Какая схема однотрубной системы отопления лучше – виды и особенности

Однотрубная схема водяного отопления довольно часто используется при организации индивидуального теплоснабжения частных домов. Это объясняется его простотой, надежностью и экономичностью.

Принцип работы водяного отопления

В основе работы системы отопления лежит непрерывная циркуляция среды, выполняющей роль теплоносителя. При движении по трубам от источника тепла (котла) к отопительным приборам и обратно выделяется тепловая энергия и происходит нагрев помещения. В качестве теплоносителя может использоваться не только вода, но и воздух, пар или антифриз (в нестандартных жилых помещениях). Однако наибольшее распространение получили водяные системы отопления.

При организации традиционного отопления используются физические явления и законы: тепловое расширение воды, конвекция и гравитация. После нагрева через котел теплоноситель расширяется, создавая давление в трубе. При этом среда теряет свою плотность и вес. Более тяжелая и плотная холодная вода выталкивает нагретые части вверх: этим объясняется исключительно вертикальное расположение подводящей трубы, выходящей из котла.

За счет создаваемого давления и конвекции теплоноситель циркулирует внутри батарей, постепенно отдавая им свое тепло. Этот обмен энергией приводит к нагреву помещения. Возвращающаяся вода обычно имеет низкую температуру: после этого цикл начинается снова.

Отопление, работающее за счет естественной циркуляции, еще называют гравитационно-гравитационным. Стабильная циркуляция жидкости обеспечивается углом наклона горизонтальных труб системы. Обычно это 2-3 мм на погонный метр. В результате нагрева теплоносителя в магистрали создается гидравлическое давление. Так как воду можно сжать, даже небольшое превышение нормы чревато серьезными последствиями. Чтобы этого избежать, любой отопительный контур оснащается специальным компенсационным устройством – расширительным баком.

Чем отличаются однотрубные и двухтрубные схемы

Водяное отопление может быть однотрубным и двухтрубным. Основное различие между ними касается способа коммутации тепловыделяющих радиаторов и подающей магистрали. Схема однотрубной системы отопления в виде замкнутого кольцевого контура. Отправной точкой укладки трубы является отопительный прибор. Для подключения к нему радиаторов используется последовательный способ. После последнего нагревателя труба возвращается в котел. Для системы с одной дорогой характерна простота компоновки. Комплектующих в этом случае немного, что позволяет существенно сэкономить на установке.

В двухтрубной схеме для перемещения хладагента используются две магистрали. С помощью одного из них горячий теплоноситель подается от нагревательного устройства к тепловыделяющим устройствам. Вторая труба подает охлажденную воду обратно в котел. Для смены батарей отопления используется параллельный способ: к каждой из них подается горячая жидкость непосредственно из подающей трубы. В результате все радиаторы в системе имеют примерно одинаковую температуру. Внутри радиатора охлаждающая жидкость высвобождает свою энергию. После этого в остывшем состоянии сбрасывается в обратную трубу.

Обустройство двухтрубной схемы подразумевает использование двойного количества комплектующих (фитингов, труб и фитингов). В этом случае сложные разветвленные конструкции могут применяться без проблем. Снижение затрат на отопление достигается индивидуальной регулировкой батарей. С помощью двухтрубной системы можно эффективно отапливать большие многоэтажные дома. Однотрубными системами практичнее оборудовать малоэтажные дома не более двух этажей площадью до 150 м². Это выгоднее как с эстетической, так и с экономической точки зрения.

Каким бывает однотрубное отопление

Любая система отопления состоит из следующих узлов:

• Отопительное устройство (котел). Это может быть твердотопливный, электрический, газовый и т.д.
• Теплопередающие устройства. Батареи или система теплого пола.
• Устройство для создания инерционности циркуляции хладагента. Это может быть разгонный участок дороги или водяной насос.
• Компенсатор избыточного давления хладагента в системе. Расширительный бак (открытый или закрытый).
• Трубы, фитинги и необходимые аксессуары.

Выбор схемы теплоснабжения напрямую зависит от типа используемых приборов.

Самотечные и принудительные системы

Движение теплоносителя по трубам отопления обеспечивается действием физических законов. В этом случае вода движется самопроизвольно: такая циркуляция называется естественной (самотечной). Второй вариант – принудительные контуры, где для перемещения теплоносителя используется циркуляционный насос.

Естественная циркуляция

Для обеспечения движения воды в самотечной системе потребуется ускорительная секция. Речь идет о вертикальном патрубке, отходящем от котла, внутри которого нагретый теплоноситель движется вверх. Достигнув высшей точки, труба плавно поворачивается назад: это придает воде необходимое ускорение для движения по дороге. Системы отопления с подвесной разводкой не нуждаются в обустройстве отдельного трубопровода – его функцию выполняет подающая труба, поднятая на достаточную высоту.

В одноэтажных домах с нижней горизонтальной разводкой для эффективного отопления потребуется ускорительный коллектор. Он должен возвышаться над уровнем первой батареи не менее чем на 1,5 м. Благодаря разгонному участку становится возможной циркуляция теплоносителя в самотечной системе отопления. Трубы на этом участке имеют большое поперечное сечение по сравнению с остальной частью контура. Например, если диаметр труб в системе 25-32 мм, то разгонный участок должен иметь диаметр 40 мм. Основными преимуществами самотечной системы являются ее абсолютная энергонезависимость (если используется твердотопливный котел), простота устройства и отсутствие сложных узлов.

Есть и недостатки:

1. Для минимизации гидравлического сопротивления необходимо использовать трубы большого диаметра.
2. Установка каких-либо устройств и приспособлений создает затруднение в движении теплоносителя, поэтому существуют определенные ограничения по количеству клапанов (чем меньше, тем лучше). В результате ремонт и обслуживание усложняются, так как требуют полного отключения системы и слива хладагента из контура.
3. Чтобы сделать гравитационную систему максимально надежной, потребуются тщательный расчет и балансировка. Это предполагает подбор оптимальных диаметров труб и количества секций радиатора. Самые дальние от котла батареи приходится делать на порядок шире — теплоноситель поступает в них достаточно охлажденным.

Принудительная циркуляция

Нивелирование почти всех этих недостатков достигается введением в систему циркуляционного насоса. В результате теплоноситель получает дополнительный наддув, благодаря которому эффективно преодолевает гидравлическое сопротивление трубопровода. Однотрубная разводка системы отопления в настоящее время является самым популярным решением в частных домах.

Местом установки насоса может быть любой участок дороги. Однако следует отметить, что при воздействии горячей воды на резиновые элементы (уплотнения) срок службы насоса заметно сокращается. Поэтому стараются установить прибор на обратку, ведь охлаждающая жидкость не ахти.Перед насосом надо врезать фильтр грубой очистки, чтобы предотвратить попадание в механизм различных загрязнений. При подключении всех приборов и устройств рекомендуется использовать запорную арматуру и байпасы. Это существенно упростит ремонтно-технические мероприятия на отдельных узлах: в этом случае нет необходимости останавливать всю систему и полностью сливать теплоноситель.

Сильные стороны контуров отопления с принудительной циркуляцией:

• Возможность использования более сложных ответвлений, что приводит к увеличению общей длины цепей.
• Диаметр труб не может быть увеличен. Благодаря насосу внутри системы создается достаточное давление для перемещения и равномерного распределения жидкости.
• Циркуляция имеет стабильную скорость. На этот показатель не влияет уровень нагрева охлаждающей жидкости и установка ускорительного коллектора.
• Устраивать углы наклона на горизонтальных участках трубопровода не нужно, потому что для стимуляции движения теплоносителя используется насос.
• На все батареи можно вставить устройства управления, обеспечивающие поддержание оптимального уровня нагрева, снижение энергопотребления и затрат на отопление.

Есть и недостатки:

• Потребность в электрической энергии.
• Шум работы насоса.
• Необходимость дополнительных капитальных вложений (по сравнению с самотечной схемой).

Нейтрализовать их обычно не составляет труда. Для поддержания стабильного электроснабжения устанавливается автономный электрогенератор. Зарекомендовали себя системы, предусматривающие возможность перехода на режим с естественной циркуляцией. Для снижения шума работающего насоса его обычно устанавливают в нежилых помещениях.

Системы открытого и закрытого типа

Для защиты контура отопления от чрезмерных скачков гидравлического давления используется расширительный бак. Он поглощает лишнюю воду при расширении и возвращает ее в охлажденном состоянии. Таким образом достигается восстановление баланса в системе. Расширительный бачок может быть открытым или закрытым, что влияет на внешний вид всей системы.

Открытый бак

Открытый расширительный бак представляет собой частично или полностью открытый бак, подключенный к контуру в самой высокой точке, сразу за котлом. Чтобы жидкость не переливалась через края емкости, ближе к верху имеется специальная труба – она служит для отвода лишней воды в канализацию или на улицу. При организации отопления одноэтажных зданий компенсационная емкость устанавливается в основном на чердаке. Чтобы зимой вода не замерзала, стенки бака также утепляют.

Такие системы отопления называются открытыми. Чаще всего речь идет об энергонезависимом или комбинированном отоплении. При этом теплоноситель вступает в непосредственный контакт с воздухом: это приводит к его естественному испарению и обогащению кислородом.

Открытые цепи характеризуются следующими недостатками:

1. Точное соблюдение уклонов (если используются гравитационные системы). Это позволит воздуху, просачивающемуся из труб, выйти через бак в атмосферу.
2. Необходимость постоянного контроля уровня воды в баке. Время от времени объем хладагента необходимо восполнять, так как часть его испаряется через открытый верх.
3. Не используйте антифризы, которые при испарении выделяют токсичные вещества.
4. Насыщение циркулирующей жидкости кислородом вызывает коррозионные процессы внутри радиаторов отопления из металлической стали.

Сильные стороны открытых систем:

1. Можно не проводить регулярные проверки уровня давления в трубопроводе.
2. Небольшие протечки в контуре не помешают вам нормально отапливать дом. Главное, чтобы в трубах было достаточно жидкости.
3. Для компенсации потерь теплоносителя допускается использовать простое ведро. Делается это простым добавлением воды в расширительный бачок до необходимого уровня.

Закрытый бак

Расширительный бак закрытого типа представляет собой прочную герметичную емкость, разделенную внутри гибкой мембраной. Одна часть накачивается воздухом, а вторая подключается к трубопроводу. Когда охлаждающая жидкость нагревается, ее объем увеличивается. В результате мембрана прогибается в сторону воздушной секции, выполняющей роль амортизатора. Водяное охлаждение приводит к снижению гидравлического давления. Благодаря сжатому воздуху система уравновешивается и возвращает лишнюю воду в линию.

Системы, оснащенные мембранным расширительным баком, называются закрытыми. Это герметичные замкнутые гидравлические контуры. Уравнительный бак может быть установлен в любом месте системы. Популярным местом установки является обратка рядом с котлом: это повышает удобство проведения обслуживания бака.

В закрытых системах отопления обычно присутствует небольшое избыточное давление, поэтому они должны быть оснащены группой безопасности. В комплект входят воздухоотводчик, манометр и предохранительный клапан для сброса хладагента в аварийном режиме. Эти устройства устанавливаются в подающей трубе, что позволяет отключать их для ремонта и технического обслуживания. В эстакадных трубах группу безопасности обычно размещают в самой высокой точке.

Подключение батареи на магистральный трубопровод

На уровень теплоотдачи от радиаторов влияет способ их подключения к электросети:

• Диагональ (крест). Этот вариант показывает наибольшую эффективность. Максимально дает возможность обогревать радиаторы по площади, практически исключая потери тепла. При этом подающий патрубок соединяется с верхним патрубком радиатора, а обратка – с нижним патрубком (он находится с противоположной стороны прибора). Диагональное подключение обязательно для многосекционных радиаторов.
• Сторона (одна сторона). Обеспечивает равномерный прогрев всех секций батареи. В такой схеме подающая и отводящая трубы расположены в одном направлении. Боковое подключение более популярно, когда отопление устроено с помощью воздушной разводки.
• Ниже. Наименее эффективный способ подключения. Несмотря на это, его часто используют, когда магистральная труба спрятана под полом. Впускные и выпускные патрубки подсоединяются к нижним отводам на разных сторонах батареи.

Эффективность системы с одной трубой

При разработке проекта монтажа однотрубной системы отопления необходимо учитывать множество факторов:

• Есть ли постоянный источник питания.
• Возможность выделения отдельного помещения (котельная) под оборудование.
• Сколько этажей в доме.
• Дизайнерские характеристики и эстетический уровень будущей системы.

Каждая отдельная ситуация характеризуется своим специфическим расположением оборудования и способами коммутации. Помещения небольшой площади (например, загородный дом) практичнее оборудовать простой самотечной схемой с последовательным включением радиаторов непосредственно в магистральную трубу. При 2-3 батареях можно обойтись без значительного количества вентилей: в этом случае можно просто сливать воду из системы при необходимости.

Если здание имеет большую площадь, требуется применение сложной системы отопления с несколькими ответвлениями. В такой ситуации оптимальным вариантом будет принудительная схема отопления типа Ленинградка. Для него характерно использование диагонального включения тепловыделяющих устройств и наличие регулируемых байпасов.

Сильные и слабые стороны систем с одной трубой

Популярность однотрубного отопления в частном строительстве объясняется дешевизной строительства и возможностью самостоятельно провести монтажные работы. Это дает возможность сэкономить на привлечении специалистов.

Среди других преимуществ однотрубных систем следует выделить следующие:

1. Высокий уровень гидравлической устойчивости. Если отключить часть контуров, то на теплообмен остальных элементов системы это не повлияет. То же самое касается замены аккумуляторов или увеличения количества их секций.
2. Небольшой расход труб на организацию магистрали.
3. Небольшая инерция. Для обогрева системы требуется на порядок меньше хладагента, чем в схемах с двумя трубами.
4. Внешняя эстетика. Установка однотрубной системы обычно не влияет на красоту интерьера помещения, особенно при использовании скрытой магистральной трубы.
5. Благодаря применению инновационной запорной арматуры (автоматических и ручных терморегуляторов) можно точно регулировать режимы работы отопительного контура и входящих в него устройств.
6. Простота и надежность конструкции, позволяющая установить однотрубную систему отопления своими силами. То же самое относится и к поддержанию нагрева во время работы.

Организовав подключение приборов управления и контроля за системой отопления, можно добиться ее работы в автоматическом режиме. Также допускается интеграция в систему «Умный дом»: в результате появляется возможность программировать оптимальные режимы отопления с учетом времени суток, сезона и т д.

Основным недостатком однотрубной схемы отопления является дисбаланс между радиаторами отопления в зависимости от их удаленности от котла. Это связано с постепенным охлаждением хладагента при его циркуляции по трубам. В результате ближайшие батареи по линии хладагента оказываются более горячими, чем расположенные на некотором расстоянии. В таких случаях лучше использовать приборы чугунного типа, которые отличаются медленным охлаждением.

Другие способы решения проблемы

Оптимизировать ситуацию, помимо использования чугунных батарей, помогает введение в одноконтурную систему циркуляционного насоса. После этого температура в контурах отопления становится более равномерной, однако слишком длинные трубы все равно приводят к заметному охлаждению.

Чтобы сгладить это неприятное явление, предлагается два метода:

1. По мере удаления от котла рекомендуется увеличивать количество секций на радиаторах. Таким образом достигается увеличение его площади тепловыделения – тепловая энергия в большем количестве начинает распространяться по помещению, что способствует его равномерному прогреву.
2. Прежде чем проводить однотрубное отопление, необходимо продумать наиболее рациональное расположение батарей в помещениях. Устройства с более высокой мощностью лучше размещать в детских, спальнях и комнатах на холодной северной стороне. Другая дорога ведет к гостиной и кухне. В конце цепи находятся нежилые и служебные помещения.

Благодаря этим мероприятиям достигается некоторая компенсация недостатков однотрубной системы. Особенно это актуально для малоэтажных домов площадью до 150 м². В таких случаях однотрубное отопление является наиболее экономичным вариантом.

Итог

Однотрубные системы отопления отличаются простотой и надежностью. Для достижения максимальной эффективности обогрева важно с особой тщательностью подходить к выбору комплектации. В этом случае поможет консультация специалиста.