Как функционируют системы отопления с принудительной циркуляцией: схемы и организация

Обеспечить свободное движение теплоносителя по отопительному контурному кругу — задача не из простых, даже для опытных специалистов. Бывает, что вода и движется, но тепло в помещения не поступает в достаточном объеме.

Сегодня многие владельцы частных домов отдают предпочтение отопительным системам с насосной циркуляцией, которые отличаются многообразием и удобством. В этой статье мы подробнее рассмотрим основные схемы организации отопления с принудительной циркуляцией, дополнив текст визуальными примерами и фотографиями.

Кроме того, мы подобрали полезные видеоматериалы с советами экспертов по установке насосного оборудования для систем отопления, что поможет лучше понять процесс монтажа насоса.

Принцип работы систем с принудительной циркуляцией

Циркуляционный насос — это компактное электрическое устройство, которое работает очень просто. Внутри него расположена крыльчатка, вращение которой дает теплоносителю движущую силу, необходимую для циркуляции по системе. Электродвигатель, обеспечивающий эту работу, потребляет всего 60-100 Вт энергии.

Наличие такого устройства позволяет значительно упростить проектирование и установку системы. Принудительная циркуляция теплоносителя даёт возможность использовать более узкие трубы для отопления, что расширяет выбор котлов и радиаторов.

Системы с принудительной циркуляцией не имеют недостатков гравитационных контуров и эффективно обуславливают обогрев больших площадей, многоэтажных зданий и систем с несколькими контурами.

Поскольку в решениях с насосной циркуляцией движение теплоносителя происходит быстрее, это требует тщательной регулировки, контроля и сбалансированного распределения.

Системы отопления с принудительной циркуляцией чаще всего проектируются в закрытом варианте, чтобы работающие устройства не расходовали энергию зря. В таких системах обязательно должен быть особый расширительный бачок, который не будет взаимодействовать с воздухом.

Использование насоса, способствующего перемещению нагретой воды к радиаторам, критично, если один котел обслуживает два и более обогревающих контура.

Функцию принудительного отопления необходимо использовать, когда устанавливаются контуры с нижней разводкой. Из-за конструктивных особенностей в таких системах естественное движение нагретого теплоносителя к нагревательным приборам осложнено.

Отопление с насосной циркуляцией является энергоемким. Кроме того, в его конструкции присутствуют дорогие элементы, не нужные для систем с естественными потоками.

При добавлении устройств управления и стимулирования движения теплоносителя можно переделать гравитационную систему в насосную. Однако это не имеет смысла без замены труб, которые в естественных системах значительно шире.

Используя циркуляционный насос, можно существенно уменьшить диаметр труб, задействованных в подающей и обратной магистрали. Но из-за необходимости установки запорной арматуры, контрольных и защитных устройств общая стоимость такой системы окажется значительно выше, чем в случаях с гравитацией.

Часто системы, проектировавшиеся с учетом естественной циркуляции, работают слабо из-за низкой скорости теплоносителя в трубах, что означает недостаточное давление на циркуляцию. Установка насоса может стать решением этой проблемы.

В то же время не стоит слишком повышать скорость потока воды в трубах, ведь это может привести к чрезмерному давлению, которое конструкция просто не выдержит.

Если в системах с естественной циркуляцией допустимо использование открытого расширительного бака, то в принудительных схемах предпочтение следует отдать закрытым герметичным контейнерам.

Для жилых помещений рекомендуются следующие предельные скорости для теплоносителя:

• при диаметре трубы 10 мм — до 1,5 м/с;
• при диаметре трубы 15 мм — до 1,2 м/с;
• при диаметре трубы 20 мм и больше — до 1,0 м/с;
• для подсобных помещений — до 1,5 м/с;
• для вспомогательных зданий — до 2,0 м/с.

В системах с естественной циркуляцией расширительный бак, как правило, устанавливают на подаче. В случае дополнения конструкции циркуляционным насосом, рекомендуется переместить накопительный бак на обратную линию.

Устройство циркуляционного насоса довольно простое, основная его задача — придать достаточное ускорение теплоносителю для преодоления гидравлического сопротивления в системе.

Также вместо открытого бачка лучше установить закрытый. Исключением может стать небольшая квартира с простой и короткой системой отопления, где можно обойтись без этого изменения и использовать старый расширительный бак.

Расчеты для систем с принудительной циркуляцией

Правильное проектирование системы с принудительной циркуляцией требует комплексных расчетов. Тем не менее, существуют формулы, позволяющие оценить состояние системы и подготовить более точные данные для необходимых переделок, особенно в случае небольшого дома или квартиры. Мощность отопительного оборудования обычно подбирается исходя из размеров отапливаемых помещений.

Энергозатраты циркуляционного насоса, применяемого в автономных бытовых системах, колеблются от 60 до 100 Вт, что не намного больше, чем потребляет обычная лампочка.

В системах с первичными контурными линиями и вторичными системами используется группа насосов. Все независимые и зависимые кольца оснащаются данными приборами.

Существует правило: даже в простых системах с принудительной циркуляцией один насос лучше дополнить дублирующим, который установят на байпасе, на случай поломки основного устройства.

Мощность циркуляционного насоса должна обеспечивать комфортное преодоление сопротивления в трубах. Необходимую скорость движения теплоносителя определяют по стандартным таблицам. Например, для труб диаметром 10, 15 и 20 мм, вода должна двигаться со скоростью 1,5; 1,2; 1,0 м/с соответственно.

Производители рекомендуют: чтобы расход теплоносителя в литрах в минуту соответствовал количеству киловатт мощности котла. Таким образом, для котла мощностью 40 кВт желаемый расход теплоносителя составит 40 л/мин.

По аналогии рассчитывают расход воды для отдельной комнаты или группы помещений, основываясь на совокупной мощности радиаторов, установленных в данном участке.

Скорость перемещения теплоносителя в системе непосредственно зависит от правильно выбранного диаметра труб:

• при расходе 5,7 л/мин необходимо использовать полудюймовые трубы;
• при расходе 15 л/мин — трубы на три четверти дюйма;
• при расходе 30 л/мин — дюймовые трубы;
• при расходе 53 л/мин — трубы на дюйм с четвертью;
• при расходе 83 л/мин — полуторадюймовые трубы;
• при расходе 170 л/мин — двухдюймовые трубы;
• при расходе 320 л/мин — трубы на два с половиной дюйма и т.д.

Чтобы определить параметры подходящего циркуляционного насоса, важно измерить общий объем отопительного контура, к которому его подключают. Для системы протяженностью в 10 метров потребуется насоса с напором 0,6 м. По несложным вычислениям, для длины 60 метров понадобится насос с напором 3,6 м.

Однако указанные параметры правдивы лишь при условии, что правильно установлен диаметр труб. Если используются слишком узкие коммуникации, потребуется более мощный насос, чтобы преодолеть избыточное давление в системе, вызванное неправильным выбором труб.

В данной статье приведены подробные рекомендации по выбору циркуляционного насоса.

Автоматические воздухоотводчики или механические устройства, такие как кран Маевского, необходимы для удаления воздуха из закрытой системы. Эти устройства помогают избежать проблем с завоздушенностью и должны устанавливаться на радиаторах, подающих стояках, а также в проблемных участках сложных схем отопления.

Это правило работает и в обратном направлении: если трубопроводы шире, чем необходимо по спецификациям, следует скорректировать мощность циркуляционного насоса.

Ключевой компонент систем с принудительным отоплением составляет группа безопасности:

Группа безопасности, устанавливаемая на закрытые отопительные контуры, включает три устройства, обеспечивающих надежную эксплуатацию и защиту оборудования от износа.

Группа безопасности системы отопления включает в себя автоматический воздухоотводчик, который служит для устранения воздушных пробок, манометр и предохранительный клапан, который сбрасывает избыток теплоносителя, возникающий при его расширении из-за повышения температуры.

Обычно эти устройства унифицированы и объединены в прочный бронзовый корпус. Однако их можно приобрести и установить по отдельности, с условием, что предохранительный клапан будет размещен впоследствии котла.

Чтобы обеспечить точное измерение давления в замкнутом контуре, манометр устанавливают либо вблизи предохранительного клапана, либо рядом с краном для подпитки, который наполняет систему теплоносителем при его недостатке.

Автоматический воздухоотводчик сам открывается и выпускает воздух, который образуется в системе, когда вода нагревается и собирается в виде пузырьков.

Когда давление в системе растет из-за нагрева теплоносителя, предохранительный клапан открывается и сбрасывает воду, создающую избыточное давление.

Для мощных и больших отопительных систем пружинные клапаны дополнительно оборудованы трубкой, чтобы избежать ожогов для находящихся рядом людей.

Сброс воды или антифриз, происходящий через предохранительный клапан, рекомендуется направлять в воронку, чтобы на начальных этапах иметь возможность контролировать состояние трубопровода.

Монтаж группы безопасности в системе отопления

Устройства, обеспечивающие безопасность при эксплуатации отопления

Рекомендации по установке устройств безопасности

Манометр с краном для подпитки

Автоматический воздухоотводчик вместе с манометром

Комплекс из предохранительного клапана и манометра

Пружинный клапан с трубкой для отвода воды

Засоренные осадком трубы системы отопления

Специалисты советуют покупать не одно, а два таких устройства: одно — основное, а второе — в запас. Запасное можно установить на байпас или просто хранить в кладовке.

Циркуляционный насос обычно отличается надежностью, но его работа зависит от качества воды в системе отопления. Поэтому имеет смысл предусмотреть фильтрацию теплоносителя и проводить регулярные чистки системы для продления ее срока службы.

Схемы систем отопления с насосной циркуляцией

Системы отопления, работающие с принудительной циркуляцией, могут быть разделены на несколько типов:

• одно- или двухтрубные (различные способы подключения труб к радиаторам);
• с вертикальными стояками или горизонтальными магистралями;
• тупиковые или с параллельным движением теплоносителя;
• с верхней или нижней разводкой.

Однотрубные системы все реже встречаются, так как их недостатки перевешивают преимущества. Это простой способ, когда радиаторы соединены последовательно. Теплоноситель проходит через каждый отопительный прибор по очереди, постепенно теряя тепло.

Из-за этого первые радиаторы получают тепло лучше, чем последние в ряду. В итоге приходится устанавливать больше радиаторов в конце цепочки, чтобы уравнять температурный режим.

Хотя такие системы менее затратны в реализации, проблемы с неравномерным обогревом и зависимость от поломки одного радиатора делают их менее популярными в современных условиях.

Кроме того, в случае поломки одного радиатора невозможно просто его отключить, так как придется сливать теплоноситель из всей системы. Двухтрубная схема позволяет подключить каждый радиатор параллельно с использованием двух труб к общей магистрали.

Это, конечно, требует больше материалов, и стоимость монтажа будет выше, чем в однотрубном варианте.

Двухтрубные системы обеспечивают равномерный обогрев каждого помещения, и поломка одного радиатора не приводит к отключению всей системы.

Каждый радиатор в двухтрубной системе оснащен запорными кранами, что дает возможность снимать или отключать отдельный радиатор без остановки работы остальных.

Такая схема позволяет теплоносителю равномерно поступать к каждому радиатору по отдельной линии и затем возвращаться в котел, а не двигаться через другие радиаторы.

Вертикальные стояки хорошо подходят для многоэтажных зданий, так как позволяют удобно подключать радиаторы на разных этажах и содействуют быстрому удалению воздуха из системы, снижая риск образования воздушных пробок.

Хотя создание вертикальной системы может выйти недешево, это эффективный вариант, не подверженный завоздушиванию, поэтому он хорошо подходит для многоэтажных зданий.

Горизонтальные схемы имеют основную магистраль, к которой радиаторы подключены параллельно. Этот тип системы подходит для отопления одноэтажных зданий с большой площадью.

Относительная дешевизна не гарантирует отсутствие воздушных пробок. Чтобы избежать подобных проблем, устанавливают автоматические воздухоотводчики. Подробности по удалению воздушных пробок из системы отопления мы рассмотрели отдельно.

Горизонтальные системы отопления, как правило, используются в проектах для больших одно- и двухэтажных зданий.

Неравномерный прогрев характерен не только для однотрубных систем, но и для тупиковых, которые широко распространены.

В таких системах теплоноситель подается в противоположном направлении относительно обратки. Как следствие, радиаторы, расположенные дальше от подачи, получают уже остывший теплоноситель.

В удаленных от подающего стояка радиаторах температура ниже, чем у ближайших. При параллельных системах все элементы работают в равных условиях.

Таким образом, первые от стояка радиаторы нагреваются лучше, чем те, что находятся дальше. На небольших площадях это может не быть заметно, но в просторных домах это становится ощутимым. В таких случаях рекомендуется устанавливать несколько коротких магистралей вместо одной длинной, чтобы теплоноситель имел равномерную температуру.

Попутная схема основывается на равной длине циркуляционных колец, что обеспечивает равномерный прогрев по всему дому. Однако ее реализация требует значительных затрат на трубы.

Верхняя разводка используется в системах, где есть чердак для установки расширительного бака. Если такой опции нет, успешно выполняется нижняя разводка отопительных труб.

Верхняя и нижняя разводка названы исходя из расположения подающей трубы. В первом варианте теплоноситель подается сверху, во втором — снизу.

При верхней разводке бак устанавливают на самом высоком уровне системы, и теплоноситель движется вниз под действием гравитации. Обратка при этом располагается ниже радиаторов. Для осуществления такого решения в частном доме необходим наличия чердака.

Когда верхняя разводка невозможна, применяется нижняя, при которой подача происходит снизу, а обратка — выше радиаторов. В этом случае основная задача по перемещению теплоносителя возлагается на циркуляционный насос.

Монтаж нижней разводки осуществляется постепенно, начиная с первого этажа и заканчивая верхним, при этом подающая магистраль слегка наклоняется, чтобы избежать образования воздушных пробок.

Для устранения воздушных пробок в отопительных системах устанавливаются автоматические воздухоотводчики:

Автоматические воздухоотводчики необходимо монтировать во всех контурах и кольцах систем отопления, включая системы с низкой, средней и высокой температурой, а также теплые полы и плинтусные системы.

Коллектор теплого пола и лучевого отопления также должен быть снабжен собственным воздухоотводчиком, однако рекомендуется устанавливать отдельные воздухоотводчики на каждое кольцо.

Использование воздухоотводчика-сепаратора позволяет исключить установку автоматических воздухоотводчиков на трубопроводах и кранов Маевского на радиаторы. Эти устройства помогут удалить растворенный воздух из теплоносителя и вывести его из системы.

Стандартные автоматические воздухоотводчики устанавливаются в самых высоких точках системы, краны Маевского монтируются на радиаторах, а сепараторы располагаются перед циркуляционным насосом для его защиты от повреждений, вызванных воздухом.