Двухтрубная система отопления

В современных зданиях чаще всего установлена двухтрубная система отопления. Отличительная особенность такой схемы – присутствие двух отопительных линий. По одной ветке от котла или другого источника тепла транспортируется горячий теплоноситель, а по другой он после остывания возвращается для повторного нагрева. Рассказываем, какими бывают двухтрубные (двухконтурные) отопительные коммуникации и что выбрать для теплоснабжения конкретного здания.

Плюсы и минусы двухконтурной системы отопления

Двухтрубная схема имеет неоспоримые преимущества, которые обусловили ее повсеместное распространение:

• быстрое поступление нагретой жидкости во все радиаторы;
• простота и легкость регулировки;
• равномерный нагрев;
• невысокое гидравлическое сопротивление;
• возможность подключения теплых полов.

Двухконтурные теплокоммуникации имеют два минуса – сложную конструкцию и необходимость покупки дополнительных комплектующих. Однако высокая эффективность и удобство полностью компенсируют эти недостатки.

Типы двухтрубных теплосистем

Существуют многочисленные вариации двухконтурной системы отопления, отличающиеся конфигурацией тепловых линий, траекторией движения воды, конструктивными особенностями расширительного бака, наличием насоса или его отсутствием. Среди этих теплосистем можно подобрать вариант для здания любой планировки и этажности.

Горизонтальная и вертикальная отопительная разводка

В теплосистемах с горизонтальной разводкой, проложенных в одноэтажных домах, теплоподающий и обратный контур проходят вдоль комнат. В многоэтажных зданиях на каждом этаже и крыле монтируется отдельная горизонтальная линия, которая соединяется с вертикальными стояками. По одному вода подается от источника тепла, а по другому – оттекает обратно.

В вертикальной (стояковой) схеме трубы – стояки проходят через комнаты, расположенные друг над другом. К ним через патрубки присоединены радиаторы.

Существует две схемы розлива воды в теплосистемах вертикальной ориентации:

1. Верхняя подача – горячую жидкость с помощью насосного оборудования перемещают на чердак, откуда она стекает самотеком. Двухтрубная система отопления с верхней разводкой подходит для домов с чердачным помещением, по которому прокладывают распределительную линию.
2. Нижняя подача – горячая вода при прохождении через этажи сразу поступает в батареи и после остывания стекает по обратной магистрали. Двухтрубная система отопления с нижней разводкой снабжена мощными насосами, позволяющими поднимать большие водяные объемы.

В горизонтальной системе к каждой квартире или крылу здания идут два главных стояка – подачи и обратки. От них расходятся ветки к батареям для подвода горячей воды и отвода остывшей. Эта система долговечнее и удобнее вертикальной, поэтому часто применяется в малоэтажном и многоэтажном строительстве.

Теплосистема	Достоинства	Недостатки
Горизонтальная	Позволяет отапливать помещения любой площади. Совместима с теплыми полами и конвекторами. Регулируется и балансируется с применением запорной арматуры.	Требует врезки дополнительных регулировочных вентилей, труб и кранов.
Вертикальная	При отключении стояка другие отопители в квартире остаются горячими.	Не монтируется в зданиях с большими помещениями, поскольку в комнате к стояку можно подключить всего один радиатор.

Двухтрубные системы отопления с принудительной и гравитационной циркуляцией

Эти тепловые схемы отличаются способом подачи теплоносителя. В самотечной (гравитационной) теплосистеме жидкость поднимается наверх за счет повышения температуры и опускается вниз под действием силы тяжести. Насоса в ней нет.

В принудительной двухтрубной схеме для циркуляции жидкости используется насосное оборудование, перекачивающее воду.

Тип теплосистемы	Достоинства	Недостатки
Принудительная	Использование насоса нивелирует погрешности проектирования. Подходит для домов любой площади и этажности. Можно подключать любые батареи.	Энергозависимость – при отключении электричества отопление работать не будет. Мощные насосы шумят.
Самотечная	Работает без насосного оборудования, энергонезависима.	Медленно прогревается. Не подходит для зданий площадью более 150 кв.м. Можно присоединять только алюминиевые или чугунные отопительные приборы.

Открытые и закрытые двухтрубные теплосистемы

Закрытая двухтрубная система отопления снабжена герметичным гидробаком, внутри которого находится воздушная полость, отгороженная эластичной мембраной. При поступлении жидкости мембранный элемент поджимается вверх и освобождает свободное пространство. При охлаждении объем воды уменьшается, она уходит обратно в теплокоммуникации, мембрана расправляется и занимает первоначальное положение.

Накопительным баком в открытых двухтрубных теплокоммуникациях служит негерметичная емкость из нержавейки или пластиковая канистра. Расширяющаяся вода поступает внутрь и выдавливает лишний воздух наружу.

Тип отопительной системы	Преимущества	Недостатки
Закрытая	Вода или антифриз – незамерзающая жидкость не испаряется, их практически не нужно доливать. Герметичную систему можно заполнить антифризом, пары которого токсичны. Из-за минимального соприкосновения с воздухом металлические элементы теплокоммуникаций дольше не окисляются.	Требуется промышленный расширительный бак-демпфер. Для сброса лишнего давления нужна группа безопасности, состоящая из воздухоотводчика, аварийного клапана и манометра.
Открытая	Вместо расширительного бачка можно использовать пустую канистру.	Работает только на воде.

Двухтрубная тупиковая (попутная) и кольцевая системы отопления частного дома

Попутная схема теплоснабжения состоит из нескольких тепловых тупиковых контуров, распределенных по дому. Горячая вода доходит до конца каждой ветки и после остывания направляется обратно к котлу, навстречу теплому потоку. По такой схеме монтируют сложные многоконтурные конструкции.

В попутной схеме или кольце (петле) Тихельмана горячий и холодный теплоноситель движутся по кругу или петлеобразной замкнутой траектории в одном направлении. К каждой батарее подведены два патрубка – через один подается нагретый теплоноситель, а через другой оттекает остывший.

Теплосистема	Достоинства	Недостатки
Попутная	Не требует балансировки – все батареи нагреваются одинаково.	Не подходит для помещений сложной формы с узкими коридорами и небольшими комнатами.
Встречная	Можно монтировать в зданиях любой планировки.	Концевые радиаторы на отопительных контурах нагреваются слабее, поэтому тепловые потоки нужно регулировать, разделять и балансировать.

Какой вид разводки выбрать

При выборе теплосистемы для частного дома нужно учитывать его размер и планировку, тогда отопление будет работать стабильно. В таблице ниже приведены оптимальные варианты схем двухконтурного отопления для различных типов домов.

Конструкция теплосистемы	Оптимальное применение
Горизонтальная	Здания с большими комнатами – можно отапливать помещения любой площади.
Вертикальные	Дома с маленькими комнатами, которые можно согреть одной батареей.
Самотечные (гравитационные)	Небольшие одно- и двухэтажные здания площадью до 150 м². Схема удобна при частом отключении электричества и отсутствии резервного электропитания.
Принудительные	Теплокоммуникации с резервным источником электропитания, предусмотренным на случай аварий в электросети.
Закрытые	Обогрев любых зданий, в том числе, с непостоянной работой отопительной системы, где в трубы залит антифриз.
Открытые	Водяные теплосистемы, функционирующие без использования химических жидкостей.
Встречные (тупиковые)	Старые дома со сложной планировкой и пристройками.
Попутные	Современные дома с большими комнатами и свободной планировкой, где легко проложить кольцевой контур.

Расчет параметров двухтрубных систем

Для стабильной работы 2-трубной системы отопления частного дома нужно предварительно выполнить тепловой и гидравлический расчет. Эти позволит правильно подобрать параметры котла, насоса, отопительных приборов, труб, расширительного бака.

Тепловой расчет

Чтобы рассчитать мощность котла и суммарную теплоотдачу батарей, нужно знать количество тепла, необходимое для отопления здания. Считается, что на обогрев 1 кв.м тратится 100 кВт тепловой энергии. Поэтому нужно умножить площадь строения на этот показатель.

Для примера возьмем дом с отапливаемой площадью 150 м^². Для его теплоснабжения потребуется:

Q = 150х100 = 15000 Вт, или 15 кВт теплоэнергии.

К показателю прибавим 10% на случай аномальных холодов. Получаем:

15кВт +10% = 16,5 кВт.

Для системы отопления нужно купить котел, мощность которого будет не ниже этого показателя. Такую суммарную теплоотдачу должны давать и батареи, установленные в доме.

По этому алгоритму можно рассчитывать количество теплоэнергии для зданий с высотой потолков не выше 2,6 м, расположенных в центральном регионе России и имеющих средний показатель утепления. В остальных случаях сделать расчет можно только с использованием поправочных коэффициентов.

Фактор	Поправочный коэффициент
Черноморское побережье, Крым, юг Краснодарского и Ставропольского края	0,7
Регионы с мягкой зимой без минусовых температур	0,9
Северо-западные районы России	1,2
Сибирь, высокогорные районы	1,5
Якутия, Крайний Север, другие регионы с суровой зимой	2,0
Современные, хорошо утепленные дома	0,9
Адекватное утепление	1,0
Частично утепленные здания	1,5
Неутепленные дома с кладкой в один кирпич	2,5
Времянки, щитовые дома	3,0

Если высота стен в здании выше 2,6 м, результат умножают на 1,1.

Например, нужно рассчитать количество тепла, необходимого для обогрева хорошо утепленного здания площадью 150 кв.м с высотой потолка 3 м, находящегося в Новосибирске.

Применим формулу: Q = S *100*K1*K2*1,1,

где S – площадь дома, а K1 и K2 – поправочные коэффициенты (региональный и связанный с утеплением). Поскольку высота потолка более 2,6 м, результат надо умножить на 1,1.

Q = 150*100*0,9*1,5*1,1 = 22275 Вт, или 22,28 кВт.

К этому показателю добавляем 10% на случай очень холодной зимы.

Получается 24,51 кВт — такова минимально допустимая мощность котлоагрегата и суммарная теплоотдача батарей в доме.

Гидравлический расчет

Этот расчет включает определение показателей, связанных с гидравликой – движением жидкости. В него входит калькуляция производительности и напора насоса, диаметра труб, объема расширительного бака.

Как рассчитать параметры насоса

Производительность такого устройства вычисляют по формуле:

где:

• Qp – объем воды, перекачиваемый за час;
• Qn – количество тепла, необходимое для обогрева помещения;
• ∆t – температурная разница между подачей и обраткой (как правило, составляющая 20°C).

Допустим, у нас есть дом площадью 300 м^², для которого нужно подобрать насос. Посчитаем количество тепла из расчета 100 Вт/кв.м.

Для обогрева требуется ориентировочно 300*100 = 30000 Вт или 30 Квт. Более точный расчет с учетом коэффициентов приведен выше.

Подставляем данные в формулу: Qp = 30/23,26 = 1,29 м^з/час.

Теперь нужно посчитать, какой напор должен создавать насос, то есть на какую высоту он должен поднимать воду. Простое измерение расстояния до самой высокой точки не подойдет, поскольку жидкости нужно только преодолеть гидравлическое сопротивление.

Напор вычисляется по формуле:

Hp = (R*L*ZV)/10000,

где:

• Hp – искомый напор;
• R – сопротивление тепловых контуров, возьмем для расчетов средний показатель – 100 Па/пог.м;
• ZV – сопротивление запорной арматуры, в теплокоммуникациях с ручными кранами оно составляет 2,2 Па/пог.м, в двухтрубной системе с термоголовками показатель будет 2,6 Па/пог.м.
• L – длина самой протяженной внутридомовой тепловой линии. Ее надо измерить и умножить на два, поскольку у нас двухтрубная система, где каждая ветка состоит из подающего и обратного контура. Если нет возможности провести изменения, прикиньте примерную длину с запасом.

Допустим, в нашем доме длина самой длинной тепловой ветки 23 м, тогда:

L = 23х2 = 46 м.

Будем считать, что в системе установлены ручные краны. Подставляем данные в формулу:

Hp = (100*L*ZV)/10000 = (100*46*2,2)/10000 = 1,2 м.

Производительность и напор указаны на корпусе насоса и в его паспорте. При покупке обращайте внимание на эти параметры.

Расчет внутреннего размера труб

Внутренний диаметр трубопроводов в теплосистеме рассчитываются по формуле: d = 354*((0,86*W)/∆tpo)/V),

где:

• d – внутренний диаметр трубы;
• ∆tpo – разница между температурой подающего и обратного контура, для калькуляции ее считают равной 20°;
• V – скорость движения теплоносителя (для расчета котловой ветки, идущей от котлоагрегата, принимают усредненный показатель 1 м/с, для остальных – некотловых – 0,5 м/с);
• W – общая мощность ветки. Для котловых магистралей в формулу подставляют мощность котла, поскольку вся вытекающая из него жидкость должна распределиться по трубам. Для некотловых линий берут суммарную мощность теплоприборов, которые она будет обслуживать.

Проведем расчет внутреннего диаметра труб для котловой ветки. Допустим, у нас установлен котел мощностью 25 кВт. Этот параметр и будет считаться мощностью W. Скорость движения теплоносителя примем равной 1 м/с.

Подставляем данные в формулу:

d = 354*((0,86*25)/20)/1) = 19,5 мм – внутренний диаметр трубы, идущей от котлоагрегата.

Теперь вычислим внутренний диаметр труб для некотловой контурной ветки. Вначале нужно рассчитать мощность теплоприборов, которые к ней будут присоединены. Для этого общую площадь комнат, через которые будет проходить линия, умножим на 100 Вт – объем тепла, необходимый для обогрева 1 кв.м.

Например, ветка будет обогревать комнаты общей площадью 90 кв. м. Для этого на нее нужно установить отопительные приборы общей мощностью:

90х100 = 9000 Вт, или 9 кВт.

Подставляем данные в формулу расчета диаметра труб. Поскольку ветка некотловая, скорость движения теплоносителя принимаем равной 0,5 м/с.

d = 354*((0,86*9)/20)/0,5) = 16,55 мм – внутренний трубный диаметр.

Расчет одинаков для полипропиленовых, сшитых полиэтиленовых, металлопластиковых, медных, стальных труб. При покупке подбирайте наиболее близкий типоразмер, но, чтобы внутренний диаметр не был меньше расчетного.

Расчет объема расширительного бака

При монтаже теплосистемы необходимо рассчитать объем расширительного бака, в которой собираются излишки теплоносителя при нагреве. Это очень важно – при монтаже слишком большого демпфера будет падать давление в контурах, а покупка маленького бачка приведет к постоянным срабатываниям аварийного клапана и отключениям котла.

Существует несколько методов расчета, самый простой – по мощности котлоагрегата. Считается, что на 1 кВт приходится 15 л антифриза или воды. Например, если в систему установлен котел мощностью 20 кВт, объем жидкости в трубах будет равен:

V = 20х15 = 300 л.

Для стабильной работы теплоснабжения объем расширительного бака должен быть не менее 10% от общего объема теплоносителя. В данном случае, это 30 л.

Монтаж системы отопления

Перед проведением работ рассчитайте параметры котла, труб, гидробака и насоса. Подбирать комплектующие надо тщательно и вдумчиво – замена основных узлов обойдется дорого.

Работы проводятся в следующем порядке:

1. Составьте проект или закажите его в специализированной организации. При монтаже газового котла отопления проектная документация должна быть разработана специализированной организацией и согласована в газораспределительной компании.
2. Монтаж начинайте с подключения котлоагрегата. Твердотопливную, жидкотопливную или электрическую модель можно подключить самостоятельно по прилагаемой инструкции. Газовое оборудование устанавливает только сертифицированный специалист.
3. При монтаже трубопроводов сначала смонтируйте подающую ветку, а затем обратную. Для предотвращения застоя воды линии, идущие от котла, должны немного наклоняться в сторону радиаторов, а отводящие – в направлении котлоагрегата. Оптимальный уклон – 10 мм/пог.м.
4. Установите расширительный бак. В открытой двухтрубной схеме его монтируют в верхней точке – на последнем этаже, в мансарде или на чердаке. В закрытой теплосистеме можно поставить в любом месте.
5. Рядом с котлом на подающем трубопроводе установите группу безопасности – манометр для контроля давления, аварийный клапан для сброса воды и воздухоотводчик для отведения скопившегося воздуха.

Подключение радиаторов и первичный запуск

1. После монтажа основных линий и узлов подсоедините отопительные приборы. Схема подключения батарей двухтрубной системы для отопления частного дома может быть разной:
   • Диагональной – подводящий и обратный контур подключены к нижнему и верхнему патрубкам батареи, находящимся по диагонали друг от друга. Этот вариант дает максимальные показатели мощности.
   • Боковой – подводящая и отводящая линии подводятся к двум штуцерам, находящимся друг над другом с одной стороны отопителя. Используется, в основном, в вертикальных схемах. Не подходит для теплоприборов большого размера, поскольку их крайние секции не будут прогреваться.
   • Нижней – при такой обвязке присоединение к отопительной системе идет через штуцера в нижней части теплоприбора. Батареи нагреваются за счет конвекции – теплых потоков, образующихся внутри корпуса.
2. Перед каждой батареей смонтируйте краны для балансировки, регулировки температуры радиаторов и перекрытия линии в случае аварии. Поставьте на корпуса воздухоотводчики для удаления образующихся газовоздушных пробок.
3. Залейте теплоноситель в систему – делайте это осторожно, иначе жидкость будет пузыриться, что приведет к завоздушиванию.
4. Откройте краны Маевского и выпустите воздух, находящийся внутри системы.
5. Запустите отопление и понаблюдайте за его работой. Первое время давление и нагрев батарей могут меняться, но примерно через неделю все стабилизируется.

Балансировка системы

Если даже через неделю после запуска системы батареи нагреваются неравномерно и шумят даже после стравливания воздуха, отбалансируйте систему с помощью балансировочных кранов с цифровой шкалой, установленных возле радиаторов:

1. Замерьте температуру радиаторов с помощью термометра. В норме разница не должна превышать 3°C.
2. Открутите все балансировочные краны, а затем, начиная с установленного на предпоследнем радиаторе в цепочке, слегка закручивайте. Для каждого последующего крана добавляйте еще половину оборота. Если радиаторов в цепочке много, прибавляйте пол-оборота на каждом втором регулировочном устройстве.
3. При правильно проведенной процедуре через 20–30 минут после подкручивания последнего балансировочного крана температура должна выровняться.
4. Если на каком-то участке батареи остаются холодными, возможно, запаян просвет подающей линии. Отсоедините этот радиатор, срежьте запаянный участок и присоедините все на место.
5. Если даже после этого теплосистема работает нестабильно, пригласите мастера. Возможно, вы неправильно подобрали насос, расширительный бак, ошиблись с мощностью котла или совершили другие конструкционные ошибки.

Расчет тепловых, гидродинамических параметров системы, составление проекта и монтаж отопления – сложный процесс, требующий знаний, практических навыков и опыта. При неуверенности в своих силах не нужно делать работу своими руками. Получите ее мастерам, чтобы не переделывать коммуникации.