Коллекторная система отопления частного дома: основные узлы, монтаж, материалы

Для отопления индивидуальных жилых домов широко применяют однотрубные и двухтрубные системы с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Каждая из них из них имеет свою область применения и определенные преимущества и недостатки — если однотрубные схемы развязки неплохо работают с радиаторными теплообменниками, то коллекторная система отопления незаменима при устройстве многоконтурных теплых полов.

Коллекторная (параллельная) развязка широко используется в схемах отопления индивидуальных домов для обогрева помещений и является наиболее дорогой, ее стоимость сопоставима с двухтрубной системой разводки. Тем не менее, без подобной схемы не может обойтись каждый дом, в котором для подачи тепла в помещения используется большое количество контуров теплообменных радиаторов и теплых полов.

Рис. 1 Коллекторная система отопления частного дома — пример монтажа

Что такое коллекторная система отопления

Коллектором в отоплении называют элемент водопроводной арматуры, предназначенный для раздачи по ветвям, сбора и смешения теплоносителя из множества параллельных теплообменных контуров.

Коллекторная схема обеспечивает одновременную подачу теплоносителя на контуры теплых полов и радиаторов отопления (их максимальное количество в одной гребенке достигает 12) с одинаковым напором и температурой, которую можно устанавливать терморегулятором. Коллекторная магистраль отличается от однотрубных и двухтрубных систем тем, что подходит к радиаторам отопления снизу.

Принцип работы коллекторной системы

Коллекторная система работает по следующему принципу: нагретый котлом теплоноситель при помощи циркуляционного электронасоса, установленного между подающей и обратной линией, поступает в коллекторную распределительную гребенку, к выходным штуцерам которой подключены контуры отопления. Общая температура теплоносителя во всех контурах устанавливается терморегулятором, размещенным на входном штуцере подающей гребенки, а каждый отвод к петле оснащен расходомером, с помощью которого вручную устанавливается объем проходящего по контуру теплоносителя.

После прохождения по контурам охлажденный теплоноситель поступает в обратную линию и проталкивается электронасосом к котлу, в котором происходит его нагрев. Циркулируя по кругу, нагретая жидкость снова возвращается в подающий коллектор, который распределяет ее по отдельным контурам отопления.

В большинстве конструкций распределительные узлы обратной линии оснащаются запорными клапанами — это позволяет устанавливать на них электрические сервоприводы для автоматической регулировки проходящего по контурам потока.

Рис. 2 Принцип устройства коллекторного отопления

Что входит в состав коллекторной системы

Коллектор является наиболее ответственным и сложным прибором отопительной системы, типовое устройство для подключения контуров теплых полов состоит из следующих основных узлов:

• Подающая гребенка — представляет собой горизонтальную трубу с отводами для подключения контуров отопления, в зависимости от конструкции располагается выше или ниже обратного коллектора.
• Обратная гребенка — изделие является зеркальным отображением предыдущей детали, имеет аналогичные размеры основного канала и количество входных штуцеров.
• Расходомеры — элементы устанавливаются в отводы подающего коллектора, имеют прозрачный корпус, на стенки которого нанесены деления с цифровым обозначением. Помещенный внутри корпуса стержень с индикаторной головкой указывает на объем теплоносителя, проходящего по контуру.
• Запорные клапаны — обычно элементы размещают в обратной гребенке и закрывают колпаками плавной регулировки.
• Воздухоотводы — монтируют на подающей и выходной гребенках, при помощи устройств стравливают воздух из коллекторных планок в автоматическом или ручном режиме.
• Терморегулятор — прибор с выносным датчиком, закрепленным на гибкой трубке, его размещают на входе в коллектор, где он обеспечивает возможность регулировать температуру теплоносителя, которая в контуре теплого пола не должна превышать 55 С.

Рис. 3 Коллектор — конструктивное устройство и основные узлы

• Циркуляционный электронасос – входит в комплектацию некоторых моделей, прибор обеспечивает движение теплоносителя по трубопроводу коллекторной системы с определенным давлением. Агрегат устанавливается дополнительно с электронасосом, обеспечивающим циркуляцию по контуру отопления всего дома.
• Температурные цифровые датчики — устанавливаются в отдельные модификации, измерительные приборы в подающей и обратной линии позволяют контролировать температуру. Это помогает оптимально настроить петлю для обеспечения наилучшей теплоотдачи и эффективности, которая наблюдается при разнице в 10 С.
• Термодатчик — некоторые коллекторные схемы имеют в своем составе термостатический датчик, который при превышении температуры теплоносители более 55 С. размыкает цепь питания компрессионного электронасоса.
• Байпас — иногда в коллекторную систему устанавливают перемычку, соединяющую подающую и отводную гребенки, элемент предназначен для подмешивания охлажденного теплоносителя к поступающей на вход коллектора горячей воде.

Рис. 4 Различные виды гребенок

Устройство подающей и обратной коллекторной гребенки

Гребенки является одними из основных элементов коллекторной схемы, их основная функция — распределение потока теплоносителя по контурам отопления. Элемент имеет различное конструктивное исполнение для линий подключаемых радиаторов и теплых полов, максимальное количество задействованных контуров на один коллектор не превышает 12.

По отношению к диаметрам выходных штуцеров, гребенка имеет большое сечение (1, 1 1/2 дюйма против 3/4) и подключается к магистрали посредством торцевого соединения с элементами сантехнической арматуры. Обычно трубопровод к выходным штуцерам подсоединяют с помощью компрессионных фитингов (Евроконусов) — таким методом можно подключать трубы из сшитого и термостойкого полиэтилена, металлопластика, наиболее часто используемые в коллекторных системах отопления. Гребенки выполняются из нержавеющей стали, латуни, пластика, некоторые модификации собираются из отдельных звеньев.

Технические характеристики коллекторов, их плюсы и минусы

Коллектор применяется в системах водяного радиаторного и напольного отопления, являясь распределительным узлом по различным контурам, его типовые характеристики для латуни или нержавейки имеют следующие показатели:

• Стандартный диаметр условного прохода гребенок — 1″ или 1 1/2″ дюйма.
• Типовой наружный размер выходных штуцеров — 3/4″ или 1/2″ дюйма.
• Количество выходных штуцеров (подключаемых контуров) — от 3-х до 12.
• Подключение труб при помощи компрессионного разъема Евроконус.
• Типовое рабочее давление в системе из латуни — до 10 бар.
• Максимальная температура рабочей среды — +120º С.
• Максимальная длина контура — не более 90 метров (зависит от диаметра и материала изготовления труб), а их предельные отклонения по длинам не должны превышать 30%.

Промышленность выпускает два вида коллекторов, имеющих значительные конструктивные отличия — для радиаторов отопления и теплых полов, в составе последних всегда присутствуют смесительный узел для подмешивания воды из обратной линии.

Рис. 5 Схема разводки радиаторных коллекторных систем отопления

Достоинства

Распределительный коллектор имеет следующие особенности при работе в тепловой системе:

• Позволяет задействовать в отоплении большое количество независимых контуров подогреваемых полов и радиаторов (до 12), каждый из которых всегда можно отключить без остановки отопления и работы других теплообменников.
• Обеспечивает постоянство параметров носителя во всех контурах, регулировку объема подачи (давления и температуры) в каждом из них — это повышает комфорт пользования отоплением.
• Существенное преимущество коллекторной гребенки — возможность установки в нее электрических сервоприводов, которые перекрывают поток клапанами в зависимости от показаний подключенного к ним датчика, их можно установить в любом месте — в комнате, на радиаторе или у поверхности обогреваемого пола. Таким образом, достигается автоматическая регулировка температуры обогревающих контуров и осуществляется экономия энергоресурсов.
• В системе используются гибкие трубы отопления малого диаметра из относительно недорогих полимерных материалов, имеющие малое сечение и скрытно проходящие под полами, подводка теплоносителя на верхние или нижние этажи происходит без стояков. Данная конструкция повышает эстетичный вид жилья, минимизирует финансовые затраты.
• Длину коллектора довольно просто увеличить, присоединив к нему дополнительные звенья с выходными штуцерами для подключения новых контуров.
• Надежность схемы довольно высока из-за минимального количества скрытых соединений, а при монтаже теплых полов они вообще отсутствуют — труба любой длины присоединяется к входу и выходу коллектора в точках прямой видимости и удобного доступа. То же можно сказать и о радиаторах, которые подключаются через хорошо доступные фитинги снизу недалеко от поверхности пола.
• Высокая ремонтопригодность обеспечивается возможностью отключения любой ветки для ремонта или замены приборов без сбоя работы других контуров.

Рис. 6 Монтаж трубопроводов подачи и обратки в коллекторной системе — пример

Недостатки

К недостаткам коллекторов относят их следующие параметры:

• Стоимость заводского коллекторного узла от проверенных производителей из коррозионно-устойчивых металлов довольно высока и может достигать 300 у.е., что является довольно существенной суммой для рядового потребителя. Расходы можно уменьшить, используя менее качественные и надежные модели из пластика, цена которых достигает 50 у.е.
• Для эффективного отопления длину всех контуров делают по возможности минимальной, для этого используют лучевую разводку и стараются поместить коллектор как можно ближе к центру дома, чтобы добиться максимально одинаковой длины всех контуров. На практике размещение коллектора по центру дома не всегда удается реализовать по техническим причинам, к тому же такая установка портит эстетику внешнего вида помещения с установленной распределительной системой.
• Сборка распределительной коллекторной системы частного дома своими руками неподготовленным домовладельцем довольно проблематична, проведение монтажных и настроечных работ по силам только высококвалифицированным специалистам с большим опытом работы. Оплата услуг профессионалов потребует существенных финансовых средств, что затруднительно для среднего обывателя.
• Как отмечалось выше, трубы всех контуров проходят под полом, то есть придется делать стяжку не только в помещениях с теплыми полами, но и на всех этажах в доме для выравнивания уровня полов и сокрытия подходящих к контурам труб. Проведение данных работ также потребует значительных финансовых расходов не только на оплату труда рабочих, но и материалы (теплоизолятор, сетку, раствор для стяжки).
• Коллекторная схема не является самотечной, то есть при отсутствии электроэнергии прекращается функционирование циркуляционного электронасоса в коллекторном узле, и движение потока теплоносителя останавливается вместе с отоплением помещений.

Рис. 7 Подключение приборов распределения потоков — примеры

Коллекторная система отопления — общие принципы проектирования схем разводки

Правильное проектирование и расчеты коллекторной системы по силам только квалифицированным специалистам, при выполнении проектных работ необходимо руководствуются следующими правилами:

• Для определения длины контуров, параметров батарей отопления, температур теплоносителя, обязательно проведение расчета тепловых потерь в магистрали и контурах. Данная операция позволит определить оптимальные размеры тепловых приборов (количество их секций) и длин контуров теплых полов, в противном случае в комнатах будет слишком жарко или холодно при нормальном функционировании и потребуются дополнительные регулировки, снижающие КПД и производительность системы.
• Запрещено подключение к коллекторам для теплых полов радиаторов отопления — они имеют разное гидравлическое сопротивление и температурные режимы работы (температура теплоносителя 40 — 55º С — для обогреваемых полов и 60º — 80º С — для радиаторов отопления).
• Допустимая разница температур между линией подачи воды и обраткой — 5 — 15º С, оптимальная разница 10º С (55/45, 50/40, 45/35, 40/30 градусов).
• Температура поверхности пола для жилых помещений и рабочих кабинетов 21 — 27º С, в жилых комнатах, коридорах, прихожих — 29 — 30º С, в ванных комнатах и бассейнах — 33º С, в домашних мастерских с активной физической деятельностью — около 17º С.
• Расстояние между соседними витками труб в жилых комнатах частного дома лежит в диапазоне 150 — 300 мм, оно отлично для разных зон и изменяется с шагом в 50 мм:
• Для краевых зон и около окон межтрубное расстояние равно 100 — 150 мм.
• В центральной зоне комнат средней и большой площади стандартное межвитковое расстояние около 200 мм.
• В санузлах, душевых и ванных комнатах используют расстояние между петлями в 150 мм.

Рис. 8 Теплопотребление коттеджа – пример расчета

• Максимальная длина петель больших колец теплого пола диаметром 3/4 дюйма (16 мм) не должна превышать 70 — 90 метров, значение зависит от материала труб и возрастает с увеличением диаметра (для 20 мм труб допустимая длина — 120 метров.)
• Электронасос должен иметь номинальльную мощность, рассчитанную математическим путем, ее превышение приводит к излишнему шуму, а низкая величина не обеспечивает оптимальную скорость движения теплоносителя.
• Количество контуров, подключенных к одной гребенке, по строительным нормам не должно превышать 8, европейский стандарт допускает использование 12 ветвей.
• В коллекторах теплых полов обязательно присутствие смесительных тройников или байпасных перемычек, обеспечивающих подмешивание остывшего теплоносителя из обратной магистрали к поступающей в гребенки горячей жидкости от котла. При отсутствии такого устройства теплый пол будет перегреваться, вызывая дискомфорт у жильцов, повышенный износ или деформацию некоторых видов трубопроводов.

Рис. 9 Устройство коллекторной гребенки для радиаторов отопления и ее подключение

Что нужно учитывать при проектировании и монтаже

При проведении планирования и монтажных работ руководствуется следующими правилами:

• При заливке стяжки под теплые полы обязательно устройство демпферных зазоров по периметру помещений — это предотвращает деформацию пола при тепловом расширении стяжки, позволяет избежать появления трещин.
• Также стяжка должна иметь толщину, обеспечивающую ее равномерный нагрев и удержание тепла в течение определенного времени, обычно толщина слоя лежит в диапазоне 30 — 50 мм. Следует учитывать, что толстый слой будет долго нагреваться и медленно остывать, а тонкий при быстром нагреве удерживает тепло короткое время — это вызовет более частое включение и отключение оборудования, и соответственно его повышенный износ.
• Под трубы теплых полов обязательна укладка тепловой изоляции, препятствующей уходу тепла в бетонную плиту, обычно для этих целей используют фольгированный пенофол (вспененный полиэтилен), уложенный алюминиевым слоем вверх для отражения теплового излучения.
• Перед заливкой стяжки в трубы подают теплоноситель с удвоенным давлением, которое сбрасывают после ее застывания — таким образом, полученные в стяжке каналы не будут в дальнейшем сдавливать трубопровод при его расширении после заполнения теплоносителем.
• Подводящие трубы не должны иметь стыковых соединений под стяжкой, участки, не относящиеся к контурам радиаторов и теплых полов, для уменьшения теплопотерь следует помещать в гофрированную изоляцию.
• Напольное покрытие обогреваемых полов должно обладать высокой теплопроводностью, исключено применение дерева, линолеума, ковров, препятствующих теплоотдаче.

Рис. 10 Коллекторная разводка с гидрострелкой — схема

Принципы составления схем разводки

Оптимальное размещение коллекторного блока — выше уровня теплого пола, если производит обогрев двухэтажной дачи или коттеджа, его удобнее поместить на втором этаже по центру. В этом случае все контуры будут иметь приблизительно одинаковую длину в отличие от установки блока около наружных стен или в углах зданий.

Коллекторы для радиаторов и теплого пола

Отличие коллектора для полов от радиаторного состоит в конструктивном исполнении, связанным с разницей рабочих температур и более низким гидравлическим сопротивлением элементов радиаторов. Конструкция блока для подключения теплых полов намного сложнее, она включает в себя большое количество регулировочной водопроводной арматуры и циркуляционный насос для многоконтурных систем.

Стандартный коллекторный блок для бытовых радиаторов имеет простое исполнение: он состоит из подающего и обратного коллекторов большого сечения, из которых выходят штуцеры для подключения труб, идущих к радиаторам. Никаких регулировочных, настроечных вентилей и прочих сложных приборов устройство обычно не имеет, поэтому его подключение и установка не вызывает трудностей у большинства домовладельцев. Радиаторы отопления подсоединяются к блоку через трубы, проходящие в полу, и подключаются снизу в одной точке, для размещения прямого трубопровода необязательно делать стяжку, его можно уложить в штробу, вырезанную или выбитую в плите.

Типовой коллекторный блок является технически сложным элементом с большим количеством регулировок и настроек, часто в систему монтируется циркулярный электронасос. При установке блока следует различать гребенки прямой и обратной подачи, для удобства они промаркированы соответственно красной и синей красками. Также в прямой линии чаще всего размещаются регулируемые расходомеры с прозрачным колпачком и нанесенными делениями, указывающими объем проходящий через них жидкости, он отмечается внутренней индикаторной головкой красного цвета.

Обычно максимальное значение пропускаемого потока не превышает 5 кубических метров в час (соответствует делению 5 на колпаке), минимальная отметка 0,5. Если индикаторные головки находятся в верхней части, то при прохождении водного потока через подающую гребенку индикатор опускается и показывает объем проходящей жидкости. Иногда головки расположены снизу, в этом случае поток движется в обратном направлении из контура отопления в гребенку и соответственно расходомеры установлены в планку обратной подачи.

Если в коллекторный блок вмонтирован циркулярный электронасос, то его рабочее колесо направляет поток от выходной гребенки в корпус подающей — таким образом осуществляется подмешивание холодной воды из обратной линии в нагретый котлом теплоноситель для понижения его общей температуры.

В стандартном блоке предусмотрено место для расположения датчика терморегулятора, имеются выпускные клапаны для стравливания воздуха в подающей и обратной гребенке, установлены клапаны, на месте которых размещены посадочные места для сервоприводов, выполняющих автоматическое регулирование режимов работы.

Рис. 11 Коллекторная система отопления индивидуального дома, Гидрострелка — схема установки и подключения

Гидрострелка и солнечный коллектор

Гидрострелка и солнечный коллектор относятся к устройствам, выполняющим аналогичные водопроводным гребенкам функции — собирают в одном корпусе носитель из нескольких источников и распределяют его по контурам различного назначения.

Гидравлический распределитель устанавливают в тех случаях, когда для отопления используют значительные объемы теплоносителя, связанные с большим количеством контуров и площадями отапливаемых помещений. К стояковой гидрострелке подключают котел, гидроаккумулятор, коллекторы радиаторов отопления и теплых полов, бойлер, насосное оборудование с установкой циркуляционного насоса на каждое коллекторное звено.

Устройство предназначено для стабилизации давления и выравнивания температуры в подключенных контурах, обеспечивает удобство подсоединения распределительных узлов. Гидрострелка представляет собой вертикально (иногда используют горизонтальную установку) расположенную емкость (трубу большого диаметра) круглого или прямоугольного сечения с приваренными боковыми штуцерами, в верхней части которой находится клапан для развоздушивания, а снизу вмонтирован кран для слива теплоносителя.

Рис. 12 Плоский солнечный коллектор

Солнечные батареи применяют в районах с большим количеством солнечных дней в году, также для экономии энергоресурсов используют солнечные коллекторы дополнительного подогрева теплоносителя, используемого для отопления и других хозяйственных целей.

Если солнечные батареи преобразуют ультрафиолетовое излучение в электрическую энергию, то солнечные коллекторы предназначены для нагревания теплоносителя, которым является воздух или жидкость.

Наиболее простое и популярное в быту коллекторное устройство сконструировано и работает следующим образом. В металлическом корпусе под защитным стеклом размещается теплоприемник — пластина черного цвета с запрессованным змеевиком из меди или алюминия, покрытом черным абсорбентом, приемник солнечного излучения располагается на слое утеплителя. Охлажденный теплоноситель перемещается по змеевику с помощью циркуляционного насоса системы отопления и после нагревания солнечным излучением поступает в котел.

Описанная система имеет высокие тепловые потери, поэтому в более дорогих схемах используют покрытый абсорбирующим слоем трубопровод, помещенный в вакуум. Внешне устройство напоминает ряд стеклянных колб с откачанным воздухом, внутри которых размещены нагреваемые медные трубы с хладагентом, каждая труба подключена к распределительному солнечному коллектору. В подобных системах в качестве теплоносителя используется специальный хладагент, имеющий низкую температуру кипения, при нагревании он превращается в пар и передает свою энергию протекающему в теплообменном коллекторе носителю.