Общие представления о том, как функционирует система отопления, являются важными для каждого человека. Они позволят оперативно обнаруживать различные неисправности и избежать неточностей в процессе установки и проектирования. В этой статье мы подробно рассмотрим, как работают водонагреватели и системы отопления в целом.
Отопление
Отопление представляет собой процесс обогрева помещений, который компенсирует тепловые потери и поддерживает комфортную температуру внутри помещения, соответствующую требованиям пользователей и условиям теплового комфорта.
Система отопления включает в себя комплекс технических устройств, выполняющих функции отопления. Это могут быть котлы, сетевые насосы, автоматические устройства для поддержания температуры в помещениях, радиаторы и другие компоненты.
Нагреватель в данной системе — это устройство, которое передает тепло от теплоносителя (например, воды или другого хладагента) к воздуху и конструкции помещений, которые необходимо отапливать.
Современные системы отопления отличаются от классических подходов к управлению. Вместо статического пуско-наладочного режима, это динамичные системы с тепловыми и гидравлическими функциями, которые изменяются в процессе эксплуатации. Они требуют автоматизации для мониторинга и быстрой реакции на изменения условий работы системы.
Например, изменение теплового режима может зависеть от термостата, который регулирует тепловой поток к радиаторам через модификацию гидравлического режима. Это может вызвать цепную реакцию в других системах, таких как отключение или сбой одного из термостатов, что, в свою очередь, может привести к отключению системы, поломке циркуляционного насоса или перегрузке системы подачи.
Классификация систем отопления также претерпела изменения, так как сейчас имеет смысл выделить новые функции, которые будут отличать термостатически управляемые системы от традиционных.
Классификация систем отопления
Системы отопления можно подразделить на несколько категорий:
- По типу источника нагрева: газовые, мазутные, электрические (включая кабельные и др.), дровяные, угольные, торфяные, пеллетные, солнечные, геотермальные.
- По типу теплоносителя: воздушные, водяные, паровые, комбинированные;
- По типу применяемых приборов: конвективные, лучистые, конвективно-лучистые;
- По виду циркуляции теплоносителя: системы с естественной и искусственной (механической, с использованием насосов) циркуляцией;
- По радиусу действия: местные и центральные;
- По режиму работы: постоянно работающие на протяжении отопительного периода и периодические (в том числе и аккумуляционные) системы;
- По гидравлическим режимам: с постоянным и изменяемым режимом;
- По ходу движения теплоносителя в магистральных трубопроводах: тупиковые и попутные;
- По способу разводки: с верхней, нижней, комбинированной, горизонтальной и вертикальной разводкой;
- По способу присоединения приборов: однотрубные, двухтрубные, трёхтрубные, четырёхтрубные, комбинированные.
Примечание: Все эти характеристики пересекаются между собой. Например, водяная система может быть «снизу вверх», а также тупиковой и с переменной гидравлической системой.
Как выбрать лучшую систему отопления?
Существует множество различных систем отопления, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Неподготовленному человеку порой сложно определиться и принять правильное решение при выборе. Для успешного выбора важно учесть несколько ключевых аспектов.
В первую очередь, нужно обратить внимание на доступность и стоимость топлива, которое будет использоваться в системе отопления. Этот фактор можно считать определяющим, так как он напрямую влияет на общие затраты на отопление. Независимо от личных предпочтений к той или иной системе, если топливо недоступно, нерегулярно поступает в регион или слишком дорого, стоит рассмотреть другие варианты. В противном случае, расходы на отопление вашего дома могут стать слишком высокими и неэффективными.
По статистическим данным, большинство владельцев частных домов останавливают свой выбор на системах отопления с жидким теплоносителем, так как это надежный, экономичный и практичный вариант.
Вторым аспектом является возможность комбинирования разных систем отопления. В определённых обстоятельствах, полезно иметь сочетание первичной и вспомогательной систем, тем самым гарантируя, что дом будет обеспечен теплом, даже в случае отключения электроэнергии.
Также это предоставляет возможность сэкономить деньги, применяя наиболее рентабельный метод отопления, доступный на данный момент.
Наконец, немаловажным является финансовый аспект. Нужно заранее определить, сколько средств потребитель готов потратить на покупку системы, её установку и регулярное обслуживание в будущем.
Особенности системы с жидким теплоносителем
Безусловно, системы отопления с жидким теплоносителем (например, с использованием воды или антифриза) являются наиболее популярными в нашей стране. Это объясняется их эффективностью и привычностью для многих пользователей. В центре такой системы находится замкнутый контур отопления, который включает в себя нагреватель и теплообменник. Процесс заключается в том, что жидкость проходит через теплообменник и нагревается до необходимых температур.
Далее теплоноситель циркулирует по трубам в обогреваемые помещения. Внутри помещений он проходит через радиаторы, где постепенно охлаждается и отдает свое тепло в окружающий воздух. Охлажденная жидкость возвращается в нагреватель, проходит через теплообменник, и цикл повторяется.
Несмотря на то, что эту систему обычно именуют водяным отоплением, это не совсем корректно, так как в качестве охлаждающей среды также могут использоваться различные составы, например, антифриз, который не замерзает в зимний период.
Мокрая отопительная система заключается в трубах, через которые циркулирует вода или антифриз, и радиаторах, установленных в помещениях.
Явным преимуществом данной системы является ее гибкость. Существует множество схем для достижения наиболее эффективной теплоотдачи в конкретных условиях.
В зависимости от реализации, различают нагрев воды под давлением и под действием силы тяжести. В первом случае для подачи теплоносителя используется насос, что позволяет создавать системы различной сложности и конфигурации. Второй вариант имеет свои ограничения, но полностью независим от внешних источников энергии.
Существует несколько решений, которые могут быть реализованы с помощью системы жидкостного отопления. Например, это двухтрубная система, в которой теплоноситель поступает через одну трубу и возвращается через другую.
Система может быть как однотрубной, так и двухтрубной. Однотрубная система очень простая и экономичная, но может быть недостаточно эффективной для обогрева больших домов. В то время как двухтрубная система, хоть и более сложная, позволяет обогревать здания любого размера. В зависимости от выбранного типа системы, потребуется различное оборудование для установки.
Ключевым элементом любой системы отопления является котел, тип которого сильно влияет на функциональные возможности всей системы. Рассмотрим наиболее распространенные варианты котлов.
Вариант #1 — использование газового оборудования
Газовый котел считается одним из самых экономических решений среди всех доступных систем отопления. Его принцип работы достаточно прост: газ попадает в камеру сгорания, где происходит его сгорание, и выделяемое тепло передается жидкому теплоносителю через теплообменник.
Существует множество моделей и, соответственно, разнообразие их характеристик. Наиболее безопасными и при этом эффективными являются котлы с турбокомпрессорами, которые не требуют обычной вытяжной системы, не забирают воздух из помещений и при этом показывают высокую эффективность.
Напольные версии газовых котлов являются наиболее мощными и подходят для обогрева многоэтажных домов любых размеров.
Открытые камерные котлы имеют низкую эффективность, требуют хорошей вентиляции и традиционного дымохода. В то же время, они совершенно независимы от электричества, а их стоимость может быть значительно ниже. Однако правильная установка и подключение таких приборов имеют критическое значение для безопасности.
К основным преимуществам отопления с применением газовых котлов можно отнести:
- Низкую стоимость топлива, которая увеличивается очень медленно;
- Высокую эффективность оборудования;
- Возможность полной автоматизации системы отопления;
- Чистоту в помещениях, так как в процессе сгорания образуется незначительное количество золы и сажи;
- Широкий ассортимент моделей газового оборудования, что позволяет выбрать подходящий вариант для любого типа жилья.
Воздушное отопление здания
Воздушное отопление — это еще один метод обогрева частного дома. Главной особенностью такой системы является то, что она не требует наличия теплоносителя в виде жидкости. Это связано с тем, что теплогенератор устроен так, что воздух проходит через него и нагревается до нужной температуры.
После этого теплообработанный воздух распределяется по специальным воздуховодам, которые могут иметь разнообразные формы и размеры, в отапливаемые помещения.
Воздухонагреватель подходит для обогрева как небольших, так и больших частных домов, создавая комфортный микроклимат в каждой комнате.
По законам конвекции нагретый воздух поднимается вверх, в то время как охлажденный воздух аккумулируется внизу и затем забирается для повторного нагрева. Цикл непрерывно повторяется.
Теплогенераторы в таких системах могут работать на различных видах топлива, что в свою очередь влияет на их производительность. Наиболее распространены газовые, электрические и твердотопливные обогреватели, чьи преимущества и недостатки аналогичны водонагревателям.
Циркуляция воздуха в здании может осуществляться различными методами. В идеале, это должен быть замкнутый контур, который осуществляется с подачей свежего воздуха извне. Однако если притока свежего воздуха нет, качество внутреннего воздуха будет оставлять желать лучшего.
К высшим преимуществам воздушного отопления стоит отнести отсутствие необходимости в теплоносителе, что позволяет сократить затраты на отопление. Кроме того, не требуется устанавливать сложные трубопроводы или радиаторы, что, безусловно, положительно сказывается на общей экономичности системы. Отсутствие рисков протечек и возможности замерзания отапливаемой системы также являются значительными плюсами. При этом котельная способна быстро достигать рабочей температуры: всего через полчаса после включения теплогенератора помещение ощутимо нагревается.
Использование газового отопления представляет собой одно из возможных решений для проекта системы, объединяющей отопление и кондиционирование воздуха в частном доме. Однако в реальных условиях такие системы используются довольно редко.
Еще одним важным преимуществом является возможность интеграции воздушного отопления с вентиляцией и системой кондиционирования, что открывает множество возможностей для создания комфортного внутреннего климата в здании.
Специальная система воздуховодов также может использоваться для кондиционирования воздуха летом. Использование дополнительных устройств позволяет не только нагревать, но и увлажнять, очищать и даже дезинфицировать воздух.
Системы воздушного отопления обладают высокой степенью автоматизации. «Интеллектуальная система управления» освобождает владельца дома от необходимости постоянно контролировать работу устройств, оптимизируя режим работы для достижения максимальной экономичности системы. Воздухонагреватель отличается простотой в установке и длительным сроком службы — в среднем около 25 лет.
Воздухоотводы могут быть установлены на этапе строительства здания и интегрированы с кровельным покрытием. Однако такие системы требуют наличия высоких потолков.
Положительным моментом является отсутствие труб и радиаторов, что предоставляет простор для дизайнерских решений в интерьере. Цена на такую систему доступна большинству владельцев домов, и простота установки делает её популярной.
Тем не менее, воздушное отопление имеет свои недостатки. В частности, это значительная разница температур между верхней и нижней частями помещения, которая в среднем может достигать 10°C, а в помещениях с высокими потолками даже 20°C. Это означает, что в холодный период года потребуется значительно больше мощности для обогрева.
Отопительная система с естественной циркуляцией
Эта система считается одной из самых простых в реализации, хотя также требует основательного подхода.
Процесс нагрева теплоносителя в котле вызывает снижение плотности воды. Она поднимается вверх по трубопроводу, известному как стояк. Затем горячая вода попадает в расширительный сосуд, где ее объем значительно увеличивается. После этого она направляется в горизонтальные трубопроводы. Когда жидкость попадает в радиаторы, происходит её остывание и возврат в котел для повторного нагрева.
Важно отметить, что вертикальные стояки должны быть большого диаметра, чтобы обеспечить необходимую движущую силу для циркуляции теплоносителя.
При проектировании такой системы отопления необходимо учитывать уклоны трубопроводов.
В частности, необходимо обеспечить уклон стояка к отопительному прибору, а также на возврат к котлу. При отсутствии уклонов система не сможет функционировать должным образом.
Система отопления с принудительной циркуляцией
Для реализации этой системы необходим циркуляционный насос. На рынке представлено множество различных моделей насосов, различающихся по производительности.
На диаграмме ниже можно увидеть, как теплоноситель circulates в котле. Насос подает воду по трубопроводам к радиаторам, каждый из которых оснащен клапанами, что позволяет устанавливать желаемую температуру. Современные клапаны могут быть как ручными, так и автоматическими.
Почти все радиаторы оборудованы специальными клапанами для удаления воздуха из системы. Принцип работы этой системы во многом схож с предыдущей. Охлажденная вода возвращается к котлу через трубопровод.
Для выбора подходящей системы отопления для вашего дома полезно разобраться с ее преимуществами и недостатками.
Преимущества и недостатки систем отопления
Вышеописанные системы имеют свои положительные и отрицательные стороны. Давайте рассмотрим их подробнее.
Плюсы отопительной системы с принудительной циркуляцией:
- Возможность автоматической настройки теплового потока.
- Возможность установки индивидуальной температуры в каждом помещении, которая автоматически поддерживается.
- Экономия топлива за счет оптимизации режима работы.
- Использование пластиковых труб, что снижает стоимость монтажа и затраты на материалы.
- Пластиковые трубы не портят визуальный вид интерьера, их можно прятать за стенами.
Недостатком системы с принудительной циркуляцией является зависимость от наличия электроснабжения, так как работа насоса осуществляется от электрической сети.
Преимущества системы отопления с естественной циркуляцией
У этой системы есть важно преимущество: она не зависит от источников электричества, так как не требует работы насоса.
Однако недостатками системы с естественной циркуляцией являются:
- Отсутствие автоматической регулировки температуры.
- Выше затраты на топливо.
- Необходимость в трубах большого диаметра, что увеличивает общую стоимость.
- Сложная эстетика из-за необходимости установки крупных труб.
- Ограниченная возможность использования бойлеров косвенного нагрева или водяных теплых полов.
Представленная информация поможет вам выбрать оптимальную систему отопления, как для своего дома, так и для других помещений.
Учимся на чужих ошибках
В этой части мы обсудим, как избежать эффективной работы системы и уменьшить вероятность распространённых ошибок:
- Проектирование схемы системы отопления должно осуществляться профессионалом. При этом важно, чтобы схема была известна не только сантехнику, но и владельцам помещения; она должна находиться в доступе у собственника.
- Неправильный выбор труб может привести к лишним затратам и поломкам в системе.
- Рекомендуется приобретать однородные детали по материалу, чтобы обеспечить схожесть теплофизических свойств. Если используются разнородные материалы, их соединение следует делать с помощью защитных узлов или прокладок.
- Оборудование должно устанавливаться с соблюдением всех требований; это значит, что необходимо обеспечить к нему свободный доступ, защитить от перегрева и направленного потока. Неправильная установка газового оборудования может привести к серьёзным последствиям.
- Следует прислушаться к рекомендациям специалиста относительно установки воздушных клапанов, чтобы избежать возникновения воздушных пробок и проблем с отоплением.
- Безопасность должна иметь первостепенное значение при установке оборудования, которое будет использоваться в течение многих лет. Вместо того чтобы экономить на начальных затратах, лучше заранее учесть возможные будущие расходы на ремонт и возможные аварии.
- Не стоит приобретать котёл большей мощности, чем необходимо, так как это приведет к избыточному расходу газа и, соответственно, к дополнительным затратам. В среднем на каждые 10 квадратных метров жилья должно приходиться 1 кВт мощности. Например, для дома в 250 квадратов потребуется котел мощностью 25 кВт.
- Необходимо сократить теплоотдачу при отделке дома. Утеплите стены, чердаки и крышу, чтобы избежать потерь тепла.
Какой вариант лучше?
Чтобы определить, что лучше: открытая или закрытая система отопления, важно рассмотреть их основные различия.
Главное отличие между открытой и закрытой системами заключается в расположении расширительного бака. В открытой системе его нужно устанавливать на самой высокой точке здания, тогда как в закрытом исполнении расширительный бак можно разместить в любом месте, даже вровень с котлом.
В закрытой системе изоляция предотвращает поступление внешнего воздуха внутрь, что значительно увеличивает срок службы системы. Кроме того, в верхней части конструкции создается дополнительное давление, что снижает вероятность образования воздушных пробок в системе.
Открытая конструкция характеризуется большими диаметрами труб, что создает определенные неудобства. Трубопроводы должны укладываться под углом, обеспечивая оптимальную циркуляцию. Большие трубки иногда сложно скрыть, также следует учитывать необходимый наклон, высоту, сужения и изгибы, чтобы обеспечить правильную работу системы.
Закрытая отопительная система требует установку труб меньшего диаметра, что снижает стоимость строительства. Однако такие системы требуют правильной установки насоса — иначе он будет работать шумно и неэффективно.
В отличие от открытого отопления, закрытая система более долговечна и надежна, так как может поддерживать стабильное давление, которое можно регулировать. В качестве теплоносителя в замкнутом контуре может быть использован не только вода, но и антифриз. Кроме того, закрытая система проще в установке и быстрее вводится в эксплуатацию.
К другим преимуществам относятся возможность подключения дополнительных устройств, высокая эффективность, экономия ресурсов и отсутствие необходимости в постоянном контроле.
Конечно, есть и свои недостатки у закрытой системы. Например, требование к объему резервуара и источнику питания. Закрытая система может функционировать от других источников, но только в экстренных ситуациях и на короткий срок.
Открытая система характеризуется простой установкой, тишиной в работе и быстрой реакцией на поломки. Простой процесс отключения устройства без необходимости в электроснабжении — тоже её немалое преимущество. Она требует меньших расходов на установку и меньше затрачивает времени на монтаж.
Как выбрать?
В частном доме важно обеспечить безопасность, надежность, комфорт и эффективность системы отопления. Автономные системы отопления полностью соответствуют указанным требованиям.
На данный момент остается неясным, какая система отопления — открытая или закрытая — лучше подходит для той или иной ситуации.
- При анализе капитальных затрат становится очевидным, что закрытая система более затратна. Но не следует забывать об обилие влиятельных факторов необходимо учитывать множество дополнительных параметров.
- Для больших многоэтажных домов открытая система не подойдет, так как она не будет эффективно использоваться. В то время как для небольшого дома можно сэкономить, выбрав вариант с естественной циркуляцией и без дополнительных компонентов.
- В случае частых отключений электроэнергии или её полной отсутствия не стоит выбирать закрытые отопительные конструкции, так как они зависят от наличия электрического питания.
- Если основной целью является использование антифриза в системе, разумно остановить свой выбор на закрытых конструкциях. Но стоит учесть, что в таких системах всегда зафиксированы потенциальные утечки, и необходимо обеспечить хорошую герметичность соединений.
- Также важен бюджет, доступный для покупки и установки системы. Если он ограничен, лучше избегать более дорогих решений. В такой ситуации будет уместно рассмотреть открытые системы, которые могут со временем улучшаться.
- Эстетически открытая система отопления может не понравиться, так как большие трубы остаются на виду и зачастую их не удается скрыть от глаз под отделочными элементами.
- Для жилых пространств площадью от 50 до 100 квадратных метров рекомендуется использовать трубы диаметром минимум 40 миллиметров. При этом, чем больше площадь, тем больший диаметр труб потребуется. Трубы, подводящие тепло к радиаторам, должны иметь аналогичный диаметр стояка, тогда как подводящие трубы могут быть немного меньшего диаметра.
На сегодняшний день открытые системы отопления постепенно выходят из употребления. Многие считают данный вариант устаревшим, и находят его реализацию преимущественно в небольших дачных домах или загородных постройках. Тем не менее, существует современное
решение, в котором устанавливаются циркуляционные насосы — такие системы актуальны там, где температура охлаждающей жидкости наиболее низкая.
Полезные советы
Не имеет значения, какой тип отопления выбран — главное, чтобы система работала без сбоев. Как для закрытых, так и для открытых систем существуют определённые правила и рекомендации, которые следует учитывать.
Игнорирование этих рекомендаций может привести к преждевременным поломкам и неэффективности работы системы.
- Для открытых систем крайне важно сливать жидкость из системы в холодное время года, если отопление отключено. Это необходимо для предотвращения замерзания труб. Также рекомендуется утеплить расширительный сосуд, особенно если он находится под крышей. При монтаже трубопроводов такого типа следует минимизировать количество поворотов и соединений.
- При завершении установки закрытой системы её необходимо наполнить водой. Первый раз запросите инструкцию по заполнению. В конструкции обязательно должны быть установлены сливные краны и краны для наполнения водой; сливные краны должны располагаться в нижней части системы.
- Закрытая система должна поддерживать постоянное давление. Несмотря на герметичность, могут произойти утечки. Даже небольшие могут вызывать проблемы — например, при выгоне воздуха с использованием крана Маевского или в месте соединения. Со временем такие потери могут привести к сбоям в работе системы, поэтому их необходимо периодически контролировать и компенсировать.
- Если система небольшая, можно задействовать механический кран для заполнения водой, в то время как в более сложных системах лучше использовать автоматическую подпитку, которая самостоятельно будет добавлять жидкость в системе по мере необходимости.
- Завоздушивание системы — это неприятная проблема, но с ней можно справиться при помощи воздухоотводчиков. Такие устройства бывают автоматическими и ручными. Наиболее известным ручным решением является кран Маевского, обычно устанавливаемый на торце батареи.
- Автоматические воздухоотводчики более предпочтительны, так как они удаляют воздух в процессе работы системы. Такие устройства обычно устанавливаются в местах, где есть повороты или на самой высокой точке системы, что позволяет избежать скопления воздуха в критических точках.
- В закрытых системах можно использовать трубы меньшего диаметра. Однако не следует слишком экономить на материале, выбирая самый маленький диаметр. Чрезмерно узкие трубы могут привести к повышенному давлению, и если насос будет недостаточно мощным, он не сможет обеспечить необходимые параметры работы.
