляционный насос и байпас;
• для сложных контуров многоэтажных домов с теплыми полами система не подходит из-за большого гидравлического сопротивления подобных систем обогрева.

Закрытая система отопления

Если выбрана система отопления закрытого типа схема которой может быть любой – однотрубной или двухтрубной, с теплыми полами или без, то ее основной признак – отсутствие контакта теплоносителя с воздухом, т. е. она полностью герметична. Движение теплоносителя в контуре обеспечивает циркуляционный насос. а тепловое расширение жидкости компенсируется в герметичном мембранном расширительном баке. Применение принудительной циркуляции облегчает монтаж, ведь не нужно строго выдерживать уклон труб, которые могут быть меньшего диаметра. Наличие насоса делает систему энергозависимой.

С увеличением этажности частных домов и сложности контуров отопления применяется в основном система отопления закрытого типа, в составе которой может быть несколько циркуляционных насосов, коллекторная лучевая разводка и автоматизированное электронное управление температурой разных помещений. В закрытом контуре схема установки расширительного бака в системе отопления отличается от его размещения в открытой системе. Самый оптимальный вариант, размещение мембранного бака в «обратке» вблизи котла.

Популярная закрытая система отопления имеет как преимущества, так и некоторые недостатки:

1. в закрытой системе полностью отсутствует испарение, следовательно, можно применить антифриз в качестве теплоносителя;
2. относительно меньшие расходы на трубы контура, трубы можно скрыть под полом или отделкой;
3. упрощается монтаж, не нужно тщательно вымерять углы наклона трубопровода;
4. небольшая инерционность системы и высокая теплоотдача;
5. незначительное количество кислорода в теплоносителе уменьшает коррозию стальных труб.

Проектирование и схемы системы водяного отопления

Существует ряд стандартных схем, по которым производится сначала планирование, а далее и установка отопительной системы в частном доме. В одних случаях в основу их классификации положено наличие или отсутствие специализированного бака для сборки конденсата, в других случаях – количество труб в основной разводке системы.

Различают открытый и закрытый контуры отопительных систем:

• В открытом контуре имеется специальный не полностью герметичный расширительный бак для накопления конденсата и последующей отправки его в котел после охлаждения водных масс. Такая система очень проста и независима от энергии, так как теплоноситель циркулирует под действием естественных сил. Циркуляция воды происходит в медленном темпе. Для данного контура подходит установка газового, твердотопливного видов котлов. Применение открытый контур находит в дачных и загородных частных постройках.
• В закрытом контуре наблюдается самостоятельный возврат конденсата в котел с помощью трубы, минуя расширительный бак. Это происходит благодаря герметичности всех компонентов отопительной системы, тем самым, теплоноситель не испаряется, а циркуляция воды обеспечивается работой насоса. Существенным плюсом закрытого контура является то, что при помощи регулировки объема теплоносителя возможен контроль за температурным уровнем помещения. Однако этот контур нуждается в электроснабжении. Применение закрытая система находит в коттеджных постройках.

Схема системы отопления с естественной циркуляцией

• однотрубную или ленинградскую;
• двухтрубную;
• коллекторную (многоконтурную).

Однотрубная  или ленинградская схема имеет своей отличительной чертой отсутствие отдельного выхода для холодной воды. Тем самым вся вода, находясь и циркулируя в закрытом контуре в направлении от предыдущего радиатора к следующему, нагрета до различной температуры в разных отделах всей системы. Ближе к периферически расположенным радиаторам вода прохладная, а около котла, наоборот, может быть чересчур горячей, что только ухудшает эффективность обогревания всего дома.

Также следует отметить, что при выходе из работы одного радиатора выключаются все последующие. Но существуют и плюсы однотрубной схемы: она достаточно просто устанавливается, даже самостоятельным путем.

Двухтрубная схема отличается более качественным обогревом всех помещений в частном доме, так как к каждому из радиаторов в ее составе подсоединено по две трубы.

Одна из них предназначена для оттока остывшей воды обратно к котлу, а вторая – для доставки горячей вод от котла.

Таким образом, все радиаторы в данной схеме выравнены по температуре, обеспечивая эффективность работы системы.

Видео об однотрубной и двухтрубной системах отопления:

При коллекторной (многоконтурной) схеме на радиаторах имеется специальное устройство – коллектор. Он предназначен для подразделения общего водного потока на несколько линий и задействования нескольких контуров. К радиаторам все так же подходят две трубы, но уже не соединяются между собой, а, проходя коллектор, направляют воду в котел.

При выборе трех вышеперечисленных схем лучшим теплоносителем является вода.

Виды котлов

Для отопления частного дома используются 3 вида котлов:

• Газовые;
• Электрические;
• Твердотопливные;

Газовые агрегаты выгодно использовать, если регион газифицирован. Существуют одноконтурные и двухконтурные модели котлов, различающиеся возможностями. Одноконтурные только согревают теплоноситель, двухконтурные одновременно предоставляют горячую воду. Однако объем жидкости ограничен, не подойдет для постоянного использования. Достоинства газовых котлов: невысокая стоимость, компактность, низкая масса. Недостаток: сложность ремонта в случае повреждения теплообменника.

Электрические модели работают за счет преобразования электроэнергии в тепловую. Стоимость ниже, чем у газовых. Намного безопаснее, работают без шума, не выделяют продуктов горения. Существует три вида нагревательных котлов, работающих на электричестве: на трубчатых электронагревателях, электродные, индукционные. Наиболее дорогие и совершенные — индукционные. Практические не образуется накипь, способны работать с любым теплоносителем. Жидкость прогревается быстро. Коэффициент полезного действия — 99%.

Твердотопливные котлы работают как традиционные печи, в которые добавляют водный контур для обогрева жидкости. Работают на торфе, дровах, угле. Устройство котла потребует установки дымохода.

Существует несколько видов отопительных сетей, различающихся эффективностью, принципом работы. Выбор зависит от размеров помещения. Перед монтажом необходимо подготовить план работ. Для циркуляции лучше смягчить воду. Можно использовать устройства – смягчители, дистиллированную воду.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

По месту размещения расширительного бака.В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы

Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

• простое обслуживание системы;
• отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
• равномерный прогрев отапливаемого помещения;
• быстрый пуск и остановка системы;
• независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
• высокая надёжность;
• не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

• возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
• воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
• возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
• медленный нагрев системы после включения;
• необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
• невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
• достаточна громоздка;
• низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

• простой монтаж;
• нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
• возможность применения антифриза, не боясь размораживания системы отопления;
• путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
• из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
• самостоятельное регулирование давления;
• система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

• самый главный недостаток — зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения;
• при работе насоса требуется электричество;
• для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор;
• при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
• размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
• бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
• возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжнее для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.