Водяное отопление что это такое
Функционал и реализация водяного отопления
На территории нашего государства самым популярным видом обогрева жилища является водяное отопление, как традиционный и наиболее рациональный вариант. Его высокая популярность обусловлена относительно доступной ценой материалов, из которых собрана система, и топлива, роль которого в большинстве случаев выполняет природный газ.
Как функционирует?
Принцип работы водяного обогрева примечателен своей простотой. Для такого отопления характерна замкнутая система, основными элементами которой являются трубы, радиаторы и нагревательный котел.
Теплогенератор разогревает теплоноситель (воду, гликолевый раствор), а тот, в свою очередь, по трубам перетекает к радиаторам, установленным в отапливаемых помещениях.
Горячие батареи за счет теплоотдачи прогревают воздух, и в комнатах устанавливается комфортная температура. После остывания жидкость возвращается к котлу, где ее температура поднимается, и цикл повторяется снова и снова.
Тип циркуляции
Как говорилось ранее, водяное отопление функционирует за счет передвижения теплоносителя по системе. Сейчас мы рассмотрим существующие виды циркуляции воды, имеющие принципиальные отличия, которые необходимо учитывать при выборе схемы.
Естественная (гравитационная)
В данном случае процесс обогрева заключается в разных плотностях горячего и холодного теплоносителя.
Подогретая жидкость теряет свою плотность и уменьшается в весе, поэтому выталкивается вверх, протекая по трубопроводу. Отдав тепло и снизив температуру, вода становится плотнее, опускается вниз и уходит обратно в котел.
К достоинствам естественной системы водяного отопления можно отнести ее автономность, так как она не нуждается в электричестве, и очень простую конструкцию.
Если говорить о недостатках, то здесь потребуется внушительное количество труб с большим диаметром, иначе процесс гравитации будет нарушен, а современные радиаторы с небольшим сечением просто не смогут состыковаться с магистралью. Также при монтаже трубопровода необходимо обеспечивать уклон от 2°, что будет способствовать корректной работе системы.
Принудительная
Перетекание воды по трубопроводу происходит при помощи циркуляционного насоса. Избыточная масса теплоносителя, которая образуется после нагрева, отводится в бачок расширения (в большинстве случаев закрытой конструкции), что предотвращает испарение жидкости.
Это правило особенно касается тех случаев, когда в качестве теплоносителя используются гликолевые составы. Давление в принудительных обогревательных системах обязательно контролируется при помощи манометра.
Преимущества такой системы водяного отопления весьма очевидны и заключаются в небольшом объеме теплоносителя при малом расходе труб, диаметр которых уступает предыдущему варианту.
Также здесь появляется возможность устанавливать желаемую температуру нагрева радиаторов, которые могут быть абсолютно любого типа. Недостатком является зависимость от подачи электроэнергии, без которой невозможна работа насоса.
Оборудование
Водяное отопление будет надежным и эффективным только в том случае, если все его детали правильно подобраны, а монтаж выполнен грамотно. В данном случае элементы системы должны взаимодействовать между собой и подходить друг к другу по типу.
Котел
Выбор основного отопительного прибора обусловлен топливом, которое будет использоваться для обогрева дома. По своему типу котлы бывают:
Самыми экономичными по праву считаются приборы, работающие на природном газе, однако они требуют проведения магистрали и постоянного контроля специальными службами.
Полной независимости от центральной энергосистемы можно добиться при помощи твердого или жидкого топлива, но придется смириться с заботами по заготовке и хранению энергоресурсов.
Электрический котел наименее востребован, так как он потребляет много энергии и, как следствие, тянет за собой большие расходы на отопление. В данном случае лучше устанавливать радиаторы, которые напрямую преобразовывают электричество в тепло.
Мощность агрегата выбирают согласно площади помещения, которое будет обогреваться при помощи системы водяного отопления. Подбор производят при усредненном соотношении 1 кВт:10 м², при этом высота стен должна быть не более 3 м. Также нужно брать во внимание степень теплоизоляции помещения, размер оконных рам и наличие сторонних точек потребления тепла.
Магистрали
Традиционные трубы для контура, легко поддающиеся коррозии, все чаще уступают место изделиям, у которых отсутствует такой существенный недостаток. На их смену пришли образцы из оцинкованных металлов и нержавеющей стали.
Самым надежным вариантом по праву считаются медные детали, устойчивые перед резким перепадом давления и температурных показателей. Они не ржавеют и легко прячутся в стену. Единственным их недостатком является высокая стоимость материала, который считается представителем премиум сегмента.
Трубы из металлопластика отличаются длительным сроком эксплуатации. Они обладают отличной прочностью, устойчивы к проявлениям коррозии, не накапливают осадки на внутренних стенках, их монтаж прост, а работы по установке проводятся быстро.
Недостатком является высокий коэффициент линейного расширения при температурных перепадах, что может привести к повреждению.
Разводка
Водяное отопление частного дома можно смонтировать по-разному, в зависимости от того, какие виды функций на него возлагаются. Существует две схемы:
Один контур
Первый тип рассчитан только на обогрев помещения. Он включает в себя одноконтурный котел с воздушной вытяжкой, однотрубную разводку и батареи с необходимым количеством секций.
Для обеспечения подачи горячей воды, которая используется в хозяйственных нуждах, можно устанавливать две такие конструкции одновременно. Так, одна из них будет отапливать дом, а вторая отвечать исключительно за ГВС. Это практичное решение, так как в теплое время года нет смысла обогревать жилище ради получения теплой воды для душа или кухни.
Данная конструкция очень проста в сборке и доступна по цене. Она подходит для домов с небольшой площадью (до 100 м²). Это и объясняет ее популярность среди владельцев небольших дач. Одноконтурное водяное отопление можно усовершенствовать путем установки циркуляционного насоса, регуляторов температуры на батареях и двухтрубной разводки.
Два контура
Такой принцип разводки предусматривает одновременную подачу горячей воды и обогрев площади. Подходит для домов, где живет не более 4 человек.
Стоит учитывать, что здесь подойдет водопроводная или умягченная вода. Жесткая жидкость из скважины может повредить оборудование системы, поэтому не может быть использована.
Тип системы
Ознакомившись со способами циркуляции теплоносителя по магистралям, стоит знать, что контур системы водяного отопления может быть однотрубным, двухтрубным и коллекторным. Рассмотрим все три варианта более подробно.
Одна труба
В данном случае вода последовательно передвигается от радиатора к радиатору, при этом по дороге теряя температуру, отчего каждая следующая батарея будет холоднее.
Это негативно сказывается на достижении комфортного климата в комнатах.
Две трубы
Для такой схемы характерно более качественное отопление помещений. Здесь предусмотрен монтаж двух труб, которые подведены к каждому радиатору. Одна из них снабжает батареи горячим теплоносителем, а вторая отводит остывшую воду обратно к котлу, таким образом, потери тепла будут минимальными.
Коллектор
Самый эффективный вариант, при котором обязательным элементом является коллектор, отдельно подводящий трубу с горячей водой к каждому обогревательному элементу. Другая труба возвращает остывший теплоноситель обратно.
Учитывая такую особенность можно проводить ремонт и устанавливать температуру каждого радиатора отдельно, не выводя из эксплуатации весь контур. К сожалению, здесь значительно увеличивается расход труб и возникает необходимость проведения работы по установке коллекторного шкафа.
Отличительные характеристики
Если проводить сравнение с воздушным и электрическим обогревом, то водяное отопление прочно заняло лидирующие позиции благодаря многим факторам. В первую очередь, это доступная цена на материалы, работу и эксплуатацию системы, включая оплату за потраченный энергоресурс, чем не могут похвастаться остальные виды обогрева домов.
Здесь мы можем отметить высокую теплоотдачу отопительных элементов, способствующую равномерному прогреванию комнат и установке комфортного климата. Также немаловажен тот факт, что теплоноситель можно подогревать при помощи любого вида топлива, что невозможно при электрическом обогреве.
Все работы по установке водяной системы легко выполняются своими руками и это тоже огромный плюс. С воздушными магистралями дела обстоят сложнее и, скорее всего, придется обращаться за помощью к специалистам.
Что такое водяное отопление
Водяное отопление – самый популярный способ отопления жилых, административно-общественных, производственных и других помещений. Что же такое водяное отопление, каков его принцип работы, устройство, достоинства и недостатки – на эти вопросы дает ответ материал предлагаемой вашему вниманию статьи.
Принцип работы водяного отопления
Работа комплекса водяного отопления основана на использовании теплофизических свойств воды – основного вида теплоносителя. Прежде всего это теплоемкость – она равна 4183 Дж/(кг град.) и превосходит теплоемкость воздуха более чем в 4 тысячи раз (теплоемкость воздуха при температуре от минус 50 до +120 0 С равна 1010 Дж/(кг град.). Другими важными свойствами воды являются несжимаемость, текучесть и химическая нейтральность.
Вода в системе водяного отопления выполняет роль теплоносителя – она транспортирует тепло, полученное в теплогенераторе, к приборам отопления. Приборы отопления нагреваются и передают тепло от своей поверхности воздуху отапливаемого помещения. Остывший теплоноситель возвращается к источнику тепла, где приобретает новую порцию теплоты и вновь направляется к отопительным устройствам. Режим движения теплоносителя имеет постоянный характер и реализуется принудительно (с помощью насоса) или естественным образом – за счет разницы плотностей холодной и горячей воды (только в частных домах небольшой площади).
Такова общая схема и принцип работы комплекса водяного отопления. Реализация процесса происходит посредством различного теплотехнического оборудования, общая схема включает в себя разные частные (локальные) схемы и их модификации.
Общая схема водяного отопления
В состав общей схемы водяного отопления входят следующие основные элементы:
Кроме того, в общую схему часто включают дополнительное оборудование и устройства – коллекторы, гидравлические разделители (гидрострелки), тепловые аккумуляторы (теплоаккумуляторы), комплексы водяных теплых полов, различные теплообменники и калориферы (для систем приточной вентиляции, бассейнов и так далее), водонагревательное оборудование (бойлеры косвенного нагрева).
По виду источника тепла водяные комплексы отопления делятся на 2 типа – централизованные и автономные (индивидуальные). Подача теплоносителя в сети отопления централизованного типа осуществляется по магистральным трубопроводам от промышленных установок большой мощности. Работа автономных систем основана на собственном теплогенераторе – котле. Котлы для индивидуального водяного отопления бывают следующих типов:
Котлы производятся в различных конфигурациях – напольные и настенные, с функцией ГВС, с встроенным оборудованием и без него, атмосферные и турбированные, с различными системами автоматики (электронными и механическими) и так далее. К источникам тепла для автономных систем можно отнести альтернативные генераторы энергии – тепловые насосы, ветровые генераторы, солнечные панели и коллекторы.
Приборы водяного отопления – один из базовых элементов схемы. Изделия производятся из различных металлов и сплавов, делятся на следующие категории:
Третий базовый элемент схемы – трубопроводы. Они являются «артериями» системы – по ним движется теплоноситель. Для монтажа комплексов водяного отопления используются трубопроводы из следующих материалов:
Трубопроводные системы имеют разные алгоритмы монтажа, отличаются стоимостью, сроком службы и техническими характеристиками.
Запорная и регулирующая арматура используется для отключения оборудования для профилактики и ремонта, управления величиной массового расхода теплоносителя через отдельные участки и устройства (отопительные приборы). Чаще всего для реализации этих задач используются шаровые краны, ручные и термостатические (автоматические) клапаны, термостатические смесители (для водяных теплых полов).
Предохранительная и специальная арматура систем отопления представлена сбросными клапанами, предназначенными для сброса избыточного давления, и воздухоотводчиками ручного или автоматического типа.
Расширительные баки (экспанзоматы) предназначены для приема излишков теплоносителя при тепловом расширении воды и бывают 2 типов – открытые (для систем с естественной циркуляцией) и закрытые мембранные – для закрытых схем отопления.
Циркуляционный насос – обязательный компонент схемы водяного отопления закрытого типа. Агрегат предназначен для принудительного движения теплоносителя по системе.
Дополнительные устройства предназначены для оптимизации работы схемы (только автономной), повышения общего КПД комплекса, снижения расхода теплоносителя. Гидравлические разделители устанавливают в системы с несколькими потребителями тепла, теплоаккумуляторы чаще всего используют в комплексах с твердотопливными и электрическими котлами. Подробнее об использовании теплоаккумуляторов вы можете прочитать в специальной публикации нашего портала.
Отдельные схемы водяного отопления
Общая схема водяного отопления имеет несколько отдельных составляющих. Они представляют собой блок-схемы прокладки трубопроводов и обвязки различного оборудования – отопительных приборов, котлов, дополнительных устройств.
Первая группа схем формируется в зависимости от вида циркуляции теплоносителя. По этому признаку выделяют следующие конфигурации систем водяного отопления:
Закрытая схема является самой распространенной и включает в себя циркуляционный насос, расширительный бак мембранного типа, предохранительные устройства. Здесь место расположения котла не регламентируется, трубопроводы прокладываются по различным схемам и имеют диаметр меньше, чем в открытой схеме – обычно от 15 до 32 мм. Схема является энергозависимой и функционирует только при наличии электроэнергии.
Комбинированная схема является конфигурацией открытой и включает в себя циркуляционный насос небольшой мощности – это положительно отражается на режиме циркуляции теплоносителя и повышает общий КПД. Подробнее об этой схеме водяного отопления можно прочитать здесь.
Вторая группа схем – схемы прокладки трубопроводов системы. Они бывают следующих типов:
Содержание схем характеризует варианты подключения отопительных приборов к трубопроводам системы. В однотрубной схеме приборы подключены последовательно, друг за другом, в двухтрубной – присоединены параллельно. Коллекторная схема является частным случаем двухтрубной – здесь радиаторы подключены к паре коллекторов и управление сосредоточено в одном узле. Комбинированная схема является гибридом основных, сочетает в себе все их показатели.
Третья группа схем отражает способы непосредственного подключения (обвязки) радиаторов к трубопроводам. При обвязке классических батарей реализуются следующие основные схемы:
Схемы обвязки радиаторов имеют разную степень реализации теплового потенциала отопительных приборов.
Строение схем обвязки котлов зависит от вида циркуляции теплоносителя, типа котла, наличия обязательных и дополнительных элементов. Подробнее об обвязке котлов отопления рассказано в отдельной статье нашего сайта.
Достоинства и недостатки водяного отопления
Водяное отопление является самым распространенным видом обогрева помещений любого назначения. Популярность комплекса обусловлена следующими достоинствами:
Вместе с этим системы водяного отопления имеют и некоторые недостатки:
Часть этих недостатков можно успешно нейтрализовать. Основное условие отсутствия эффекта завоздушивания и гидравлических ударов – соблюдение правил монтажа оборудования, правильный подбор диаметров и соблюдение нормативных уклонов трубопроводов, своевременное стравливание воздуха. Для борьбы с явлениями коррозии при монтаже систем применяют современные материалы – полимеры, нержавеющую сталь и медь – не подверженные коррозионному износу.
Сопоставление преимуществ и недостатков позволяет сделать однозначный вывод – водяное отопление является наиболее оптимальной конфигурацией комплекса обогрева помещений любого назначения, отличается высокой эффективностью, маневренностью в работе и управлении, длительным ресурсом эксплуатации.
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:
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:
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:
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:
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:
Основная формула для расчёта затрат тепловой энергии выглядит так:
Q = 1/R х (tв — tн) х S х (1+ ∑β). В которой:
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:
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:
У каждого вида свои плюсы и минусы. Например, чугунные медленно нагреваются, но и долго остывают.
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.
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:
Минусы:
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.