Водяное отопление своими руками: все про водяные системы отопления

Если загородный дом активно эксплуатируется не только в дачный период, но и в холодное время года, создание в нем качественной отопительной системы – насущная потребность. В системах отопления могут быть использованы разные теплоносители: воздух, нагретый до 60°С, водяной пар при 130°С и вода температурой 105°С. Иногда воду может заменить антифриз. Тема этой статьи – системы водяного отопления.

Содержание статьи:

• Классификация систем водяного отопления
• Требования к работе водяного отопления
• Расчеты мощности оборудования
• Системы водяного отопления
  • Естественная и принудительная циркуляция
  • Системы с комбинированной циркуляцией
• Способы монтажа водяных отопительных систем
  • Однотрубная система отопления
  • Двухтрубная система и её разновидности
• Открытая и закрытая системы отопление
• Элементы отопительной системы
  • Выбираем подходящий котел
  • Какими бывают радиаторы отопления
  • Как не ошибиться с трубами
• Водяная система «Теплый пол»
• Плинтусная система отопления
• Дополнительные видео материалы

Классификация систем водяного отопления

В зависимости от расположения места выработки тепла, водные отопительные системы подразделяются на централизованные и местные.

В централизованном порядке теплом снабжают, например, многоквартирные дома, всевозможные учреждения, предприятия и другие объекты. В этом случае тепло вырабатывается в ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) или котельных, а затем доставляется потребителям с помощью трубопроводов.

Разные системы водяного отопления отличаются друг от друга типом разводки и способом присоединения приборов. Объединяет их вид теплоносителя, передающего тепло отопительным приборам

Местные (автономные) системы обеспечивают теплом, например, частные дома. Вырабатывается оно непосредственно на самих объектах теплоснабжения. Для этой цели используются печи или специальные агрегаты, работающие на электроэнергии, природном газе, жидких или твердых горючих материалах.

В зависимости от способа, которым обеспечивается перемещение водных масс, отопление может быть с принудительным (насосным) или естественным (гравитационным) движением теплоносителя. Системы с принудительной циркуляцией могут быть с кольцевыми схемами и со схемами первично-вторичных колец.

В соответствии с направлением перемещения воды в магистралях подающего и обратного типа, теплоснабжение может быть с попутным и тупиковым движением теплоносителя. В первом случае вода перемещается в магистралях в одном направлении, а во втором – в разных.

По направлению движения теплоносителя системы делятся на тупиковые и встречные. В первых поток нагретой воды направлен в сторону, обратную направлению остывшей. В попутных схемах движение нагретого и остывшего теплоносителя происходит в одном направлении (+)

Трубы отопления могут соединяться с отопительными приборами в разные схемы. Если отопительные приборы соединены последовательно, такая схема называется однотрубной, если параллельно – двухтрубной. Есть ещё и бифилярная схема, при которой сначала последовательно соединяются все первые половины приборов, а потом, для обеспечения обратного оттока воды, их вторые половины.

Расположение труб, соединяющих отопительные приборы, дало наименование разводке: различают её горизонтальную и вертикальную разновидность. По методу сборки выделяют коллекторные, тройниковые и смешанные трубопроводы.

Схемы систем отопления с верхней и нижней разводкой отличаются расположением подающей магистрали. В первом случае труба подачи прокладывается над приборами, принимающими от нее нагретый теплоноситель, во втором случае труба прокладывается ниже батарей (+)

В тех жилых зданиях, где нет подвалов, но зато имеется чердак, используются отопительные системы с верхней разводкой. В них подающая магистраль расположена выше отопительные приборов. Для строений с техническим подвалом и плоской крышей применяют отопление с нижней разводкой, при которой магистрали подачи и отвода воды находятся ниже приборов отопления.

Есть ещё и разводка с «опрокинутой» циркуляцией теплоносителя. В этом случае ниже приборов располагается обратная магистраль теплоснабжения.

По способу присоединения подающей магистрали к приборам отопления системы с верхней разводкой делятся на схемы с двухсторонним, односторонним и опрокинутым движением теплоносителя

Требования к работе водяного отопления

При всем разнообразии систем водяного отопления, к их работе предъявляется ряд общих требований.

Они должны:

• равномерно прогревать весь воздух в помещениях;
• быть ремонтопригодными;
• не создавать сложности в процессе эксплуатации;
• иметь увязку с вентиляционными системами;
• регулироваться.

Общим является и сам принцип работы системы отопления: воду нагревают, после чего она циркулирует по трубопроводу и отдаёт полученное тепло, согревая помещения.

Теплоносителем в зимнее время может служить незамерзающая жидкость — антифриз. Чтобы имеющийся в ее составе этиленгликоль не вызывал коррозию трубопроводов,

Расчеты мощности оборудования

Температура внутри помещений зависит от следующих факторов:

• от температуры воздуха вне здания;
• от толщины стен дома и качества его отдельных элементов;
• от способности материалов, из которых изготовлен дом, сохранять тепло.

Рассчитывая потребность вашего дома в тепле нужно учитывать все факторы, в том числе и потери тепла через окна и двери, стены и пол с потолком. Специальные нормы, необходимые в процессе расчетов, должны применяться с учетом климатических условий местности, в которой расположен жилой объект, и степени существующей теплоизоляции.

Общий смысл расчета заключается в том, чтобы вычислить совокупные теплопотери, соответствующие минимальной температуре воздуха в вашем регионе, чтобы приобрести оборудование, способное с избытком эти потери компенсировать

Наибольшие потери тепла происходят через наружные стены дома. С увеличением разницы температуры внутри дома и вне здания растут и теплопотери. Если учитывать материал, из которого возводились наружные стены, и толщину этих стен, то для внешней температуры воздуха в – 30°С, теплопотери будут различными и составят:

• Кирпичные с внутренней штукатуркой – 89 Вт/м? (в 2,5 кирпича), 104 Вт/м? (в 2 кирпича);
• Рубленные с внутренней обшивкой (250 мм) — 70 Вт/м?;
• Из бруса с внутренней обшивкой — 89 Вт/м? (180 мм), 101 Вт/м? (100 мм);
• Каркасные с керамзитом внутри (200 мм) – 71 Вт/м?;
• Пенобетонные с внутренней штукатуркой (200 мм) – 105 Вт/м?.

Впрочем, теплопотери происходят не только через наружные стены, но и через другие ограждающие конструкции. При тех же – 30°С они составят для:

• Деревянных перекрытий чердака — 35 Вт/м?;
• Деревянных перекрытий подвала – 26 Вт/м?;
• Двойных деревянных дверей без утепления – 234 Вт/м?;
• Окон с двойной рамой из дерева – 135 Вт/м?.

Чтобы рассчитать общие теплопотери здания, нужно рассчитать площадь всех ограждающих конструкций в квадратных метрах, умножить на норматив теплопотери по видам конструкций с учетом материалов, из которых они изготовлены, и суммировать полученные результаты.

Расчет следует делать, исходя из минимальной сезонной температуры конкретной местности. Потери тепла через стены рассчитываются по отдельности, т.к. необходимо учитывать площадь остекления и дверных проемов. Потери через перекрытия без люков на чердак или в подполье вычисляют для всей площади как для единых конструктивных элементов.

Котел отопления выбирают с учетом того, что его мощности должно хватить для компенсации теплопотерь с 20-30 процентным запасом.

Порядок расчета тепловой мощности оборудования, которое будет использоваться для монтажа системы отопления, приведен в видео ролике в заключительной части статьи.

Системы водяного отопления

При всех внешних отличиях и различных схемах подключения, основной принцип работы систем водяного отопления одинаков. Нагретый в котле теплоноситель транспортируется по трубопроводу в отопительные приборы. Остывая, вода передаёт окружающей среде тепло, после чего возвращается в то место, где она будет нагреваться. Этот цикл повторяется снова и снова.

Естественная и принудительная циркуляция

В частных домах используют следующие виды отопительных систем, которые следует внимательно рассмотреть:

• с естественной циркуляцией;
• с принудительной циркуляцией.

Горячая и холодная вода имеют разную плотность – на этом основан принцип естественной циркуляции водных масс. Верхние позиции такой системы занимает теплая вода, а нижние – холодная. Остывая, теплая вода перемещается вниз, а нагреваясь – вверх. Вторым фактором, который обеспечивает естественную циркуляцию водных масс, является наклон, под которым осуществляется монтаж труб.

Так графическим путем представлены источники возникновения циркуляционного напора. Во-первых, его появление обусловлено разными температурами воды, а, во-вторых, наклонным положением труб

Преимуществом естественной циркуляции является её полная независимость от энергоснабжения. Недостатков же у неё гораздо больше:

• небольшой радиус действия, не превышающий 30 м в горизонтальном измерении;
• длительный период достижения рабочих температур во всех точках системы при запуске после длительного перерыва;
• риск остановки работы из-за образования льда в открытом расширительном бачке.

Диаметр трубопровода должен быть достаточно велик по  причине низкого циркуляционного давления в контуре. Этот фактор влияет также на выбор батарей, потому что современные радиаторы обладают слишком узким сечением, которое создаёт дополнительное сопротивление, противодействующее циркуляции «самотёком».

Для того чтобы дополнительно стимулировать движение теплоносителя трубопровод сооружают с уклоном так, чтобы на 1 погонный метр приходилось в среднем 3 мм. Правильный монтаж труб под нужным углом – задача непростая, но без её решения система будет функционировать значительно медленней и эффективней.

Из-за того что теплоноситель последовательно перемещается по приборам в ближние к магистрали подачи батареи он поступает с более высокой температурой (+)

К дальним радиаторам гравитационных систем теплоноситель подтекает уже существенно остывшим. Чтобы сохранить температуру нагрева, следует использовать чугунные радиаторы. Чтобы сбалансировать разницу температур, у дальних батарей должно быть больше секций, чем у ближайших к котлу.

Принудительную циркуляцию обеспечивает насос. В схеме может присутствовать как один, так и несколько насосов. Использование нескольких насосов предпочтительнее: аварийное отключение одного из них не выведет из строя всё отопление. Теплоноситель циклично перемещается по замкнутому контуру, в который включен расширительный бачок, что исключает испарение воды.

Отличительной особенностью водяной системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя является присутствие в схеме насоса, который и способствует перемещению воды

Преимущества принудительной циркуляции таковы:

• для монтажа отопления понадобится больше труб, но меньшего диаметра;
• можно использовать радиаторы разных видов и теплопроводы с малыми диаметрами;
• температуру отопительных приборов легче регулировать;
• существенно расширен радиус действия благодаря искусственной стимуляции движения теплоносителя;
• возможность использования нагревательных агрегатов с повышенными характеристиками теплоносителя.

Минус принудительных систем заключается в зависимости от энергоснабжения. Для того чтобы избежать казусов с полным бездействием отопления, рекомендовано запастись дизельным или бензиновым генератором. Кроме того к недостаткам можно отнести:

• необходимость в точном расчете диаметра трубопровода, т.к. слишком узкие каналы резко повысят гидравлическое сопротивление, а при циркуляции по излишне широким трубам теплоноситель будет «шуметь»;
• немалая стоимость сооружения из за практически двойной протяженности трубопровода, включения в схему одного или двух циркуляционных насосов, при необходимости повысительного насоса;
• обязательное применение недешевых устройств для регулировки потока теплоносителя, его температуры и давления в системе.

Правильный выбор вида циркуляции зависит от индивидуальных особенностей и месте расположения строения, в котором будет монтироваться водяное отопление. Однако к схемам с естественным движением в последнее время стали все реже прибегать, используя их преимущественно в постройках для временного проживания. Чаще всего частные дома оборудуют системами с искусственным принуждением движения теплоносителя из-за существенно бoльших возможностей.

Системы с комбинированной циркуляцией

Комбинированная система может функционировать как в естественном, так и в принудительном режиме. Это значит, что при её монтаже необходимо, как и в случае с использованием естественной циркуляции, предусмотреть уклон труб на 3-5 мм на погонный метр, а также установку насоса, как для принудительной циркуляции. Обычно в такой схеме отопления присутствует твердотопливный котел.

В схему входят: 1- электрический котел, 2- твердотопливный котел, 3- насос. Эта схема комбинированной системы отопления, в которой помимо насоса присутствует наклонная система трубопроводов, а электрокотел дублируется твердотопливным, чтобы система могла работать и без электричества

Смысл применения комбинированной системы заключается в том, что она будет продолжать свою работу даже в случае отключения электроэнергии. А ведь внезапное прекращение работы отопления в зимний период грозит не только понижением температуры в помещении.

Элементы системы отопления могут просто выйти их строя, поскольку вода, расширяясь при замерзании, нарушит их герметичность.

Способы монтажа водяных отопительных систем

Рассмотрим две основных схемы монтажа отопительных систем.

Однотрубная система отопления

Конструкция трубопровода в однотрубном варианте характеризуется прямой последовательностью подведения теплоносителя к радиаторам. Теплоноситель заполняет и прогревает сначала первую батарею, затем следующую и так далее. От одной трубы к каждому радиатору подводится два патрубка: первый нужен для подачи теплоносителя, а второй – для отведения частично остывшей воды.

Однотрубная система отопления характеризуется последовательным подключением всех радиаторов, при котором теплоноситель, пройдя первый отопительный прибор, поступает в последующий

Особенность такой схемы состоит в относительно низком нагреве последней батареи по сравнению с первой, поскольку до неё вода «добирается», уже отдав часть своего тепла. Ещё одним минусом однотрубного варианта считается то, что прекратить подачу теплоносителя к одному конкретному радиатору, на случай него поломки, невозможно. Придется отключать всю систему.

Двухтрубная система и её разновидности

В двухтрубной схеме отопления, как уже понятно из названия, участвует не одна, а две трубы. При этом каждая из батарей одним патрубком присоединяется в магистрали, по которой подаётся теплоноситель, а вторым – к трубопроводу с обраткой. Получается, что для горячего и остывшего теплоносителя предусматриваются отдельные трубы.

В этой системе участвуют две трубы: по одной идёт горячая вода, поступающая в радиаторы через патрубки, а по второй из батарей вытекает остывший теплоноситель

Благодаря такой конструкции отопления вода во всех радиаторах имеет практически одинаковую температуру. Работу такой системы проще проконтролировать, отрегулировать и автоматизировать.

Двухтрубная система, в свою очередь, подразделяется на два вида:

• с верхней прокладкой подающей трубы, т.е. с верхней разводкой;
• с нижней прокладкой подающего трубопровода, т.е. с нижней разводкой.

Двухтрубные системы с верхней разводкой сооружают преимущественно в многоэтажных домах с чердачным помещением. Схемы с нижней разводкой в приоритете в частном малоэтажном строительстве, потому что позволяют по максимуму скрыть прокладку трубопровода и исключить или сократить число стояков.

Двухтрубную систему отопления для частного дома нередко выполняют по коллекторной схеме, хотя последняя может быть и однотрубной. Лучевое расположение участков трубопровода позволяет значительно снизить расходы на нагрев теплоносителя (+)

Сравнительная характеристика однотрубной и двухтрубной системы отопления дана в видео материале, который расположен в нижней части нашей статьи.

Открытая и закрытая системы отопление

Кроме уже рассмотренных нами видов водяных отопительных систем имеется разделение на открытую и закрытую конструкцию.

Открытая система отопления состоит из котла (используется любой, кроме электрического), трубопроводов, радиаторов отопления и расширительного бачка, в который поступают излишки воды при её расширении в процессе нагревания. Бачок не герметичен, вода из системы может испаряться, поэтому её уровень нужно контролировать и доливать при необходимости.

Для того чтобы открытая отопительная система с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя работала эффективней в зимний период подающий стояк рекомендовано утеплять. Эта мера исключит остывание теплоносителя и, как следствие, замедление его движения

Насос в открытой конструкции не применяется. Нагревательный котел располагается в её самой нижней точке, а расширительный бачок – в её верхней точке.

Закрытая конструкция герметична. В неё входят все те же элементы, что и в открытую. Но поскольку перемещение теплоносителя в ней происходит принудительно, обязательный список элементов дополнен циркуляционным насосом.

Расширительный бачок, входящий в состав закрытой конструкции, состоит из двух завальцованных частей, разделенных между собой диафрагмой. При возникновении излишка расширившейся жидкости в системе, она поступает в одну из камер бачка, продавливая диафрагму во вторую камеру, заполненную азотом или воздухом.

При расширении теплоносителя давление в системе повышается, часть бачка, наполненная водой, стремиться вытеснить и сжать газовую смесь. При превышении предельного значения давления в бачке срабатывает предохранительный клапан, сбрасывающий излишки теплоносителя.

Закрытая система отопления характеризуется принудительным перемещением теплоносителя и присутствием закрытого расширительного бачка с мембраной; эта система более сложная, чем открытая

Каждая из отопительных систем обладает собственными преимуществами и недостатками. Они отличаются рядом характеристик и подходят для различных объектов. Если нужно отопить небольшой частный домик или дачу, используют простую и надежную открытую конструкцию. Более сложная в монтаже и эксплуатации закрытая система чаще применяется в солидных коттеджах и в многоэтажных строениях.

Элементы отопительной системы

Поскольку мы собираемся монтировать водяное отопление в доме своими руками, нам необходимо иметь представление о составных элементах предполагаемой конструкции.

Выбираем подходящий котел

Котел – это сердце отопительной системы. Очень важно выбрать его правильно, поскольку именно от него во многом зависит надежность подачи тепла.

Отопительные котлы могут использоваться как по одному, так и парой, например, в дополнение к электрическому котлу в схему может быть введен твердотопливный, на случай отключения электричества

В зависимости от используемого в котле топлива различают следующие виды этих устройств:

• Газовые. Этот котел наиболее популярен у потребителей. Он легко монтируется, работает без лишнего шума. Газ стоит относительно недорого и вырабатывает при сгорании много тепла. Но для его использования нужно получить разрешение, заказать монтаж подводящей магистрали и организовать в котельной вытяжную вентиляцию.
• Электрические. Эти котлы наиболее безопасны. Место их установки не нужно дополнительно оборудовать. При их работе не образуется открытого пламени и продуктов горения, которыми можно было бы отравиться. Но коэффициент полезного действия этого устройства относительно невелик, электроэнергия стоит дорого, а энергоемкий котел требует наличия надежной электросети.
• Жидкотопливные. В отличие от газовых, эти котлы снабжены горелками особого вида. Для этого оборудования нужна специальная котельная. Жидкое топливо быстро загрязняет котел.
• Твердотопливные. В этих устройствах сгорают угольные брикеты и другие виды твердого топлива. Под эти котлы необходим специальный постамент.
• Дровяные. Если вы готовы заготавливать дрова на весь холодный сезон, то можно воспользоваться и дровяным котлом.

Наиболее надежным считаются комбинированные котлы, в которых могут быть использованы разные виды топлива. Недостаток у такого оборудования только один – такие котлы дорого стоят.

Какими бывают радиаторы отопления

Чтобы не разочароваться в результате выполненных работ, нужно ответственно подойти к выбору радиаторов. Ориентироваться при этом следует не столько на эстетические качества, сколько на технические характеристики батарей. А технические свойства во многом зависят от материала изготовления этих изделий.

Современные чугунные радиаторы могут выглядеть очень привлекательно, особенно если интерьер помещения в целом выдержан в одном с ними стиле

Радиаторы бывают:

• Стальными. Эти недорогие изделия слишком подверженные коррозии. Если летом, когда отопление не используется, воду из системы слить, срок службы стальных радиаторов может существенно сократиться.
• Алюминиевыми. Эти привлекательные на вид радиаторы прогреваются достаточно быстро. Отрицательно на них влияют только значительные перепады давления. В частных домах эта опасность им не грозит.
• Биметаллическими. Таким батареям от алюминия досталась стойкость к коррозии, а от стали – высокая теплоотдача.
• Чугунными. Эти изделия стоят дорого, но и прослужат очень долго. Нагреваются они долго, зато и остывают продолжительный период времени. Значительный вес чугунных изделий не является помехой при их эксплуатации, но может замедлить процесс монтажа.

Существуют новые модели радиаторов, на внутреннюю поверхность которых нанесено защитное покрытие. Стоят такие батареи немного дороже, но потраченные на них деньги окупаются слихвой.

Как не ошибиться с трубами

Для монтажа отопительной системы потребуется много труб. Каким из них отдать предпочтение?

При монтаже водяной отопительной системы может понадобиться достаточно много труб, поэтому нужно рассчитать целесообразность приобретения дорогостоящих изделий и ориентироваться на свои реальные возможности

• Металлические. Срок службы таких труб не слишком велик. Со временем изделия из металла могут проржаветь. Монтируются они с помощью резьбовых соединений.
• Медные. Это очень дорогостоящий материал, но расходы на него себя оправдывают. Такие трубы надежны и долговечны. Они хорошо переносят повышение температуры и давления. Для их монтажа используют пайку – серебросодержащий высокотемпературный припой.
• Полимерные. Это недорогой, но достаточно надежный материал, отличающийся устойчивостью к коррозии. Эти трубы может смонтировать даже непрофессионал. Прослужит же трубопровод из полимерных труб очень долго.
• Металлопластиковые. В составе этих труб алюминий и пластик. Трубопровод из них собирают на резьбовых или прессовых соединениях. В качестве побочного результата высокого коэффициента теплового расширения этих труб, они могут потрескаться при резкой смене температуры воды.

Всё, что мы рассказали вам выше, касалось радиаторного водяного. Но вода в качестве теплоносителя может быть использована и в других отопительных системах.

Водяная система «Теплый пол»

«Теплый пол» может как успешно дополнить радиаторное водяное отопление, так и стать единственным источником обогрева помещений, если речь идёт о малоэтажном доме. Огромным преимуществом «Теплого дома» является то, что эта система обеспечивает условия, полностью отвечающие санитарно-гигиеническим нормам помещения. По высоте помещения воздух прогрет неравномерно: в верхней части комнат он холоднее, а в нижней – теплее.

Теплый пол – замечательное изобретение, позволяющее прогреть помещение по высоте в полном соответствии с предъявляемыми к нему санитарно-гигиеническими нормами

Температура системы составляет всего 55°С, что отвечает номам проектирования. Монтаж труб «Теплого пола» осуществляется по всей площади пола каждого из помещений. Это довольно сложная работа, которая может быть качественно выполнена только на стадии строительства дома. Эксплуатация «Теплого дома» тоже вызывает ряд сложностей.

Плинтусная система отопления

Если монтаж «Теплого дома» затруднен, а радиаторы портят интерьер помещения, можно воспользоваться плинтусной отопительной системой.

При этом виде отопления монтаж труб осуществляется за плинтусом, то есть чуть выше уровня пола. При этом помещение, как и в случае с «Теплым полом» прогревается в правильной последовательности.

Благодаря плинтусному отоплению отпадает потребность ломать голову над тем, как вписать в интерьер загородного дома трубопроводы, коллекторы и радиаторы, чтобы они не бросались в глаза

Одновременно происходит нагрев пола, что создаёт благоприятные условия в любое время года. Отопление под плинтус становится всё более популярным и постепенно входит в моду.

Дополнительные видео материалы

Правильно выбрать систему водяного отопления, которая будет максимально эффективна именно для вашего дома, поможет этот видео ролик, в котором сравниваются двухтрубная и однотрубная конструкции:

Когда вы уже выбрали подходящую для вас схему монтажа и готовы приступить к созданию водяного отопления своими руками, вам нужно будет выполнить расчет тепловой мощности оборудования, применяемого при монтаже системы. Посмотрите это видео и расчет не вызовет у вас затруднений:

Дом, в котором вы собираетесь жить круглый год, нуждается в отоплении в холодный период. Чтобы условия проживания были комфортными, нужно выбрать систему водяного отопления, наиболее подходящую для ваших индивидуальных условий. Мы надеемся, что сведения, которые содержатся в этой статье, помогут вам сделать правильный выбор. Ведь качественное отопление – это не только комфорт и уют. Это ещё и обязательное условие для сохранения вашего здоровья.