Схема самотечной системы отопления с естественной циркуляцией

Двухэтажные дома завоевали большую популярность на просторах нашей страны. Их ценят не только за комфорт, но и за рациональное использование земельной площади, экономию строительных материалов и относительную простоту возведения. В то же время, грамотно организовать отопление двухэтажного жилья — задача не из легких. Здесь есть свои тонкости и секреты, без знания которых дом будет отапливаться неравномерно или неэффективно. Давайте обсудим основные системы отопления, которые можно рассмотреть для двухэтажного дома.

Отопление с естественной циркуляцией

Особенностью системы отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома является отсутствие насоса, создающего давление в трубах. Движение воды обеспечивается законами гидравлики и термодинамики, для чего трубы устанавливают под определенным углом друг к другу на заданной высоте. Хоть эта система и обладает несколько меньшей тепловой эффективностью, она является полностью автономной, то есть не зависит от электропитания и не расходует дополнительную энергию.

Отопление с естественной циркуляцией двухэтажного дома может выполняться как по однотрубной, так и по двухтрубной схеме. Достоинства и недостатки этих видов подробно рассмотрены ниже. Вот несколько особенностей, о которых нужно помнить при организации любого вида естественной циркуляции:

• потребуются трубы большого диаметра, в противном случае движение воды будет затруднено;
• недопустимо использование расширительных баков закрытого типа — это влечет создание избыточного давления и самотеком система уже работать не будет;
• в качестве места расположения расширительного бака выбирают наивысшую точку трубопровода, в то время как котел располагают внизу, чаще всего — несколько ниже обратной магистрали.

При монтаже системы с естественной циркуляцией в двухэтажном доме неизбежен значительный перерасход материалов и снижение теплоотдачи. Подобные сложности оправданы лишь в одном случае — когда слишком велик риск перебое с электроэнергией в холодное время года.

Однотрубные системы отопления

Под однотрубной системой отопления двухэтажного дома понимается комплекс радиаторов, использующих для приема горячего теплоносителя и сброса остывшего одну и ту же магистраль. Это позволяет существенно экономить на материалах, однако влечет ряд недостатков:

• требуется повышенная мощность котла;
• температура воды в магистралях последовательно снижается от радиатора к радиатору;
• каждый следующий радиатор должен иметь больше секций, чем предыдущий (что является следствием предыдущего пункта).

Таким образом, реализация однотрубных схем имеет смысл лишь в регионах с относительно мягким климатом для отопления небольших домов.

Отопление «Ленинградка»

Как несложно догадаться, эта схема отопления была разработана в Советском Союзе и повсеместно внедрялась в небольших зданиях северной столицы. Основой «ленинградки» является одна общая магистраль, идущая по периметру помещений ниже уровня установки радиаторов. Патрубки врезаются в нее сверху, а для перенаправления потока теплоносителя под каждым радиатором выполняют сужение трубы или устанавливают регулирующий вентиль.

Возможна как естественная, так и принудительная циркуляция. В первом случае рекомендуется устанавливать не более четырех радиаторов, во втором — не более шести. Подключение семи-восьми радиаторов возможно лишь после точных инженерных расчетов, при большем количестве потребителей тепла система считается неэффективной.

Альтернативные виды однотрубного отопления

Дальнейшей эволюцией «ленинградки» можно считать системы с разрывами магистрали и подрадиаторными перетяжками, которые играют роль «узких мест», перенаправляя поток жидкости. Это позволяет упростить основную магистраль, избавившись от сужений и вентилей, а также располагать радиаторы вдали от зоны прокладки основных труб. При достаточной мощности нагнетающего насоса в циклах принудительной циркуляции возможно некоторое увеличение отапливаемых площадей.

Двухтрубное отопление

Двухтрубная система отопления нашла применение в крупных двухэтажных домах, так как имеет значительно меньшие теплопотери от радиатора к радиатору. В структуру системы входят две основные магистрали: горячая и холодная. По первой нагретая жидкость подается к потребителям тепла, во вторую сбрасывается остывший теплоноситель. При этом магистрали не имеют никакой прямой связи друг с другом.

Расширительный бак устанавливается на отдельном первичном ответвлении горячей магистрали значительно выше трубопроводов. Обычно выбираются модели закрытого типа. Перед радиаторами могут врезаться вентили, позволяющие выборочно отключать от отопления отдельные комнаты, однако перекрытие слишком большого количества вентилей может привести к избыточному давлению и течам, особенно — в системах с принудительной циркуляцией и при неправильно проделанных тепловых расчетах.

Тупиковая схема и «петля Тихельмана»

Изначально все системы двухтрубного отопления работали по прямой тупиковой схеме. Это означало, что радиатор, первым получивший горячий теплоноситель, первым же и отдает остывший, что влечет последовательную потерю давления в радиаторах и снижение их эффективности. Пусть и не такое значительное, как при однотрубной компоновке. Тупиковая схема до сих пор применяется для отопления небольших зданий, так как требует значительно меньшего расхода материалов при монтаже и не так требовательна к мощности насоса.

Решение проблемы падения давления предложил инженер Альберт Тихельман. Он разработал реверсивную систему обратной подачи теплоносителя или, проще, обратную петлю. Таким образом, радиатор, первым получивший теплоноситель, сбрасывал его последним, а последний установленный радиатор сливал остывшую жидкость раньше, чем остальные. При этом, разумеется, вдвое увеличилась длина обратной магистрали. Тупиковая схема хорошо подходит для отопления двухэтажного дома.

Лучевая схема

Другой ветвью эволюции тупиковой системы отопления стала так называемая лучевая схема. Она предполагает наличие дополнительного узла — распределительного коллектора. Он необходим для разведения первичных и обратных магистралей к каждому радиатору в отдельности, что обеспечивает циркуляцию жидкости с равной температурой и равным давлением во всех элементах системы.

Дальнейшее усложнение отопительной системы по сравнению с тупиковыми и петличной схемами привело к еще большему расходу труб при прокладке магистралей. Тем не менее, это окупается высокой эффективностью. Требования к расширительному баку и нагнетающему насосу те же, что и в «петле Тихельмана».

Отопление теплыми полами

Главная «фишка» теплого пола — установка одного крупного, но маломощного «радиатора» в подпольное пространство, вместо использования системы стандартных навесных радиаторов. Это обеспечивает более равномерное распределение тепла, повышает комфорт в помещении и, при грамотной реализации системы, снижает энергозатраты. Однако и теплый пол не лишен своих недостатков. К ним можно отнести:

• длительное время прогрева полностью остывшего помещения;
• возможность возникновения конденсата ввиду почти полной изолированности от внешних факторов;
• сложности расчета и монтажа системы.

В ходе недавних исследований отмечено, что помещение с теплым полом при прочих равных факторов можно прогревать до температуры на 2ºC ниже, чем помещение с классическим отоплением, и это никак не скажется на комфорте человека. Один этот факт позволяет экономить до 10-15% энергии.

Сегодня довольно часто теплый пол применяют в отоплениидвухэтажного дома. Система может выступать в качестве основной, но для этого важно сделать все теплотехнические расчеты.

Отопление газовым котлом

Газовые котлы являются основным источником энергии в большинстве современных отопительных систем. Они гарантируют высокую производительность при относительно низких энергозатратах, отличаются высокой надежностью и безопасностью, конечно, при соблюдении всех норм и правил монтажа.

Тем не менее, в последние годы отмечается тенденция постоянного роста цен на природный газ, что вскоре приравняет удельные расходы на его приобретение с расходами на содержание электрической отопительной системы. А двухэтажные дома чаще всего строятся с большими площадями. До тех пор, пока сохраняется доступность газа, топить свой двухэтажный дом рекомендуем газовым котлом.

Какую схему отопления выбрать?

При выборе конкретного типа отопительной системы следует руководствоваться, в первую очередь, характеристиками здания, обращать внимание на доступность электричества и финансовых возможностей.. Если у Вас есть инженерные документы, загляните в них, как правило, так указаны все нужные цифры. В противном случае придется выполнять все измерения самостоятельно. Необходимый минимум — площадь пола, объем помещения, толщина и материал несущих стен и перегородок.

После этого стоит проанализировать климатические особенности региона, стоимость и доступность различных видов энергии. На основе этих данных осуществляется первичный выбор вариантов организации отопления, после чего просчитываются планируемые затраты на их приобретение и монтаж, а также будущее содержание. Именно экономические показатели, как краткосрочные, так и стратегические, являются решающими при выборе конкретного вида отопления.

Если с финансами наблюдаются сложности, наличие света нестабильно, а из энергоносителей только уголь, то возможно стоит смотреть в сторону простых однотрубных систем отопления. Если есть газ, стабильная подача света и позволяют финансы, то можно смотреть в сторону двухтрубных и лучевых систем отопления двухэтажного дома.

Теги: водяное отопление, газовый котел, двухтрубная система, однотрубная система, теплый пол

Централизованная система отопления постепенно отживает свое, поскольку, как можно заметить, она не способна справиться с возложенными на нее задачами по отоплению помещений. Поэтому, все чаще можно встретить использование автономного отопления.

Наиболее актуальным данный вопрос является для частных домов, по причине отсутствия какого-либо источника тепла. Существует несколько схем отопления, что дает возможность каждому выбрать свою по душе и в соответствии с финансовыми предпочтениями.

Разновидности 

Рассмотрим варианты систем отопления для частных и многоквартирных домов:

• с использованием принудительной циркуляции теплоносителя;

• естественная циркуляция с использованием самотёка теплоносителя.

Системы с естественной циркуляцией получили широкое распространение, главным образом, благодаря своим сильным сторонам:

• функционирование системы с естественной циркуляцией независимо от того есть напряжение в сети или нет;

• высокие показатели инерционности системы, где внешние факторы не влияют на распространение тепла. [advice]Примите к сведению: следует с особым вниманием подойти к выбору диаметра используемых труб для системы отопления, учитывая то, что больший диаметр улучшает циркуляцию воды, однако и здесь тоже следует знать меру.[/advice]

Статья, посвящённая установке насоса в систему отопления, расположена здесь: https://teplo.guru/sistemy/sistemy-otopleniya-s-nasosnoi-tsirkulyatsiei.html

Принцип функционирования оборудования

Система предусматривает проталкивание горячей воды наверх. Использование данной схемы отопления дома позволяет выполнять монтаж котла ниже отопительных радиаторов.

С верхней части вода в трубе с небольшим углом продвигается дальше. Здесь нужно обратить внимание на трубы, что отходят от главной ветки, подключенные к отопительным батареям, поскольку они должны быть тоньше.

Наиболее актуальным этот принцип является для систем с верхним типом раздачи, откуда самотечная система проталкивает воду к радиаторам.

В случае, когда используется схема, подразумевающая нижнюю раздачу, отопление частного двухэтажного дома самотечным способом возможно, только если есть разгонный контур. Это означает, что следует создать перепад высот, путем подключения трубы к котлу, подымающуюся к расширительному бачку. Далее труба опускается на уровень окон и оттуда делается разводка по батареям.

[warning]Следует учесть: помехой самотечной системы отопления может быть низкий потолок, поскольку предусмотрено, что труба от верхней точки котла должна на 1,5 метра отходить, и плюс расстояние на расширительный бачок.[/warning]

Наибольшим плюсом, которым обладает гравитационная отопительная система, является, то, что самотек воды выполняется без участия других систем. Это означает, что в случае использования дровяного котла, горячая вода будет поступать в систему самотеком без использования насоса или какого-либо другого оборудования, требующего включения электричества.

Правда, при помощи таких схем можно обогревать только дома небольшой площади, поскольку существует ограничение длины контура труб не более 30 метров. Такая система еще носит название ленинградка.Разновидности самотечных отопительных систем

Используется одна или две трубы, и это не влияет на принцип работы, поскольку вода поднимается как можно выше, где учитывается уклон, а далее она поступает во все элементы системы. Двухтрубный вариант системы закрытого типа отличается тем, что вода переходит в соседнюю ветку, через вход обратки котла.

Отличием однотрубной системы является то, что здесь на вход вода поступает от последнего радиатора. Подобный принцип применяется и в отопительных системах, сделанных своими руками.

Узнать подробнее об однотрубной системе отопления можно в данном материале: https://teplo.guru/sistemy/odnotrubnaya-sistema-otopleniya.html

Используемые радиаторы отопления

Наиболее значимый показатель здесь – это минимальное сопротивление потоку воды. А от ширины просвета радиатора зависит струя теплоносителя, вне зависимости от того, используете вы трубы из полипропилена или из других материалов. Однако, чугунные радиаторы в данном отношении будут просто идеальными, особенно когда используется однотрубная система. Они имеют наименьшее гидравлическое сопротивление.

Хорошо себя зарекомендовали в использовании алюминиевые и биметаллические радиаторы, но нужно обращать внимание на их внутренний диаметр, который не должен быть менее 3/4”. Этого будет для отопления одноэтажного дома вполне достаточно, не используя циркуляционный насос. Разрешается использовать стальные трубчатые батареи. [advice]Обратите внимание: нежелательно использовать на водяное отопление панельные батареи из стали или другие с маленьким сечением, через которые вода или не сможет протекать вообще, или же будет проходить очень небольшой струйкой, что в однотрубной разновидности ограничит циркуляцию или станет для нее препятствием.[/advice]

Разновидности схем подключения радиаторов

Характерно, что для хорошего отопления недостаточно того, чтобы котлы хорошо нагревали воду. Очень важно для поступления теплоносителя в радиаторы правильно их подключить.

На практике для однотрубного используется нерегулируемое последовательное подключение. Правда, этой проблемы удастся избежать, если у вас будет использована двухтрубная система. Данная система также не использует регулятор, однако, если радиатор завоздушится, система будет функционировать, поскольку вода будет проходить через перемычку (байпас). Правда для такой системы, как теплый пол, данный вариант не подходит.

Подробнее о необходимости установки байпаса можно прочитать здесь: https://teplo.guru/elementy/truby/baipas-2.html

Установка за перемычкой двух шаровых кранов позволяет, перекрыв поток, снять или отключить радиаторы, при этом систему останавливать не нужно. Так правильный расчет радиаторов отопления позволит Вам помещение оснастить теплоаккумулятором. [warning]Совет специалиста: циркуляция воды в системе осуществляется за счет разницы температур и разной плотности, поэтому обратный клапан устанавливать не нужно.[/warning]

Выбор труб 

Выбирая трубы для отопления, большое значение имеет не только диаметр, но и материал, из которого они изготовлены, а, если быть точнее, гладкость их стенок, поскольку это коренным образом влияет на систему.

Также, на выбор материала большое влияние оказывает котел, поскольку в случае с твердотопливным предпочтение следует отдать стальным, оцинкованным трубам или же изделиям из нержавейки, в связи с высокой температурой рабочей жидкости.

Однако, металлопластиковые и армированные трубы предполагают использование фитингов, что значительно сужает просвет, армированные полипропиленовые трубы будут идеальным вариантом, при рабочей температуре 70С, и пиковой – 95С.

Изделия из особого пластика PPS имеют рабочую температуру 95С, и пиковую – до 110С, что позволяет использовать в открытой системе.

Особенности систем самотеком

Ввиду того, что образуются турбулентные потоки, точные расчеты систем провести не удается, поэтому при их проектировке берутся усредненные значения, для этого:

• максимально поднимают точку разгона;

• используют широкие трубы подачи;

• необходимо сделать расчет количества радиаторов.

Далее от начала первого расхождения до каждого последующего подключают трубу меньшего диаметра на шаг, равный ему, что задействует инерционные потоки.

Также существуют и другие особенности монтажа самотечных систем. Так, трубы должны прокладываться под углом 1-5%, на что влияет протяженность трубопровода. Если в системе достаточный перепад высот и температур, можно использовать и горизонтальную разводку. Важно следить, чтобы не было участков с отрицательным углом, поскольку движением теплоносителя их не удастся достать, по причине образования в них воздушных пробок.

Так, принцип работы может основываться на открытом типе или быть мембранного (закрытого) типа. Если сделать монтаж горизонтальной ориентации, рекомендуется на каждом радиаторе установить краны Маевского, поскольку с их помощью легче ликвидировать воздушные пробки в системе.

Смотрите видео, в котором специалист рассказывает об условиях возможности применения самотечной, безнасосной, гравитационной системы отопления:

Очень весомым плюсом самотечной системы водяного отопления является ее независимость от наличия электроэнергии. Самотечное отопление может быть создано и на удаленной даче на основе энергонезависимого твердотопливного котла. Система бесшумная и надежная, она, несомненно, будет востребована и в будущем.

Наработан большой опыт создания самотечных систем отопления, ведь ранее все водяное отопление создавалось по принципу самотека. Система может быть создано по «типовой народной схеме» и своими руками.

Недостатками являются ограничения по мощности, отапливаемой площади, возможности подключения дополнительных контуров, при повышенной цене на создание.

Самотечное отопление обходится дороже, примерно в 2 раза по сравнению с системами принудительной циркуляции, так как требует большой диаметр труб и особенного размещения котла. Сложность при создании и в том, что трубы большого диаметра должны иметь общий уклон, а значит их положение фиксировано и поэтому они часто не вписываются в дизайн помещения, загромождают интерьер.

Как рассчитывается самотечная система

Можно заказать тепловой и гидравлический расчет у специалистов, в лицензированных организациях, но это обойдется недешево. Можно сделать эти расчеты приблизительно с помощью известных программ или вручную.

Но обычно пользуются общеизвестными рекомендациями и, как правило, этого вполне достаточно, чтобы создать работоспособную систему с самотеком жидкости.

Скорость движения жидкости по системе в любом случае не большая. Чем больше внутренние диаметры трубопровода и радиаторов, а также котла, тем большее количество жидкости будет проходить по ним, тем больше энергии сможет переноситься.

Важно ответить на вопрос — достаточно ли будет энергии переносить теплоноситель для отопления конкретного здания? В этом и заключается суть расчетов. Но если расчетов нет, то нужно обратиться к опыту создания подобного отопления и утепления зданий.

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Во первых, нужно определиться со степенью утепления здания, — соответствуют ли она требованиям нормативных документов. Если нет, то может не хватить мощности не только самотечной системы….. Обогреть холодное здание себе дороже, нужно утеплять, а не увеличивать мощность обогрева.

После того, как здание утеплено, можно обратиться к опыту создания подобных систем, откуда известно, что обычная предельная площадь самотечного обогрева составляет 150 м кв. на каждом этаже здания, при этом желательно распределение радиаторов на 2 плеча на каждом этаже, а длина подающего трубопровода каждого плеча не должна превышать 20 метров.

Обязательное условие для создания системы – превышение горячего теплоносителя (обычно принимается средняя линия радиаторов) над холодным (средняя линия теплообменника котла).

При большей длине трубопроводов, желателен бы расчет, или нужно мириться, что возможно, в пики морозов пропускной способности системы (скорости теплоносителя) может и не хватить что бы в здании было жарко.

Рассмотрим, отчего же будет зависеть работоспособность самотечной системы.

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Напор в самотечной системе будет напрямую зависеть от высоты водяного столба с разностью плотностей воды (разностью температур) и от самой разности плотностей воды. Формула напора приведена ниже.

Чем больше разность температур подачи и обратки, и чем выше водяной столб с этой разностью, тем быстрее будет циркулировать вода, тем больше тепла будет переноситься, тем надежнее система и большую площадь можно будет отопить.

Дело в том, что вода наиболее значительно остывает в радиаторах, до них она считается горячей. После радиаторов вода холодная движется по обратке к теплообменнику котла, где происходит ее нагрев. Следовательно, чем ниже находится теплообменник относительно радиаторов, тем больше будет напор в системе.

Кроме того, вода остывает и в самой трубе выходящей из котла, а это значит, что чем выше будет поднят горячий трубопровод, и чем он длиннее и больше отдает тепла, тем будет больше напор.

Впрочем, эта теплототдача будет иметь низкую эффективность для обогрева дома, если горячий трубопровод расположен под потолком. Лучше, если он находится вдоль пола отапливаемой массандры и является для нее отопительным прибором.

Не правильно делать просто высокий столб горячей воды, вынося расширительный бак выше крыши. Нужна наибольшая разность высот, на которой бы происходил перепад температур, а этого проще добиться опусканием котла.

Типичная ошибка при создании самотечной системы для 2-х этажей — подключение радиаторов на обоих этажах к одним стоякам. В результате на 1 этаже будет еще холодно, когда на 2 этаже уже очень жарко. Правильно для мансарды предусмотреть отдельное независимое плечо отопления со своим регулировочным вентилем.

Как движется теплоноситель (вода)

Из вышесказанного вытекают и конструктивные особенности самотечной системы отопления.

Котел располагается в приямке, в подвале, во всяком случае, желательно, чтобы его теплообменник был ниже средней линии радиаторов.

Все трубопроводы делаются с общим уклоном по ходу движения жидкости:

• вода из котла поднимается по вертикальному стояку в самую верхнюю точку;
• от вертикального горячего стояка всегда должна вниз до входа в котел;
• разница высот между начальной и конечной точкой трубы не менее одного процента, но по длине уклон может меняться как угодно;
• всегда лучше обеспечивать максимальный уклон.

Какие применить трубы

Диаметр труб должен быть для подачи и обратки на одном крыле трубопровода не менее 32 мм, при этом радиаторы могут подключаться и трубами с внутренним диаметром 20 мм. А для стояка и подачи на крыло — не менее 50 мм. Впрочем никто не запрещает увеличить эти диаметры, что только сделает систему мощнее.

До сих пор оптимальным вариатном считаются обычные стальные трубы. При больших диаметрах они становятся конкурентноспособными пластику. К тому же стальная труба большого диаметра является и сама по себе отопительным прибором, ввиду значительной проводимости тепла металлом.

Котел, радиаторы, трубопровод

Применяется специальный котел (и газовый и твердотопливный) с собственным маленьким гидравлическим сопротивлением, предназначенный для самотечной системы.

Применяются радиаторы с низким гидравлическим сопротивлением, с большим диаметром внутренних отверстий — обычно или чугунные или алюминиевые.

В высшей точке трубопровода устанавливается клапан для стравливания воздуха (система под давлением с закрытым расширительным баком (гидроаккумулатором)). В систему встраивается на выходе из котла группа безопасности – манометр и аварийный клапан. Либо в высшей точке располагается расширительный бак открытого типа.

Сливной кран располагается в районе котла в низшей точке трубопровода, делается отвод либо в канализацию, либо на емкость.

Подборка котла по мощности ведется как обычно — в зависимости от теплопотерь здания, а радиаторов — от теплопотерь каждой комнаты где они устанавливаются.

При этом чаще пользуются правилом — радиаторы суммарно чуть мощнее котла (при этом учитывается, то что паспортная температура жидкости обычно больше реальной, т.е. радиторы приобретаются еще мощнее на 20 – 35 %), после чего общая мощность радиаторов распределяется по комнатам.

Схемы самотечного отопления на одно крыло

Типичная схема водяного отопления с самотечным движением жидкости. Здесь только лишь одно крыло. Горячий трубопровод располагается повыше, от него опускаются стояки вниз на каждый радиатор или на пару радиаторов. В схеме указан расширительный бак вместо гидроаккумулятора.

На практике часто подобные схемы реализуются так чтобы расширительный бак, верхний трубопровод располагались бы на чердаке а обратка часто опускается под пол в подвал. При этом трубопроводы меньше загромождают жилое пространство и не портят интерьер. Но тогда все трубопроводы в холодной зоне должны быть хорошо утеплены — слой не менее 15 см минеральной ваты. Пенопласт не подходит, так как его едят грызуны и его не стоит нагревать до 70 град.

Прокладка труб по чердаку

Подвариант данной схемы — обратка поднята вверх, так как не всегда есть возможность прокладывать ее понизу — мешают дверные проемы, нет подвала и т.д.

В небольшом доме

Вариант размещения радиаторов прямо возле котла. Это возможно лишь в климатических зонах с постоянной положительной температурой, и если окна достаточно утеплены (двойные стеклопакеты), и нет особой необходимости в создании тепловых завес путем размещения радиаторов под окнами. Схема применяется, когда нет возможности понизить уровень котла — максимально сокращаются трубопроводы.

Трубопровод на два крыла

Следующий пример более востребован в жизни. Чаще так и располагаются трубопроводы при самотечном движении жидкости в небольшом частном доме или на даче на уровне радиаторов с выдержкой общего уклона.

Трубопровод разделен на два крыла, которые желательно сделать одинаковой протяженностью. Все радиаторы подключаются через вентили для оперативной регулировки поступления воды.

Для двух этажей

Еще один пример «из жизни» разводки трубопроводов при самотечном движении жидкости. На этот раз отапливается полноценный этаж и мансарда.

Так как крыло мансарды маломощное, то оно включено трубопроводом меньшего диаметра — 25 мм. Здесь применяются стояки на каждую пару радиаторов в комнатах первого этажа, а горячий трубопровод проложен по полу мансарды и является для нее обогревающим элементом.

Схема требует создания достаточного напора, поэтому теплообменник котла располагается ниже средней линии радиаторов первого этажа минимум на пол метра.

Принципы и выводы

Можно разработать любое количество схем самотечного отопления в зависимости от конкретной планировки дома но всегда соблюдаются следующие принципы — максимально большой столб воды с перепадом температур, максимальные диаметры трубопроводов и специальные котлы и радиаторы, кольцо трубопроводов — «подача-радиатор-обратка» делаются как можно короче, для чего трубопровод разделяется на несколько плечей, которые подключаются к котлу параллельно.

Также важно: — если самотечное отопление в доме создавалось самостоятельно, или владельцы принимали активное участие в его создании, то и все выявленные недостатки в процессе эксплуатации могут быть исправлены своими руками или система может быть без особых затрат доработана, при выявлении ее недостатков.

Отопительные системы загородных коттеджей высотой 2 и более этажа обычно проектируются инженерами–теплотехниками. Но хозяевам жилищ несложной планировки площадью до 200 м² не обязательно обращаться к специалистам – продумать и организовать обогрев здания можно самостоятельно. Задача данной публикации – пояснить, какая схема отопления двухэтажного дома лучше сочетается с конкретными условиями эксплуатации, котельным оборудованием и радиаторами. Предлагаем рассмотреть существующие варианты и выбрать оптимальный.

Виды отопительных систем

Практика показывает, что большинство домовладельцев выдвигает к системе отопления двухэтажного дома 3 основных требования:

1. В доме всегда должно быть тепло.
2. Минимальный расход энергоносителей – природного газа, дров, электричества и так далее.
3. Красота. Трубы, арматуру и приборы обогрева желательно убрать с глаз, чтобы не портили интерьер.

Требования перечислены в порядке важности с точки зрения пользователей. О стоимости монтажа мы поговорим в процессе рассмотрения систем.

Пожелания вполне понятны, но их следует увязать с техническими возможностями. Например, в отдаленных регионах случаются перебои с подачей электроэнергии либо отсутствует магистральный газ. Отсюда совет: сначала определите основное топливо и резервный энергоноситель, подберите котел и отопительные приборы. Отразите пожелания на бумаге – набросайте своими руками черновой проект.

Далеко не всегда хозяин дома может сам обустраивать инженерные сети – разрабатывать схемы, монтировать оборудование и трубы. В таком случае есть смысл обратиться к специалистам инженерной фирмы, которая занимается перечисленными работами. Например, в центральном регионе РФ услуги по установке котлов и монтажу систем отопления оказывает компания «ТеплоМосква».

Такой основательный подход позволит смонтировать схему отопления двухэтажного дома, которую не придется переделывать впоследствии. На выбор есть 5 вариантов систем:

• самотечная (она же – гравитационная и конвекционная);
• однотрубная;
• двухтрубная;
• лучевая (иначе – коллекторная);
• водяные контуры напольного обогрева, называемые теплыми полами.

Примечание. Первая схема подразумевает естественную циркуляцию теплоносителя по трубам и сообщающийся с атмосферой расширительный бак. В остальных реализован принцип принудительной циркуляции с помощью насоса и работа под давлением (используется закрытый мембранный бачок).

Указанные системы допускается комбинировать друг с другом. К примеру, на первом этаже сделать теплые полы, а на втором собрать лучевую схему. Теперь подробно рассмотрим каждый вариант по отдельности.

Схема с естественной циркуляцией

Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.

Справка. Существуют и другие способы организовать самотек на двух этажах, например, разводить стояки прямо от расширительного бака трубами меньшего диаметра. Схема материалоемкая, с виду напоминает паука, а монтаж доставит немало хлопот.

Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:

1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
2. Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
3. Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
4. Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

• из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
• чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
• здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
  

  

• затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
• схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
• увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.

Замечание. Последний отрицательный момент не играет особой роли – затраченная на производство тепла энергия никуда не денется. Она вернется в процессе остывания трубопроводов.

Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

Советы по проектированию

Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
   

   

4. Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
7. Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.

Важный момент. Все элементы гравитационной схемы, расположенные на чердаке двухэтажного дома, не забудьте тщательно утеплить, дабы не греть холодную крышу.

Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

Плюсы и минусы однотрубной схемы

Однотрубная система отопления двухэтажного частного дома способна нормально функционировать только с принудительной циркуляцией от насоса. Конструкция следующая: по периметру этажа проходит одна магистраль, куда подключены все батареи. То есть, коллектор одновременно играет роль подачи и обратки.

Работа однотрубной схемы, получившей название «ленинградка», довольно сложна:

1. Если трубопроводы рассчитаны верно, то в каждый радиатор затекает приблизительно 1/3 горячей воды. Оставшиеся 2/3 объема двигаются по магистрали дальше.
2. Теплоноситель, прошедший батарею, избавляется от тепла и возвращается обратно в коллектор, понижая температуру потока на 1—2 °С.
3. Охлажденная вода течет к следующему радиатору, где процесс разделения и слияния потоков повторяется. Температура теплоносителя в коллекторе снова падает. Сколько батарей подключено к кольцевой магистрали, столько раз вода охладится.
4. Пройдя последний отопительный прибор, холодный теплоноситель возвращается в котел.

Важное условие нормальной работы системы: диаметра главной магистрали должно хватать на подачу тепла всем батареям. По факту применяются трубы размером 25—32 мм (DN 20—25) при подводящих патрубках радиаторов Ø15 мм (внутренний диаметр DN10).

Сторонники «ленинградки» называют ее главным плюсом низкую стоимость материалов и монтажа. Мы согласимся с утверждением, но с оговоркой: если производить сборку дешевым полипропиленом.

Однотрубная схема отопления, сделанная в двухэтажном доме из металлопластика, сшитого полиэтилена или металла, обойдется дороже двухтрубной из-за цены фитингов. Точный расчет предоставит наш эксперт Владимир Сухоруков ниже на видео.

Минусы «ленинградки» выглядят так:

• поскольку каждый последующий радиатор получает более остывший теплоноситель, нужно наращивать число секций для нагрева дальних комнат;
• чтобы не подбирать количество секций наобум, нужно произвести расчет остывания воды;
• максимальное число эффективно работающих батарей на одной ветви – 5—6 шт., иначе придется нарастить диаметр раздающей трубы до 40—50 мм;
• закольцованную магистраль сложнее провести по дому – мешают дверные проемы, особенно на втором этаже;
• отопительные приборы влияют друг на друга, что затрудняет организацию автоматического регулирования.

Пример. Представьте, что на всех радиаторах установлены термоголовки. Если в первой комнате воздух прогрелся до установленной температуры, термостат закроет проход теплоносителя в батарею. Тогда к остальным приборам пойдет более горячая вода, что заставит сработать остальные радиаторные клапаны.

Маленький плюс однотрубной разводки: одну ветку проще упрятать в стену либо под полы, нежели две. Отопительная сеть легко комбинируется с другими типами систем, работающих с принудительной циркуляцией.

Двухтрубная разводка – просто и надежно

Расписывать алгоритм работы двухтрубной схемы нет нужды, поскольку он прост до безобразия. Мимо всех отопительных приборов проложены 2 трубопровода – подающий и обратный. По первому горячий теплоноситель поступает в батареи, где охлаждается и возвращается в котел через второй. Подключение соответствующее – одна подводка врезана в подачу, вторая – в обратку.

В двухэтажных загородных домах применяется 2 типа двухтрубных систем:

1. Тупиковая или плечевая. Подающая и обратная магистраль заканчивается на последнем радиаторе, по факту теплоноситель меняет направления движения и течет обратно к котлу.
2. Попутная (кольцевая, петля Тихельмана). Трубопровод подачи заканчивается на последней батарее, а обратки – начинается от самого первого радиатора, проходит остальные обогреватели и возвращается к источнику тепла. Направление движения воды не меняется, отсюда и название.

Примечание. Обе системы функционируют принудительно от насоса и в подавляющем большинстве случаев работают под давлением 1—2,5 Бар. Делать их открытыми бессмысленно, проще и удобнее поставить мембранный расширительный бак рядом с котлом.

Двухтрубные схемы практически безупречны, поэтому начнем с перечисления недостатков:

• протяженные ветви с большим числом отопительных приборов требуют глубокой балансировки, но при количестве батарей 5—6 шт. проблем не возникнет;
• трубопроводы петли Тихельмана неизбежно натыкаются на дверные проемы, которые приходится огибать разными способами;
• отопительная сеть, собранная из полипропилена, обойдется дороже аналогичной однотрубной системы;
• всё.

Минусов у двухтрубных схем действительно мало: они надежны, стабильны в работе, легко поддаются автоматической регулировке и одинаково хорошо функционируют с теплым полом, радиаторами и другими видами обогревателей. Плечи тупиковой разводки могут делаться разной длины и загруженности по числу батарей, а петля Тихельмана – образец гидравлического равновесия, не нуждающийся в балансировке.

Для справки. В дачном коттедже площадью до 200 м² удастся обойтись диаметрами труб 10—20 мм (внутренний), не более.

Принцип коллекторного распределения теплоносителя

Лучевая схема – это современная разновидность двухтрубной разводки, удовлетворяющая всем новым и старым требованиям: эффективность, экономичность за счет автоматизированного управления, полностью скрытая прокладка труб и так далее. В чем особенности системы:

1. Теплоноситель от котла направляется в главный распределительный узел – коллектор.
2. Радиаторы подключены подводками DN10—15 к гребенке по двухтрубной схеме, каждый к своей паре штуцеров на подающем и обратном коллекторе. Магистрали отсутствуют.
3. Подводящие трубы утеплены и проложены скрыто по любому удобному маршруту – под напольным покрытием, за натяжными потолками либо в стенах.
4. С помощью расходомеров коллектора (ротаметров) доступна ручная регулировка количества воды, направляемой к батарее. Если гребенку оснастить сервоприводами, подключенными к комнатному терморегулятору, управление потоком теплоносителя будет производиться автоматически.

Совершенство коллекторных схем отопления двухэтажных домов несколько омрачает высокая цена материалов. Гребенки с ротаметрами, трубный утеплитель, сервоприводы, — все указанные элементы стоят приличных денег. Недостаток второй: подобную систему сложно собрать в обжитых помещениях, не делая ремонта. Чтобы упрятать пучок трубопроводов, придется разобрать полы либо снять обшивку потолков.

Контуры напольного обогрева

Как и коллекторная схема, водяной теплый пол монтируется в процессе строительства или ремонта двухэтажного дома. Есть 2 способа устройства напольного обогрева:

• замоноличивание змеевиков из труб в цементно-песчаной стяжке;
• раскладка труб греющих контуров в теплораспределительных металлических пластинах без заливки стяжки.

Для справки. Бетонирование трубопроводов принято делать на первых этажах жилых зданий. Второй способ применяется для прокладки внутри деревянных перекрытий.

Концы труб Ø16 х 2 мм, уложенных змейкой либо улиткой, подсоединяются к гребенке, о которой говорилось выше и подробно рассказано в отдельной публикации. Коллектор со смесительным узлом или термоголовками RTL обеспечивает подачу в контуры теплоносителя с температурой не выше 50 °С.

Преимущества теплого пола очевидны – реальная экономия энергоносителей 15—20% за счет нагрева поверхности до температуры 20—25 °С и комфорт для проживающих в доме. Теперь о негативных моментах:

1. Устройство теплого пола в двухэтажном жилище – затея не из дешевых. По стоимости материалов и монтажа это самый дорогой вариант отопления помещений.
2. Греющие контуры, особенно в цементной стяжке, очень инертны в плане регулировки. Представьте, холодный монолит выходит на рабочий режим в течение суток. Чтобы комната не перегревалась, треть от потребной тепловой мощности должны поставлять батареи, быстро реагирующие на изменение температуры воздуха.
3. В случае неисправности либо утечки воды в контуре бетонную стяжку придется ломать.

Невзирая на перечисленные проблемы, теплые полы используются домовладельцами все чаще – слишком уж комфортный обогрев и ощутима экономия топлива. В отличие от других систем отопления, греющие контуры абсолютно не портят интерьер помещений.

Выбираем подходящую схему

После ознакомления с применяемыми в двухэтажных домах системами отопления пришло время вернуться к вашему черновому проекту, где подобраны типы радиаторов и котла, определена расстановка данного оборудования и перечислены пожелания. Дальше выбираем схему в соответствии с рекомендациями:

1. При частых перебоях электроснабжения выбор невелик – нужна самотечная система. Если дом топится кирпичной печкой, стоит использовать ее в качестве источника тепла и не покупать котел.
2. Если вы так и не поняли, чего хотите, смело собирайте двухтрубную тупиковую схему закрытого типа. Ее легко адаптировать к различным условиям и оборудованию. Впоследствии установите твердотопливный, газовый или электрокотел – разницы нет, отопление будет работать.
3. При повышенных требованиях к дизайну интерьера принимайтесь за коллекторную разводку. Чтобы не ошибиться с размерами труб, тяните до гребенки диаметр 32 мм, а подводки к батареям делайте Ø16 х 2 мм (наружный).
   

   

4. Теплые полы устраиваются при наличии средств и желания. Их лучше совместить с любой системой, кроме гравитационной.

Совет. Напольное отопление без радиаторной сети подходит далеко не всем. Чтобы прогреть помещение теплым полом, его поверхность придется довести до 30 °С и более. Длительное пребывание в такой комнате у многих вызывает ощущение духоты и дискомфорта.

В маленьком дачном домике на 2 этажа стоит сделать однотрубную систему из труб ППР. При 3—4 батареях на каждой ветви она будет работать безукоризненно. Использовать «ленинградку» в большом коттедже мы не рекомендуем. Подробнее о выборе разводки смотрите на видео от эксперта:

О совместимости с различными котлами

При выборе схемы отопления в двухэтажный дом нужно учесть тип источника тепла. Например, с настенным газовым котлом способны работать все системы, кроме гравитационной. При отключении электричества теплогенератор попросту остановится. Лучший вариант для самотека – энергонезависимый напольный агрегат либо кирпичная печь с водяным контуром (баком – котлом, но не змеевиком!).

Прямая стыковка самотечной разводки с твердотопливным котлом крайне нежелательна, хотя домовладельцы все равно это делают.

Из-за малой скорости движения и медленного отбора теплоты отопительный агрегат станет перегреваться и закипать, рано или поздно случится авария. Обязательно нужна буферная емкость, отбирающая лишнюю энергию, причем подключенная по всем правилам самотека – большими диаметрами и с уклонами. Сооружение выйдет громоздким и некрасивым.

Закрытые системы двухэтажных домов совместимы с любыми котлами, в том числе двухконтурными. Единственная рекомендация: при подключении к твердотопливным агрегатам лучше использовать теплоаккумулятор, который не даст теплоносителю закипеть и предотвратит аварию.

Используемые источники:

• https://eurosantehnik.ru/otoplenie-dvuxetazhnogo-doma.html
• https://teplo.guru/sistemy/shema-s-estestvennoy-tsirkulyatsiey.html
• http://teplodom1.ru/sistemotopl/118-samotechnoe-otoplenie-v-dome.html
• https://otivent.com/shema-otoplenija-dvuhjetazhnogo-doma