Подогрев воздуха в жилых строениях — обязательное условие комфорта. Знать, как устроена схема отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией теплоносителя, важно уже на этапе проектирования. Это поможет сэкономить денежные средства и провести надзор за строительной бригадой. Небольшие навыки строителя позволят реализовать систему обогрева самостоятельно.
Принципы построения
Двухтрубная система отопления
Схемы отопления в двухэтажных домах строятся на базе общих элементов конструкции.
В составе обязательно присутствуют:
- котёл-теплогенератор: электрический, газовый, на твёрдом или жидком топливе,
- теплообменники-радиаторы,
- система трубопроводов от котла к батареям,
- схема автоматики и защиты,
- расширительный бачок,
- теплоноситель,
- регулировочная аппаратура.
В современных газовых и электрических нагревателях автоматика и расширительный бачок встроены в конструкцию. Для твердотельных нагревателей делают защитную обвязку.
Элементы конструкции
Элементы отопительной системы
В продаже встречаются котлы, способные работать на двух видах топлива — в контуры газового или дровяного обогревателя в этом случае встроены электрические трубчатые нагреватели (ТЭНы).
Автоматика нагревателей позволяет перезапустить обогрев после отключения без участия пользователя или в ручном режиме. Схемы защиты своевременно отключают подачу энергоносителя при аварийных режимах работы (перегрев теплоносителя, превышение давления в системе). Обязательны такие устройства в газовых котлах. При отключении закрывается клапан и при возобновлении снабжения газ не поступит в помещения.
Трубопроводы выполняют из стальных, медных, металлопластиковых или полипропиленовых изделий. Последний вариант предпочтителен по затратам денег, экономит время на монтаж. Для сварки используют недорогие паяльники, стоимостью от 800 рублей. Фитинги, переходники с пластика на металлическую резьбу доступны по цене.
Расширительный бак — обязательный элемент системы отопления. При нагреве вода расширяется и излишки поступают в резервную ёмкость.
Если внутренняя часть устройства сообщается с воздухом, схему называют открытой. Если резиновая мембрана расширительного бачка не имеет соединения с воздухом, контуры будут закрытыми.
К прочности теплообменников в частном доме высоких требований не предъявляют. Максимальное давление в трубах не превышает 2 – 3 Атм. Такое давление выдерживают даже чисто алюминиевые радиаторы, которые могут разрушиться в системах централизованного отопления, где давление достигает 14 – 15 Атм.
Выбор теплоносителя
Антифриз в системе отопления защищает внутреннюю поверхность радиаторов
В качестве теплоносителя выбирают воду или специальный антифриз. Первый вариант менее затратный. Заполнение труб и радиаторов происходит через кран от водопровода. Вода в качестве теплоносителя оправдана в населённых пунктах с постоянной подачей энергоносителя (газа, электроэнергии). Если перебои частые и продолжительные — от воды отказываются. В случае отключения на длительный срок в морозы она замерзнет. Лёд разрушит трубопроводы, радиаторы.
Не заливают воду в систему отопления дач, которые посещают нечасто. Помимо прекращения подачи энергоносителей котёл может перестать греть воду по другим причинам. Если своевременно не перезапустить отопление, аварии неизбежны.
В летний период нельзя допускать опустошения системы — это приведёт к коррозии или окислению внутренней поверхности теплообменников.
Антифриз дорог, но не замерзает на морозе, минимальная температура указана на упаковке. Даже если антифриз охладить сильнее, он превращается в подобие рыхлого снега, что не приведёт к разрушению радиаторов и котла. Концентраты разбавляют водой в пропорциях согласно инструкции производителя.
При заполнении системы незамерзающими жидкостями используют специальные нагнетательные насосы. Это недостаток — устройство желательно иметь в личном пользовании. Вызывать мастера для заправки 200 – 300 гр. испарившейся или вытекшей жидкости материально затратно.
В рецепт антифриза входят антикоррозийные добавки, что сохранит внутреннюю поверхность труб, радиаторов, теплообменника котла.
Общий принцип работы
Схема работы любой системы отопления заключается в преобразовании энергии сгоревшего газа, твёрдого (жидкого) топлива или электричества в тепловую. По трубам нагретая вода (антифриз) поступает в радиаторы, где отдаёт тепло в пространство.
Гравитационная система
Уклон труб при естественной циркуляции в отопительной системе
В основе функционирования лежат законы физики. Если контуры предусматривают естественное движение воды, то такая схема называется гравитационной.
Сделать контур тёплого пола в гравитационных системах без применения дополнительных насосов крайне трудно. Перепад труб в полу на несколько миллиметров приводит к завоздушиванию и прекращению движения теплоносителя.
Плотность нагретого теплоносителя ниже, чем холодного. За счёт разности плотности вода/антифриз из котла по подающему стояку (диаметр 60 – 80 мм) поднимается вверх. В верхней части всей системы устанавливают расширительный бачок открытого или закрытого типа.
По периметру помещений второго этажа прокладывают верхний контур разводки. Трубу диаметром 40-50 мм монтируют с уклоном 2 -3 см на метр длины. В местах установки радиаторов в разводку вваривают трубы диаметром 16 – 25 мм. По ним жидкость стекает в радиаторы. Затем теплоноситель поступает в батареи на первом этаже.
На уровне котла или немного ниже по периметру здания прокладывают нижний контур (обратку), в который собирается охлаждённая вода.
Обустроить гравитационную схему без дополнительных нагнетательных насосов можно при высоте от котла до верхней разводящей трубы не более 6 -7 м. Это высота двухэтажного дома.
Схема находит применение в местах, где часто отключают электроэнергию, необходимую для работы насосов. Газовые котлы в этом случае оборудованы энергонезависимым приборами безопасности.
Эта же схема нужна для систем с котлами на твёрдом топливе. В случае отключения электричества циркуляция прекращается, а дрова/уголь продолжают нагревать воду. Остановить работу твердотопливного котла можно только быстро убрав горящее топливо, что крайне проблематично. Возникает повышенное давление, способное разрушить трубы и радиаторы.
Работа схем с принудительной циркуляцией
Ускорить движение теплоносителя можно с помощью циркуляционных насосов
Для принудительного движения теплоносителя используют циркуляционные насосы.
Насос врезают в месте соединения «обратки» и котла — здесь теплоноситель уже охлаждён и насос работает в щадящем режиме. На выходе из нагревателя температура теплоносителя достигает 80 – 100 градусов, что резко снижает ресурс оборудования. В котлах со встроенным насосом всё подключено по правильной схеме.
Схема движения воды работает по следующему алгоритму:
- После подачи питания включается насос и приводит в движение теплоноситель.
- Котёл нагревает воду/антифриз, а давление, создаваемое насосом, выдавливает теплоноситель в контуры.
- Горячая вода по трубам подаётся к радиаторам, где охлаждается, нагревает воздух и поступает в трубы «обратки».
- Процесс переходит в циклическое состояние.
Разработаны и на практике применяют отличные друг от друга схемы разводок, оптимально подходящие для разных условий эксплуатации.
По принципу подачи и сбора теплоносителя различают два вида конструкций: одно- и двухтрубные. В первом случае система похожа на гравитационную. По подающей трубе горячий теплоноситель подаётся в радиаторам. Вторая труба собирает охлаждённую воду и возвращает её в котёл. Именно этот вариант используют при замене старых котлов без насосов на новые автоматические модели. Схему трубопроводов в этом случае не меняют. Теплоноситель по стояку насосом подаётся на второй этаж и далее стекает вниз.
Двухтрубные схемы
Разница между однотрубным и двухтрубным подключением
При обустройстве больших зданий используют именно двухтрубную схему. Радиаторы подключают параллельно. По расположению подающих труб различают схемы с верхней и нижней разводкой.
Схемы подключения радиаторов для верхней и нижней разводки указаны в технической документации. Неправильное подключение вызывает завоздушивание или низкий КПД устройства.
Преимущества двухтрубки:
- не требует сложных расчётов и подбора диаметров труб,
- независимая регулировка теплоотдачи каждого радиатора, что позволяет устанавливать температуру в каждом помещении и экономить энергоресурсы,
- простая настройка и запуск в эксплуатацию,
- мощность насосов невелика,
- отсутствуют значимые потери давления в начале и конце контуров,
- температура теплоносителя примерно одинакова во всех радиаторах контура,
- перекрыв краны подачи и слива, батарею можно снять для замены или ремонта, не выключая всего отопления,
- минимальное гидравлическое сопротивление трубопроводов.
Недостатком считают повышенный расход труб (на подачу и обратку). Учитывая стоимость полипропиленовых труб, удобство в монтаже и ремонте, этим минусом можно пренебречь.
Популярные схемы разводки двухтрубных систем отопления: тупиковая и Тихельмана.
Схема со встречным движением теплоносителя тупиковая
Тупиковая схема носит другое название — со встречным движением теплоносителя. Схема разделена на участки. По трубе от котла до самой дальней батареи поступает нагретый теплоноситель, который по обратной трубе возвращается в котёл. Популярность придаёт простота понимания, но требуется грамотный расчёт и настройка системы. Чем дальше от котла, тем тоньше должны быть трубы. После запуска проводят регулировку каждого радиатора отсекающими вентилями. Неправильная регулировка может привести к тому. Что весь теплоноситель будет проходить через один радиатор, остальные останутся холодными.
Петля Тихельмана работает при попутном движении теплоносителя
Петля Тихельмана работает при попутном движении теплоносителя. Разводку проводят трубами одного диаметра. Давление и температура теплоносителя в каждом из радиаторов одинакова, что упрощает балансировку. Регуляторами можно точно установить температуру в каждой отдельно взятой комнате.
Требования к схеме:
- Длина контура до 35 м.
- На протяженных участках используют трубы больших диаметров (40 – 60 мм) и не устанавливают терморегуляторы, так как они становятся бесполезны.
- Периметр длиной свыше 30 м делят на несколько зон и монтируют лучевую разводку. Её же называют коллекторной. Стоимость большего количества труб компенсируется их меньшим диаметром. Для «питания» одного радиатора достаточно трубы 16 мм.
Каждый радиатор в таком варианте легко отрегулировать на нужную теплоотдачу.
Однотрубные схемы
При однотрубной схеме последние радиаторы не получают достаточно тепла
Схемы однотрубного отопления оптимальны для одно- и двухэтажных зданий с числом батарей отопления в одном контуре до 5. Большее количество потребует точной настройки. Разветвления могут снижать давление в трубах и некоторые радиаторы не получат достаточного для нагрева теплоносителя.
Схемы позволяют осуществить верхнее или нижнее подключение. Во втором случае трубопровод можно скрыть под полом. Учитывают, что это немного снизит теплоотдачу радиаторов, так часть энергии расходуется на обогрев стяжки.
Однотрубные варианты делают с открытым или закрытым расширительным бачком.
К недостаткам схемы относят трудности при замене радиаторов. Для сохранения работоспособности на место снятой батареи сразу необходимо устанавливать перемычку, иначе настройка системы будет нарушена. По этой же причине между входом и выходом теплообменника монтируют байпасы из труб меньшего диаметра.
Одной из популярных схем является «ленинградка». Для подключения используют диагональную (перекрёстную) или боковую (одностороннюю) схемы.
Выбирая радиаторы уточняют как выполнены выходы для подключения — для нижнего или бокового. При необходимости приобретают угловые переходники. Важно выполнить рекомендации производителя.
Этапы оборудования и эксплуатация
Для двухэтажного частного дома оптимальной схемой отопления является коллекторная
Если принято решение своими руками сделать схему отопления дома в два этажа, строго выполняют последовательность работ.
- Расчёт потребности в тепловой отдаче радиаторов по каждому отдельному помещению и общей мощности. Информация нужна для выбора котла и количества батарей. Учитывают расположение дверей и окон относительно сторон света, площадь и степень утепления пола, стен, перекрытия.
- Составление проекта — общего и поэтажного, согласование мест установки газового оборудования со снабжающей организацией. Выделение необходимой электрической мощности, если используется электричество.
- Выбор и покупка котла, труб, теплообменников, комплектующих для сборки единой системы.
- Разводка трубопроводов.
- Сборка единой схемы, опрессовка.
- Первый запуск и настройка, устранение течей.
При дальнейшей эксплуатации в рабочем режиме выполняют следующие виды работ:
- очистка всех комплектующих от пыли и грязи,
- своевременное устранение течей,
- развоздушивание радиаторов при снижении температуры отдельных устройств,
- проверка давления, своевременная доливка теплоносителя,
- поддержание уровня жидкости в системе в течение всего года в том числе в межтопочный период.
Знание возможных схем оборудования двухэтажного дома отоплением поможет сделать правильный выбор, проконтролировать ход монтажных работ и в дальнейшем правильно реагировать на возникшие неисправности.