Начиная с пещерного существования, человечество всегда стремилось создать максимально уютные условия для проживания. Вначале это были костры, затем появились очаги и печи, а позже началась эра водяного и парового отопления. Еще в Древнем Риме для обогрева использовали тепло печей, прокладывая дымоходы под полом дома. Такими системами отопления частных домов, с некоторыми нюансами в конструкции, до сих пор пользуются в азиатских странах — Китае и Корее.
- Экскурс в историю
- Водяные системы
- Открытая система
- Принцип действия
- Закрытая схема отопления
- Составляющие системы отопления
- Твердотопливные устройства
- Газовые агрегаты
- Электрические котлы
- Жидкотопливные котлы
- Одноконтурные котлы
- Двухконтурные устройства
- Виды горелок
- Насос для принудительной циркуляции теплоносителя
- Трубы для системы отопления
- Радиаторы
- Терморегулирующие устройства
- Бачок расширения
- Конструктивные особенности отопительной системы
- Заключение
Экскурс в историю
До появления водяного и парового отопления именитые дома и дворцы в России отапливались при помощи печей, расположенных в цокольных этажах. Нагретый воздух поступал в специальные воздуховоды, имеющиеся во всех жилых помещениях, тем самым обогревая пространство.
Остывшие массы воздуха выводились наружу, а новые порции холодного закачивались в котельные к пышущим жаром печам, чтобы, совершив очередной виток, выйти наружу. Таким методом обогревались Зимний Дворец, Грановитая палата и еще масса старинных особняков.
Шло время, и вместе с развитием цивилизации совершенствовались технологии. В 19 веке одновременно с появлением паровых машин стало внедряться водяное и паровое отопление зданий. Уже в 1816 году в Санкт-Петербурге существовали оранжереи, где комфортная температура поддерживалась за счет горячего водяного пара, проходящего по трубам.
Водяное отопление возникло в 1777 году благодаря французу Боннеману, который изобрел систему для обогрева инкубаторов. А в 1875 году в России появился первый дом с автономным отоплением. В качестве радиаторов в нем выступали пилястры, а вода нагревалась во вмонтированном в кухонную плиту нагревателе.
И система Боннемана, и система русского инженера Соболевского работала по принципу естественной циркуляции теплоносителя. И только в 20 веке с развитием электричества и появлением насосов отопление водой стало работать с принудительной циркуляцией.
Таким образом, все способы обогрева жилища можно свести к следующим системам:
- огневоздушной
- паровой
- водяной
Обратите внимание! В настоящее время отопление горячей водой является самым распространенным вариантом во всем мире по причине своей безопасности.
Водяные системы
Горячая вода может поступать в трубы и радиаторы естественным путем, то есть самотеком, или принудительным методом.
В первом случае это происходит благодаря уклону труб и разности давления, создаваемой горячей и холодной жидкостью. Во втором — при помощи водяного насоса, который проталкивает горячую воду к радиаторам, а остывшую — к отопительному котлу.
Система отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительных затрат на приобретение насосов, более проста в обслуживании и эксплуатации, а также надежна. Однако ее эффективность не всегда на высоте. И это зависит от правильного инженерного расчета при проектировании:
- от уклона магистрали
- правильности выполненных развязок
- количества радиаторов
- диаметра труб
- мощности отопительного котла
- объема обогреваемого помещения
Для движения теплоносителя с помощью насоса также необходимо делать соответствующие расчеты. Но принудительная циркуляция сама по себе более эффективна и экономна, а потому и более популярна.
Обогрев помещения при помощи горячей воды включает в себя два типа систем:
- закрытую
- открытую
Открытая система
Это самая распространенная схема устройства автономного отопления в частных домах небольшой площади. Здесь электричество может не потребоваться совсем, если:
- отопительный газовый котел старого образца, и розжиг производится дедовским методом — спичками
- используется твердотопливный агрегат
- Теплоноситель циркулирует естественным способом по физическим законам и без участия электрического насоса.
Суть схемы заключается в наличии:
- отопительного котла
- труб
- радиаторов
- расширительного бака
Принцип действия
Теплоноситель, нагретый до определенной температуры в теплообменнике, поступает по трубам в радиаторы. Здесь он охлаждается и по обратной трубе возвращается снова в котел, после чего весь цикл повторяется.
Горячая вода из отопительного агрегата выдавливается более холодной и самотеком распределяется по трубопроводу и радиаторам благодаря уклону горизонтальных труб. Содержащийся в теплоносителе воздух из-за своего более легкого веса поднимается вверх и уходит в расширительный бачок.
Он расположен на максимальной высоте над уровнем отопительного устройства. В индивидуальных домах чаще всего это чердачное помещение. Такой бачок необходим для отвода воздуха наружу. Кроме того, он поддерживает постоянное давление в отопительной системе. Горячая вода имеет свойство расширяться, поэтому её излишки также принимает бачок, а при остывании вода уходит назад в трубы.
Так работает схема открытой системы отопления.
Но при всей своей надежности и простоте она имеет некоторые недостатки:
- Она не может обогревать большие здания из-за естественной циркуляции теплоносителя — поскольку скорость его движения по трубопроводу невысока.
- Помещение долго прогревается вследствие низкого давления и времени, необходимого для нагрева воды в трубах.
- Существует риск замерзания воды в расширительном бачке, который, как правило, находится на холодном чердаке.
- В бачке вода контактирует с воздухом, который насыщает её. Результатом такого контакта может стать коррозия металлических частей отопительной системы.
Закрытая схема отопления
Такой способ отопления еще не получил большой популярности в нашей стране. Применяют его, в основном, при строительстве новых индивидуальных домов или при реконструкции старых. А также в многоквартирных домах при оборудовании их системами автономного отопления.
Чем она привлекательна? Прежде всего, возможностью устанавливать дополнительные элементы для обогрева жилых помещений, обеспечивая комфортное существование жильцов.
Суть схемы заключается в следующем. Теплоноситель циркулирует принудительным образом при помощи насоса, создавая тем самым давление в трубах на уровне 1-3 атмосфер.
Принцип работы такой системы ничем не отличается от открытой схемы отопления, но имеет множество преимуществ:
- возможность монтировать теплый пол
- установка водогрейного котла косвенного нагрева
- монтаж труб меньшего диаметра
- компактное размещение в одном помещении насоса и расширительного бачка, что исключает риск перемерзания последнего в зимний период и дополнительные расходы на утепление чердачного помещения
- вода не испаряется из расширительного бака, что позволяет отлучаться на длительное время из дома
- насос позволяет контролировать скорость движения теплоносителя, тем самым делая систему отопления более экономичной
- регулировка температуры в помещении осуществляется при помощи термостатических вентилей, расположенных непосредственно на радиаторах, или прибором контроля, установленным на приборной панели отопительного котла
Европейские потребители широко пользуются такой схемой для обогрева своих жилищ.
Составляющие системы отопления
Главным элементом системы является отопительный котел. Он может быть:
- твердотопливным
- газовым
- электрическим
- работающим на жидком топливе
Кроме отопительного агрегата в состав системы входят:
- трубы
- циркуляционный насос
- расширительный бачок
- радиаторы
- теплоноситель
- воздушный клапан и другие элементы
Отопительные котлы подразделяются:
- По месту расположения — на настенные или напольные.
- По конструкции дымоотводящего элемента.
- По виду топлива.
- По количеству контуров.
- По материалу, из которого сделан теплообменник.
Твердотопливные устройства
Агрегаты, работающие на твердом топливе, могут потреблять дрова, уголь или пеллеты. Используют их в том случае, если нет возможности подключиться к централизованному газоснабжению.
В качестве материала для теплообменника применяют сталь или чугун. Мощность таких котлов — от 12 до 50 кВт. Однако их КПД невысокий и составляет 30-70% в зависимости от используемого топлива. Большой ассортимент современных котлов позволяет выбрать устройство с оптимальными параметрами.
Газовые агрегаты
Газовые котлы сегодня вне конкуренции благодаря низкой стоимости голубого топлива. Из разнообразия моделей можно выбрать котел, работающий на природном или сжиженном газе.
Такие устройства отличаются высоким КПД, доходящим до 95 %, и подразделяются:
- По месту расположения — на стене или на полу.
- По виду горелки — надувная или атмосферная.
- По количеству контуров — одно- или двухконтурные.
- По виду материала, из которого изготовлены теплообменники — стальные или чугунные.
Электрические котлы
Если нет возможности использовать в качестве источника энергии газ, то для устройства системы отопления в частном доме часто используют агрегаты, работающие от электричества. Они нагревают теплоноситель при помощи нескольких встроенных в теплообменник ТЭНов.
Напряжение, потребляемое для нагрева воды, зависит от марки и конструкции котла и составляет 220 В или 380 В.
Однофазное напряжение (220 В) используется для котлов малой мощности. Трехфазное (380 В) — для более мощных устройств.
Некоторые производители выпускают агрегаты, в составе которых уже есть:
- циркуляционный насос
- расширительный бачок
- фильтр
- предохранительный клапан
Несмотря на относительно высокую стоимость электроэнергии, такие устройства обладают рядом преимуществ перед газовыми или другими видами отопительных котлов:
- высокая производительность — КПД, достигающий 95%
- бесшумная работа
- высокая степень экологичности, так как продуктов сгорания нет в принципе
- постоянная мощность, которая не зависит от температуры источника тепла
- простой и легкий монтаж
- поломка одного нагревательного элемента не останавливает работу всего отопительного устройства
- регулировка мощности котла производится плавно, что исключает резкие скачки напряжения в моменты выключения или включения устройства
Жидкотопливные котлы
Эти устройства используют в качестве источника тепла мазут или солярку. Устанавливают их, как правило, на полу.
Теплообменник в них может быть стальным или чугунным. Отличительной особенностью подобных устройств является то, что они могут работать как на жидком топливе, так и на природном или сжиженном газе. Для этого лишь производится замена горелки с атмосферной на надувную или наоборот. И делается это вместе с установкой автоматических приборов контроля.
Взаимозаменяемость горелок — факт, конечно, положительный. Но отрицательным моментом при использовании таких котлов является то, что для мазута или солярки требуется герметичное хранилище. Да и стоимость топливных материалов не отличается дешевизной.
Отсюда вывод — котел на жидком топливе может использоваться как временный вариант в ожидании подключения к магистральному газопроводу.
Одноконтурные котлы
Такие устройства предназначены только для отопления дома, и в подавляющем большинстве они напольные.
Есть, конечно, и котлы настенного типа. Их устанавливают в расчете на то, что рядом будет размещен бойлер.
Двухконтурные устройства
В таких котлах установлен второй теплообменник, который нагревает воду для хозяйственных нужд.
Обычно такие устройства имеют небольшие размеры, привлекательный дизайн и монтируются на стену ванной комнаты или кухонного помещения. Второй теплообменник, как правило, представляет собой водонагреватель проточного действия.
Принцип работы устройства заключается в автоматическом регулировании потока воды. Когда требуется горячая вода, открытие крана автоматически направляет воду в соответствующий теплообменник. А как только потребность в ней отпадает, и кран закрывается, водный поток идет в теплообменник для отопления. Все эти операции производятся с участием трехходового клапана на электромагнитном управлении.
И двухконтурные, и одноконтурные современные котлы оборудованы всеми атрибутами безопасности, включающими в себя:
- насос циркуляционного действия
- расширительный бачок
- предохранительный клапан
- термостат
- воздухоотвод автоматического действия
В результате использования всех дополнительных элементов автоматического контроля система отопления в частном доме отличается легкостью эксплуатации и высокой эффективностью.
Виды горелок
В современных котлах используется два типа горелок:
- атмосферные
- надувные (вентиляторные, дутьевые)
Вследствие этого подобные отопительные агрегаты называют атмосферными или турбированными. Причем каждый из них предполагает разные устройства отвода продуктов сгорания — коаксиальный дымоход или дымоходную трубу.
Принцип работы атмосферного котла состоит в следующем.
Для поддержания пламени воздух забирается из помещения, а отвод образующихся продуктов сгорания производится через специально устроенные дымоходы. Такая система работает практически бесшумно, и стоимость её на порядок ниже, чем у турбированных изделий.
Устройства с горелками вентиляторного типа (турбированные котлы) или, как их еще называют, с закрытой камерой сгорания, не требуют отдельного дымохода. Отвод продуктов сгорания в них производится естественным образом. Для этого достаточно пробить в стене или потолке небольшое отверстие и в него вставить коаксиальный дымоход. Он представлен двумя трубами, вмонтированными одна в другую. Через одну поступает свежий воздух, а через вторую отводятся газы и дым.
Эти устройства более безопасны по сравнению с котлами, где камера сгорания открыта. Кроме того, они имеют высокий КПД. Но у них есть один недостаток — шум от работающих вентиляторов.
Насос для принудительной циркуляции теплоносителя
Это устройство бывает двух видов:
- с мокрым ротором
- с сухим ротором
В насосе с мокрым ротором подшипники смазываются самим теплоносителем, циркулирующим в системе отопления, который к тому же еще и охлаждает насос.
Преимущества таких устройств состоят в том, что работают они практически бесшумно, не нуждаются в постоянном контроле и стоят недорого.
Насос с сухим ротором подразумевает расположение его вне теплоносителя. Его КПД значительно выше, чем у «мокрых» устройств. А отсюда и его высокая мощность, позволяющая перекачивать большие объемы воды.
Трубы для системы отопления
Для создания автономного отопления частного дома современный рынок предлагает различные по материалу трубы:
- стальные
- чугунные
- медные
- из нержавеющей стали
- полипропиленовые, металлопластиковые, поливинилхлоридные, полиэтиленовые и другие
Относительно чугуна и труб из нержавейки можно сказать, что применяют их крайне редко. Одни — из-за высокой стоимости, другие — из-за своего непривлекательного вида и тяжелого веса.
Стальные трубы тоже стали использовать реже, поскольку стоят они дороже, чем пластик, подвержены коррозии, отличаются сложностью монтажа, да и весят не так уж мало.
Обратите внимание! Возможно использование стальных труб, покрытых цинком. Он защищает их от коррозии, но в этом случае в качестве теплоносителя нельзя использовать антифриз.
Сейчас все чаще в частном домостроении применяют трубы из пластика, которые имеют массу преимуществ:
- низкую стоимость
- легкий и простой монтаж
- привлекательный внешний вид
- небольшой вес
- отсутствие коррозии
- долговечность
Из металлических труб медные имеют много положительных свойств. Но у них слишком высокая цена. Да и сложность монтажа не позволяет использовать их широко.
Радиаторы
В частном доме можно устанавливать радиаторы из разных материалов:
- чугуна
- алюминия
- биметаллических сплавов
- стали
Кроме материала радиаторы разделяют по конструкции на конвекторные, панельные и традиционные.
Привычные всем чугунные батареи не отличаются привлекательным внешним видом, имеют значительный вес и тяжело монтируются. Но наряду с этими недостатками они недорогие, прекрасно держат тепло и высокое давление в сети.
Приборы отопления из алюминия имеют более привлекательный внешний вид, также выдерживают высокое давление в системе отопления и отличаются хорошей теплоотдачей. Но их стоимость намного выше, чем чугунных. Кроме того, алюминиевые радиаторы подвержены коррозии, особенно, если контактируют с другими материалами.
Биметаллические приборы отопления сочетают в себе свойства алюминия и стали. Они отличаются:
- высокой теплоотдачей
- небольшим весом
- привлекательным дизайном
- при некоторых условиях — отсутствием коррозии
- способностью выдерживать высокое давление в системе
Однако стоимость их также довольно высока.
Радиаторы конвекторного типа представляют собой металлическую трубу, на которую смонтирована гармошка из тонкого металла — стали или алюминия. Горячая вода, проходя через трубу, нагревает «гармошку», и воздух становится теплым, циркулируя через многочисленные ребра.
Панельные радиаторы — это комбинация конвекторных и традиционных, которые могут подключаться к трубопроводу снизу или сбоку. При этом приборы с нижним подключением позволяют установить терморегуляторы, поддерживающие оптимальный температурный режим в помещении.
Терморегулирующие устройства
Приборы контроля и автоматической регулировки состоят из:
- термоголовки
- регулирующего крана
Принцип работы этого устройства заключается в следующем. При помощи термической головки выставляется требуемая температура в помещении. Если она повышается, то поступление горячей воды в прибор отопления снижается. При понижении температуры в комнате теплоноситель автоматически поступает в радиатор в нужном количестве.
Это достигается за счет специального состава в термоголовке, который при высокой температуре в помещении расширяется, перекрывая тем самым доступ воды в радиатор. И сжимается, открывая путь теплоносителю, когда температура в комнате падает.
Таким образом, в каждом помещении можно установить свой температурный режим.
Бачок расширения
Он может быть закрытым (мембранным) и открытым. Причем первый вариант имеет некоторые преимущества перед вторым. Это:
- Возможность располагать бак в непосредственной близости к котлу отопления, что исключает лишние работы по монтажу трубы на чердаке и полностью защищает теплоноситель от перемерзания.
- Закрытый бачок подразумевает отсутствие контакта теплоносителя с окружающим воздухом. А это играет положительную роль в долговечности всей системы, поскольку исключает возникновение коррозии.
- Возможность поддерживать высокое давление, что снижает риск воздушных пробок.
Конструктивные особенности отопительной системы
Мы рассмотрели практически все для отопления частного дома, все основные элементы отопительной системы, из которых она состоит. Теперь стоит обратить внимание на её устройство. Главное здесь — правильно сделать разводку к приборам отопления, то есть к радиаторам. Существует двухтрубное и однотрубное подключение.
Однотрубное подразумевает последовательный монтаж радиаторов в трубопровод. Недостаток такой разводки состоит в том, что последний прибор отопления на пути следования теплоносителя от котла оказывается более холодным, чем первый. Естественно, такая разводка дешевле, поскольку труб требуется в 2 раза меньше.
Двухтрубная система заключается в том, что к каждому прибору отопления подводятся 2 трубы — одна с горячей водой (прямая) и «обратка». При этом радиаторы могут подсоединяться как параллельно, так и лучевым способом. В каждом из них есть свои преимущества и недостатки.
Например, при лучевой схеме — это большой расход труб. Но она дает возможность легко регулировать температурный режим в каждом радиаторе.
Заключение
Мы постарались рассказать вам все о системе водяного отопления частного дома. Существуют еще способы обогрева инфракрасными приборами, системами теплого пола, а также конвекторный обогрев при помощи калориферов, работающих на электричестве.
Но всё это можно использовать как дополнение к основной отопительной схеме или для временного пользования. Ведь электричество как способ получения тепла — достаточно дорогое удовольствие.
Теперь, зная основные принципы устройства системы отопления, вы сможете сделать правильный выбор в пользу того или иного метода обогрева своего жилья.