Водяное отопление действует по удивительно простому принципу, в нем роль теплоносителя играет вода, иногда — антифриз. Вода нагревается в котле, циркулирует по замкнутому трубопроводному контуру и передает тепло радиаторам отопления или любым другим отопительным приборам. Циркуляция воды в системе отопления может быть естественная и принудительная. Кроме того, различают однотрубное и двухтрубное устройства водяного отопления.
Простейшая система водяного отопления работает по принципу естественной циркуляции теплоносителя. Разница в плотности горячей и холодной воды активизирует ее движение по системе трубопроводов: более легкая горячая вода поднимается по стояку к нагревательным приборам. Отдав тепло, охлажденная жидкость по обратному трубопроводу поступает в котел. Давление теплоносителя в охлаждаемых стояках всегда превышает уровень давления в главном стояке, подающем горячую воду. За счет разницы в уровне давления охлажденный теплоноситель при возвращении в котел вытесняет нагретую воду и обеспечивает ее непрерывную циркуляцию. Для нормального функционирования системы в режиме естественной циркуляции воды необходима разность температур на выходе из котла и входе в него в пределах 20–25 °C (к примеру, 85 и 60 °C). Кроме того, для поддержания в системе непрерывной циркуляции воды следует утеплять основной стояк.
Процесс циркуляции носителя можно ускорить за счет увеличения расстояния по высоте между отопительными приборами и котлом, но минимальное их удаление не может быть свыше 3 м.
Поэтому отопительное оборудование (котел) рекомендуется устанавливать в подвале, где обычно устраивают и топливохранилище. При таком варианте отопления можно обогреть дом, а при желании и соорудить теплицу на чердаке.
Надежная и недорогая система отопления собственного дома — это мечта любого домовладельца. В течение долгого времени тепло в частных домах создавалось печным отоплением, поскольку ничего надежнее печи человек пока не придумал.
При отсутствии подвального помещения котел устанавливают на цокольном этаже, что соответствует уровню отопительных приборов первого этажа дома. В этом случае рекомендуется поместить центр котла по вертикали чуть ниже осевой линии отопительных приборов, за счет «приямка» можно достичь нужного смещения в 15–20 см.
Система отопления, действующая по принципу естественной циркуляции воды, как правило, функционирует в пределах 15–30 м. Обычно именно на этой длине совершается падение давления воды, которое расходуется на преодоление внутрисистемного трения. Для его снижения рекомендуется применять в системе трубы большего диаметра, а отопительные приборы должны иметь широкие проходные отверстия.
Также система водяного отопления может быть с принудительной циркуляцией теплоносителя в замкнутом обогревательном контуре за счет работы небольшого насоса. Принудительная циркуляция позволяет увеличить скорость движения теплоносителя.
Конструктивно системы водяного отопления с естественной или искусственной циркуляцией подразделяют:
• на системы с верхней и нижней разводкой по месту прокладки подающей магистрали;
• однотрубные и двухтрубные по способу присоединения нагревательных приборов к подающим стоякам;
• на системы с вертикальными и горизонтальными стояками в зависимости от их расположения;
• на системы с тупиковой схемой и попутным движением воды в магистралях по схеме прокладки магистрали.
В частном доме можно установить системы отопления двух типов: однотрубные и двухтрубные, а также отопительные системы с применением коллекторов, радиаторов (батареи) и регистров. Каждая система имеет свои недостатки и достоинства.
Для того чтобы облегчить домовладельцам выбор предельно рациональной системы отопления, принята определенная классификация индивидуальных домов и коттеджей в зависимости от формы крыши и этажности:
• одноэтажные дома с подвалом или без подвала, но с крутой крышей, отнесены к типу А;
• одноэтажные дома с подвалом или без подвала, но с плоской крышей, отнесены к типу Б;
• многоэтажные дома (2 этажа и более) с плоской или крутой крышей, с обязательным подвалом отнесены к типу В.
Для одноэтажных домов типа А с крутой крышей допустимо применять только вертикальное централизованное водяное отопление, поскольку система с горизонтальной разводкой не способна обогреть чердачное помещение с круто падающей крышей. В таких домах с подвалом или без него желательно применять двухтрубную систему водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней или нижней разводкой. При наличии подвала и установке в нем котла, высота дымовой трубы должна достигать 10 м и больше. При отсутствии подвала котел полагается ставить на первом этаже, а систему выполнять только с верхней разводкой.
Для одноэтажных домов типа Б с плоской крышей с подвалом следует использовать систему с горизонтальной разводкой и установкой котла в подвале. Высота трубы таких домов обычно не превышает 4–6 м, поэтому топливо желательно применять жидкое. Газовый котел не принято ставить в подвале.
В домах типа Б, но без подвалов, также следует применять систему с горизонтальной разводкой. Поскольку котел устанавливают на первом этаже не заглубленный, то можно использовать газ или жидкое топливо.
В двухэтажных домах имеет смысл применять двухтрубную систему водяного отопления с вертикальными стояками с верхней или нижней разводкой. При использовании горизонтальной разводки невозможен обогрев всех помещений дома.
Системы отопления с верхней и нижней разводкой отличаются способом подачи теплоносителя, разницу между ними можно понять на примере двухэтажного дома с подвалом и чердачным помещением. При верхней разводке горячая вода поступает в расширительный бак, который установлен в чердачном помещении. Из бака она устремляется в различные стояки, поступая по ним к нагревательным приборам-радиаторам (рис. 1).
Рисунок 1. Верхнее распределение воды в двухтрубной системе водяного отопления с естественной циркуляцией: 1) котел; 2) главный (подающий) стояк; 3) трубопровод обратной воды; 4) расширительный бак; 5) радиатор отопления; 6) переливное устройство; 7) предохранительный трубопровод
При нижней разводке горячая вода непосредственно из котла поступает в стояки снизу, из подвала (рис. 2).
Рисунок 2. Нижнее распределение воды в двухтрубной системе водяного отопления с естественной циркуляцией: 1) главный подающий стояк; 2) трубопровод обратной воды; 3) котел; 4) расширительный бак; 5) радиатор отопления; 6) воздушная труба; 7) переливное устройство; 8) предохранительный трубопровод
Расширительный бак положено всегда устанавливать в самой высокой точке отопительной системы, т. е. в чердачном помещении. Тип разводки (верхний или нижний) на местоположении расширительного бака не никак отражается.
Печное отопление обладает двумя недостатками — это трудоемкость и сильный перепад температур. Печь можно заменить электрическим или газовым котлом, лишенными этих недостатков. Однако они имеют свои недостатки — прекращение выработки тепла при возможных перебоях в подаче энергии или газа.
Поскольку наиболее интенсивная циркуляция жидкости происходит при большом (около 3 м) перепаде высот между котлом и нагревательными приборами, поэтому все домовладельцы стремятся поместить котел в цокольном этаже или подвале. Однако в этом случае нельзя использовать газ для отопления котла — подводка газа в подвальные помещения категорически запрещена.
Если в одноэтажном доме отсутствует подвал, то котел системы отопления, использующей естественную циркуляцию жидкости, приходится располагать на уровне первого этажа, что позволяет применять газ для нагрева теплоносителя (рис. 3).
Рисунок 3. Система водяного отопления, где котел расположен на уровне первого этажа: 1) котел; 2) нагреватель; 3) сливной кран; 4) общая магистраль; 5) радиаторы отопления; 6) стояки; 7) разводящая магистраль; 8) расширительный бак; 9) главный стояк; 10) труба для перелива
Расширительный бак этой системы отопления установлен в самой высшей точке дома, вертикально над котлом. Примерный объем такого бака составляет 20–30 л, для его изготовления можно использовать кусок трубы диаметром 20–30 см. Для надежной и безопасной работы расширительный бак лучше снабдить поплавковым сигнализатором уровня.
В ходе проектирования водяного отопления в частном доме его владельцу приходится самостоятельно выбирать тип водонагревателя, число и тип нагревательных приборов, диаметры труб и т. п. По этим вопросам желательно получить грамотную консультацию специалистов. Также специалистам нужно поручить выполнение точного расчета всей отопительной системы дома, поскольку те таблицы и графики, которые приводятся в различных справочных изданиях, пригодны лишь для весьма приблизительных оценок.
Результаты расчетов во многом зависят от величины потерь тепла при отоплении помещений, эти величины очень индивидуальны. Ведь в каждом конкретном доме различная теплоизоляция стен, пола, потолка и других объектов, влияющих на потери тепла. Качество теплоизоляции может существенно изменить объем потерь.
Выбор системы отопления во многом зависит от типа самого дома, а также от возможности подведения газа и воды. В тех домах, где имеется подводка природного газа, специалисты рекомендуют использовать газовые водонагреватели различной мощности.
При отсутствии возможности подведения газа, если существует надежная линия подводки электроэнергии, можно использовать электронагреватели. Нагреватели тепловой мощностью от 7 кВт позволяют обогревать площадь от 60 м2 и больше, их можно использовать одновременно для отопления и горячего водоснабжения. Специалисты рекомендуют выбирать такую систему отопления, которая способна исправно работать и от электрического котла, и от обычной печи на твердом топливе при аварийном прекращении подачи электроэнергии. Желательно предусмотреть возможность работы системы одновременно от электрического котла и печи во время очень сильных морозов. Ведь надежная система должна при любых холодах уверенно отапливать требуемый объем помещений.
