Инженерные коммуникации

Современные системы отопления частных домов

Строительство собственного дома… Эта короткая фраза вмещает в себя массу нюансов – здесь и радость, и некоторая растерянность, и множество опасений, и снова радость… Свой дом – это не только кирпичная коробка, но и показатель благосостояния, зрелости и, если хотите, солидности. «Мой дом – моя крепость», говорят англичане. И они правы, ибо человеку несвойственно жить в городском муравейнике. Cреда мегаполиса агрессивна, она подходит одиночкам, но растить детей, жить семьей все же лучше в своем собственном доме. И если город – это, прежде всего, стандарт (типовые районы, типовые дома, типовые квартиры); то загородная земля – это царство самовыражения. Только здесь горожанин может создать дом своей мечты, не спрашивая разрешения на каждый вбитый гвоздь.

Правда, в этой идиллии все же есть свои подводные камни. Затеяв строительство, человек начинает задаваться различными вопросами: как построить, как провести коммуникации, как обогреть свое долгожданное жилище. В принципе, решение этих задач берут на себя профессионалы, но все же и будущему обладателю дома стоит иметь некоторое представление о технической стороне проблемы, так как это позволит контролировать весь процесс и оптимизировать затраты.

Каждый из перечисленных аспектов строительства и обустройства дома заслуживает отдельного внимания , но сегодня мы остановимся только на одном из них, возможно, самом важном и затратном – на отоплении.

 

Воздух и вода

Человек отапливает свои жилища уже несколько тысяч лет, и основным способом обогрева всегда был огонь. Пламя пылало в открытом очаге, нагревая воздух, который и разносил долгожданное тепло по всем закоулкам дома. Усовершенствованием этой системы стали камины и печи. Во всех таких системах отопления теплоносителем выступает воздух. Достоинства подобного способа обогрева очевидны – воздух, проникающая способность которого очень велика, передает тепло непосредственно в помещение. Кроме того, обогрев горячим воздухом не требует прокладки сложных коммуникаций.

Все эти несомненные плюсы перекрываются одним большим недостатком: массовая теплоемкость воздуха гораздо (почти в 4000 раз!) меньше, чем у другого наиболее распространенного теплоносителя – воды. Это значит, что для обогрева одного и того же помещения ,воды (по массе) требуется во столько же раз меньше.

Исходя из этого, на практике нужно либо ставить отопительный прибор (камин, печь) в каждом помещении (как и делали раньше наши предки), либо придется устанавливать мощные вентиляторы, которые издают довольно сильный шум. Поэтому, хотя воздушное отопление до сих пор применяется, основная область его использования – промышленные предприятия и нежилые помещения. Именно там преимущества горячего воздуха очевидны, а недостатки терпимы.

Конечно, никто не запрещает вам сделать у себя печь или камин, более того, эти приятные «анахронизмы» создадут в доме неповторимый уют и стиль, но основывать на них регулярное отопление все же не стоит.

Немного особняком стоят относительно недавно появившиеся системы электрического бесконтактного нагрева. Они очень удобны, не требуют сложных коммуникаций, автоматизированы, но, к сожалению, не находят еще широкого применения в силу дороговизны электричества. Поэтому постоянно обогревать ими большой дом довольно накладно. Хотя, если использовать эти приборы в подсобных помещениях (банях, гаражах и т.п.), где отопление требуется эпизодически, они себя оправдывают.

Для того чтобы как следует обогреть дом в холода, придется поневоле проектировать более дорогую и сложную, но гораздо более надежную водяную систему отопления. Как ясно из названия, теплоносителем в этом случае является вода или специальные незамерзающие жидкости – антифризы (подобные используются в автомобилях). Хотя монтаж такой системы сложен, требует профессионального подхода и довольно больших и значальных капиталовложений, дальнейшее ее использование окупает затраты сторицей.

Кстати, стоит отметить, что появление новых видов трубопроводов, а именно металлопластиковых труб, существенно упростило сборку систем отопления. Хотя эти трубы относительно дороже обычных стальных, они не требуют сварочных работ и значительно снижают время- и трудозатраты. На отечественном рынке широко представлены трубы и фитинги (монтажные элементы к ним) разных производителей: как зарубежных , так и отечественных .

Ниже мы рассмотрим основные системы водяного отопления, ведь их выбор для данного конкретного дома зависит от массы нюансов.

 

Естественно или искусственно?

На практике тип системы определяется по тому, каким образом теплоноситель будет в ней циркулировать. В случае с естественной циркуляцией вода двигается по трубам и отдает тепло под действием гидростатического напора, который возникает из-за разности плотностей охлажденной и нагретой жидкости.

Как это происходит на деле? Еще из школьного курса мы знаем, что нагретый воздух поднимается вверх. Те же процессы, правда, несколько более медленные, наблюдаются и в жидкости. То есть горячая вода легче холодной. Для справки: плотность воды при 40˚С составляет приблизительно  992 кг/м³, а плотность воды, нагретой до 70˚С, соответственно, 978 кг/м³, таким образом кубометр горячей воды весит на 14 кг меньше, чем кубометр теплой. Поэтому горячая вода будет «всплывать», а охлажденная опускаться вниз. Конечно, разница невелика, но ее вполне хватает для использования в отопительной системе с естественной циркуляцией.

Работает она следующим образом: попадая в котел, вода нагревается и по главному стояку (толстой, обычно двухдюймовой трубе) поднимается наверх, подталкиваемая в котле со стороны обратного стояка более тяжёлой остывшей водой, которая опускается вниз под действием силы тяжести.

В самой верхней части главного стояка  устанавливается  расширительный бачок и присоединяются ветви разводящих магистральных трубопроводов. Их сечение меньше главной подающей трубы и обычно не превышает одного дюйма. Магистрали должны располагаться под небольшим уклоном. По ним вода попадает в подающие стояки, а из них – в батареи. На  своем пути она, естественно, остывает, отдавая тепло вашему дому, и, конечно, увеличивает плотность – «тяжелеет». Потом остывшая жидкость движется в обратные стояки и обратную линию («обратку»), тоже с небольшим уклоном ведущую к котлу. Затем цикл повторяется.

Скорость циркуляции зависит от «циркуляционного давления», которое  в свою очередь, зависит от разности весов столба горячей и холодной воды, а значит, от разницы температур в главном стояке и «обратке». Кроме того, очевидно, что чем больше перепад высоты между котлом и батареями (при этом котёл должен находиться ниже отопительных приборов), тем больше циркуляционное давление ∆р_е

Естественный перепад давления для простейшей системы отопления (рис.1)  с одним отопительным прибором (батареей) при условии, что вода охлаждается в этом приборе и не охлаждается в трубах, можно выразить формулой:

∆р_е = (ρ_х – ρ_г)gH ,  

где ρ_х – плотность холодной воды перед котлом;

      ρ_г – плотность горячей воды после котла;

      g – ускорение свободного падения;

      Н – высота отопительного прибора над котлом.

 

Для уменьшения потерь тепла и улучшения циркуляции главный стояк надо тщательно    теплоизолировать. Очевидно, что в системах с естественной циркуляцией батареи верхних этажей прогреты сильнее, нежели нижних, так как в таких системах может применяться только схема с верхней разводкой. Подобные системы отопления были изобретены очень давно и без особых изменений дошли до наших дней.

К сожалению, наряду с неоспоримыми достоинствами (простота устройства и эксплуатации,  энергонезависимость  –  нет нужды в подключении к электричеству, сравнительная долговечность) есть несколько существенных недостатков, которые могут сделать ее неприменимой в строительстве современных коттеджей. Дело в том, что в такой системе циркуляционное давление заведомо очень мало (как мы помним, разница плотностей горячей и теплой воды очень невелика), поэтому система с естественной циркуляцией может отапливать дом площадью не более 100 м² (а современные дома, напомним, достаточно велики). Кроме того, незначительная разница плотностей вынуждает использовать трубы относительно большого сечения, а это удорожает проект до 5-7% от стоимости здания и увеличивает трудозатраты на монтаж системы. Кроме того, из-за медленной циркуляции довольно высока опасность замерзания труб, проложенных через неотапливаемые помещения. Одним словом, система проста и хороша, но подходит только для очень небольших домов.

Всех перечисленных недостатков лишена система водяного отопления с принудительной или искусственной циркуляцией. Как ясно из названия,  циркуляция в них обеспечивается извне, с помощью специальных центробежных насосов. Особенностью этих устройств является то, что они не поднимают воду, а только ее перемещают, создавая принудительную циркуляцию. Отсюда общее название – циркуляционные насосы. Они обычно устанавливаются в обратную линию, ведущую от отопительных приборов к котлу, для того, чтобы продлить срок службы деталей, избавив их от постоянного контакта с очень горячей водой.

Современные циркуляционные насосы малогабаритны, устанавливаются прямо в трубу и практически бесшумны. Самые «умные» из них  имеют автоматически изменяемую частоту вращения, что дает возможность насосу самостоятельно адаптироваться к изменению потребностей системы с термостатическими вентилями. Такой агрегат позволяет исключить неприятный шум в термостатах и экономить электроэнергию, а это очень  важно для домовладельца. Кроме того, работают эти «малыши» годами, не требуя вмешательства, и легко обслуживаются при необходимости.

На практике, применение циркуляционных насосов весомо сокращает затраты, ведь они позволяют использовать трубы малого диаметра , что существенно уменьшает материалоемкость системы отопления и упрощает монтаж (кстати, подобный насос можно установить и на систему с естественной циркуляцией, он поможет избежать перепада температур между верхними и нижними батареями). Кроме того, эти агрегаты делают возможным значительно удлинить трубопроводы и применить неординарные схемы отопления (к примеру, использовать для обогрева помещений модные ныне «теплые полы»).

 

 

Чем будем греть воду?

На самом деле это очень непростой вопрос. Ведь даже идеально спроектированная и смонтированная отопительная система не будет работать без «сердца» – отопительного котла, выбрать который довольно сложно.

Если к дому подведен магистральный газ – вам повезло: это наиболее экономный и один из самых эффективных способов отопления. Но, стоит заметить, монтаж и, желательно, дальнейшее обслуживание котла должна производить только фирма, имеющая действующую государственную лицензию – таковы требования закона. Газовая служба сурова, и в противном случае своего согласия на подключение котла не даст, а, следовательно, и газ не включит. И это не прихоть, а реальность: неисправный или неправильно установленный котел может стать опасным. Конечно, все это потребует дополнительных финансовых вложений, но безопасность превыше всего. К тому же затраты окупятся: газ на сегодняшний момент – наиболее дешевое топливо.

К выбору котлов стоит подойти серьезно: от этого зависит не только тепло в вашем доме, но и ваша безопасность. К счастью, сейчас есть газовые котлы на любой вкус – от простых и относительно дешевых отечественных и чешских до компьютеризованных немецких и французских. Стоит отметить, что в наших условиях лучше служат энергонезависимые газовые котлы , то есть не подключенные к розетке: за городом часты перебои с электричеством и, если у вас нет генератора, можно замерзнуть. Для того чтобы установить газовый котел, придется предусмотреть отдельное, хорошо проветриваемое помещение и выводить наружу дымоход с точно отрегулированной тягой.

Если газа нет, стоит обратиться к электрическим, жидко- и твердотопливным котлам. Их монтаж можно производить самостоятельно.

Электрические – самые эффективные, но и самые затратные в эксплуатации (киловатт нынче дорог, а сельские линии не рассчитаны на большую нагрузку). Зато они не нуждаются в дымоходе и наиболее экологически приемлемы.

Жидкотопливные котлы- работают на солярке, следовательно, нужно следить за топливным баком. Стоит также отметить, что российские жидкотопливники  менее капризны и не притязательны к качеству горючего. Как и газовые, они довольно требовательны к тяге в дымоходе, и, кроме того, дают довольно едкий выхлоп.

Твердотопливные котлы работают на дровах и угле и также нуждаются в постоянном присмотре. Зато топливо для них не является проблемой – они практически всеядны, хотя, конечно, хороший уголь даст гораздо больше тепла, чем, скажем, горючие сланцы. И тоже требует хорошей системы дымоотведения. В принципе, сегодня выпускаются комбинированные отопительные котлы с несколькими горелками, например, газ/твердое топливо или газ/жидкое топливо. Это удобно на случай непредвиденных перебоев с подачей топлива.

Стоит обратить внимание на теплоноситель. Иногда для удобства в систему заливают антифриз, дабы при внезапном отключении отопления не разморозить систему. Но, к сожалению, все незамерзающие жидкости довольно сильно коррозируют трубы, поэтому специалисты рекомендуют по возможности в качестве теплоносителя использовать специально подготовленную воду с добавками ингибиторов коррозии и реагентов для умягчения. Для этого нужна установка для химподготовки воды  с цифровым дозировочным насосом, который позволит экономно расходовать дорогостоящие реагенты.

Вообще, стоит сказать, что излишняя жесткость воды и оседающая из-за этого внутри котла накипь очень сильно влияют на характеристики обогревателя. Каждый миллиметр слоя накипи забирает на 2-3% топлива больше, чем нужно для нормального функционирования «чистого» котла. Кроме того, толстый слой накипи может привести к прогоранию стенки теплообменной трубы, а это грозит ремонтом агрегата. Поэтому к водоподготовке следует отнестись со всей серьезностью.

 

Огонь, батарея!

Для того чтобы система работала, помимо труб и котла понадобятся и собственно отопительные приборы – в просторечии, батареи.

Надо сказать, что по способу теплоотдачи все отопительные приборы подразделяются на три больших группы: радиационные (их еще называют потолочными излучателями), конвективно-радиационные (приборы с гладкой внешней поверхностью) и конвективные (конвекторы с ребристой поверхностью).

Самое «полезное» тепло дают потолочные излучатели. Они крепятся на потолке и излучают тепло вниз. При этом температура в помещении создается на 1-3 градуса ниже, чем при обычном расположении батарей, хотя субъективное ощущение комфорта выше, так как тепло, идущее сверху, интуитивно воспринимается человеком как «правильное». К сожалению, из-за сложности монтажа и значительной тепловой инерции (долго нагреваются и остывают) такие отопительные приборы встречаются редко.

Приборы же с гладкой внешней поверхностью (секционные радиаторы, панельные радиаторы, гладкотрубные приборы) включают в себя все знакомые нам виды батарей – от громоздких чугунных «гармошек» до изящных современных стальных и медно-алюминиевых радиаторов. Кроме того, полотенцесушители , висящие  практически во всех городских ванных комнатах, тоже относятся к этой семье.

Стоит сразу заметить, что чугунные батареи, несмотря на их повсеместную распространенность, даже не вчерашний, а позавчерашний день отопителей. И дело в том, что они не рассчитаны на большое давление (для индивидуального малоэтажного строительства это непринципиально), громоздки, очень тяжелы, обладают высокой тепловой инерцией и неудобны в повседневной жизни – буквально притягивают пыль, которую трудно убрать, как следует.

Современные стальные и биметаллические радиаторы (к примеру, PURMO) выгодно отличаются от своих чугунных собратьев. У них меньше масса и тепловая инерция, а показатель теплопередачи не хуже, чем у старых «гармошек». Кроме того, они имеют специальные теплорегулирующие головки, необходимые для «умной» системы отопления с циркуляционным насосом. При покупке не стоит брать радиаторы, рассчитанные на городские дома: там давление в отопительной сети высокое, в отличие от коттеджей. На этом можно несколько сэкономить.

И, наконец, конвекторы. В старых панельных многоэтажках устанавливали именно их: это, собственно, змеевик из стальной трубы в ребристом кожухе. У конвекторов плохая теплоотдача, их трудно мыть и интерьер они не украшают. Кроме небольшого веса и низкой цены других достоинств эти приборы не имеют.

 

Итак, подводя итог, можно сказать, что системы отопления частного дома не так уж сильно отличаются от городских и зиждутся на трех китах – естественной или принудительной циркуляции, хорошем котле и правильно подобранных отопительных приборах. Специалисты охотно возьмутся спроектировать и смонтировать систему отопления в вашем будущем доме, а наша статья поможет избежать некоторых ошибок и не дать себя обмануть. И ваше жилище станет по-настоящему уютным.