Расчет системы отопления (Часть 4 — Подбираем тип схемы)

Правильно спланированная сеть трубопроводов является технически сложной задачей при проектировании системы отопления. Для того чтобы грамотно решить вопрос разводки труб необходимо заранее определить тип системы отопления.

Классификация

1. Тип системы отопления по создаваемому перепаду:
   • Гравитационная система отопления (с естественной циркуляцией);
   • Насосная (механическая) система отопления с принудительной циркуляцией.
2. Схема подводки теплоносителя к отопительным приборам:
   • стандартная или тупиковая;
   • попутная;
   • лучевая или коллекторная.
3. По способу подачи и отвода теплоносителя:
   • однотрубная;
   • двухтрубная.
4. По способу монтажа трубопроводов:
   • открытой прокладки;
   • скрытого монтажа.
5. По типу используемого материала трубопроводов и соединительных фитингов:
   • Стальные трубопроводы;
   • Трубопроводы из меди;
   • Металлопластиковые трубы;
   • Полипропиленовые трубопроводы;

Типы систем отопления по создаваемому перепаду

Системы с естественной циркуляцией

Эти системы были распространены в недавнем прошлом, так как в то время на отопительном рынке отсутствовали современные материалы и высокоточное энергоэффективное оборудование. Принципом работы таких систем является движение теплоносителя от источника тепла (котла) к приборам отопления под воздействием естественных сил и из-за разности плотностей теплоносителя.

Главным достоинством таких систем является невысокая цена, долгий срок эксплуатации и энергонезависимость. Если в регионе строительства наиболее часты перебои с электроснабжением, то для защиты системы отопления от заморозки и для обеспечения стабильного отопления следует останавливать выбор на гравитационных системах. Гравитационные системы отопления являются саморегулирующими: при отсутствии потребности в тепле обратный теплоноситель имеет температуру и, следовательно, плотность, приближенную к подающему. Поэтому перепад становится меньше и циркуляция теплоносителя уменьшается.

К недостаткам таких систем относятся увеличенный диаметр трубопроводов, установка расширительного бака открытого типа в самой верхней точке системы (выделение для этого технического помещения), частое завоздушивание системы, невозможность регулировать теплоотдачу на радиаторах индивидуально и ограниченный радиус работы (по горизонтали не более 20-30 метров).

Принудительная (механическая) циркуляция

Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя всех этих недостатков лишены.

Диаметры трубопроводов гораздо меньше в силу того, что перепад в системе создает циркуляционный насос с необходимым перепадом давления. Трубопроводы могут использоваться практически из любых доступных материалов, а сфера их применения ограничивается только лишь температурным режимом системы и способом прокладки. Расширительные баки мембранного типа устанавливаются в любой точке системы (наиболее часто в котельной) и не требуют выделения специального помещения в доме. В силу того, что система отопления любой конфигурации при механической циркуляции легко поддается балансировке, то место установки котла и длину отопительных веток или колец можно выбирать без ограничений. От этого только будет зависеть мощность насосного оборудования.

Классификация по направлению движения теплоносителя

В зависимости от направления движения подающего и обратного теплоносителя относительно друг друга системы отопления проектируют трех наиболее распространенных схем: тупиковая, с попутным движением теплоносителя и коллекторная (лучевая).

Тупиковые схемы движения теплоносителя

В тупиковых (стандартных) системах отопления теплоносители движутся в противотоке, наиболее удаленная ветка радиаторов от котла имеет большее сопротивление, чем так которая находится ближе. Поэтому возможно возникновение ситуации, когда происходит неравномерный прогрев ближайших радиаторов. Для того чтобы этого избежать необходимо создать дополнительное сопротивление в более коротких циркуляционных кольцах, то есть установить балансировочную арматуру.

Попутные схемы движение теплоносителя

При попутном движении теплоносителя параллельно в подающей и обратной трубе системы отопления все циркуляционные кольца, то есть ветки с радиаторами, находятся в одинаковых условиях. То есть как трубопроводы, так и стояки или радиаторы гидравлически сбалансированы между собой. Однако такие системы наиболее металлоемки по сравнению со стандартными, а также требуют прокладки гораздо большей длины трубопроводов Это отражается, прежде всего, на стоимости системы и цене монтажных работ. Поэтому попутные схемы в жилищном строительстве применяются наиболее редко.

Коллекторные схемы отопления

Идеальным вариантом для коттеджного и жилищного строительства в целом является применение коллекторной схемы системы отопления.

Такая система представляет собой установленный на этаже или в котельной коллекторный шкаф, в котором кроме запорной и балансировочной арматуры устанавливаются коллектора с выходами либо на радиаторную ветку либо на каждый прибор отопления. Такая система также является гидравлически стабильной и легко поддающаяся регулировке отдельных самых удаленных веток или нагруженных по тепловой мощности. При планировании лучевой схемы системы отопления можно к каждому выходу коллектора подключать каждый радиатор в отдельности, а трубопроводы прокладывать скрытым способом. При этом отрезок трубопровода должен быть выполнен из цельного куска трубы.

Однотрубные или двухтрубные?

Однотрубные системы отопления получили свое распространение, прежде всего в многоэтажном строительстве, в старых центральных системах отопления, а также в системах с естественной циркуляцией. Несмотря на меньшую металлоемкость (длина трубопроводов) система сплошь и рядом состоит из недостатков:

• При последовательном движении теплоносителя первого радиатора к последующему происходит значительное падение температуры, поэтому поверхность теплоотдачи должна увеличиваться по мере удаленности от подачи горячей воды.
• Отсутствует возможность индивидуального регулирования теплоотдачи каждого радиатора.
• Наличие байпаса на радиаторах в целом усредняет температуру в стояке системы отопления, но также сохраняет невозможность регулирования.

Двухтрубные системы отопления являются самым распространенным вариантом и адаптируются практически под любую схему разводки трубопроводов по зданию (тупиковая, попутная или коллекторная). Подача тепла к радиаторам и отвод его осуществляется по разным трубопроводам. Система является более стабильной с гидравлической стороны и подлежит как качественному, так и количественному регулированию. См. раздел с классификацией систем отопления по направлению движения теплоносителя.

Способы монтажа

Трубопроводы систем отопления могут быть проложены открыто в помещении или замоноличены или скрыты в строительных конструкциях.

Открытым способом пользуются при прокладке трубопроводов неразветвленной сети отопления, в помещениях, где требования к дизайну минимальны. Как правило, этим способом укладываются стальные трубопроводы из-за их высокой предрасположенности к коррозии либо полимерные трубопроводы с разъемными соединениями.

Скрытый способ монтажа труб систем отопления является наиболее универсальным, так как современные материалы систем отопления позволяют широко применять на практике этот метод, а отсутствие видимой разводки труб, с точки зрения эстетичности, более привлекателен. Скрытым способом можно укладывать трубопроводы из металлопластика с пресс-соединениями (неразборными), полипропиленовые или медные. В случае укладки трубопроводов в конструкции стен или пола трубы обязательно должны быть заизолированы. Кроме основной задачи теплоизоляции снизить потери тепла это также позволит минимизировать агрессивное воздействие цементной и бетонной стяжки на верхнее полимерное покрытие труб, а также предотвратить механическое повреждение трубопроводов при застывании строительных смесей.

Материалы для трубопроводов

Современный рынок строительных материалов и разнообразие отопительной техники диктуют также новые решения в выборе материалов для систем отопления. От материала, из которых изготавливаются трубопроводы, зависит как длительность эксплуатации систем отопления, так и технические параметры приобретаемого оборудования (котлов, насосов, радиаторов).

Стальные трубопроводы систем отопления применяются достаточно давно в инженерных системах. Это вызвано тем, что на территории России приобрести такую трубу не составит никакого труда в самые короткие сроки, а цена систем из стальных труб является самой низкой. Стальные трубопроводы также устойчивы к высоким температурам, температурные деформации практически равны нулю, хорошо выносят гидравлические удары. Но при этом обладают низкой коррозионной устойчивостью, поэтому стальные трубы не рекомендуется укладывать в строительные конструкции, то есть нужно монтировать скрытым способом. Благодаря всем этим достоинствам и недостаткам сферой применения систем отопления из стальной трубы остается центральное теплоснабжение и многоэтажное бюджетное жилищное строительство.

Трубопроводы систем отопления из меди широко распространены в системах отопления премиум-класса, так как, не смотря на все достоинства меди, цена на такие трубопроводы является самой высокой среди аналогов. Медь обладает самой высокой прочностью и термостойкостью, выдерживает давления порядка 200-400 бар и высокую температуру до 300°С. Это позволяет использовать трубопроводы как в центральных системах отопления, где температура теплоносителя может быть порядка 150 °С, так и в технологических коммуникациях. Форма выпуска гибких медных трубопроводов небольших диаметров в бухтах позволяет выполнять достаточно быстрый и простой монтаж, укладывать трубы в строительные конструкции, предварительно заизолировав их. К недостаткам трубопроводов относятся подверженность трубопроводов к электрохимической коррозии и опасность разрушения от блуждающих токов. Поэтому использовать трубы системы отопления из меди в сочетании с алюминиевыми радиаторами категорически нельзя.

Металлопластиковые трубопроводы используются в независимых системах отопления, где температура теплоносителя не превышает 95 °С. Благодаря своему форм-фактору (труба поставляется гибкой в бухтах отрезками по 25 или 50 метров) такие трубопроводы удобно использовать как для напольного отопления, так и для скрытого монтажа. Благодаря низкой кислородопроницаемости металлопластик не подвержен коррозии. К недостаткам металлопластиковых труб можно отнести достаточно высокую стоимость соединительных фитингов.

Самым распространенным вариантом монтажа трубопроводов систем отопления является использование труб из полипропилена. Это самый недорогой материал, соединяемый между собой при помощи неразборных фитингов на пайке. Но следует помнить, что для высокотемпературных сред, в частности для систем отопления следует применять только полипропиленовые трубы с армируемым слоем. Такой вид труб выдерживает температуру не более 95 °С, имеет гладкую внутреннюю поверхность, а, следовательно, пониженное гидравлические сопротивление. К недостаткам полипропилена относят невысокую рабочую температуру, а также возможность деформации и разрушения химической структуры под воздействием солнечных лучей. Поэтому полипропиленовые трубопроводы, монтируемые открытым способом, должны быть покрыты слоем изоляции.

В рассматриваемом варианте жилого дома площадью 70 м2 в качестве примера систему отопления следует запроектировать с принудительной циркуляцией, из полипропиленовых трубопроводов и с установкой на каждом этаже распределительных коллекторов. Не смотря на то, что конструктивно напольные покрытия представляют собой уложенные деревянные лаги, трубопроводы системы отопления можно смонтировать скрытым способом, выполнив в лагах (сверху теплоизоляции) небольшие выпилы. В этих выемках можно уложить трубопроводы в дополнительной теплоизоляции, а к приборам отопления подсоединиться из пола.