Как устроена система отопления без насоса

Открытые системы теплоснабжения

В открытой системе вода подается постоянно из теплоцентрали и это компенсирует ее расход даже при условии полного разбора. В советское время по такому принципу функционировало примерно 50% теплосетей, что объяснялось экономичностью и минимизацией затрат на обогрев и ГВС.

Но открытая система теплоснабжения имеет ряд недостатков. Чистота воды в трубопроводах не соответствует требованиям санитарно-гигиенических норм. Поскольку жидкость перемещается по трубам значительной протяженности, она становится другого цвета и приобретает неприятные запахи. Часто при взятии проб воды работниками санэпидемстанций из таких трубопроводов в ней обнаруживают вредоносные бактерии.

Открытая схема теплоснабжения функционирует на основе законов термодинамики: горячая вода поднимается вверх, благодаря чему на выходе котла создается высокое давление, а на входе в теплогенератор — небольшое разряжение. Далее жидкость направляется из зоны повышенного давления в зону более низкого и в результате осуществляется естественная циркуляция теплоносителя.

Будучи в нагретом состоянии, вода имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому для данного типа отопительной системы требуется наличие открытого расширительного бака, такого как на фото – это устройство абсолютно негерметично и напрямую соединяется с атмосферой. Поэтому такое обеспечение теплом получило соответствующее название — открытая водяная система теплоснабжения.

В открытом типе вода нагревается до 65 градусов и потом подается к кранам водоразбора, откуда поступает к потребителям. Подобный вариант теплоснабжения позволяет пользоваться дешевыми смесителями вместо дорого теплообменного оборудования. Так как разбор подогретой воды неравномерен, по этой причине линии подачи конечному потребителю рассчитывают с учетом максимального потребления.

Принцип работы отопления закрытого типа

Как выглядит схема отопления закрытого типа? Основная конструктивная особенность, которая и обуславливает название такой системы – ее герметичность.

Система отопления закрытого типа, схема которой включает элементы, часть из которых используется и в других типах отопления, выглядит так:

• отопительный котел;
• воздушный клапан;
• термостат;
• отопительные приборы;
• расширительный бачок;
• балансировочный клапан;
• шаровой вентиль;
• насос и фильтр;
• манометр;
• предохранительный клапан. 

Но если постоянных перебоев с электричеством нет, закрытые системы отопления частного дома будут работать правильно (прочитайте: «Как сделать отопление в частном доме — советы специалистов«). К тому же, такую систему можно дополнить, например, «теплыми полами», которые позволят увеличить теплоотдачу и сохранение тепла, что, в свою очередь, повысит экономичность такой конструкции. 

Циркуляционный насос устанавливается на обратке прямо перед отопительным котлом. Здесь же можно разместить и расширительный бачок. При таком расположении важных для системы элементов можно забыть о необходимости создания постоянного уклона трубопровода и не обращать особого внимания на диаметр труб.

Система отопления закрытого типа защищена от попадания воздуха, но ликвидировать этот процесс невозможно. Например, при доливании жидкости в систему какое-то количество воздуха все же сможет просочиться в трубопровод. Попавший в трубы воздух будет скапливаться в верхней части системы и образовывать воздушные пробки, которые ухудшат работу системы и увеличат риск возникновения неполадок.

Для экономии тепла отопительная система закрытого типа использует термостат, который автоматически включает и отключает насос при изменении температуры воздуха в помещении.

Основные недостатки воды как теплоносителя[править]

Основные недостатки воды как теплоносителя:

1. больший расход электроэнергии на перекачку сетевой воды по сравнению с ее расходом на перекачку конденсата в паровых системах;
2. большая «чувствительность» к авариям, так как утечки теплоносителя из паровых сетей вследствие значительных удельных объемов пара во много (примерно 20—40) раз меньше, чем в водяных системах (при небольших повреждениях паровые сети могут продолжительно оставаться в работе, в то время как водяные системы требуют остановки);
3. большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы.

По условиям удовлетворения теплового режима абонентских установок, определяемого средней температурой теплоносителя в абонентских теплообменниках, вода и пар могут считаться равноценными теплоносителями. Только в особых случаях, когда пар используется непосредственно для технологического процесса (обдувка, пропарка и т.д.), он не может быть заменен водой.

При теплоснабжении от котельных пар применяется и при тепловых нагрузках низкого потенциала. Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. При теплоснабжении от котельных рационально, как правило, выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспортировки теплоты по сети и использования ее в абонентских установках. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке (при воде). При теплофикации необходимо учитывать влияние параметров теплоносителя на экономику ТЭЦ. Выбор водяной системы теплоснабжения закрытого или открытого типа зависит главным образом от условий водоснабжения ТЭЦ, качества водопроводной воды (жесткости, коррозионной активности, окисляемости) и располагаемых источников низкопотенциальной теплоты для горячего водоснабжения.

Обязательным условием как для открытой, так и для закрытой систем теплоснабжения является обеспечение стабильного качества горячей воды у абонентов в соответствии с ГОСТ 2974—82* «Вода питьевая». В большинстве случаев качество исходной водопроводной воды предопределяет выбор системы теплоснабжения. Преимущественное применение каждой из рассматриваемых систем теплоснабжения определяется следующими показателями исходной водопроводной воды. При закрытой системе: индекс насыщения J > — 0,5; карбонатная жесткость Жк≤7 мг-экв/л; (Сl + 3О4) ≤ 200 мг/л; перманганатная окисляемость не регламентируется. При открытой системе: перманганатная окисляемость О < 4 мг/л; индекс насыщения, карбонатная жесткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентируются.

При повышенной окисляемости (О > 4 мг/л) в застойных зонах открытых систем теплоснабжения (радиаторы отопительных установок и др.) развиваются микробиологические процессы, следствие которых — сульфидное загрязнение воды. Так, вода, отбираемая из отопительных установок для горячего водоснабжения, имеет неприятный сероводородный запах.

По энергетическим показателям и по начальным затратам современные двухтрубные закрытые и открытые системы теплоснабжения являются в среднем равноценными. По начальным затратам открытые системы имеют некоторые экономические преимущества при наличии на ТЭЦ источников мягкой воды, не нуждающейся в водоподготовке и удовлетворяющей санитарным требованиям к питьевой воде. При использовании открытых систем вода для горячего водоснабжения отбирается из тепловой сети, что, с одной стороны, разгружает сеть холодного водопровода и создает в ряде случаев дополнительные экономические преимущества, а с другой — часто вынуждает подводить к ТЭЦ магистральные водоводы, что увеличивает капитальные затраты.

По эксплуатационным расходам открытые системы несколько уступают закрытым в связи с дополнительными затратами на водоподготовку. В эксплуатации открытые системы сложнее закрытых из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, усложнения санитарного контроля плотности системы.

При дальней транспортировке теплоты в районах с относительно большой нагрузкой горячего водоснабжения при наличии вблизи ТЭЦ или котельной источников воды, удовлетворяющей санитарным требованиям, экономически оправдано применение открытой системы теплоснабжения с однотрубным (однонаправленным) транзитом и двухтрубной распределительной сетью.

Схемы

Если тщательно продумать схему отопления, то организовать ее можно своими руками. Как уже было описано выше, подходящей под любые условия является двухтрубная система отопления. Она легко адаптируется к различным условиям.

Для двухтрубного отопления можно легко подобрать любой вид котла:

• твердотопливный;
• газовый;
• электрический.

Специалисты рекомендуют использовать теплоаккумулятор при подключении к твердотопливным котлам. Это дополнение станет гарантией безопасности и даст носителю закипеть.

Мощность используемого в схеме оборудования должна быть тесно связана с площадью здания

Например, для большого трехэтажного коттеджа, кроме нагревательного прибора, важно правильно выбрать материал труб. На современном этапе пользователи чаще выбирают стальные или полимерные варианты

Рассмотрим подробнее элементы, которые могут входит в обустройство, далее.

Как работает лучевая схема

Коллекторный узел отвечает за циркуляцию теплоносителя по отдельным контурам. Конструктивно — это участок трубы с отводами на каждую батарею.

Принцип работы коллекторной системы следующий:

• теплоноситель через узел ввода поступает на подающую гребёнку коллектора;
• через гребёнку тепловая энергия распределяется по разводке с включенными в неё конвекторами;
• пройдя через конвектор, остывший теплоноситель по выходному трубопроводу отводится на обратную гребёнку коллектора и опять возвращается в котёл для повторного нагрева.

Подающая и обратная гребёнки составляют коллекторную группу.

Количество контуров, подключаемых к гребёнке, выбирается индивидуально для конкретной схемы отопления и числа конвекторов. Обычно коллектор поддерживает от 2 до 12 контуров.

Группа безопасности

Ставится группа безопасности на подающий трубопровод на выходе из котла. Она должна контролировать его работу и параметры системы. Состоит из манометра, автоматического воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Группа безопасности котла ставится на подающем трубопроводе до первого ответвления

Манометр дает возможность контролировать давление в системе. По рекомендациям оно должно находится в пределах 1,5-3 Бар ( в одноэтажных домах это 1,5-2 Бар, в двухэтажных — до 3 Бар). При отклонении от данных параметров надо принимать соответствующие меры. Если давление упало ниже нормы, надо проверить нет ли где течи, а потом добавить некоторое количество теплоносителя в систему. При повышенном давлении все несколько сложнее: необходимо проверить в каком режиме работает котел, не перегрел ли он теплоноситель. Также проверяется работа циркуляционного насоса, корректность работы манометра и предохранительного клапана. Именно он должен сбрасывать излишек теплоносителя при превышении порогового значения по давлению. К свободному патрубку предохранительного клапана подсоединяют трубу/шланг, которую выводят в канализацию или дренажную систему. Тут лучше делать так, чтобы была возможность контролировать срабатывает ли клапан — при частом сбросе воды надо искать причины и устранять их.

Состав группы безопасности

Третий элемент группы — автоматический воздухоотводчик. Через него выводится воздух, попавший в систему. Очень удобное устройство, которое позволяет избавиться от проблемы воздушных пробок в системе.

Группы безопасности продаются в собранном виде (на фото выше), а можно купить все устройства отдельно и подключить их при помощи тех же труб, которыми делали разводку системы.

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.

Закрытые системы теплоснабжения

Представляет собой закрытая система теплоснабжения конструкцию, в которой теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе, используется только для обогрева и вода из тепловой сети не отбирается на горячее водоснабжение.

В закрытом варианте обеспечения обогрева помещений подача тепла регулируется централизованно, а количество жидкости в системе остается неизменной. Расход тепловой энергии зависит от температуры циркулирующего по трубам и радиаторам теплоносителя.

В системах теплоснабжения закрытого типа, как правило, используются тепловые пункты, в которые горячая вода поступает от поставщика теплоэнергии, например ТЭЦ. Далее температура теплоносителя доводится до нужных параметров для теплообеспечения и горячего водоснабжения и направляется потребителям.

Зависимая система

Теплоноситель, протекающий вдоль магистралей, попадает прямо в жилище. Систему также называют открытой, так как подбор теплоносителя с целью обогрева здания (также для предоставления теплой воды) происходит из выводящего трубопровода (другое название приводящий). Данная схема популярна для зданий, рассчитанных на несколько семей и строений государственных учреждений, магазинов, банков, многих других сооружений.

Если температура теплоносителя внутри подающего трубопровода не достигла 95 градусов по Цельсию, его отправляют в отопительные аппараты. Когда температура достигает данный предел, но все равно остается менее 105 градусов по Цельсию, требуется вмешательство смесительного элеваторного узла. Его устанавливают на входе в коттедж, чтобы жидкость, газ или антифриз из радиаторов добавлять к горячему теплоносителю, дабы последний стал теплым, а не горячим.

Зависимая система функционирует на основе законов молекулярной физики и термодинамики. Антифриз или другой теплоноситель попадает наверх, из-за чего на выходе из котла отопления образуется высокое давление, параллельно с этим на входе теплогенератора создается незначительное разряжение. После этого жидкость стремится попасть в зону, где давление ниже. Эта система работает согласно естественной циркуляции теплоносителя.

Данную схему очень часто использовали в СССР. Зависимая система отопления функционирует исправно, бесперебойно. Ремонт, монтаж, материалы требуют небольших вложений. Нет необходимости в установке добавочных труб, используемых для подачи в помещение теплой воды.

Минусы:

• отбросы и мусор с трубопроводов оказываются внутри батареи;
• когда происходит ремонт или замена оборудования, нередко случаются перепады давления, гидроудары;
• теплоноситель нельзя назвать качественным, так как он проходит вдоль старых магистралей, которые чаще всего уже ржавые;
• качество воды или смеси антифризов влияет на термостатические вентили, они ломаются;
• регулировать температуру дома самостоятельно почти невозможно;

Виды зависимых систем

Однотрубная система идеально подходит частным домам. Данный контур является замкнутым. От нагревательного аппарата прокладывается трубопровод, а радиаторы присоединяют поочередно и далее отводят назад, к котлу.

Типовая однотрубная схема отопления

Бывает горизонтальная и вертикальная схема. Первая больше подходит для одноэтажных домов, ее проводят снизу и сверху пола, батареи устанавливают на одном уровне. В вертикальной же от котла разводка перемещается наверх и уже там распределяется по батареям. После охлаждения спускается.

Система не требует для монтажа много комплектующих, просто прокладывается, не приносит проблем в процессе эксплуатации и стоит недорого. Она идеально подходит для небольших дачных домиков, установить ее можно без помощи профессионалов. К минусам относят тот факт, что радиаторы, которые находятся ближе к нагревательному прибору(котлу), нагреваются больше и быстрее, чем стоящие поодаль.

Ленинградка — одна из самых популярных систем, придуманная еще в советское время система. В ней все нагревательные аппараты складываются в единую схему, по которой свободно перемещается теплоноситель. Нагревает воду или смесь антифризов специальный котел, радиаторы обыкновенно подключают вдоль стен, преимущественно рядом с окнами. У “Ленинградки” очень низкая стоимость, легкий монтаж и хороший уровень производительности, но она требует балансировки в процессе эксплуатации.

Паук — система не так давно считалась устаревшей, но все равно остается популярной из-за своей низкой стоимости. Нет нужды устанавливать вертикальную разводку по периметру всего дома, но при этом комнаты все равно прогреваются равномерно. Главное преимущество «Паука» — система не находится в зависимости от электрогенератора. При эксплуатации очень легко регулируется. Монтаж такого рода системы затруднительна. Ее нужно устанавливать только на чердаке, в связи с чем возрастают затраты на дополнительное утепление. Нельзя использовать антифриз в такой системе из-за его испарения внутри расширительной емкости. Подобная система портит интерьер, устанавливать ее дозволено лишь людям с определенным умениями из-за сложного этапа проектирования.

Схемы открытой системы

На практике применяется несколько схем обустройства: естественный тип циркуляции воды, а также с принудительным побуждением движения посредством насосного оборудования.

Выбор схем напрямую зависит от количества отапливаемых этажей и общей площади строения

Немаловажное значение имеет желаемый тепловой режим, а также возможность обеспечить бесперебойное электроснабжение системы

Однотрубная

Однотрубная открытая система характеризуется подачей теплоносителя посредством одной магистрали, собранной из больших по диаметру труб, проходящих через все радиаторные батареи. Благодаря такой особенности обеспечивается:

• минимальное количество расходных материалов;
• лёгкость самостоятельного монтажа;
• незначительное количество труб в жилом пространстве.

Недостатком такой схемы является не слишком равномерный прогрев радиаторов. Менее интенсивно нагреваются и отдают тепло батареи, значительно удалённые от водогрейного оборудования.

Двухтрубная

• равномерный разогрев всех радиаторных батарей;
• индивидуальная регулировка всех радиаторов;
• долговечность и удобство эксплуатации.

При этом система двухтрубного открытого типа является более дорогостоящей и довольно трудозатратной в плане монтажа. Две коммуникационные ветки должны располагаться правильно, в соответствии с проектной документацией.

«Ленинградка»

Современное обогревательное оборудование и новые технологии способствовали заметному усовершенствованию «Ленинградки». Такая система приобрела улучшенную управляемость и увеличенную функциональность. Основные отличия «Ленинградки»:

• свободная циркуляция теплоносителя;
• наличие источника нагрева;
• монтаж радиаторов по периметру.

Трубопровод может быть горизонтальным или вертикальным, с верхним или нижним типом подключения. Первый вариант принято считать более эффективным с точки зрения тепловой отдачи, а систему нижнего подключения отличает простота монтажа.

«Паук»

• оптимальный способ гидравлического распределения теплового носителя;
• сбор остывшей воды из радиаторных батарей в горизонтальный трубопровод;
• отсутствие необходимости выполнять верхнюю разводку горизонтального типа.

Как спустить воздух с системы отопления – рекомендации

При грамотном монтаже отопительной магистрали на трубопровод и прочие узлы разводки устанавливают автоматические воздухоотводчики, не нуждающиеся в ручном обслуживании. Поэтому реализация основного метода, как прокачать систему отопления, связана с механическими приспособлениями. К данной разновидности приборов относят краны Маевского, встроенные в радиаторы – с их помощью пользователю придется решать задачу, как правильно развоздушить систему отопления.

Для проведения процедуры развоздушивания батарей проводят следующие операции:

1. Готовят емкость для сливания теплоносителя, ей может быть небольшая банка или пластиковая бутылка.
2. Специальным ключом или плоской отверткой откручивают винт на головке клапана Маевского, подставляя под выпускное отверстие емкость.
3. Производят стравливание воздуха из системы отопления, сливая некоторое количество теплоносителя. Наличие пузырьков определяют по звуку выходящей жидкости (это шипение) – когда шум снижается, закручивают винт обратно.
4. Собранный со всех батарей теплоноситель заливают обратно в контур.

Иногда спуск воздуха в системе отопления из радиаторов затруднен, если они вместо клапана имеют на торце пробку-заглушку. В этом случае поступают следующим образом:

1. Отключает подачу воды на радиатор со стояка шаровым вентилем или иным способом.
2. Снимают резьбовую пробку и заменяют ее на заранее приобретенный комплект с краном Маевского одинакового посадочного размера с заглушкой.
3. Вкручивают устройство в радиатор, используя резиновый или льняной уплотнители, наполняют теплообменник водой и спускают воздух через кран Маевского.

Рис. 8 Краны Маевского – конструктивное устройство