Попутная система отопления двухэтажного дома

Варианты систем отопления двухэтажного частного дома

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:

В доме всегда должно быть тепло.
Минимальный расход энергоносителей – природного газа, дров, электричества и так далее.
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:

Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
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.
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.
Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

Принципиальная схема самотечной разводки с циркуляционным насосом

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;

Из-за слишком большого отступа от потолков спрятать трубу за облицовкой весьма затруднительно

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:

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

Даже большие трубы можно прокладывать скрыто (на фото справа). Слева – типичный монтаж с открытыми коммуникациями

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.

На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).

Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.

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.

Система «ленинградка» компактна и отлично работает с небольшим числом отопительных приборов

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

Если трубопроводы рассчитаны верно, то в каждый радиатор затекает приблизительно 1/3 горячей воды. Оставшиеся 2/3 объема двигаются по магистрали дальше.
Теплоноситель, прошедший батарею, избавляется от тепла и возвращается обратно в коллектор, понижая температуру потока на 1—2 °С.
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.
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.

Однотрубную разводку проще заложить в строительные конструкции

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.

Схема отопления Тихельмана

В загородных домах наиболее распространено автономное отопление. Это обусловлено отсутствием централизованного или не прохождением в большинстве сельских районов магистральных газопроводов. Для обогрева используются котлы небольших размеров, работающие на твёрдом, жидком топливе, электрической энергии и природном газе с поставкой в баллонах. Наиболее часто используется водяное отопление, отличающееся простотой и надёжностью, компактностью и гигиеничностью. Основное оборудование при таком способе включает следующие элементы:

водогрейный котёл;
радиаторные батареи;
водопроводные трубы;
расширительный бачок;
запорная и регулирующая арматура.

Традиционно используемые схемы отопления

В зависимости от вида трассы трубной прокладки и подключению труб к отопительным приборам различают следующие системы:

Однотрубная. Циркуляция теплового носителя осуществляется по одной трубе без использования насосов. На магистрали выполняется последовательное подключение радиаторных батарей, от самого последнего по трубе в котёл возвращается охлаждённый носитель (“обратка”). Система проста в исполнении и экономична за счёт потребности меньшего количества труб. Но параллельное движение потоков приводит к постепенному остыванию воды, в результате к радиаторам, расположенным в конце последовательной цепочке, носитель поступает значительно охлаждённым. Этот эффект возрастает при увеличении числа радиаторных секций. Поэтому в комнатах, расположенных вблизи котла, будет чрезмерно жарко, а в удалённых холодно. Для увеличения теплоотдачи увеличивают количество секций в батареях, устанавливают разные диаметры труб, дополнительную регулирующую арматуру, выполняют обустройство каждого радиатора байпасами.
Двухтрубная. Каждая радиаторная батарея подключается параллельно к трубам прямой подаче горячего теплоносителя и “обратке”. То есть каждый прибор снабжается индивидуальным выходом в “обратку”. При одновременном сбросе остывшей воды в общий контур, теплоноситель возвращается на подогрев в котёл. Но при этом также нагрев отопительных приборов постепенно уменьшается по мере их удаления от источников подачи тепла. Радиатор, расположенный в сети первым, получает наиболее горячую воду и первым отдаёт носитель в “обратку”, а расположенный в конце получает теплоноситель последним с пониженной температурой нагрева и также последним отдаёт воду в обратный контур. На практике в первом приборе циркуляция горячей воды получается наилучшей, а в последнем наихудшей. Стоит отметить и возросшую цену таких систем по сравнению с однотрубными.

Обе схемы оправданы для небольших площадей, но неэффективны при протяжённых сетях.

Усовершенствованной двухтрубной является схема отопления Тихельмана. При выборе конкретной системы определяющим является наличие финансовых возможностей и способность обеспечения отопительной системы оборудованием, обладающим оптимальными требуемыми характеристиками.

Особенность отопления Тихельмана

Идея изменения принципа действия “обратки” была обоснована в 1901-ом году немецким инженером Альбертом Тихельманом, в честь которого и получила своё название — “петля Тихельмана”. Второе название — “возвратная система реверсивного типа”. Так как движение теплоносителя в обоих контурах, подающем и обратном, осуществляется в одном, попутном направлении, часто используется и третье название — “схема с попутным движением тепловых носителей”.

Сущность идеи состоит в наличии одинаковой длины прямых и обратных трубных участков соединяющих все радиаторные батареи с котлом и насосом, что создаёт одинаковые гидравлические условия во всех отопительных приборах. Равные по протяжённости циркуляционные контуры, создают условия прохождения горячим теплоносителем одинакового пути к первому и последнему радиатору с получением ими одинаковой тепловой энергии.

Схема петли Тихельмана:

Порядок выполнения монтажных работ

Работы состоят из следующих операций:

Установка котла. Необходимая минимальная высота комнаты для его размещения 2,5 м, допустимый объём помещения равен 8-ми куб. м. Требуемая мощность оборудования определяется расчётом (примеры приведены в специальных справочных изданиях). Ориентировочно для обогрева 10-ти кв. м необходима мощность в 1кВт.
Навеска радиаторных секций. Рекомендуется использование в частных домах биометрических изделий. После подбора необходимого количества радиаторов, выполняется разметка их расположения (как правило, под оконными проёмами) и крепление с помощью специальных кронштейнов.
Протягивание магистрали попутной системы отопления. Оптимально применение металлопластиковых труб, успешно выдерживающих высокие температурные режимы, отличающиеся долговечностью и лёгкостью монтажа. Основные трубопроводы (подача и “обратка”) от 20-ти до 26-ти мм и 16-ти мм для подсоединения радиаторов.
Установка циркуляционного насоса. Монтируется на обратной трубе вблизи котла. Врезка выполняется через байпас с 3-мя кранами. Перед насосом обязательна установка специального фильтра, что послужит значительному увеличению сроков эксплуатации прибора.
Монтаж расширительного бака и элементов обеспечивающих безопасность работы оборудования. Для системы отопления с попутным движением теплоносителя выбираются только мембранные расширительные бачки. Элементы группы безопасности поставляются в комплекте с котлом.

Для обводки магистралью дверных проёмов в подсобках и помещениях хозяйственного назначения допускается монтировать трубы прямо над дверью. В этом месте, для исключения накапливания воздуха, обязательно устанавливаются автоматические воздухоотводчики. В жилых помещениях трубы могут прокладываться под дверью в теле пола или обходом препятствия с использованием третьей трубы.

Схема Тихельмана для двухэтажных домов предусматривает определённую технологию. Трубная разводка выполняется с завязыванием всего здания целиком, а не каждого этажа по отдельности. Рекомендуется на каждом этаже устанавливать по одному циркуляционному насосу с сохранением равных длин обратных и подающих трубопроводов для каждого радиатора в отдельности в соответствии с основным условиям попутной двухтрубной системы отопления. Если установить один насос, что вполне допустимо, то при его выходе из строя произойдёт отключение отопительной системы во всём здании.

Многие специалисты считают целесообразным устройство общего стояка на два этажа с отдельной трубной разводкой на каждом этаже. Это позволит учесть различие потерь тепла на каждом этаже с подбором диаметров труб и количества необходимых секций в радиаторных батареях.

Раздельная попутная схема отопления на этажах значительно упростит настройку системы и позволит осуществить оптимальную балансировку нагрева всего здания. Но для получения должного эффекта обязательно необходима врезка в контур попутки балансировочного крана для каждого из двух этажей. Краны можно расположить рядом непосредственно вблизи котла.

Достоинства и недостатки системы Тихельмана

универсальность для монтажа в помещениях различного назначения, планировки и размера. Возможность установки большого числа приборов. Оптимальность отопления дачных построек с равномерным прогревом при кратковременных ночёвках в зимнее время;
отсутствует необходимость в сложной балансировке с установкой дорогостоящего регулировочного оборудования;
равномерный прогрев всех помещений в здании с возможностью регулировки отдачи тепла каждым радиатором;
простота выполнения монтажных работ и обслуживания системы;
долговечность эксплуатации и редко возникающие поломки.

дороговизна, вызванная повышенной длиной трубопроводов и невозможностью использования малых диаметров;
прокладку петли не всегда возможно выполнить по периметру дома из-за мешающих особенностей архитектуры (высокие оконные и дверные проёмы, лестничные пролёты и другие препятствия).

Появление современных циркуляционных насосов со способностью эффективного прокачивания теплоносителей сделало попутную систему отопления одной из самых востребованных.

Что такое попутная система отопления?

Попутная система отопления используется при обогреве частных домовладений. Систему можно смонтировать своими руками, если у владельца есть инженерные навыки. Применяется в одноэтажных и двухэтажных строениях большой площади.

Характеристика и особенности системы

Система отопления с попутным движением теплоносителя спроектирована в 1901 году инженером Тихельманом. В такой системе жидкость перемещается в попутном направлении по обоим контурам: подаче и обратке. Длина труб по контурам одинакова, гидравлические условия схожи. Поэтому последний отопительный прибор нагревается также хорошо, как и первый. Такая система позволяет равномерно обогревать все помещения, экономить топливо. Попутная система отопления имеет альтернативное название – «петля Тихельмана», в честь ее создателя. Установка такой системы рекомендуется для обогрева больших помещений с 10 или более радиаторами. В небольших домах применение такой системы нацелесообразно.

Для установки попутной системы обычно нужен циркуляционный насос. Самотечная система возможна при сравнительно небольшом числе отопительных приборов (не более 10) и одноэтажной разводке.

Преимущества и недостатки

Попутная система имеет больше плюсов, чем минусов.

Преимущества системы с попутным движением воды:

Вся система отопления прогревается равномерно, от начального до последнего радиатора. В каждом помещении будет одинаково тепло.
Не нужно применять дорогое оборудование и сложную балансировку.
Возможность установки регуляторов тепла.
Монтаж попутной системы отопления возможен своими руками, особые навыки не требуются.
Система имеет долгий срок эксплуатации.
Высокая надежность и редкость поломок.
Систему можно прокладывать под полом.
Схема применима для двухэтажных домов.
Система может работать самотеком.

Повышенный расход труб. Их длина больше, чем в традиционных системах. К трубам требуется большое количество единиц запорной арматуры.
Трубы имеют большее сечение по сравнению с обычными схемами, а значит, обойдутся дороже.
При сложной конфигурации помещений применение схемы становится невозможным ввиду ограничений по обводам (нельзя применять прямые углы, разную высоту труб).
При большой площади дома и нескольких этажах такая система обойдется в значительную сумму.

Традиционно используемые схемы

Традиционно для отопления домов применяют однотрубные или двухтрубные системы. Однотрубная схема подразумевает установку одного контура с теплоносителем.

Основным плюсом такой системы является небольшая общая длина трубопровода. Соответственно меньше финансовые затраты на прокладку системы, монтаж ведется быстрее, ниже аварийность. Минусом такой схемы является снижение температуры воды при проходе по трубам, последний радиатор может быть недостаточно горячим.

Используемые схемы для попутной системы отопления

Двухтрубная схема (двухконтурная) требует установки двух контуров для циркуляции воды от котла до батарей отопления. Первая труба подает тепло от котла в радиаторы, вторая является обратной, остывшая вода перемещается в обратном направлении. Схемы разводки в обоих случаях довольно просты.

При двухконтурной схеме батареи подсоединяют параллельно их можно выборочно перекрывать при необходимости.

Двухтрубные традиционные системы также называют тупиковыми. Основное отличие от «петли Тихельмана» в том, что подача теплоносителя подающей и обратной магистралей идет по разным направлениям. Горячая вода идет от котла к батарее, отдает тепло и отводится в «обратку», двигаясь к котлу. Встречное движение воды имеет некоторые недостатки: ближние к котлу радиаторы греются быстрее и помещения отапливаются неравномерно.

Тупиковая и попутная схема движения теплоносителя

Попутная система отопления частного дома имеет преимущества по сравнению с тупиковой по гидравлике. Теплоноситель перемещается в одном направлении, вода проходит одинаковое расстояние и этим обеспечивается оптимальная сбалансированность системы. Радиаторы используются одинаковые по размеру и мощности.

Алгоритм выполнения монтажных работ

Монтаждвухтрубной попутной системы отопления ведется в соответствии с определенным алгоритмом, где начальным этапом является подбор диаметра труб, а конечным – установка циркуляторного насоса.

Расчет диаметра трубопровода

Есть научно обоснованный способ расчета. Сечение трубы выбирается, исходя из объема теплоносителя, проходящего по трубе в единицу времени. Расчет начинают от дальнего радиатора по формуле:

где: G − расход воды на обогрев дома (кг/ч);

Q − тепловая мощность, требуемая для обогрева (кВт);

c − теплоемкость воды (4,187 кДж/кг×°C);

Δt − разность температур между горячим и холодным теплоносителем, принимается равной 20 °C.

Далее вычисляют сечение труб по формуле:

где: S − площадь поперечного сечения трубы (м2);

GV − объемный расход воды (м3/ч);

v − скорость движения воды, находится в диапазоне 0,3−0,7 м/с.

Полученная цифра – это сечение, исходя из него, подбирают внутренний диаметр трубопровода.

Такой расчет ведут по всем радиаторам до котла.

При расчете также можно ориентироваться на таблицу зависимости внутреннего диаметра трубы от тепловой нагрузки.

Таблица зависимости внутреннего диаметра трубы от тепловой нагрузки

Можно учитывать следующие ориентиры:

При потерях тепла до 15 кВт (150 м кв.) площади подойдут трубы диаметров 20 мм.
При потерях от 15 до до 27 кВт (до 250 м кв. площади) потребуются трубы диаметром не менее 25 мм.

Провести расчет по приведенным формулам или гидравлическим таблицам для домовладельца является сложной задачей, поэтому можно основываться на рекомендуемых диаметрах труб.

Необходимо соблюдать следующие условия:

Трубы класть под напольным покрытием для избегания высотных обводов. Если это невозможно, то нужно учитывать конфигурацию дома и максимально стремиться к одинаковой высоте прокладки труб.
Материал труб – металлопластик или полипропилен с армированием алюминиевой фольгой. Такие трубы прочнее и прослужат долго.
Радиаторы ставят биметаллические или стальные с нижней системой подключения. У таких батарей выше гидравлическое сопротивление, что балансирует систему. Мощность радиаторов должна быть одинакова по всей площади дома.
На каждую батарею ставят балансировочный кран на обратке. Желательна установка терморегуляторов.

Установка котла

Помещение, где ставится котел, должно иметь высоту не менее 2,5 м. Объем помещения рекомендуется от 8 кубометров. Водогрейный котел требуется подбирать в зависимости от площади отапливаемого дома. Мощность котла для обогрева 10 кв. м. равна 1 кВт. Исходя из этого, подбирается мощность для всей системы.

Обвязка котла состоит из комплекта запорной арматуры, ее устанавливают в нескольких местах:

На патрубке подпитки.
По обеим сторонам насоса.
У расширительного бака.
На трубах, идущих от котла.

Протягивание магистрали

При монтаже магистрали попутной разводки системы отопления необходимо учесть следующее:

Отводящую ветку магистрали надо располагать ниже подающей.
Трубопроводы подачи и отвода тепла должны быть параллельны друг другу.
Бак расширительный должен быть установлен выше котла отопления.
На замыкающих радиаторах нужно установить вентили для спуска воды. Рекомендуется установить на каждой батарее термостатическую головку для обеспечения комфортности температуры.
При прокладке магистрали прямые углы исключены во избежание возникновения воздушных пробок в системе.
Расширительный бак должен устанавливаться в отапливаемом помещении.
Все диаметры труб, фитингов и кранов должны соответствовать друг другу. Нельзя ставить трубы разного диаметра из-за попытки сэкономить. Нарушится давление воды в системе.

Установка циркуляционного насоса

Рассчитывать на естественную циркуляцию неразумно, так как в попутной системе отопления расположено 10 и более батарей. Гравитация не сможет сработать без принудительного давления. Циркуляционный насос устанавливают на обратной ветке возле котла. Насос врезается при помощи байпаса и трех вентилей. Рекомендуется установить фильтр.

Циркуляционный насос устанавливается на каждом этаже

Попутную систему отопления устанавливают в одно этажных и двухэтажных домах. В двухэтажных строениях при установке нужно учитывать некоторые нюансы:

Циркуляционный насос устанавливается на каждом этаже. Если возникнет поломка в пределах одного этажа, на другом отопление будет полноценно работать.
Для каждого этажа рекомендуется монтаж по отдельной схеме.

Возможные осложнения при монтаже

При соблюдении одинакового диаметра труб отопления, расположения радиаторов на одной высоте – обычно проблем при монтаже и после него не возникает.

Проблемы могут быть при нарушении порядка монтажа:

Некачественная пайка труб из полипропилена приведет к зауживанию диаметра трубы.
Установка радиаторов из разного материала и разной мощности нарушить сбалансированность системы.
Отсутствие балансировочных вентилей для выравнивания гидравлического давления.
Расположение ветки магистрали с перепадом высоты.
Неверный выбор насоса. Напор должен быть не менее 0,2 кгс/см2.
Применение труб разного диаметра может привести к разбалансировке системы и затруднению прохождения теплоносителя.

Попутная двухконтурная система отопления рекомендуется для отопления в одноэтажных домах. Не требует сложных расчетов, балансировки и особых способов проведения монтажа. Стоимость такой системы дороже традиционной, но это компенсируется долговечностью и простотой эксплуатации. Кроме того, такую систему владелец дома может установить самостоятельно, не применяя сложных инженерных решений, инструментов и материалов.

Схема попутной системы отопления Тихельмана

В частных или дачных домах люди зачастую используют автономное отопление для обогрева своего жилища. Это объясняется тем, что в большинство районов не проведено централизованное. Для этих целей используют небольшие теплогенераторы, которые могут работать на жидком или твёрдом топливе, электроэнергии, а также на газе. Чаще всего применяют двухконтурную систему. Попутная схема отопления является хорошей альтернативой традиционным.

Обычно для обогрева своего жилья используют жидкий теплоноситель. Такие системы отличаются простотой и высокой надёжностью. К основному оборудованию можно отнести такие элементы:

1. Теплогенератор (котёл какого-либо типа).
2. Расширительный бак.
3. Трубы.
4. Радиаторы.
5. Различная арматура.

Различают однотрубную и двухтрубную системы. В первой теплоноситель циркулирует по одной трубе. Для неё не нужно применять циркуляционные насосы. Все радиаторы последовательно подключены к магистрали. После последней батареи жидкость возвращается к котлу по обратке. Однотрубная система является очень простой в монтаже, а также на неё потребуется меньше материала.

Но в такой схеме вода постепенно остывает от радиатора к радиатору. К последней батарее она приходит уже в охлаждённом виде.

Приходится с каждым последующим тепловым устройством увеличивать количество секций для полноценного обогрева помещения. Также желательно применять регулирующую арматуру на каждом приборе, отдающем тепло. Это приемлемый вариант для одноэтажного дома.

Двухтрубная является более трудной схемой. Систему отопления с попутным движением теплоносителя можно выполнить только в таком виде. Каждый радиатор подключается сразу к двум трубам. По одной идёт горячий теплоноситель, а по другой остывший возвращается в котёл.

Батарея, находящаяся в системе ближе к теплогенератору, получает самую горячую воду. Она первой передаёт жидкость в обратную трубу. Последние радиаторы получают теплоноситель с более низкой температурой. Также следует помнить, что двухтрубная система гораздо дороже, если сравнивать с однотрубной.

Обе схемы хороши на маленьких или средних площадях, но малоэффективны на больших. Усовершенствованием двухтрубной сети является система Тихельмана. В двухэтажном доме такой тип отопления считается лучшим. Но важным фактором во время выбора схемы остаётся наличие финансовой возможности.

В 1901 году идея изменения работы обратного движения воды была обоснована инженером Тихельманом. В его честь была названа система — «петля Тихельмана». Также её ещё называют возвратной системой с реверсивным движением теплоносителя. Из-за того что жидкость движется по обоим контуром (по подаче и обратке) в одинаковом или же попутном направлении, для данной схемы придумали и третье название — «система с попутным направлением движения тепловых носителей».

Сама идея заключается в том, что длина труб для подачи и обратки одинаковая. На всех участках трубопровода создаются схожие гидравлические условия. Благодаря этому последний радиатор в сети получает столько же тепловой энергии, как и первый. Это позволяет более эффективно использовать отопительную систему, а также экономить на топливе.

Как и любая система, схема Тихельмана имеет свои преимущества и недостатки. Её достоинства ярко выражены в помещениях различного типа, размера и назначения. Основные преимущества:

1. Равномерный прогрев всей отопительной сети.
2. Не требуется сложная балансировка, а также монтаж дорогого оборудования.
3. Возможность регулирования количества отдаваемого тепла батареей.
4. Монтажные работы не требуют какой-либо специальной квалификации.
5. Имеет длительный срок эксплуатации.
6. Редко бывают поломки в системе отопления. Схема попутки очень надёжная.

Данный тип обустройства отопления для частного дома имеет и свои недостатки. К наиболее значимому можно отнести высокую стоимость, которая обуславливается увеличением затрат на трубопровод. Также петлю Тихельмана не всегда можно применить из-за архитектурных особенностей постройки.

Циркуляционные насосы высокой мощности сделали попутную схему наиболее востребованной для частных домов. Такая разводка является саморегулирующейся. При правильном монтаже она не требует никаких дополнительных настроек.

Для нормального функционирования необходимо правильно собрать отопительную сеть. Это позволит максимизировать эффективность работы всего оборудования. Создание выполняется в следующей последовательности:

1. Монтаж котла. Высота помещения должна составлять минимум 2,5 м, а объём — начинаться от 8 кубометров.
2. Установка радиаторов. Желательно применять биметаллические изделия.
3. Прокладка магистральной трубы, способной выдерживать высокие температуры. Минимальный диаметр должен быть равен 20 мм. Для подключения батареи применяют трубу в 16 мм.
4. Монтаж циркуляционного насоса. Обычно его устанавливают возле котла на обратке. Врезается в систему с применением байпаса и трёх вентилей. Для увеличения срока эксплуатации насоса необходимо также ставить фильтр.
5. Установка расширительного бака и группы безопасности. Монтаж производится в любой точке системы.

Чтобы обойти дверные проёмы в хозяйственных помещениях, можно монтировать трубопровод над дверью. В этом же месте устанавливают автоматический воздухоотводчик. В жилых комнатах магистраль следует провести под полом для обхода препятствий.

Схема Тихельмана в двухэтажном доме имеет некие дополнения. Разводка распространяется на всё здание, а не на отдельные этажи. На каждом этаже желательно монтировать циркуляционный насос. Если он будет один, то при поломке отопление отключится во всём здании.

Также специалисты часто обустраивают общий стояк на несколько этажей с отдельными разводками. Благодаря этому можно просчитать диаметры труб и требуемое количество секций. Раздельная схема в большой мере упрощает настройку и балансировку нагрева. Для хорошего эффекта следует на каждый этаж врезать балансировочный вентиль, который можно расположить вблизи котла.

Следует сохранять диаметр магистрали на всём протяжении кольца (кроме подсоединения последнего радиатора). После предпоследней батареи можно заужать сечение трубы, которая пойдёт на последний, так как это уже не будет считаться магистралью. Соблюдение одинакового диаметра требуется для того, чтобы создать одинаковые условия для всех отопительных приборов. В таком случае устройства будут работать стабильно.

Можно, конечно, попробовать и сэкономить на заужении главной трубы. Довольно часто это приводит к тому, что последние батареи всегда более холодные, чем первые. Система становится сложно настраиваемой.

Для маленького дома с несколькими радиаторами магистраль должна быть диаметром в 26 мм. Подсоединяются батареи трубой в 16 мм.

Если дом довольно большой, то сечение магистрали увеличивается. Это необходимо для того, чтобы на последних участках сети не шумели трубы, а скорость течения воды не превышала 0,7 м/с.

Попутная система отопления гораздо дороже, чем тупиковая. В первую очередь это связано с использованием большого количества труб с большим сечением и множества различных фитингов. В тупиковых схемах диаметры магистралей обычно меньше.

В некоторых случаях трубу с обратным направлением теплоносителя требуется прокладывать по тому же пути, что и подачу. Это делает систему особенно громоздкой. Желательно этого избегать. Из схемы попутного отопления лучше сделать обычную тупиковую. Такое возможно, если уменьшить количество батарей до 10 или же менее.

Если количество радиаторов до 5, то с балансировкой не возникает никаких проблем. Если же их 10, и они разделяются по двум неравным плечам, то в этом случае лучше собрать попутную схему. Иначе давление в разных плечах тупиковой системы будет слишком сильно отличаться, что приведёт к зажиму ближайших радиаторов.

Если сечение магистральной трубы будет одинаковым, а все батареи расположатся на одном уровне по высоте, то никаких проблем с функционированием попутной схемы не возникнет. Все радиаторы будут иметь примерно одинаковую мощность.

Неполадки с работой отдельных отопительных приборов появляются только при нарушениях правил монтажа. Например, во время пайки полипропиленовых труб произойдёт наплыв пластика на внутреннее сечение, что заузит диаметр. Попутная система является очень стабильной, но нарушать рекомендации по её созданию нельзя.

Необходимо только совместить очень мощные радиаторы с другими. Если этого не сделать, то сеть не сможет нормально работать. Например, в одной комнате установлен отопительный прибор с мощностью в 6 кВт, а в другой — в 0,5 кВт. При настраивании обогрева под 6-киловатник на радиатор в 0,5 кВт будет подаваться чрезмерное давление. Решением такой проблемы становятся балансировочные вентили. Их надо устанавливать хотя бы на маломощные приборы.

Попутку можно собрать и своими руками. Следует только учесть основные факторы:

1. Вид и сечение труб.
2. Обвязка радиаторов, а также котла.
3. Правильный выбор мощности батарей.
4. Подбор фитингов.
5. Возможные проблемы, которые могут возникнуть при монтаже.
6. Способы создания отопительной сети.

С такой задачей смогут справиться даже новички. Следует только придерживаться всех рекомендаций.

Попутка может выполняться как в виде закрытой, так и в виде открытой системы отопления. Главным элементом для функционирования является циркуляционный насос, поэтому его монтаж обязателен. Нельзя полностью полагаться на естественную циркуляцию теплоносителя даже при хорошей организации разводки. Стандартная петля Тихельмана состоит минимум из 10 батарей. Гравитационное перемещение вряд ли сможет продавить воду через всю сеть.

На подаче устанавливается группа безопасности, которая состоит из манометра, автоматического сбросника воздуха, а также стравливающего клапана. В открытых схемах подача должна идти вертикально до начала уклона. В верхней точке монтируют расширитель открытого типа. Затем магистраль направляется к остальной сети.

На обратке монтируют насос. Его мощности должно быть достаточно для подавления гидравлического сопротивления. Рядом устанавливают патрубок для подпитки. Обвязка котла состоит из запорных арматур, которые ставят:

1. На патрубке подпитки.
2. С двух сторон насоса.
3. Возле расширительного бачка.
4. Возле котла на обеих трубах.

Также дополнительно может монтироваться байпасная трубка. В неё устанавливают электрический клапан, который срабатывает во время остановки циркуляции.

Система отопления Петля Тихельмана: схема и расчёт

Одна из интереснейших тем в теплотехнике — системы отопления с попутной двухтрубной подачей теплоносителя, именуемой в среде мастеров схемой Тихельмана. Устройство их действительно уникально: система практически не требует балансировки, отличается стабильностью работы, но при этом имеет и ряд недостатков.

Описание системы

В профессиональных кругах петля Тихельмана именуется двухтрубной системой отопления с попутным движением теплоносителя. Такое название полностью отражает суть и принцип работы, отличительные черты лучше всего видны на фоне двухтрубной системы с обратным движением теплоносителя, которая знакома практически всем.

Представим радиаторную сеть, развёрнутую в прямой ряд. При классической схеме тепловой узел расположен в начале этого ряда, от него вдоль всей сети следует две трубы для подачи горячего и возврата холодного теплоносителя соответственно. При этом каждый радиатор представляет собой своего рода шунт, поэтому, чем больше удаление нагревательного прибора от теплового узла, тем выше гидравлическое сопротивление в петле его подключения.

1 — Двухтрубная схема подключения радиаторов со встречным током теплоносителя в подаче и обратке; 2 — схема подключения Петля Тихельмана с попутным подключением

Если же мы ряд радиаторов свернём в кольцо, то оба его края будут примыкать к тепловому узлу. В этом случае гораздо выгоднее сделать так, чтобы возвратный трубопровод направлял теплоноситель не обратно в котельную, а продолжал следовать далее по цепочке, то есть попутно подаче. Иными словами труба подачи следует от теплового узла и заканчивается на крайнем радиаторе, в свою очередь возвратный трубопровод берет свое начало от первого радиатора и направляется в котельную. Этот же принцип может быть реализован, даже если радиаторы расположены в пространстве линейно, просто от места врезки крайнего радиатора в обратку труба разворачивается чтобы вернуть охлажденный теплоноситель. При этом на определенном участке система отопления будет трёхтрубной, так петлю Тихельмана тоже иногда называют.

Петля Тихельмана с размещением радиаторов по периметру здания. От каждого радиатора общая длина труб подачи и обратки примерно одинакова. 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — труба подачи; 5 — труба обратки; 6 — циркуляционный насос; 7 — расширительный бак

Но зачем нужны такие сложности? Если внимательно изучить схему, то окажется, что сумма длин питающего и возвратного трубопровода для каждого радиатора одинакова. Отсюда вывод: гидравлическое сопротивление каждой отдельно взятой петли подключения эквивалентно остальным участкам, то есть система попросту не нуждается в балансировке.

Область применения

Тем не менее, соблазн избежать гидравлической настройки системы не должен приводить к поспешным необдуманным решениям. Двухтрубная попутная система характеризуется высокой материалоёмкостью, потому её монтаж оправдан далеко не во всех случаях.

Рассмотрим такое понятие как степень «прижатия» нагревательного прибора при балансировке двухтрубной обратной системы. Занижая условный проход в месте подключения нескольких первых радиаторов можно сократить расход теплоносителя в них, тем самым снизив перепад давления, чтобы на последующих участках сети сохранялся достаточный напор. Если радиаторная сеть состоит из большого числа нагревательных приборов, расположенных на большом удалении друг от друга, ограничивать проток на начальных радиаторах придётся до такой степени, что протока в них будет недостаточно для нормального выделения тепла. Это вынуждает использовать насосы с более высокой производительностью, из-за чего при течении теплоносителя в отдельных узлах образуется ощутимый шум. В целом можно сказать, что устройство двухтрубной попутной системы оправдано только при количестве радиаторов более 8–10 при общей длине трубопроводного става свыше 70 м.

Материалоёмкость системы Тихельмана существенно увеличивается при невозможности завернуть радиаторную сеть в кольцо, то есть расположить отопительный трубопровод строго по периметру здания. Этому обычно мешают дверные проемы и фронты остекления в пол. В таких случаях приходится монтировать дополнительную трубу, по которой теплоноситель будет возвращаться в котельную, а поскольку общая длина произвольно взятой петли увеличивается как минимум на половину — увеличивать условный проход магистрали или производительность насоса. Избежать дополнительных затрат в принципе можно за счёт устройства коллекторной (лучевой) системы, однако лучше предварительно выполнить сравнительный расчёт материалоёмкости.

Данные по гидравлике

Работа системы, устроенной по принципу петли Тихельмана, отличается высокой стабильностью. Сей факт наглядно демонстрируется данными гидравлического расчёта, однако для этого требуется соблюдение ряда монтажных правил.

Основным функциональным элементом такой системы остаётся гидравлический насос. Он создает давление на выходе, то есть на подаче, и разрежение на входе — обратке. Численно величина обоих значений снижается по мере удаления от насоса, причём падение напора происходит не линейно, оно описывается квадратичной величиной динамического напора. Эта закономерность прослеживается и для подающей ветки, и для возвратной, условно падение можно описать на примере трубопровода длиной 100 м:

Удаление от насоса в сторону движения теплоносителя (м)Давление в подаче (% от номинального)Разрежение в обратке (% от номинального)Падение давления на радиаторе1090 %5 %95 %2075 %20 %95 %3055 %35 %90 %5045 %40 %85%6040 %45 %85 %7035 %55 %90 %8020 %75 %95 %905 %90 %95 %

Это усреднённые данные, но даже по ним видно, что при кажущейся равномерности потери напора в середине радиаторной сети немного выше, нежели по краям. Действительно, за счёт пропорционального изменения давления и разрежения в каждом радиаторе поддерживается практически одинаковый перепад давлений в каждом нагревательном приборе, однако для корректной и стабильной работы петли Тихельмана следует соблюдать ряд правил, о которых речь пойдет дальше.

Обвязка котельной

Двухтрубная система с попутным движением теплоносителя может быть как открытой, так и закрытой. Как мы уже говорили, основным функционирующим элементом служит насос, поэтому его установки не избежать. На естественную циркуляцию не стоит рассчитывать даже при правильно организованной верхней разводке труб. Как мы уже говорили, типичная петля Тихельмана содержит 10 и более радиаторов, продавить такое плечо только гравитационным перемещением маловероятно.

На выходе подачи котла устанавливается традиционная «тройка» безопасности: автоматический воздухоотводчик, стравливающий клапан и манометр. Для открытых систем выход подачи должен быть организован вертикальным каналом до высоты образования уклона, в самой верхней точке устанавливается открытый расширительный бак. Далее труба подачи направляется непосредственно в разводящую сеть.

На обратке котла устанавливается один циркуляционный насос, производительность которого определяется гидравлическим сопротивлением всей системы. Непосредственно перед насосом располагается сетчатый фильтр, а сразу после насоса — тройник для подключения расширительного бака и манометр нижней точки. Также в этом месте выводится заправочный патрубок.

Запорная арматура котельной представлена полнопроходными шаровыми кранами, которые устанавливаются:

по обе стороны от насоса
на отводе расширительного бака
на заправочном патрубке
в точках подключения котла к магистрали

Дополнительно в котельной может быть установлена связывающая байпасная трубка, в разрыв которой монтируется электрический нормально закрытый клапан, срабатывающий при остановке циркуляции. Врезка байпаса должна осуществляться до циркуляционного насоса: байпас предназначен для защиты от температурного шока и шунтирует он теплообменник котла от магистрали, а не наоборот.

Система Тихельмана хороша также и тем, что при относительно высокой мощности радиаторной сети возможна работа от котла со встроенным комплексом гидротехнического оборудования. Однако при необходимости согласовать работу радиаторной сети и теплого пола каждое плечо системы оснащается собственным циркуляционным насосом. Если производительность в плечах существенно отличается, необходима установка гидрострелки.

Система трубопроводов

Как верхнюю, так и нижнюю разводку петли Тихельмана принято выполнять трубами PPR. Если требуется скрытая прокладка труб, рекомендуется использовать систему PEX с надвижными фитингами. Если прокладка труб выполняется в плотных основаниях, следует использовать теплоизоляционную оболочку.

Система отопления Тихельмана для одноэтажного дома выполняется крайне просто. Трубопровод подачи теплоносителя пролегает от теплового узла вдоль всей радиаторной сети. Номинальный условный проход трубы сохраняется вплоть до предпоследнего радиатора в ряду, после чего выполняется переход на диаметр подключения радиаторов, обычно это 20 мм полипропилен или 16 мм PEX. Трубопровод возвратного тока прокладывается в том же порядке, но навстречу подаче, то есть первый радиатор по направлению тока горячего теплоносителя подключается заниженным диаметром.

Если система Тихельмана устраивается на нескольких этажах, требуется монтаж вертикального стояка. Магистральная труба подачи следует до самой высокой точки, откуда выполняется ответвление для запитки верхнего этажа. После этого магистраль разворачивается вниз, на этом участке осуществляется врезка подачи для всех нижних этажей. Общий трубопровод возвратного тока выполняется по аналогии с двухтрубной системой со встречным движением теплоносителя, то есть попросту выполняет роль сборной магистрали.

Диаметр труб для петли Тихельмана рассчитывается по общим методикам теплотехнического расчёта, основанных на выборе оптимального значения Kvs магистральных труб. При этом желательно, чтобы по ходу движения теплоносителя не происходило ступенчатого занижения условного прохода, иначе естественная балансировка системы будет не столь качественной. В системах с протяженностью разводящих трубопроводов до 120 м оптимальным считается условный проход магистральных труб не менее 270 мм 2 , а для труб подключения радиаторов — порядка 130 мм 2 .

Арматура радиаторов

Часто можно встретить мнение, что двухтрубная система отопления с попутным движением теплоносителя не нуждается в комплектации радиаторов регулировочной арматурой. Считается, что якобы этот факт нивелирует дополнительные затраты на дополнительные трубы и фитинги для них. Однако корректная работа радиаторов в таком случае вряд ли возможна.

Термостатические головки для радиаторов в системе Тихельмана должны быть установлены обязательно. Без них никак не выполнить индивидуальную настройку радиаторов в разных комнатах, что не очень комфортно при изменяющихся климатических условиях. Что до балансировочных клапанов (дросселей), то на этот счёт споры особенно жаркие. Как упоминалось выше, даже при попутном движении теплоносителя отмечается перепад давления на радиаторах. При грамотном расчёте системы это явление можно компенсировать, варьируя число секций в радиаторах разных зон. Тем не менее, если существует даже минимальный риск ошибки, лучше установить регулировочные клапаны хотя бы на нескольких первых радиаторах с каждого края.

Петля Тихельмана также может балансироваться статическими методами регулировки. Речь идёт о так называемом «шайбовании». Если гидравлическим расчётом заранее определены коэффициенты местных сопротивлений, регулировочные клапаны могут быть заменены вставками, занижающими условный проход на определённую величину. Из простейших вариантов можно предложить самостоятельно изготовленные кольцевые уплотнения с разным внутренним диаметром, которые устанавливаются в местах резьбового подключения радиаторов.

Читать еще: На какой высоте вешать радиаторы отопления?