Как устроены системы отопления с насосной циркуляцией: схемы организации

Обеспечение правильного движения теплоносителя в системе отопления — задача не из простых, даже для опытных специалистов. Нередко бывает, что вода движется по контуру, но тепло в помещение не поступает в необходимом объеме.

Все чаще владельцы загородных домов выбирают системы с насосной циркуляцией, которые отличаются разнообразием и удобством эксплуатации. В настоящей статье мы познакомим вас с основными схемами отопления с принудительной циркуляцией, дополнив текст наглядными примерами и фотографиями.

Также мы подобрали полезные видеоролики с рекомендациями профессионалов по установке насосного оборудования для систем отопления, что поможет лучше понять процесс монтажных работ.

Принцип работы системы с принуждением

Циркуляционный насос представляет собой компактное электрическое устройство, работа которого основана на простом принципе. Внутри него размещена крыльчатка, которая вращаясь, придает теплоносителю необходимую скорость для циркуляции в системе. Электродвигатель, отвечающий за вращение, потребляет всего 60-100 Вт электроэнергии.

Включение такого устройства в систему делает проектирование и установку значительно проще. Принудительная циркуляция позволяет использовать трубы меньших диаметров, а также расширяет выбор котлов и радиаторов.

Системы отопления с принудительной циркуляцией эффективно решают задачи обогрева больших площадей, многоэтажных зданий и сложных систем с несколькими контурами, что характерно для систем с гравитационным движением теплоносителя.

Поскольку в насосных системах движение теплоносителя происходит значительно быстрее, требуется внимание к регулировке и распределению потока.

Эти системы обычно устанавливаются в закрытом контуре, чтобы предотвратить работу энергозависимых устройств без необходимости. В таких случаях необходим особый расширительный бак, который не контактирует с атмосферным воздухом.

Установка насоса обязательно, если один котел предназначен для обогрева нескольких контуров.

Как правило, принудительная система отопления необходима, если разводка труб производилась внизу. При таких условиях теплоносителю затруднительно подниматься к радиаторам и обратно к котлу.

Насосные системы отопления зависят от электроэнергии. Кроме этого, такие схемы требуют применения дорогостоящих компонентов, которые не нужны для естественного движения теплоносителя.

При помощи управления и стимуляции потока в существующей гравитационной системе можно преобразовать ее в насосную. Однако без замены труб, которые в естественных системах имеют гораздо больший диаметр, это не принесет пользы.

Благодаря циркуляционному насосу возможно значительное уменьшение диаметра труб, используемых в подающих и обратных магистралях. Тем не менее, необходимость установки запорной арматуры и элементов безопасности приводит к повышению итоговой стоимости системы по сравнению с гравитационными вариантами.

Система с принудительной циркуляцией

Арматура для насосной системы отопления

Экспанзомат — бак для расширяющегося теплоносителя

Комплекс нескольких контуров обогрева

Система отопления с нижней разводкой

Циркуляционные насосы в отопительных системах

Конвертация естественного отопления в принудительное

Трубопроводы в системах насосного отопления

Часто встречается ситуация, когда система, изначально спроектированная для естественного циркулирования, плохо работает из-за недостаточной скорости теплоносителя, что ведет к низкому циркуляционному напору. В таком случае установка насоса станет оптимальным решением.

Однако следует помнить, что скорость потока не должна быть чрезмерной. В противном случае, конструкция может не выдержать давления, которому не была изначально рассчитана.

В системах с естественным движением теплоносителя можно использовать открытые расширительные баки, тогда как в принудительных системах предпочтение следует отдать закрытым герметичным резервуарам.

Для помещений рекомендуется следующий предельный уровень скорости движения теплоносителя:

• для труб с диаметром 10 мм — до 1,5 м/с;
• для труб с диаметром 15 мм — до 1,2 м/с;
• для труб с диаметром 20 мм или более — до 1,0 м/с;
• для вспомогательных помещений в жилых домах — до 1,5 м/с;
• для зданий вспомогательной инфраструктуры — до 2,0 м/с.

В традиционных системах с естественной циркуляцией расширительный бак устанавливается на подаче. Однако, при установке циркуляционного насоса, его рекомендуется переместить на обратку.

Принцип работы циркуляционного насоса прост: его основная задача — обеспечить теплоносителю ускорение, необходимое для преодоления гидростатического сопротивления системы.

Кроме того, вместо открытого бачка следует установить закрытый. Только в малогабаритной квартире с относительно простой системой отопления можно обойтись старым расширительным баком.

Расчеты для принудительных систем отопления

Правильная организация системы с принудительной циркуляцией требует сложных инженерных расчетов. Но некоторые формулы позволяют оценить состояние системы и дать более точное представление о необходимых изменениях, особенно если речь идет о небольших домах или квартирах. Мощность отопительных устройств обычно подбирается с учетом размеров отапливаемых помещений.

Энергопотребление циркуляционного насоса для работы в автономных отопительных системах, как правило, составляет от 60 до 100 Вт, что сопоставимо с потреблением обычной лампочки.

В системах с основными и подключенными вторичными контурами, а также в комбинациях низкотемпературных и среднетемпературных отоплений используется группа насосов. Все независимые и зависимые кольца в оборудовании оснащаются насосами.

Существует правило, согласно которому в даже простых схемах с принудительной циркуляцией один насос дополнительно дублируется, установленный на байпасе для назначения на случай неисправности основного устройства.

Мощностные характеристики циркуляционного насоса должны обеспечивать возможность теплоносителю без препятствий преодолевать сопротивление в трубах. Скорость потока, которую должен обеспечить насос, берется из таблиц типовых параметров. Например, по трубам диаметром 10, 15 и 20 мм вода должна проходить со скоростью 1,5; 1,2; 1,0 м/с соответственно.

Рекомендуется, чтобы расход теплоносителя, измеряемый в литрах в минуту, соответствовал числу киловатт мощности котла. То есть, для котла мощностью 40 Вт оптимальный расход будет равен 40 л/мин.

Аналогичным образом рассчитывается расход воды для конкретной комнаты или группы помещений. Здесь учитываются общие параметры установленного на участке радиаторного оборудования.

Скорость движения теплоносителя по отопительной системе во многом зависит от того, насколько правильно выбраны диаметры труб.

Диаметр трубопроводов определяется в зависимости от установленного расхода теплоносителя:

• при расходе 5,7 л/мин требуются трубы полдюйма;
• при расходе 15 л/мин — трубы в три четверти дюйма;
• при расходе 30 л/мин — дюймовые трубы;
• при расходе 53 л/мин — трубы на дюйм и четверть;
• 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 так далее.

Чтобы определить параметры подходящего циркуляционного насоса, необходимо измерить длину всего отопительного контура, куда он будет подключён. Для 10 метров системы требуется напор насоса 0,6 м. Следовательно, для системы длиной 60 метров понадобится насос на 3,6 м.

Эти параметры действительны только для сетей, где правильно подобраны диаметры труб, как описано выше. Если используются трубы меньшего диаметра, то потребуется более мощный насос, чтобы преодолеть гидравлическое давление, возникающее в системе из-за неверного выбора труб.

Подробные рекомендации по выбору циркуляционного насоса представлены в данной статье.

Автоматические воздухоотводчики или механические устройства, такие как кран Маевского, нужны для удаления лишнего воздуха из закрытой системы. Эти приборы обязательны в отопительных контурах, так как помогают избежать проблемы образования воздушных пробок. Устанавливаются такие устройства на радиаторах, подающих стояках и в проблемных участках сложных схем.

Это правило также применимо в обратном направлении: если трубы шире, чем требуется по нормативам, следует понизить расчетную мощность циркуляционного насоса.

Ключевым элементом систем с принудительной циркуляцией является группа безопасности:

В составе группы безопасности, устанавливаемой на закрытые обогревательные контуры, обязательно присутствуют три устройства, обеспечивающие надежную эксплуатацию и защищающие оборудование от неполадок.

Группа безопасности включает автоматический воздухоотводчик, предназначенный для сброса воздушных пробок, манометр и предохранительный клапан, который сбрасывает излишки теплоносителя при его расширении от нагрева.

Группа безопасности чаще всего размещается в цельнолитом корпусе из бронзы. Тем не менее, можно отдельно приобрести и установить необходимые устройства, при этом предохранительный клапан должен быть установлен после котла.

Для того чтобы показатели давления в замкнутой системе были точными, манометр следует устанавливать либо рядом с предохранительным клапаном, либо у крана подпитки, который добавляет теплоноситель при его недостатке.

Автоматический воздухоотводчик без участия владельца самопроизвольно открывается и выпускает воздух, который образуется в ходе нагрева воды, циркулирующей по системе, собираясь в крупных пузырьках.

Когда давление в системе увеличивается из-за нагрева теплоносителя, предохранительный клапан начинает открываться, позволяя воде сбрасываться, чтобы избежать избыточного давления.

В мощных и сложных отопительных системах пружинные клапаны оборудованы трубкой для отвода теплоносителя, что предотвращает его контакт с людьми во время сброса.

Рекомендуется пропускать через воронку воду или антифриз, сбрасываемые предохранительным клапаном, чтобы отслеживать состояние трубопровода на начальных этапах.

Установка группы безопасности в системе отопления

Устройства для безопасного функционирования отопления

Правила монтажа систем безопасности

Манометр и кран для подпитки

Автоматический воздухоотводчик с манометром

Группа предохранительного клапана с манометром

Пружинный клапан с трубкой для отвода воды

Забивающиеся осадком трубы в отоплении

Эксперты советуют покупать не одно, а сразу два таких устройства: одно основное и одно в запас. Запасное можно установить на байпас или хранить на складе.

Хотя циркуляционный насос, как правило, надежен, он подвержен влиянию качества воды в системе отопления. Для продления срока службы оборудования целесообразно организовать фильтрацию теплоносителя и проводить регулярную очистку системы.

Схемы систем с насосной циркуляцией

Системы отопления с принудительной циркуляцией могут различаться по следующим критериям:

• по количеству труб (одно- или двухтрубные);
• по расположению стояков (вертикальные или горизонтальные);
• по принципу движения теплоносителя (тупиковые или с попутным движением);
• по способу разводки (верхняя или нижняя).

Однотрубные системы становятся всё реже востребованными, так как их недостатки значительно превышают достоинства. Это самый простой вариант, где радиаторы соединены последовательно, и теплоноситель движется через каждый из них, постепенно остывая.

Вследствие этого первичные радиаторы нагреваются лучше, чем находящиеся в конце системы. Поэтому на последующем участке необходимо устанавливать больше радиаторов, чтобы сбалансировать температурный дисбаланс.

Хотя однотрубные системы экономичны и просты в установке, проблема неравномерного прогрева и зависимость от поломки одного радиатора сделали их почти неактуальными в современных условиях.

Кроме того, такая система крайне неудобна: если один радиатор нуждается в ремонте, придется сливать теплоноситель из всей системы. Двухтрубная схема позволяет подключать каждый радиатор параллельно через две трубы к общей магистрали.

Конечно, это потребует больших расходов на материалы, а также увеличит стоимость и время монтажа по сравнению с однотрубным вариантом.

Однако двухтрубные системы отопления обеспечивают равномерный прогрев каждого помещения, а поломка одного радиатора не повлияет на работу всей системы.

На каждом радиаторе в двухтрубной конфигурации устанавливаются запорные краны, что позволяет при необходимости отключить один радиатор, оставив остальные работающими.

Прогрев в этом случае происходит равномерно, так как теплоноситель поступает к каждому радиатору по отдельной линии, а затем возвращается в котел для повторного нагрева.

Вертикальные стояки подходят для многоэтажных зданий, так как к ним удобно подключать радиаторы на разных этажах. Их конструкция позволяет быстро избавиться от воздуха, что значительно снижает риск образования воздушных пробок.

Хотя установка вертикальной системы отопления может быть дорогой, она эффективна и устойчива к завоздушиванию, идеально подходя для многоэтажных домов.

В горизонтальных системах основная магистраль, к которой параллельно подключаются радиаторы, располагается, как следует из названия, в горизонтальной плоскости. Этот тип системы часто используется для обогрева одноэтажных зданий с большой площадью.

Это относительно недорогой вариант, однако и он не застрахован от образования воздушных пробок. Для предотвращения этой проблемы устанавливают автоматические воздухоотводчики. Мы подробно рассмотрели правила удаления воздушных пробок из системы отопления здесь.

Горизонтальные системы отопления имеют доступную стоимость и обычно применяются в проектировании больших одно- или двухэтажных зданий.

Неравномерный прогрев наблюдается не только в однотрубных, но и в тупиковых системах, которые довольно распространены.

В таких схемах теплоноситель поступает в радиаторы, расположенные с другой стороны от обратки. Это приводит к тому, что радиаторы, находящиеся ближе к подающему стояку, получают более теплый теплоноситель, в то время как более отдаленные радиаторы обогреваются холоднее.

Таким образом, от стояка первые радиаторы получат больше тепла, в то время как удаленные радиаторы будут менее эффективны. В небольших помещениях это может быть не так заметно, но в просторных домах разница будет ощутима. В таких случаях лучше установить несколько коротких магистралей, чем одну длинную, чтобы обеспечить равномерную циркуляцию теплоносителя.

Попутная схема основывается на равномерной протяженности циркуляционных колец, что обеспечивает одинаковый прогрев. Однако такую разводку сложно реализовать, так как потребуется большой объем труб.

В системах с верхней разводкой используются чердаки, на которых можно установить расширительный бак. В случае отсутствия такой возможности можно применять нижнюю разводку отопления.

Системы верхней и нижней разводки названы в зависимости от расположения подающей трубы. В первой ситуации теплоноситель попадает в систему сверху, а во второй — снизу.

При верхней разводке расширительный бак располагается на самой высокой точке системы, и теплоноситель распространяется под воздействием силы тяжести. Обратная труба в этом случае находится ниже радиаторов. Чтобы реализовать такой проект в частном доме, нужен чердак для установки бака.

Если верхнюю разводку нельзя использовать, применяют нижнюю, при которой теплоноситель подается снизу, а обратная линия расположена выше радиаторов. Основная функция перемещения теплоносителя возлагается на циркуляционный насос.

Такой проект осуществляется поэтапно, начиная с нижнего этажа к верхнему, при этом подающая магистраль должна иметь небольшой уклон для предотвращения образования воздушных пробок.

Для избавления от воздушных пробок отопительные коммуникации оснащаются автоматическими воздухоотводчиками:

Автоматические воздухоотводчики устанавливаются на все контуры и кольца систем отопления, включая высоко-, средне- и низкотемпературные циркуляции, а также теплые полы и плинтусы.

Коллектор теплого пола и лучевой системы отопления нужно оборудовать собственным воздухоотводчиком, однако рекомендуется также установить отдельный воздухоотводчик на каждое кольцо системы.

Использование сепаратора воздуха позволяет избежать установки автоматических воздухоотводчиков на трубопровод и кран Маевского на радиаторы. Эти устройства эффективно выделят растворенный в воде воздух и удалят его из системы.

Обычные автоматические воздухоотводчики размещают в самых высоких точках систем, краны Маевского — на радиаторах, а сепараторы — перед циркуляционным насосом для его защиты от повреждений, вызванных воздухом.