Водяное отопление. Виды и работа. Устройство и особенности. Выбор

Если необходимо сразу отапливать несколько комнат, то одним из решений, при помощи которого это можно реализовать, является водяное отопление. Хотя сейчас существует много видов обогрева помещения, но именно этот традиционный способ является самым практичным, распространенным и доступным.

Виды водяного отопления

Во время работы этого типа отопления происходит нагрев воды, которая движется по трубам и обогревает помещения.

Существует несколько видов таких систем:

• С естественной циркуляцией. В этом случае работа системы происходит за счет разной плотности холодной и горячей воды. Нагрев проводится снизу и по законам физики происходит естественная циркуляция воды по трубам.

• С принудительной циркуляцией. В данной системе для движения теплоносителя используется электрический насос.

• Комбинированная система. Здесь используются одновременно два предыдущих варианта.

Кроме этого, водяное отопление может отличаться схемой монтажа труб:

• Однотрубная или одноконтурная, здесь теплоноситель движется по трубам последовательно, поэтому температура в радиаторах, расположенных ближе к котлу будет выше, чем у тех, что находятся дальше.

• Двухтрубная, она позволяет легче регулировать температуру и в свою очередь может быть: звездообразной, шлейфовой, коллекторной.

Для нагрева воды в такой системе отопления используются котлы, которые работают на топливе:

• Твердое (уголь, брикеты).
• Жидкое (дизельное топливо).
• Электричество.
• Газ.
• Комбинированные устройства.

Устройство системы

Устройство системы водяного отопления достаточно простое, но работает она эффективно, чем и объясняется популярность такого способа обогрева.

Водяное отопление состоит из основных элементов:

• Котел, он используется для нагрева воды или антифриза.
• Расширительный бачок, во время нагрева вода расширяется и ей надо куда-то деваться.
• Система труб, они могут быть стальными, медными, металлопластиковыми или пластиковыми, из них создается замкнутый отопительный контур.
• Устройства, отдающие тепло в комнату – это могут быть обычные стальные или биметаллические и т.п. радиаторы, но сейчас часто устанавливают теплый пол.
• Насос, он необходим для покачивания воды по системе.
• Термометр и манометр, эти приборы необходимы для контролирования температуры и давления жидкости в системе, они могут быть встроены в котел или устанавливаются отдельно.

Принцип действия

Некоторые люди называют водяное отопление паровым, но это неправильно. Паровое отопление является отдельным видом обогрева, в нем в качестве теплоносителя выступает пар, а в нашем случае вода или другой жидкий теплоноситель.

Независимо от вида, принцип работы такого обогрева будет одинаковым. Во время работы нагревательного устройства, в нем происходит нагрев воды или другого теплоносителя. После этого, за счет принудительной или естественной циркуляции, нагретый теплоноситель начинает циркулировать по трубам и обогревает комнаты. Тепло может отдаваться в комнату, как через радиаторы отопления, так и через систему теплого пола. По системе труб остывший теплоноситель возвращается в нагревательное устройство, и весь процесс повторяется снова.

Область применения

Водяное отопление используется как для отопления многоэтажных, так и частных домов. Кроме этого, оно применяется для обогрева офисов, магазинов, промышленных предприятий. Такое решение позволяет значительно экономить используемое топливо — это электричество, уголь или газ и т.п.

Данный способ обогрева чаще всего применяется в жилых помещениях, где люди находятся постоянно. Это объясняется тем, что он обеспечивает комфортный режим смены температуры, так как во время работы системы нет ее резких скачков. Кроме этого, вода или антифриз имеют высокую теплоемкость, что позволяет им долго остывать и поддерживать тепло, даже когда котел не работает.

Не стоит думать, что водяное отопление является идеальной системой обогрева. Монтаж такой системы достаточно сложный, поэтому если нет соответствующих навыков, то выполнить его самостоятельно не получится. Надо контролировать работу котла, чтобы он не затух, исключением являются электрические котлы, в которых этот процесс автоматизирован.

Когда система долгое время не используется, из нее рекомендуется сливать воду, особенно в зимний период, иначе можно разморозить трубы и радиаторы. Надо контролировать, чтобы в трубах или радиаторах не образовались воздушные пробки, так как в этих местах появляется коррозия.

Если же такая система сделана профессионалами и правильно эксплуатируется, то она способна поддерживать в любом помещении комфортную для проживания температуру.

Особенности выбора

При выборе данной системы обогрева дома, сначала надо определиться с источником, который будет нагревать теплоноситель. Если в доме есть магистральный газопровод, то лучше использовать газовый котел. Хорошей альтернативой является электрический котел, но можно установить и твердотопливное оборудование или то, что работает на жидком топливе. Все зависит от того, какой энергоноситель будет самым дешевым и доступным в вашем регионе. Можно подключить параллельно несколько генераторов тепла, которые будут работать по очереди, в зависимости от наличия того или иного вида топлива.

При выборе системы циркуляции, а она может быть естественной или принудительной, надо учитывать ваши требования к системе отопления и какие у вас финансовые возможности. Если нагрев воды происходит в твердотопливном котле или печи с водяным контуром, то часто используется естественная циркуляция теплоносителя. Когда применяется газовое или электрическое отопление, то лучше использовать принудительную систему циркуляции воды или антифриза.

При выборе труб есть несколько вариантов: металлические, пластиковые и металлопластиковые. Для естественной циркуляции, трубы надо монтировать с уклоном, для этого лучше подойдут металлические, но надо иметь специальные навыки, чтобы выполнить их монтаж. Металлопластиковые и пластиковые трубы также можно уложить с уклоном, но они не рассчитаны на температуру более 95 градусов, поэтому обычно используются для создания систем с принудительной циркуляцией.

Для соединения металлопластиковых труб используют специальные муфты, поэтому их укладку легко выполнить своими руками. Для монтажа пластиковых труб надо приобрести специальный паяльник, стоит он недорого, и работать с ним несложно.

При выборе радиатора, надо учитывать способ его подключения, это может быть сверху, снизу, с одной или разных сторон.

Достоинства и недостатки

Чаще всего используется водяное отопление с принудительной или естественной циркуляцией, рассмотрим их преимущества и недостатки.

Преимущества системы с принудительной циркуляцией воды или антифриза:

• Можно автоматически управлять потоком тепла от радиаторов и таким образом, устанавливать температуру в каждой комнате отдельно.
• Она более экономична, так как возможность регулирования температуры в каждой комнате отдельно, приводит к снижению расхода энергии, необходимой для нагрева воды в системе.
• Есть возможность использовать пластиковые трубы, а это позволяет ускорить монтаж всей системы и уменьшить стоимость материалов.
• Пластиковые трубы скрываются в стену или размещают над плинтусом, поэтому не портят внешний вид комнаты.

Основным недостатком такой системы отопления является то, что для ее работы необходима электроэнергия, иначе насос работать не будет.

Если говорить о естественной циркуляции теплоносителя, то такая система отопления полностью автономная, так как для ее работы не надо электричество.

Недостатки системы обогрева с естественной циркуляцией воды:

• В радиаторах нельзя регулировать температуру воды.
• Перерасход топлива.
• Надо устанавливать трубы большого диаметра, а это увеличивает стоимость такой системы обогрева.
• Трубы, размещенные на стенах, выглядят не очень привлекательно.
• Данная система обогрева не совместима с теплым полом.

Хотя существует много способов обогрева дома, но наиболее эффективным, практичным и доступным на протяжении многих лет остается водяное отопление. Современная промышленность периодически представляет новые или усовершенствованные генераторы тепла, трубопроводы и генераторы, за счет чего эффективность данного способа обогрева увеличивается, а его стоимость снижается.

Почему так популярно водяное отопление? Его особенности и схемы

Водяное отопление — технология обогрева жилых зданий жидким теплоносителем. Тепловая энергия передаётся в помещение радиаторами, регистрами труб, конвекторами.

Для обогрева здания устанавливают регистры в каждой комнате.

При работе водяного отопления жидкий теплоноситель нагревается в отопительном котле и по трубам поступает в комнаты, где отдаёт тепло и уже охлаждённым, возвращается в котёл, вступая в новый цикл.

Этот процесс повторяется постоянно и обогревает помещения.

Классификация водяных отопительных систем по принципу работы

По принципу работы отопление имеет естественную и принудительную циркуляцию теплоносителя.

С естественной циркуляцией

Используют для обогрева небольшого дома. Теплоноситель перемещается по трубам благодаря естественной конвекции.

Фото 1. Схема водяной отопительной системы с естественной циркуляцией. Трубы необходимо устанавливать под небольшим уклоном.

По законам физики тёплая жидкость поднимается вверх. Вода, нагреваясь в котле, поднимается, после чего спускается по трубам к последнему радиатору в системе. Остывая, вода поступает в трубу обратки и возвращается в котёл.

Использование систем, работающих с помощью естественной циркуляции, требует создание уклона — это упрощает перемещение теплоносителя. Длина горизонтальной трубы не может превышать 30 метров — расстояние от крайнего в системе радиатора до котла.

Такие системы привлекают своей дешевизной, не требуется покупать дополнительное оборудование, практически не издают шума, когда работают. Минус в том, что трубы нужны большого диаметра и укладываться максимально ровно (в них почти нет давления теплоносителя). Невозможно обогреть большое здание.

Схема с принудительной циркуляцией

Схема с использованием насоса сложнее. Здесь, кроме батарей отопления, устанавливают циркуляционный насос, перемещающий теплоноситель по отопительной системе. В ней давление выше, поэтому:

• Можно укладывать трубы с изгибами.
• Проще обогреть большие здания (даже в несколько этажей).
• Подойдут трубы малого диаметра.

Фото 2. Схема системы отопления с принудительной циркуляцией. Для перемещения теплоносителя по трубам используется насос.

Нередко эти системы делаются замкнутыми, что избавляет от попадания воздуха в отопительные приборы и теплоноситель — наличие кислорода приводит к коррозии металла. В такой системе необходимы закрытые расширительные бачки, которые дополняют предохранительными клапанами и устройствами для сброса воздуха. Они обогреют дом любого размера и более надёжны в работе.

Способы монтажа

Для маленького дома, состоящего из 2—3 комнат, используют однотрубную систему. Теплоноситель перемещается последовательно по всем батареям, доходит до последней точки и возвращается по обратной трубе назад в котёл. Батареи подключаются снизу. Минус в том, что дальние комнаты прогреваются хуже, так как в них поступает уже слегка остывший теплоноситель.

Более совершенны двухтрубные системы — к дальнему радиатору укладывается труба, и от неё делают отводы к остальным радиаторам. Теплоноситель на выходе из радиаторов поступает в обратную трубу и перемещается в котёл. Эта схема равномерно прогревает все помещения и позволяет отключить ненужные радиаторы, но основной минус — сложность монтажа.

Коллекторное отопление

Основной минус одно- и двухтрубной системы — быстрое охлаждение теплоносителя, у коллекторной системы подключения этого недостатка нет.

Фото 3. Система водяного коллекторного отопления. Используется специальный распределительный узел.

Главным элементом и основой коллекторного отопления является особый распределительный узел, называемый в народе гребёнка. Специальная сантехническая арматура, необходимая для распределения теплоносителя по отдельным магистралям и независимым кольцам, циркуляционный насос, приборы, обеспечивающие безопасность и расширительный бак.

Коллекторный узел для двухтрубной системы отопления состоит из 2 частей:

• Входной — его подключают к нагревательному устройству, где он принимает и распределяет по контурам горячий теплоноситель.
• Выходной — подключают к обратным трубам контуров, необходим для сбора охлаждённого теплоносителя и подачи его в котёл.

Основное отличие коллекторной системы — любая батарея в доме подключена независимо, что позволяет регулировать температуру каждой или отключить её. Иногда используют смешанную разводку: к коллектору подключают независимо несколько контуров, но внутри контура батареи подключены последовательно.

Теплоноситель доставляет до батарей тепло с минимальными потерями, КПД этой системы увеличивается, что позволяет использовать котёл меньшей мощности и тратить меньше топлива.

Но и коллекторная система обогрева не лишена недостатков, к ним относится:

• Расходтрубы. Потребуется потратить в 2—3 раза больше трубы, чем при последовательном подключении батарей.
• Необходимостьустановкициркуляционныхнасосов. Требует повышенного давления в системе.
• Энергозависимость. Не стоит использовать там, где возможны перебои электроснабжения.

Как сделать водяной обогрев самостоятельно

Независимые системы обогрева дома, более экономичны, чем центральное отопление. Можно изготовить систему с верхней или с нижней разводкой труб, применяют разные виды теплоносителя — наиболее дешёвым считается вода.

Проектирование

Даже специально созданные программы, не смогут корректно правильно рассчитать параметры отопительной системы при недостатке необходимых данных.

Расчёт реальных тепловых потерь

Первое — произвести расчёт тепловых потерь здания. Расчёт производят по максимальному значению в этом регионе — какое количество тепла дом или квартира могут потерять, когда на улице самые сильные морозы из возможных.

Расчёт потерь тепла помещения

Чтобы вычислить, нужны следующие данные:

• Площадь помещения (можно найти на плане).
• Помещение выходит на улицу через одну или несколько стен или находиться посреди здания.
• Учитывайте расположение здания по сторонам света. Солнце на северной стороне не греет, а с юга нагревает почти весь день.
• Для каждого региона существуют присущие ему направления ветра. Роза ветров, указывает, откуда чаще всего дует ветер (искать в интернете).
• Каждый регион обладает своими температурными показателями в самое холодное время (данные есть в интернете и СНиПах).
• Внешние стены бывают утеплёнными, или неутепленными.
• Под полом бывает простой грунт, неутепленные и утеплённые помещения.
• Принимать в расчёт, что расположено над помещением.
• Через окна теряется много тепла (зависит от их конструкции, количества и площади).
• Входные двери — лазейка, для потери тепловой энергии.

Внимание! Замеры помещения необходимо производить по наружной стороне здания, иначе расчёт даст неверный результат.

По замерам подсчитывают площадь внешних ограждений для каждой комнаты, и используются в формуле подсчёта общих теплопотерь. Там же пригодится значение R, которое вычисляют, разделив толщину стены на коэффициент потерь тепла для использованного в ней строительного материала (для новых металлопластиковых окон R вам может предоставить фирма, монтировавшая окна).

Потери теплоты в зимний период состоят из 2 частей:

• Потери через внешние стены.
• Потери, затраченные на подогрев вентиляционного воздуха.

Основная формула для расчёта затрат тепловой энергии выглядит так:

Q = 1/R х (tв — tн) х S х (1+ ∑β). В которой:

• Q — потери тепловой энергии Вт;
• R — температурное сопротивление материала стен, м²°С / Вт;
• S — площадь стен, м²;
• tв — температура воздуха внутри помещения, °С;
• tн — минимальная температура на улице, °С;
• β — дополнительные потери тепла, возможные из-за расположения здания.

Если при возведении стены использовали 2 разных материала, то их термическое сопротивление подсчитывается для обоих, а результат плюсуется. Температура снаружи здания подбирается как по нормативам, так и по своим наблюдениям, а внутри помещения — по желанию. Дополнительные потери тепла — специальные коэффициенты:

• если часть кровли или стена здания смотрят на север, то β = 0,1;
• если стена смотрит на запад или юго-восток, β = 0,05;
• β = 0, смотрит на юг.

Виды отопительных котлов по типу топлива

Чем больше ваш дом размером, тем мощнее котёл необходимо устанавливать.

Для расчета надо знать, что на 10 м² площади потребуется 1 кВт тепла (если потолки в комнате не выше 3 м). Но в разных регионах есть свои особенности. В СНиПах есть специальные климатические коэффициенты.

Отопительные котлы подразделяются по видам: на жидком и твёрдом топливе, электрические, газовые. Если в здание проведён газ, лучшего топлива не нужно. Остальные варианты необходимо рассматривать с учётом экономической целесообразности. Если с электричеством проблемы, то лучше выбрать твердотопливный котёл.

Фото 4. Газовый котёл настенного типа с расширительным баком, подсоединенный трубами к системе водяного отопления.

Трубы

В отопительной системе устанавливайте только термостойкие пластиковые трубы, которые способны выдерживать высокую температуру. Диаметры труб подбирают после расчёта всей системы, но не меньше 40 мм. Для подключения к батареям используют диаметр 20—25 мм.

Радиаторы

Сейчас промышленность предлагает 4 вида батарей:

• Чугунные.
• Стальные (бывают панельные и трубчатые).
• Алюминиевые.
• Биметаллические (стальные трубы, расположенные внутри, сверху покрыты алюминием).

У каждого вида свои плюсы и минусы. Например, чугунные медленно нагреваются, но и долго остывают.

Из алюминия нагреются быстро, и лучше остальных передают тепловую энергию, но сильно страдают от коррозии. Оптимальный вариант — использовать стальные или биметаллические батареи.

Важно подсчитать требуемое количество секций для помещения, от этого прямо зависит, количество тепловой энергии, поступающей в комнату. Для этого необходимо знать общую площадь, сколько тепла может отдать одна секция, и учитывать пропорцию отдачи тепла и площади комнаты.

Расширительный бачок

Выбор объёма и вида расширительного бака — важный момент монтажа отопительной системы. Его предназначение — компенсировать увеличивающийся от нагрева воды объем, дополнительно он служит для удаления воздуха.

Бывает расширительный бачок открытого и закрытого вида. Открытый — простая ёмкость с открытым верхом. Его монтируют в наивысшей точке системы. Через открытый верх вода испаряется и его необходимо периодически пополнять. Закрытый — герметичная ёмкость, внутри установлена резиновая мембрана, служащая для создания давления в трубах. Закрытую модель чаще всего используют в системах с циркуляционным насосом.

Расширительный бак должен вмещать 15% теплоносителя, залитого в систему. Объем жидкости, которую содержит котёл можно найти в паспорте. Сложней всего узнать количество теплоносителя в трубах, это необходимо вычислить по формуле расчёта объёма цилиндра, с учётом диаметра и общей длины труб.

Циркуляционный насос

Такой прибор необходим для отопления с принудительной циркуляцией. Благодаря ему внутри труб появляется давление, повышающее скорость перемещения теплоносителя.

Основная характеристика насоса — производительность. Для подсчёта применяют формулу — Q = N/1,16 x (tвых — tвх), в которой:

​

• 1,16 — коэффициент теплоёмкости воды;
• tвых и tвх — показатели температуры на входе и выходе из котла;
• N — обозначена мощность генератора.

Разница температур — характеристика, которую необходимо замерять. Но это невозможно сделать, пока система не запущена. По этой причине используют усреднённые данные.

Особенности применения системы с водой в качестве отопления в квартире

Плюсы автономной системы:

• Можно включить обогрев жилища в любое время, а не только в течение отопительного сезона.
• Поддерживается комфортная температура в комнатах, что сложно при использовании центрального отопления.
• Отопление несложно настроить индивидуально, к примеру, нет, смыла включать котёл на полную мощность, если жильцы уехали на время.
• Плата за центральное отопление взымается и летом, при автономном обогреве, платить придётся только по счётчику (электрическому или газовому).

Минусы:

• Работы необходимо выполнять в соответствии с законом, самовольная реконструкция, не избавит от коммунальных платежей и грозит административным штрафом.
• Потребуется найти место с хорошей вентиляцией для установки оборудования.
• Монтаж системы должны выполнять профессионалы.
• Расходы на оформление документов, и на покупку элементов автономного отопления.
• Вся ответственность, ложится на хозяина жилья. Работу оборудования будут контролировать профильные организации.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором сравниваются системы водяного отопления с естественной и с принудительной циркуляцией.

Стоит ли устанавливать своё отопление

Отопительные системы разнообразны по стоимости оборудования и по эффективности работы. Объединяет их одно — проектирование отопления потребует точных расчётов и выбора подходящего оборудования, которое ещё необходимо правильно установить. Но собственное отопление, гарантировано принесёт вам экономическую выгоду.