Что это такое —однотрубное отопление? Какой должна быть однотрубная система отопления с естественной циркуляцией?

Какие диаметры труб стоит использовать и каким должен быть их материал? Давайте постараемся разобраться.

Что это такое

Однотрубная схема системы отопления подразумевает отсутствие отдельных труб подачи и обратки. Теплоноситель выходит из элеваторного узла или котла и возвращается туда же по одному кольцу, опоясывающему помещение или несколько помещений по периметру.

В противовес ему существует двухтрубная система, в которой каждый радиатор является перемычкой между двумя нитками отопления.

Какой однотрубная система может быть?

Закрытая и открытая

Что это и в чем разница между схемами?

• Закрытая однотрубная система отопления не сообщается с окружающим воздухом и, соответственно, может иметь довольно большое избыточное давление в контуре. При необходимости стравить воздух это делается вручную;объем воды в системе постоянен.

Полезно: сейчас получили распространение автоматические воздушные клапана, которые без вмешательства человека стравливают воздух и перекрывают путь теплоносителю. Благодаря им однотрубная закрытая система отопления запускается простым поворотом вентилей и включением (или растопкой) котла.

• Открытая, в противовес ей, имеет негерметичный расширительный бак, в который вытесняется воздух. Понятно, что такая схема накладывает отпечаток на разводку отопления. В частности, проходящее по периметру дома кольцо должно располагаться выше отопительных приборов —иначе воздух соберется в них.

Уклон открытой системе отопления нужен с той же целью —чтобы весь воздух был вытеснен в расширительный бак.

Горизонтальная и вертикальная

• Однотрубная горизонтальная система отопления наиболее характерна для коттеджа или частного дома. В общем-то, название интуитивно-понятное: кольцевая разводка расположена в горизонтальной плоскости.
• Однотрубная вертикальная система отопления характерна для двух- трехэтажных домов с небольшой площадью этажа. Кольцо, по которому прокачивается теплоноситель, просто разворачивается в вертикальную плоскость. Каких-то других принципиальных отличий у этой схемы нет.

Вертикальные однотрубные системы могут включать несколько параллельных колец, соединяющихся внизу в общий трубопровод, из-за чего такая система подчас не вполне правильно упоминается как однотрубная вертикальная система отопления с нижней разводкой.

Проточная и с байпасами

В проточной однотрубной системе ВЕСЬ объем теплоносителя проходит только и исключительно через радиаторы или другие отопительные приборы. По скромному мнению автора, такая система осмыслена лишь в том случае, если кольцо опоясывает ОДНО небольшое помещение и снабжает теплом две-три батареи.

Почему именно так?

Слишком уж велики недостатки такой схемы, которые часто при сравнительном анализе систем отопления описывают как характерные для всех однотрубных систем:

• Регулировка отдельных отопительных приборов невозможна. Стоит прижать дроссель на одном —и все остальные тоже перестанут греть.
• Демонтаж одного радиатора требует полной остановки и сброса системы отопления.
• Разница в температуре между первым и последним радиатором очень велика.

Система с байпасами использует постоянную циркуляцию основного объема воды через перемычки. Точнее, ОСНОВНОЕ кольцо представляет собой толстую трубу, параллельно которой врезаны, не разрывая ее, отопительные приборы.

Реализованная таким образом, однотрубная схема отопления имеет массу достоинств :

• Циркуляция воды будет быстрой, а перепад температур —небольшим.
• Регулировка отдельного отопительного прибора термоголовкой или дросселем не представляет никаких проблем и никак не повлияет на остальную часть системы.
• Любой радиатор при наличии отсекающих вентилей можно отключить и снять, не останавливая отопления.

Правильно сконфигурированная, такая система крайне отказоустойчива и даже в самые сильные морозы без всякой балансировки не остановится и не будет разморожена. Кроме того, цена материалов минимальна, а все работы по монтажу могут быть легко и в кратчайшие сроки выполнены своими руками.

С принудительной и естественной циркуляцией

Принудительная циркуляция —это не обязательно циркуляционный насос. Однотрубная система частного дома, запитанная от подключенного к теплотрассе элеваторного узла, тоже является принудительно циркулирующей: теплоноситель приводит в движение созданный извне перепад давлений.

Естественной принято называть циркуляцию за счет естественного теплового расширения воды. Нагревшись, она устремляется вверх, для чего конструктивной частью самого котла или закольцовки после него делается так называемый разгонный коллектор;а потом самотеком возвращается на повторный цикл нагрева.

Что нужно учесть, когда проектируется однотрубная схема подключения радиаторов отопления в системе с естественной циркуляцией?

• Основное кольцо должно быть большого диаметра. Разумным минимумом будет ДУ32 для дома площадью около 100 м2 . Больше —лучше.

Причина в том, что перепад давлений между точками на выходе из котла и на входе в него у нас будет минимальным. Чем меньше диаметр трубы —тем большее сопротивления она оказывает току жидкости в ней.

Внимание: не путайте внешний диаметр трубы и ее ДУ, который примерно равен внутреннему просвету. Просвет трубы с ВНЕШНИМ диаметром в 32 миллиметра, сделанной из полипропилена —всего 20,1 мм, чего явно недостаточно.

• После разгонного коллектора кольцо должно идти к котлу с постоянным уклоном в 5-7 градусов, благодаря которому остывающая вода сможет транспортироваться самотеком.
• Пластиковые и металлопластиковые трубы имеют намного менее шероховатую поверхность, чем стальные. Что еще важнее —эта поверхность со временем не зарастает отложениями, препятствующими току воды в трубе.

Именно поэтому для систем отопления, где не планируется слишком высокая температура теплоносителя, любая инструкция по самостоятельному монтажу настоятельно рекомендует использовать полипропилен, металлопластик или сшитый полиэтилен.

Как смонтировать однотрубную систему в коттедже

Общая схема уже описана. Давайте еще раз повторим основные моменты, чтобы не осталось неясностей:

• Даже если планируется использование циркуляционного насоса, лучше обеспечить нормальную работу отопления за счет естественной циркуляции. Свет иногда отключают, провода в пургу часто рвутся падающими деревьями, а сидеть без отопления в -30 как минимум неприятно.

Способ сделать это несложен: после котла труба разводки резко идет вверх и потом опускается к котлу по периметру дома с 5-градусным уклоном. Труба должна быть достаточно толстой —ДУ32 —ДУ40 мм.

От автора: более точный гидравлический расчет однотрубной системы отопления оперирует огромным количеством переменных, включая материал труб, радиус и количество поворотов, перепад давлений, количество и тип запорной арматуры и так далее. Кроме того, поверьте на слово —используемые в расчете формулы весьма сложны: закон Бернулли описывает лишь самый простой случай движения потока через ПРЯМУЮ трубу без учета шероховатости ее стенок.

Хорошая для нас новость состоит в том, что в реальном мире расчет гидравлический отопления —однотрубной системы или любой другой —нужен при проектировании многоквартирного дома с целью экономии. Разница в затратах в масштабах госстроительства при снижении диаметра трубы на шаг будет исчисляться миллионами рублей.

В случае небольшого частного дома мы можем позволить себе довериться чужой практике и просто поставить трубу с заведомым запасом по диаметру.

• Радиаторы врезаются параллельно основному кольцу. Для врезки обычно используется труба ДУ20 мм. Никаких сужений основной магистрали между точками врезки радиатора не делается: вода и так будет циркулировать через него.
• Каждый отопительный прибор снабжается дросселем или термоголовкой для регулировки. На второй врезке ставится вентиль, позволяющий полностью отсечь его и при необходимости снять и заменить.
• Радиаторы врезаются снизу с обеих сторон. Не переживайте из-за циркуляции в секциях: практика показывает, что любые отопительные приборы при таком подключении ВСЕГДА греют по всему объему и не нуждаются в промывке.
• При нижней разводке (когда она расположена ниже отопительных приборов) каждый из них снабжается автоматическим воздушным клапаном или ручным воздушником : краном Маевского, вентилем или обычным водоразборным краном. Однотрубная система отопления с верхней разводкой в этом не нуждается: весь воздух будет вытеснен вверх, в расширительный бачок.

• Иногда используется несколько модифицированная схема однотрубной системы отопления проточного типа : вдоль стен укладывается или подвешивается стальная труба большого диаметра (100-150 мм) без врезки каких-либо отопительных приборов.

Она может быть замаскирована декоративным коробом, не препятствующим вентиляции. Схема предельно проста, недорога в реализации и ОЧЕНЬ эффективна в плане обогрева.

Заключение

Дополнительная информация о том, какой может быть и как монтируется горизонтальная однотрубная система отопления —как всегда, в видео в конце статьи. Теплых зим!

Важным пунктом расчета системы отопления является выбор диаметра труб. Учитывается ряд факторов, зависящих от типа подключения отопительных элементов, необходимой мощности системы, параметров котла и т.п. Начинать рассчитывать диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией необходимо с выбора конкретного способа подключения системы и ее основных параметров. В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о целесообразности применения того или иного диаметра или же корректировать параметры системы, исходя из экономических, технологических или даже эстетических соображений.

Что учитывается при расчете

Основные критерии, которые важно учесть:

• объем теплоносителя, достаточного для заполнения системы;
• длина отопительного контура;
• номинальная скорость потока теплоносителя;
• требуемая продуктивность, кВт;
• циркуляционное давление;
• сопротивление труб и фитинга в отопительном контуре.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий оптимальные параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры отопления, используемые для расчета диаметра труб

• объем контура отопления;
• скорость движения теплоносителя;
• теплоемкость;
• перепад давления горячего и остывшего теплоносителя;
• высота контура.

Объем жидкости в системе с естественной циркуляцией, сам по себе, не играет ключевой роли. Чем больше теплоносителя, тем больше тратится топлива для нагрева, однако за счет увеличенного объема повышается давление циркуляции, что способствует росту КПД отопления.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией выбирается по возможности большим. Особенно, когда нет возможности повысить общую высоту контура.

Нужно распределять трубы и радиаторы таким образом, чтобы сократить путь от котла к радиатору. Слишком длинные линии на подаче, хоть и обеспечат больший напор в системе, однако снизят эффективность обогрева в дальних ее точках. При этом влияние оказывает только высота участка.

Скорость жидкости ограничивается в пределах 0,4-0,6 м/с, что позволит снизить до минимума сопротивление в трубах. Желательно поддерживать переходной тип движения воды в трубах между ламинарным (равномерным) и турбулентным (с завихрениями).

Требуемая мощность рассчитывается по формуле:

Qt = V*dт*k/860,

где V – объем помещения в метрах кубических, dt – перепад температуры на улице и в помещении, k – коэффициент теплопотерь для ограждающих конструкций помещения. Это приближенная формула расчета.

При естественной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость движется исключительно под действием сил гравитации. Горячий теплоноситель поступает в трубы, расположенные выше котла, например под потолком или на чердаке. В радиаторах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения. Холодная вода имеет большую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая естественный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образуя неразрывный цикл

Основная формула напора естественной циркуляции:

Δpт= h*g*(ρот – ρпт),

где h – высота в метрах, g – ускорение свободного падения, ρпт и ρот – плотность воды в среднем значении в подающем трубопроводе и обратном.

Схема для расчета высоты уровня воды

Основной параметр, влияющий на эффективность отопления – это высота уровня воды в системе, разница между уровнями подвода и отвода воды от радиатора. Именно она задает необходимый циркуляционный напор под действием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подключения высота считается между средней линией радиатора и средней линией котла, потому логично, что котел должен располагаться значительно ниже. Для одноэтажного дома это означает расположение котла в подвальном помещении.

Высота при вертикальном распределении обозначает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условии, что котел находится именно на уровне отводящей линии или немного ниже. Однако часто технически невозможно распределить котел и радиаторы на достаточной разнице высот, потому следует уменьшать сопротивление контура, в том числе увеличивать диаметр труб.

Иногда достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту контура отопления. Формировать его следует непосредственно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому радиатору в контуре.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход. Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм. После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

• Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

H = λ(Lк/Dт)(V2/2g),

где H – условная высота равная сопротивлению контура, λ – коэффициент шероховатости, Lк – длина контура, Dт – внутренний диаметр канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность. Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора. Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов определяется оптимальный размер трубы. Однако следует учитывать, что окончательное проектирование должно выполняться профессионалам и с применением значительно более сложных формул и схем. Учитываются и количество колен, способ подключения, оптимизация по затратам, экономической целесообразности и даже эстетического вида. При выборе диаметра учитывается разделение труб на основные и подводящие, наличие запорной арматуры и регулирующих приборов, с помощью которых настраивается обогрев в отдельных комнатах.

Удалось ли Вам самостоятельно выполнить подбор диаметра трубы для отопления? Как вариант, можно попробовать пересчитать параметры своего существующего отопления и определить его эффективность. Возможно, стоит пересмотреть некоторые моменты для достижения лучших показателей, особенно в экономии. Свои результаты, а также мнение о данной инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Частая ошибка старых систем отопления с естественной циркуляцией связана с разводкой труб. Колена формировались слишком угловатым и с заужением сечения, что приводит к существенному повышению гидродинамического сопротивления. Для снижения сопротивления необходимо соблюсти правильный радиус разворота (для стальных труб это 2-2,5D) и использовать трубогиб для сохранения профиля труб.

Перед тем, как заняться монтажом системы отопления, собственник сталкивается с выбором способа циркуляции воды в системе. Это будет естественная или принудительная циркуляция.
Естественная циркуляция в отопительной системе наиболее распространена в наши дни. Что же такое система отопления с естественной циркуляцией? Это отопительная система, в которой вода циркулирует естественным образом по законам физики. При этом для такой системы не нужно электричество или какие-либо дополнительные приспособления.

Главная особенность такой системы — вода по системе циркулирует без помощи насоса, самотеком.

Естественная циркуляция отопления

Плюсы и минусы

Система с естественной циркуляцией имеет преимущества перед системой с принудительной циркуляцией:

• полная независимость от электричества;
• простота обслуживания и осуществления ремонтных работ;
• при аккуратной эксплуатации срок службы порядка 40 лет;
• не требуют дополнительных источников для работы, циркуляция осуществляется за счет физических законов.

Основные недостатки системы с естественной циркуляцией:

• низкое циркуляционное давление воды, поэтому радиус действия таких систем лишь 30 м от отопительного прибора;
• если при монтаже не будет соблюден определенный угол наклона, могут начать появляться воздушные пробки;
• долгий прогрев системы при первом включении, воздух в помещении будет при этом медленно прогреваться;
• разводка труб должна быть только открытой;
• необходимо следить, чтобы вода всегда была в расширительном баке, при снижении уровня ниже критического возможно закипание отопительного прибора, система перестанет функционировать.

Разновидности системы отопления с естественной циркуляцией

Существует два вида таких систем:

• естественной циркуляции;
• естественной циркуляции.

Однотрубная отопительная система – система без обратной циркуляции, вода циркулирует с помощью подающей трубы. Малоэффективна, так как вода от отопительного прибора в течение долгого времени проходит по всем радиаторам. До последнего радиатора она доходит наполовину охлажденной. Такая система применяется реже, чем двухтрубная.

Двухтрубная система отопления – система, в которой подача и отвод воды осуществляется по двум разным трубам. Подающая труба – по ней вода от отопительного прибора поступает к радиаторам. Обратная труба – труба, по которой вода возвращается обратно к отопительному прибору.

Двухтрубная система отопления может быть:

• с верхней разводкой – трубы монтируются выше радиаторов, при этом вода поступает от котла к радиаторам по стоякам, проходит внутри радиаторов и поступает обратно к котлу через нижние трубы. Обычно котел устанавливают в самой нижней точке системы, см на 30 ниже уровня пола, а в идеале – в подвальном помещении;
• с нижней разводкой – подающая и отводящая трубы расположены ниже уровня радиатора. Подача воды от котла осуществляется снизу. Такая разводка более эффективна по сравнению с верхней разводкой, так как уменьшается потеря тепла при циркуляции.

Преимущества двухтрубной системы:

• высокий КПД;
• идеальна для двухэтажного дома;
• экономия теплоносителя.

По многим показателям двухтрубная система отопления лучше однотрубной. Единственный недостаток – при монтаже такой системы уйдет в два раза больше труб, что отразится на стоимости работ.

Как осуществить монтаж системы отопления с естественной циркуляцией

При монтаже систем с естественной циркуляцией самое важное – соблюдать угол наклона. Он должен быть в пределах 3-5°, причем под наклоном делают как подающие, так и обратные трубы.

Какие трубы лучше выбрать

Система с естественной циркуляцией проектируется в частных домах, поэтому трубы можно выбирать из любого материала, исходя из материального положения. Преимущественно это из , металла или . В отличие от центрального отопления, в котором особо нет выбора материалов для труб, здесь фантазия владельцев может разгуляться по полной.

Так как вода циркулирует по системе естественным путем, трубы небольшого диаметра сразу отпадают. Оптимальный диаметр для стояков – 40 мм, для подводки к радиаторам – 20-24 мм. Некоторые даже делают подводку такого же диаметра, что и стояки. Это увеличит скорость течения воды и повысит КПД системы. Для труб с тонкими стенками допускается применение диаметра 32 мм.

Установка котла

Для естественной циркуляции котел должен устанавливаться ниже уровня пола. Лучше всего устанавливать котел в подвале, но не всегда есть такая возможность. Поэтому чаще всего делают нишу в полу, утапливая котел на 25-30 см вниз. Так обеспечивается хорошая циркуляция за счет того, что вода по обратным трубам стекает в самую нижнюю точку системы.

При покупке котла нужно рассчитывать суммарную мощность, прибавив процентов 10 на запас прочности. Если мощности котла не хватает, то он будет воздушить всю систему. Обычно котлы выбирают по отапливаемой площади. На 10 кв. м отапливаемой площади приходится 1 кВт мощности котла. Учитывайте не только жилую площадь – даже там, где нет радиаторов, воздух будет нагреваться за счет остальных помещений. Поэтому нужно учитывать общую площадь квартиры.

Установка радиаторов

Радиаторы должны быть установлены до начала монтажа труб.

• Для оптимальной циркуляции каждый радиатор должен быть размещен на том же уровне, что и остальные.
• Нельзя прижимать радиатор к стене и ставить на пол.
• Для монтажа радиатора используются специальные крепления.
• На каждом радиаторе устанавливается воздушник или кран, перед радиатором – запорный кран на случай аварийного отключения.
• Радиаторы должны быть ниже подающей, но выше обратной трубы.

Первый запуск системы

Перед тем, как запустить систему в работу, ее необходимо заполнить водой. Делается это с помощью крана подпитки, подключенного к водопроводу. При заполнении системы не нужно делать напор максимальным, тогда в систему попадет много воздуха. Лучше немного подождать, когда система заполнится с помощью небольшого напора воды. После того, как система будет полностью заполнена, необходимо выждать некоторое время для выхода лишнего воздуха. После этого можно зажечь котел. В процессе работы оставшийся воздух соберется и выйдет к расширительному бачку.

Если система отопления не запускается

В этом случае вам следует осмотреть все трубы и радиаторы на предмет герметизации и угла наклона. Может быть, причина в воздушных пробках, тогда их нужно удалить:

• открыть краны или воздушники на радиаторах;
• включить подпитку слабым напором;
• прогнать воздух по системе путем слива и подпитки одновременно.

Иногда бывает так, что забиваются радиаторы. Придется снять каждый радиатор и промыть. Если ничего не помогло – причина может быть в самом котле, в его малой мощности или неисправности.

Система отопления с естественной циркуляцией не пригодна для больших домов. Оптимальная площадь для отопления – до 150 кв. м. При монтаже системы необходимо строго соблюдать угол наклона труб для ее правильного функционирования. Тем не менее, она все еще популярна.