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:
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.
Из чего состоит система водяного отопления
Чаще всего в наших домах используется система водяного отполения, т.е. та система, где в качестве теплоносителя используется простая вода. Мы привыкли к водяному отоплению и часто воспринимаем его как нечто обыденное, не требующее дополнительного внимания. Однако и при устройстве системы водяного отопления в доме существуют нюансы, которые необходимо знать каждому. Особенно в наш век, когда цена за тепло все время растет.
Источники тепла
Сердцем любой системы отопления является источник тепла. Источником тепла может служить ТЭЦ, обслуживающая целый район, либо котельная на один или несколько домов.
ТЭЦ поставляет в город перегретую воду с параметрами не подходящими для систем отопления здания. Поэтому «подгонка» параметров (температура и перепад давления) происходит в центральном тепловом пункте (ЦТП), обслуживающем группу зданий, или, при наличии такового, в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) здания. Отпуск тепла от ТЭЦ осуществляется по температурному графику, т.е. чем ниже температура воздуха на улице, тем более горячая вода должна поступать в систему отопления здания.
Подключение системы отопления к тепловым сетям может быть осуществлено по зависимой или независимой схеме. В случае подключения по зависимой схеме перегретая вода из теплосетей смешивается (в определённой пропорции) с обратной водой из системы отопления, тем самым получают воду с температурой пригодной для системы отопления. При таком подключении тепловые пункты могут быть оборудованы насосными смесительными установками или водоструйными элеваторами. При подключении по независимой схеме перегретая вода контактирует с водяным контуром системы отопления через стенки теплообменника (нет смешения воды). Для этого используются водоводяные теплообменники, а необходимый напор обеспечивает циркуляционный насос.
Если ваш дом не подключен к наружным тепловым сетям, обслуживающим группу построек, то скорее всего нужно будет установить котел требуемой мощности. Котёл может быть газовым, электрическим, работать на жидком или твёрдом топливе. Котёл также может работать совместно с солнечным элементом, расположенным, как правило, на кровле дома. Последнее, однако, напрямую зависит от климатических условий местности и технико-экономических обоснований. В России пока установки с использованием энергии солнца не получили широкого применения, но несмотря на это данное направление является перспективным в некоторых регионах нашей страны. Источником тепла может быть также тепловой насос.
Система трубопроводов
Для переноса тепла к помещениям дома используется система трубопроводов. Конструкция системы и её вид определяется на стадии проектирования. Система отопления может быть с естественной циркуляцией воды в трубах или с искусственной (насосной).
В системе с естественной циркуляцией движение воды в трубах происходит за счёт разницы плотностей воды в подающем трубопроводе и воды остывшей после прохождения отопительных приборов. Для такой системы необходим перепад высот между верхним уровнем системы и котлом. Для уменьшения потерь давления в системе отопления с естественной циркуляцией диаметры трубопроводов приходится делать достаточно большими. С естественной циркуляцией воды в трубах могут работать только небольшие системы отопления (например, в частном доме). Более надёжна и универсальна система с насосной циркуляцией. В ней напор давления, обеспечивающий движение воды в закрытом контуре, создаётся при помощи электрического циркуляционного насоса.
Трубопроводы системы отопления можно прокладывать в помещениях открытым способом или «спрятать» трубы, например, в стяжке водяного теплого пола. Существуют различные виды труб для использования в отоплении: металлические, металлопластиковые, пластиковые.
Стальные трубы способны выдерживать высокое давление и эксплуатироваться при высоких температурах (даже при перегретой воде). Цена стальных труб ниже, чем у металлопластиковых, пластиковых и медных. К недостаткам можно отнести большую удельную массу, возможность коррозии, трудоёмкость при монтаже, необходимость окраски при открытой прокладке.
Металлопластиковые трубы (PEX-AL-РЕХ) используются как в системе с отопительными приборами, так и для водяного тёплого пола. Благодаря более гладкой поверхности по сравнению со стальными трубами, данный вид труб имеет низкое гидравлическое сопротивление, т. е. потери давления при проходе теплоносителя по ним меньше, чем у стальных труб. Меньшие потери давления дают возможность использование циркуляционных насосов меньшей мощности. Металлопластиковые трубы можно без особых усилий изгибать руками, при этом они сохраняют свою новую форму. Стоимость таких труб выше стоимости стальных и полиэтиленовых (PEX) труб.
Максимальная температура при применении полиэтиленовых (РЕХ) труб обычно ниже, чем у металлопластиковых, поэтому их обычно применяют в системе водяного тёплого пола, в которой температура воды не превышает 40-50 о С. РЕХ трубы предназначены обычно для скрытой прокладки, т.к. существуют требования по исключению воздействия на них солнечных лучей в процессе эксплуатации. Трубы можно гнуть руками, при этом они не столь пластичны как металлопластиковые и через небольшое время вновь принимают первоначальную форму.
Медные трубы также, как металлопластиковые и полиэтиленовые, не подвержены коррозии и имеют низкое гидравлическое сопротивление. Медные трубы можно использовать как в системе отопления с отопительными приборами, так и в системе «теплый пол». Недостатком их можно считать высокую стоимость — выше, чем у любого из рассматриваемых видов труб.
Отопительные приборы
От котла по системе трубопроводов теплоноситель поступает в отопительный прибор конкретного помещения, где отдаёт количество теплоты необходимое для поддержания требуемой температуры воздуха. Современные приборы отопления имеют приятный внешний вид и хорошие теплотехнические характеристики. Устанавливают отопительный прибор чаще всего под окном или у наружной стены. Стоит напомнить, что при установке декоративных экранов у отопительного прибора, мощность последнего должна быть увеличена примерно на 10%.
Приборы отопления делятся на две большие группы: конвекторы и радиаторы. Конвектор при работе формирует более мощный поток восходящего тёплого воздуха (конвекция). К недостатку конвекторов можно отнести трудность очистки оребрения их теплообменников, на которых со временем оседает пыль.
В помещениях с большим (витринным) остеклением более эффективно использовать конвекторы, в том числе конвекторы, встраиваемые в конструкцию пола. Такие конвекторы могут быть конструктивно дополнены специальным вентилятором для создания более мощного потока нагретого воздуха вдоль остекления. На сегодняшний день существуют стальные и биметаллические конвекторы различных типоразмеров. Отличаются они также и по внешнему виду.
Радиаторы отдают значительную часть тепла тепловым излучением (радиацией), т.е. нагревают окружающие предметы, которые в свою очередь отдают тепло в помещение. Как правило радиаторы легче очистить от пыли, поэтому их применение рекомендовано для помещений с повышенными требованиями к чистоте воздуха (например в учреждениях здравоохранения).
На сегодняшний день основными радиаторами на рынке являются чугунные, алюминиевые, биметаллические, стальные трубчатые, стальные панельные и дизайн-радиаторы.
Чугунные радиаторы рассчитаны на относительно небольшое рабочее давление (обычно до 9 атм), имеют чуть меньшую теплоотдачу по сравнению с другими радиаторами, повышенную теплоемкость (медленно нагреваются и медленно остывают), высокую стойкость к коррозии, большой вес.
Алюминиевые радиаторы рассчитаны на рабочее давление до 20-25 атм, имеют высокую теплоотдачу, хорошую реакцию на изменение температуры теплоносителя при регулировании системы, коррозионостойкость сохраняется при уровне PH теплоносителя =7-8, легкий вес. При контакте с теплоносителем происходит выделение водорода внутри радиатора, поэтому необходимо предусмотреть мероприятия обеспечивающие своевременное удаление воздуха из системы отопления (например автоматические воздухоотводчики). Нельзя проверять наличие водорода огнем.
Биметаллические радиаторы рассчитаны на рабочее давление до 20-25 атм, имеют высокую теплоотдачу, хорошую реакцию на изменение температуры теплоносителя при регулировании системы, коррозионостойкость сохраняется при уровне PH теплоносителя 6-9. При применении биметаллических радиаторов отсутствует контакт теплоносителя с алюминием, т.к. вода движется по стальным трубкам внутри алюминиевого корпуса радиатора.
Стальные трубчатые радиаторы рассчитаны на рабочее давление до 10-12 атм, имеют приемлимую теплоотдачу, хорошую реакцию на изменение температуры теплоносителя при регулировании системы, коррозионостойкость зависит от количества растворенного кислорода в теплоносителе.
Стальные панельные радиаторы рассчитаны на рабочее давление до 9 атм, имеют высокую теплоотдачу, хорошую реакцию на изменение температуры теплоносителя при регулировании системы, коррозионостойкость зависит от количества растворенного кислорода в теплоносителе.
Дизайн-радиаторы по характеристикам сходны с трубчатыми и служат больше для обустройства интерьера, чем для основного отопления, хотя и эту функцию они выполняют.
конвектор, встроенный в конструкцию пола
чугунный радиатор
алюминиевый радиатор,
биметаллический радиатор
стальной трубчатый радиатор
стальные панельные радиаторы
дизайн-радиаторы
Терморегуляторы
Регулирование расхода горячей воды, проходящей через прибор отопления, удобно производить при помощи индивидуального терморегулятора. За последние годы индивидуальные терморегуляторы в системах отопления получили в России широкое применение.
Конструктивно терморегулятор состоит из двух частей: клапана терморегулятора и термостатической головки. Первоначально (как правило, на подающий трубопровод к прибору) устанавливают клапан терморегулятора. На клапан устанавливается термостатическая головка, в состав которой входит специальный газонаполненный сильфон. Пар в сильфоне принимает давление пропорциональное температуре окружающего воздуха. При повышении температуры воздуха давление пара увеличивается, гофры сильфона разжимаются и способствуют закрытию проходного сечения для прохода горячей воды в корпусе клапана. При снижении температуры воздуха в помещении ниже настроенного значения давление газа в сильфоне снижается, гофры его сжимаются, что ведёт к открытию проходного сечения в клапане.
По данным производителей применение терморегуляторов в системах отопления благодаря автоматическому регулированию позволяет сокращать расход тепла до 20%.
Для предотвращения воздействия на работу терморегулятора восходящего от трубопровода тепла, рекомендуется монтировать клапан таким образом, чтобы термостатическая головка находилась в горизонтальной плоскости. Кроме этого можно использовать терморегуляторы с выносным датчиком температуры (например, в случае, если отопительный прибор с терморегулятором расположен в нише, закрыт экраном или шторами).
Если установка терморегуляторов не предусматривалась в существующей системе отопления, то перед их установкой необходимо проконсультироваться у специалистов. Данная арматура имеет гидравлическое сопротивление в среднем 1м.вод.ст. (0,1атм.), поэтому следует уточнить хватит ли располагаемого напора в системе для нормальной работы отопления.
Можно сказать, что многообразие отопительных приборов с одной стороны облегчает их выбор, но с другой даёт повод для множества сравнений и, как следствие, сомнений в правильности сделанного выбора. Поэтому лучше всего обратится к специалистам, которые спроектируют систему отопления, ответят вам на ваши вопросы, подберут отопительные приборы в соответствии с техническими данными и вашими пожеланиями по их внешнему виду.
терморегулятор
Источник