Закрытая система отопления: схемы и особенности монтажа системы закрытого типа

Основная особенность, по которой закрытая система отопления отличается от открытой, это ее изолированность от воздействия окружающей среды. В такую схему обязательно включают циркуляционный насос. С его помощью осуществляется принудительная циркуляция теплоносителя. Схема лишена многих недостатков, присущих открытому контуру отопления.

Содержание статьи:

• Принцип работы системы закрытого типа
• Защита системы от воздуха
• Гидравлический расчет для закрытой системы
  • Подбор циркуляционного насоса
  • Как рассчитать расширительный бак
  • Критерии выбора бака
• Выбор вида схемы
  • Однотрубная система отопления
  • Монтаж двухтрубной системы отопления
• Видео-инструктаж по расчетам и устройству системы

Принцип работы системы закрытого типа

Температурные расширения в закрытой системе компенсируются путем применение мембранного расширительного бака, наполняемого водой во время нагрева.

При охлаждении, вода из бака снова уходит в систему, поддерживая тем самым постоянное давление в контуре.

Основным отличием системы отопления открытого типа от открытого аналога является наличие мембранного расширительного бачка. Его конструкция исключает прямой контакт теплоносителя с атмосферой, предотвращает испарение циркулирующей по контуру воды, сокращает образование отложений на внутренних стенках труб и приборов

Давление, создаваемое в закрытом отопительном контуре еще при монтаже, передается всей системе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно, поэтому эта система энергозависима. Без насоса не будет движения нагретой воды по трубам к приборам и обратно к генератору тепла.

Отопительный контур закрытого вида включает часть деталей, которые используют и в других типах систем

Основные элементы закрытого контура:

• котел;
• клапан воздуховыпускной;
• клапан термостатический;
• радиаторы;
• трубы;
• расширительный бак, не контактирующий с атмосферой;
• клапан балансировочный;
• шаровой вентиль;
• насос, фильтр;
• предохранительный клапан;
• манометр;
• фитинги, крепеж.

Если электроснабжение дома осуществляется бесперебойно, то закрытая система работает эффективно. Часто конструкцию дополняют «теплые полы», повышающие ее экономичность и теплоотдачу.

Насос для принудительной циркуляции монтируют непосредственно перед котлом на обратке. Обычно здесь размещают и бачок. Такое расположение позволяет не придерживаться определенного диаметра трубопровода, снизить затраты на приобретение материалов и не располагать трубопровод под уклоном, что упрощает монтаж. К насосу должна поступать жидкость с низкой температурой, иначе его эксплуатация невозможна.

Наиболее часто применяемые системы закрытого вида — водяные, хотя функцию теплоносителя могут выполнять и незамерзающие жидкости, пар, газы, обладающие необходимыми характеристиками

У этого варианта есть и один негативный нюанс — тогда как при постоянном уклоне отопление работает и при отсутствии электропитания, то при строго горизонтальном положении трубопровода закрытая система не работает. Компенсирует этот недостаток высокий КПД и ряд положительных моментов по сравнению с другими видами систем отопления.

Монтаж осуществляется относительно просто и возможен в помещении любой площади. Утеплять трубопровод не нужно, прогрев происходит очень быстро, если в контуре присутствует термостат, то температурный режим можно задавать. Когда система устроена правильно, то потерь теплоносителя, следовательно и причин для его пополнения не бывает.

Несомненным плюсом системы отопления закрытого типа является то, что разность температур на подаче и обратке позволяет повысить эксплуатационный срок котла. Трубопровод в закрытом контуре менее подвержен коррозии. Есть возможность закачать в контур антифриз вместо воды, когда отопление приходится отключать зимой на длительное время.

Защита системы от воздуха

Теоретически в закрытую систему отопления воздух не должен поступать, но по факту он там все-таки присутствует. Скопление его наблюдается в то время, когда трубы и батареи заполняют водой. Второй причиной может быть разгерметизация стыков. В результате появления воздушных пробок, теплоотдача системы снижается. Для борьбы с этим явлением в систему включают специальные клапаны и краны для спуска воздуха.

Если в системе не накапливается воздух, поплавок воздухоотводчика блокирует выпускной клапан. Когда в поплавковой камере накапливается воздушная пробка, поплавок прекращает держать выпускной клапан, благодаря чему воздух выходит за пределы устройства

Чтобы вероятность появления воздушных пробок свести к минимуму, необходимо соблюдать определенные правила при заполнении закрытой системы:

Подавать воду с нижней точки в верхнюю. Для этого следует проложить трубы так, чтобы вода и выделяющийся воздух двигались в одном направлении.

Оставить в открытом положении краны для отвода воздуха и в закрытом краны для спуска воды . Таким образом, при постепенном подъеме теплоносителя, воздух будет уходить через незамкнутые воздухоотводчики.

Закрыть воздухоотводящий кран, как только через него начнет бежать вода. Процесс плавно продолжать до полного заполнения контура теплоносителем.

Запустить насос.

Если в доме радиаторы алюминиевые, то на каждом воздухоотводчики нужны обязательно. Алюминий, контактируя с теплоносителем, провоцирует химическую реакцию, сопровождающуюся выделением кислорода. В частично биметаллических радиаторах проблема та же, но воздуха образуется значительно меньше.

Автоматический воздухоотводчик устанавливают в верхней точке. Объясняется это требование тем, что воздушные пузырьки в жидких веществах всегда устремляются по трубе вверх, где их и собирает устройство для отвода воздуха

В радиаторах на все 100% биметаллических теплоноситель с алюминием не контактируют, но профессионалы настаивают на присутствии воздухоотвода и в этом случае. Специфическую конструкцию панельных радиаторов из стали уже в процессе производства комплектуют клапанами для спуска воздуха. На старых чугунных радиаторах воздух удаляют при помощи шарового крана, другие приспособления здесь малоэффективны.

Критическими точками в контуре отопления являются перегибы труб и верхние точки системы, поэтому приспособления для отхода воздуха монтируют в этих местах. В закрытом контуре применяют краны Маевского или автоматические поплавковые клапаны, позволяющие осуществлять воздухоотвод без участия человека.

В корпусе этого прибора имеется полипропиленовый поплавок, соединенный через коромысло с золотником. По мере заполнения поплавковой камеры воздухом, поплавок опускается, а достигнув нижнего положения открывает клапан, через который воздух уходит. В освобожденный от газа объем, поступает вода, поплавок устремляется вверх и закрывает золотник. Чтобы внутрь последнего не попадал мусор, его накрывают защитным колпачком.

Корпус как ручного, так и автоматического воздухоотводчика изготовлен из качественного материала, не поддающегося коррозии. Чтобы удалить воздушную пробку конус поворачивают против часового хода, выпускают воздух до тех пор, пока не прекратится шипение

Есть модификации, где этот процесс проходит по-другому, но принцип тот же: поплавок в нижнем положении — происходит выпуск газа; поплавок поднят — клапан закрыт, воздух накапливается. Цикл повторяется автоматически и присутствия человека не требует.

Гидравлический расчет для закрытой системы

Чтобы не ошибиться с подбором труб по диаметру и мощности насоса, необходим гидравлический расчет системы. Эффективная работа всей системы невозможна без учета основных 4 моментов:

Определения количества теплоносителя, которое необходимо подать на отопительные приборы, чтобы обеспечить заданный тепловой баланс в доме независимо от температуры снаружи.

Максимального снижение эксплуатационных затрат.

Снижения до минимума финансовых вложений, зависящих от выбранного диаметра трубопровода.

Стабильной и бесшумной работы системы.

Решить эти задачи поможет гидравлический расчет, позволяющий подобрать оптимальные диаметры труб с учетом экономически оправданных скоростей течения теплоносителя, определиться с гидравлическими потерями давления на отдельных участках, увязать и сбалансировать ветви системы. Это сложный и трудоемкий, но необходимый этап проектирования.

Вычисления возможны при наличии теплотехнического расчета и после подбора радиаторов по мощности. Теплотехнический расчет должен содержать обоснованные данные об объемах тепловой энергии, нагрузках, теплопотерях. Если этих данных нет, то по площади комнаты принимают мощность радиатора, но результаты вычислений будут менее точными.

Трехмерная схема удобна в работе. Всем элементам на ней присваивают обозначения, в которые входит маркировка и номер по порядку

Начинают со схемы. Лучше выполнить ее в аксонометрической проекции и нанести все известные параметры. Расход теплоносителя определяют по формуле: G =860q/?t кг/ч., где q — мощность радиатора кВт, ?t — разность температур между обратной и подающей линией. Определив это значение, по таблицам Шевелевых определяют сечение труб.

Чтобы воспользоваться этими таблицами, результат вычислений нужно перевести в литры за секунду по формуле: GV = G /3600?. Здесь GV обозначает расход теплоносителя в л/сек, ? — плотность воды равная 0.983 кг/л при температуре 60 градусов С. Из таблиц можно просто подобрать сечение трубы, не выполняя полного расчета.

Таблицы Шевелевых значительно упрощают расчет. Здесь приведены значения диаметров пластмассовых и стальных труб, которые можно определить, зная скорость движения теплоносителя и его расход

Последовательность расчета легче понять на примере простой схемы, включающей котел и 10 радиаторов. Схему нужно разбить на участки, где сечение труб и расход теплоносителя — величины постоянные. Первый участок — это линия, идущая от котла до первого радиатора. Второй — отрезок между первым и вторым радиатором. Третий и последующие участки выделяют аналогично.

Температура от первого до последнего прибора постепенно снижается. Если на первом участке тепловая энергия равна 10 кВт, то при проходе первого радиатора теплоноситель отдает ему какое-то количество тепла и ушедшее тепло уменьшается на 1кВт и т.д.

Посчитать расход теплоносителя можно по формуле: Q=(3.6хQуч)/(сх(tr-to)). Здесь Qуч — тепловая нагрузка участка, с — удельная теплоемкость воды, имеющая постоянное значение — 4,2 кДж/кг х с., tr — температура горячего теплоносителя на входе, to — температура охлажденного теплоносителя на выходе.

Оптимальная скорость движения горячего теплоносителя по трубопроводу — от 0,2 до 0,7 м/с. При меньшем значении в системе появятся воздушные пробки. На этот параметр влияет материал изделия, шероховатость внутри трубы.

Как в открытом, так и в закрытом контурах отопления используют трубы из стали черной и нержавеющей, меди, полипропилена, полиэтилена разных модификаций, полибутилена и др. При скорости теплоносителя в рекомендуемых пределах, 0,2-0,7 м/с, в полимерном трубопроводе будут наблюдаться потери давления от 45 до 280 Па/м, а в стальных трубах — от 48 до 480 Па/м.

Внутренний диаметр труб на участке (dвн) определяют исходя из величины теплового потока и разности температур на входе и выходе (?tco=20 градусов С для 2-трубной схемы отопления) или расхода теплоносителя. Для этого есть специальная таблица:

По этой таблице, зная разность температур между входом и выходом, а также скорость потока, легко определить внутренний диаметр трубы

Чтобы выбрать контур, следует рассмотреть одно- и 2-трубную схемы отдельно. В первом случае рассчитывают стояк с наибольшим количеством оборудования, а во втором — нагруженный контур. Длину участка берут из плана, выполненного в масштабе.

Выполнение точного гидравлического расчета под силу только специалисту соответствующего профиля. Существуют специальные программы, позволяющие выполнить все вычисления, касающиеся тепловых и гидравлических характеристик, которыми можно воспользоваться при проектировании отопительной системы для своего дома.

Подбор циркуляционного насоса

Целью расчета является получение значения давления, которое должен развить насос для прогонки воды по системе. Для этого используют формулу: P = Rl + Z, в которой:

• P — это потери давления в трубопроводе в Па;
• R Па/м — удельное сопротивление трению;
• l — протяженность трубы на расчетном участке в м;
• Z — потери давления на «узких» участках в Па.

Упрощают эти расчеты те же таблицы Шевелевых, из которых можно найти значение сопротивления трению, только 1000i придется пересчитать по конкретной длине трубы. Так, если диаметр внутренний трубы равен 15 мм, длина участка 5 м, а 1000i = 28,8, то Rl = 28,8 х 5/1000 = 0,144 Бар. Найдя значения Rl для каждого участка, их суммируют.

Значение потери давления Z как для котла, так и для радиаторов есть в паспорте. На другие сопротивления специалисты советуют брать 20% от Rl с последующим суммированием результатов по отдельным участкам и умножением на коэффициент 1,3. В результате получится искомый напор насоса. Для одно- и 2-трубных систем расчет одинаков.

Насос устанавливают так, чтобы его вал занимал горизонтальную позицию, иначе не избежать образования воздушных пробок. Монтируют его на американках, чтобы, если будет необходимо, легко снять

В случае, когда насос подбирают по уже имеющемуся котлу, то применяют формулу: Q=N/(t2-t1), где N — мощность отопительного агрегата в Вт, t2 и t1 — температура теплоносителя при выходе из котла и на обратке соответственно.

Как рассчитать расширительный бак

Расчет сводится к определению величины, на которую увеличится объем теплоносителя в процессе его нагрева от средней комнатной температуры + 20 градусов С до рабочей — от 50 до 80 градусов. Вычисления эти непростые, но существует другой путь решения задачи: профессионалы советуют выбирать бак объемом равным 1/10 от общего количества жидкости в системе.

Расширительный бак — очень важный элемент системы. Излишки теплоносителя, принимаемые им в момент расширения последнего, спасают магистраль и краны от разрывания

Узнать эти данные можно из паспортов оборудования, где указана вместимость водяной рубашки котла и 1 секции радиатора. Затем вычисляют площадь сечения труб разных диаметров и умножают на соответствующую длину. Результаты суммируют, плюсуют к ним данные из паспортов и от итога берут 10%. Если вся система вмещает 200 л теплоносителя, то нужен расширительный бак объемом 20 л.

Критерии выбора бака

Изготавливают расширительные баки из стали. Внутри находится мембрана, делящая емкость на 2 отсека. Первый заполнен газом, а второй — теплоносителем. Когда температура повышается и вода устремляется из системы в бак, то под ее напором газ сжимается. Занять весь объем теплоноситель не может из-за присутствия в баке газа.

Оптимальное решение — выполнить монтаж расширительного бака в месте, где в системе меньше всего изгибов. Лучшее место для него — прямой участок перед насосом

Емкость расширительных баков бывает разной. Подбирают этот параметр таким образом, чтобы, когда давление в системе достигнет своего пика, вода не поднялась выше установленного уровня. В качестве защиты бака от перелива в конструкцию включен предохранительный клапан. Нормальное заполнение бака — от 60 до 30%.

Выбор вида схемы

При устройстве отопления в частном доме используют схемы двух видов: одно- и 2-трубную. Если сравнить их, то последняя является более эффективной. Их основное отличие в способах подсоединения радиаторов к трубопроводам. В двухтрубной системе обязательным элементом схемы отопления является индивидуальный стояк, по которому охладившийся теплоноситель возвращается в котел.

Монтаж однотрубной системы более простой и менее затратный в финансовом плане. Замкнутый контур этой системы объединяет в себе как подающий, так и обратный трубопровод.

Однотрубная система отопления

В одно и 2-этажных домах с небольшой площадью хорошо зарекомендовала себя схема однотрубного контура отопления закрытого типа, представляющая собой разводку 1 трубы и ряд радиаторов, подключенных к ней последовательно. Ее иногда в народе именуют «ленинградкой». Теплоноситель, отдавая тепло радиатору, возвращается в подающую трубу, а затем проходит через следующую батарею. Последние по счету радиаторы получают меньше тепла.

При монтаже однотрубной системы можно сделать 2 варианта движения теплоносителя — попутное и тупиковое. В первом случае систему можно сбалансировать, а во втором нет

Преимуществом такой схемы называют экономичный монтаж — материала и времени уходит меньше, чем на 2-трубную систему. В случае выхода со строя одного радиатора, остальные будут работать в нормальном режиме при использовании байпаса.

Возможности однотрубной схемы ограничены — ее нельзя запустить поэтапно, радиаторы прогреваются неравномерно, поэтому к последнему в цепочке нужно добавлять секции. Чтобы теплоноситель не так быстро остывал, приходится увеличивать диаметр труб. Рекомендуется подключать не более 5 радиаторов для каждого этажа.

Известны 2 типа системы: горизонтальная и вертикальная. В одноэтажном здании горизонтальный вид системы отопления прокладывают как над, так и под полом. Рекомендуют монтировать батареи на одном уровне, а горизонтальный подающий трубопровод под небольшим уклоном по ходу движения теплоносителя.

При вертикальной разводке вода от котла подымается вверх по центральному стояку, поступает в трубопровод, распределяется по отдельным стоякам, а из них — по радиаторам. Охлаждаясь, жидкость по тому же стояку опускается вниз, пройдя там через все приборы, оказывается в обратном трубопроводе, а из него насос перекачивает ее назад в котел.

Однотрубная вертикальная система включает главный стояк и еще ряд отдельных, расширительный бачок, подающий трубопровод, батареи, воздухосборник, обратный трубопровод, насос. Более часто применяется система со смещенными участками, где для регулировки нагрева радиаторов используют 3-ходовые краны

Выбрав закрытый тип системы отопления, монтаж выполняют в следующей последовательности:

Устанавливают котел. Чаще всего для него отводят место на цокольном или первом этаже дома.

Подсоединяют к входным и выходным патрубкам котла трубы, разводят их по периметру всех помещений. Соединения выбирают в зависимости от материала магистральных труб.

Устанавливают расширительный бак, размещая его в самой верхней точке. Одновременно с этим монтируют группу безопасности, подсоединяя ее к магистрали через тройник. Выполняют фиксацию вертикального основного стояка, подключают его к бачку.

Производят монтаж радиаторов с установкой кранов Маевского. Лучший вариант: байпас и 2 запорных клапана — один на входе, другой на выходе.

Выполняют установку насоса на участок, где в котел поступает остывший теплоноситель, предварительно установив перед местом его монтажа фильтр. Ротор располагают строго по горизонтали.

Некоторые мастера устанавливают насос с байпасом, чтобы не сливать воду из системы в случае ремонта или замены оборудования.

После монтажа всех элементов открывают вентиль, заполняют магистраль теплоносителем, удаляют воздух. Проверяют, настолько полно удален воздух, путем откручивания винта, находящегося на крышке корпуса насоса. Если из под него выделилась жидкость, значит, оборудование можно запускать, предварительно затянув, ранее открученный, центральный винт.

Монтаж двухтрубной системы отопления

Как и в случае с однотрубной системой, существует разводка горизонтальная и вертикальная, но здесь имеется как подающая, так и обратная магистраль. Все радиаторы нагреваются одинаково. Отличается один тип от другого тем, что в первом случае имеется единый стояк и к нему подключены все нагревательные приборы.

Двухтрубные схемы наиболее часто встречаются в многоэтажном строительстве, когда требуется, чтобы один котел эффективно обогрел все здание

Вертикальная схема предусматривает присоединение радиаторов к стояку, расположенному вертикально. Ее достоинство в том, что в многоэтажном доме каждый этаж подсоединяется к стояку индивидуально.

Особенностью двухтрубной схемы является присутствие труб, подведенных к каждой батарее: одной прямоточной и второй обратной. Для подключения отопительных приборов есть 2 схемы. Одна из них коллекторная, когда от коллекторов к батарее подходят 2 трубы. Схема отличается сложным монтажом, большим расходом материала, зато в каждом помещении можно регулировать температуру.

Вторая — параллельная схема проще. Стояки установлены по периметру дома, к ним подключены радиаторы. По всему этажу проходит лежак и стояки соединены с ним. Составляющими такой системы являются:

• котел;
• клапан предохранительный;
• манометр;
• воздушник автоматический;
• клапан термостатический;
• батареи;
• насос;
• фильтр;
• балансировочный прибор;
• бак;
• вентиль.

Прежде чем приступить к монтажу следует решить вопрос с видом энергоносителя. Дальше, устанавливают котел в отдельной котельной или в подвале. Главное, чтобы там обеспечивалась хорошая вентиляция. Устанавливают коллектор, если он предусмотрен проектом и насос. Рядом с котлом монтируют регулировочное и измерительное оборудование.

К каждому будущему радиатору подводят магистраль, затем устанавливают сами батареи. Навешивают отопительные приборы на специальные кронштейны таким образом, чтобы до пола оставалось сантиметров 10-12, а от стен 2-5 см. Снабжают запорными и регулирующими устройствами отверстия приборов на входе и выходе.

Процесс монтажа двухтрубной системы состоит из нескольких этапов. Первый из них — установка котла. К местам установки батарей сначала подводят трубы и только потом монтируют сами радиаторы

После монтажа всех узлов системы ее опрессовывают. Заниматься этим должны профессионалы потому, что только они могут выдать соответствующий документ.

Видео-инструктаж по расчетам и устройству системы

В этом видео-материале представлен пример подробного гидравлического расчета 2-трубной отопительной системы закрытого типа для 2-этажного дома в программе VALTEC.PRG:

Здесь детально рассказано об устройстве однотрубной системы отопления:

Выполнить монтаж закрытого варианта системы отопления самостоятельно возможно, но без консультаций специалистов не обойтись. Залог успеха — правильно выполненный проект и качественные материалы.