Ключевым отличием закрытой отопительной системы от открытой является ее полная защищенность от внешних вливаний. В такую систему входит циркуляционный насос, который способствует перемещению теплоносителя. Благодаря этому она не испытывает многих недостатков, характерных для открытых контуров отопления.
Все аспекты плюсов и минусов закрытых отопительных схем рассматриваются в нашей статье. Здесь подробно проанализированы различные конструкции, особенности монтажа и функционирования систем закрытого типа. Для мастеров-любителей описан пример гидравлического расчета.
Предоставленная информация основана на строительных нормах. Для упрощения восприятия сложной темы текст дополнен иллюстрациями, подборками фотографий и видеорекомендациями.
Краткое содержание статьи
Принцип работы системы закрытого типа
Чтобы компенсировать температурные расширения в закрытой системе, используются мембранные расширительные баки, заполняющиеся водой при нагревании. Когда система охлаждается, вода из бака возвращается обратно, сохраняя стабильное давление в контуре.
Давление, установленное в закрытой отопительной системе во время установки, распространяется по всей системе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно, поэтому такая система зависит от электроснабжения. Без работы циркуляционного насоса горячая вода не движется по трубам к радиаторам и обратно к источнику тепла.
Основным признаком закрытой системы отопления является использование мембранного расширительного бачка, который не позволяет теплоносителю вступать в контакт с атмосферой.
В России традиционно производят расширительные баки красного цвета, хотя на рынке также можно найти серые и белые импортные модели.
Закрытый расширительный бак, или экспанзомат, предотвращает испарение воды, циркулирующей в системе, и уменьшает образование отложений на внутренних стенках труб и приборов.
Отсутствие испарения и минимизация отложений способствуют снижению нагрузки на котел и насос, значительно увеличивая срок их службы.
Закрытые системы отопления можно использовать с любыми котлами, работающими на различных типах топлива.
Обязательным элементом закрытой системы является группа безопасности, состоящая из предохранительного клапана, воздухоотводчика и манометра.
Выбор закрытого расширительного бака выполняется с учетом объема, необходимого для расширения нагретого теплоносителя.
Экспанзоматы применяются как в новых системах отопления, так и в модернизированных, где используется насосная циркуляция теплоносителя.
Специфика закрытой схемы отопления
Расширительный бак для систем отопления
Преимущества закрытой системы
Щадящие условия для оборудования
Закрытая схема в тандеме с котлами
Группа безопасности в закрытой схеме
Правила подбора закрытого бачка
Подходящий тип систем для установки
К основным компонентам закрытого контура относятся:
- котел;
- воздухоотводчик;
- термостатический клапан;
- радиаторы;
- трубопроводы;
- расширительный бак, который не контактирует с атмосферой;
- балансировочный клапан;
- шаровой вентиль;
- насос и фильтр;
- предохранительный клапан;
- манометр;
- фитинги и крепежные элементы.
При надежном электроснабжении закрытая система функционирует эффективно. Часто ее дополняют «теплыми полами», что способствует повышению экономичности и теплоотдачи.
Такой подход позволяет избежать строгих требований по диаметру трубопровода, сократить расходы на материалы и не наклонять трубы, что упрощает процесс монтажа. Важно, чтобы насос получил холодную жидкость, ведь иначе его работа будет невозможной.
Отопительный контур закрытого типа включает детали, применяемые и в других системах.
Однако имеется и один недостаток: в отличие от постоянного уклона, при котором отопление функционирует даже при отсутствии электричества, в строго горизонтальных системах работа может быть нарушена. Тем не менее, высокие показатели КПД и набор преимуществ делают эту систему привлекательной по сравнению с другими вариантами отопления.
Монтаж систем относительно прост и возможен в помещениях любых размеров. Утепление трубопровода не требуется, так как прогрев происходит быстро. Если установлен термостат, температурный режим можно настраивать. При корректной конструкции утечек теплоносителя не возникает, следовательно, необходимости в его пополнении тоже нет.
Явным плюсом закрытой системы является то, что разница температур на подаче и обратке увеличивает срок службы котла. Трубопроводы в закрытой системе меньше подвержены коррозии. Также возможно закачивание антифриза вместо воды, если отопление нужно отключить на зимний период.
Чаще всего используются закрытые водяные системы, хотя также могут применяться антифриз, пар и газы с необходимыми характеристиками.
Защита системы от воздуха
Теоретически в закрытую систему не должен попадать воздух, однако на практике он все же может присутствовать. Скопление воздуха наблюдается во время заполнения труб и радиаторов, а также может быть вызвано разгерметизацией соединений.
Появление воздушных пробок приводит к снижению теплоотдачи. Для решения этой проблемы в систему устанавливаются специальные клапаны и краны для спуска воздуха.
Если в системе нет воздуха, поплавок воздухоотводчика удерживает клапан в закрытом состоянии. Однако когда в поплавковой камере образуется воздушная пробка, поплавок опускается и открывает клапан для выхода воздуха.
Чтобы свести к минимуму вероятность образования воздушных пробок, следует придерживаться определенных рекомендаций при заполнении закрытой системы:
- Подавать воду снизу вверх. Трубопроводы нужно монтировать так, чтобы холодная вода и выходящий воздух двинулись в одном направлении.
- Оставить краны для спуска воздуха открытыми и закрытыми для спуска воды. Так, по мере подъема теплоносителя, воздух будет выходить через открытые воздухоотводчики.
- Закрыть воздухоотводящий кран, как только начнет поступать вода. Этот процесс следует продолжать до полного заполнения контура.
- Запустить насос.
Если речь идет об алюминиевых радиаторах, установка воздухоотводчиков обязательна. Алюминий, контактируя с теплоносителем, вызывает химическую реакцию с выделением кислорода. В частично биметаллических радиаторах проблема сохраняется, но кислорода образуется значительно меньше.
Автоматический воздухоотводчик устанавливается в верхней части системы, так как пузырьки воздуха всегда поднимаются вверх, и именно там их и захватывает устройство для удаления воздуха.
В радиаторах, полностью изготовленных из биметалля, контакт теплоносителя с алюминием отсутствует, однако специалисты рекомендуют предусмотреть воздухоотвод и в этом случае. Конструкция стальных панельных радиаторов уже в процессе производства оборудуется клапанами для удаления воздуха.
На старых чугунных радиаторах воздух можно удалить с помощью шарового крана, так как другие устройства здесь неэффективны.
Ключевыми зонами в контуре отопления являются перегибы труб и самые высокие точки, поэтому устройства для удаления воздуха устанавливаются именно в этих местах. В закрытой системе применяются краны Маевского или автоматические поплавковые клапаны, которые позволяют удалять воздух без участия человека.
В корпусе этого устройства находится поплавок из полипропилена, связанный с золотником через рычаг. По мере накопления воздуха в поплавковой камере поплавок опускается, достигая нижней точки, и открывает клапан, позволяя воздуху выходить.
В освобождённый объем поступает вода, поплавок поднимается и закрывает золотник. Чтобы в последний не попадал мусор, его закрывают защитным колпачком.
Корпус как ручных, так и автоматических воздухоотводчиков производится из антикоррозийных материалов. Чтобы удалить воздушные пробки, нужно повернуть конус против часовой стрелки, и выпускать воздух до тех пор, пока не прекратится шипение.
Некоторые модификации могут действовать по другой схеме, однако принцип остается тем же: поплавок в нижнем положении — происходит выпуск газа; поплавок поднят — клапан закрыт, воздух накапливается. Цикл повторяется автоматически без участия человека.
Гидравлический расчет для закрытой системы
Для корректного выбора диаметра труб и мощности насоса необходим гидравлический расчет всей системы.
Эффективное функционирование системы невозможно без учета четырех важных аспектов:
- Определения объема теплоносителя, необходимого для отопительных приборов, чтобы обеспечить требуемый тепловой баланс в доме, вне зависимости от внешней температуры.
- Снижения эксплуатационных расходов до минимума.
- Снижения затрат на материалы, связанных с выбором диаметра трубопровода.
- Обеспечения стабильной и бесшумной работы системы.
Для решения этих задач необходим гидравлический расчет, который позволит определить оптимальные диаметры труб, основываясь на экономически оправданных скоростях теплоносителя, разобраться с потерями давления на отдельных участках и сбалансировать ветви системы. Этот процесс хоть и сложен и трудоемкий, но представляет собой ключевую стадию при проектировании.
Правила расчета расхода теплоносителя
Для проведения вычислений необходимо выполнить теплотехнический расчет и выбрать радиаторы в соответствии с их мощностью. Такой расчет должен включать подтвержденные данные о тепловых нагрузках, теплопотерях и объемах энергии. В отсутствии этих данных мощность радиаторов рассчитывается на основе площади помещения, однако полученные результаты окажутся менее точными.
Работа с трехмерной схемой упрощает процесс. Всем элементам схемы присваиваются уникальные обозначения, включая маркировку и порядковый номер.
Работу начинают с настройки схемы. Рекомендуется создать ее в аксонометрической проекции, указав все известные параметры. Для определения расхода теплоносителя используется следующая формула:
G = 860q/∆t кг/ч,
где q обозначает мощность радиатора в кВт, а ∆t — разницу температур между подающей и обратной линиями. После вычисления этого значения с помощью таблиц Шевелевых можно определить требуемое сечение труб.
Чтобы использовать эти таблицы, необходимо перевести результат в литры в секунду по формуле: GV = G / 3600ρ. Здесь GV — это расход теплоносителя в л/сек, а ρ — плотность воды, равная 0.983 кг/л при температуре 60°C. По таблицам удобно выбрать сечение трубы без необходимости проведения полного расчета.
Таблицы Шевелевых значительно упрощают расчет, предоставляя данные о диаметрах пластиковых и стальных труб, которые можно определить, основываясь на скорости и расходе теплоносителя.
Чтобы лучше понять последовательность расчетов, рассмотрим пример простой схемы, состоящей из котла и десяти радиаторов. Схему следует разбить на участки, где сечение труб и расход теплоносителя останутся постоянными.
Первый участок представляет собой линию от котла до первого радиатора. Второй участок — это отрезок между первым и вторым радиатором. Аналогично выделяются и третий и следующие участки.
Температура от первого к последнему радиатору постепенно снижается. Если на первом участке тепловая нагрузка составляет 10 кВт, то при прохождении первого радиатора теплоноситель передает ему определенное количество тепла, в результате чего энергия уменьшается на 1 кВт и так далее.
Расход теплоносителя можно вычислить по следующей формуле:
Q = (3.6 × Qуч) / (сх(tr-to))
Где Qуч — тепловая нагрузка участка, с — удельная теплоемкость воды, равная 4.2 кДж/кг × с, tr — температура горячего теплоносителя на входе, to — температура охлажденного теплоносителя на выходе.
Оптимальная скорость движения горячего теплоносителя по трубам составляет от 0.2 до 0.7 м/с. Если скорость ниже, в системе могут образоваться воздушные пробки. На этот показатель влияют материал труб и их внутреннее состояние.
В отопительных системах, как открытого, так и закрытого типа, используются трубы из черной и нержавеющей стали, меди, полипропилена, полиэтилена различных модификаций, полибутилена и других материалов.
При соблюдении рекомендованных скоростей теплоносителя (0.2-0.7 м/с), в полимерных трубопроводах наблюдаются потери давления от 45 до 280 Па/м, а в стальных — от 48 до 480 Па/м.
Внутренний диаметр трубы (dвн) рассчитывается, исходя из величины теплового потока и разности температур на входе и выходе (∆tco = 20°C для двухтрубной схемы отопления) или по расходу теплоносителя. Для этого есть специальная таблица:
Согласно этой таблице, зная разницу температур между входом и выходом, а также скорость потока, можно легко определить внутренний диаметр трубы.
При выборе контура следует отдельно изучить однотрубные и двухтрубные схемы. В первом варианте рассчитывается стояк с наибольшим количеством оборудования, во втором — нагруженный контур. Длину участка берут из чертежа в масштабе.
Точный гидравлический расчет может выполнить только квалифицированный специалист. Есть специальные программы, которые помогут провести все необходимые вычисления касательно тепловых и гидравлических характеристик, что поможет при проектировании системы отопления для вашего дома.
Подбор циркуляционного насоса
Целью данного расчета является определить давление, которое насос должен создать для прокачки воды по системе. Для выполнения расчетов применяется формула:
P = Rl + Z
- P — это потери давления в трубопроводе в Па;
- R — удельное сопротивление трению в Па/м;
- l — длина трубы по расчетному участку в метрах;
- Z — потери давления на «узких» участках в Па.
Расчеты упрощают те же таблицы Шевелевых, из которых можно извлечь значения сопротивления трению, однако 1000i придется скорректировать исходя из конкретной длины трубы. Например, если внутренний диаметр трубы составляет 15 мм, длина участка — 5 м, а 1000i = 28.8, то Rl = 28.8 × 5/1000 = 0.144 Бар. Найдите Rl для всех участков и сложите их значения.
Значение потери давления Z как для котла, так и для радиаторов указано в паспорте. Для других сопротивлений специалисты рекомендую брать 20% от Rl и затем суммировать результаты по отдельным участкам, умножая на коэффициент 1.3. В итоге вы получите необходимый напор насоса. Расчеты для однотрубных и двухтрубных систем идентичны.
Установка насоса должна производиться так, чтобы его вал находился в горизонтальном положении, иначе могут образоваться воздушные пробки. Монтируют насос на американках, чтобы его можно было легко снять при необходимости.
Если насос подбирается для уже существующего котла, используется формула: Q = N / (t2 — t1), где N — мощность отопительного устройства в Вт, t2 и t1 — температура теплоносителя при выходе из котла и на обратном пути соответственно.
Как рассчитать расширительный бак?
Расчет заключается в определении, насколько увеличится объем теплоносителя во время нагрева от средней комнатной температуры + 20°C до рабочей — от 50 до 80°C. Эти вычисления могут быть сложными, но существует более простой способ решения этой задачи: эксперты рекомендуют выбирать бак объемом, равным 1/10 от общего объема жидкости в системе.
Расширительный бак является важным компонентом системы: он принимает излишки теплоносителя во время его расширения, тем самым защищая трубы и краны от повреждений.
Эти данные можно найти в паспортах оборудования, где указана емкость водяной рубашки котла и одного радиатора. Затем рассчитывают площадь сечения труб различных диаметров и умножают на соответствующую длину.
Полученные результаты складываются, к ним добавляются данные из паспортов, и от итоговой суммы берется 10%. Если система вмещает 200 л теплоносителя, необходимый объем расширительного бака составит 20 л.
Если вы не хотите углубляться в сложные вычисления, для систем отопления до 150 л расширительный бак подбирают так, чтобы его вместимость не превышала 10% от общего объема теплоносителя.
Расширительные бачки тарельчатого типа производятся без мембраны. Их объем колеблется от 6 до 12 л, занимая минимум места в компактных котельных.
Мембранные баки с вертикальной ориентацией, имеющие объем от 6 до 35 л, выпускаются без опорных ножек. В устройствах до 18 л мембрана не меняется.
Расширительные баки объемом от 35 до 700 л устанавливаются на опорные ножки. Все мембранные модели по конструкции не имеют принципиальных отличий.
