Схема отопления двухэтажного дома: виды систем с принудительной циркуляцией

Гравитационная система с естественной циркуляцией

Перемещение теплоносителя по системе происходит самотеком.

Принцип работы

При подогреве теплоносителя происходит его расслоение: нижний слой с более высокой плотностью выталкивает более прогретую воду в систему. Разница плотностей обеспечивает естественную циркуляцию  жидкости по трубопроводам.

Устройство

Расширительный бак устанавливается в верхней точке системы, который обеспечивает расширение воды в системе, производит сброс жидкости и подпитку в системе.

Котел необходимо устанавливать в подвальных или цокольных помещениях. Следует помнить, что уровень труб обратного контура должен быть заложен ниже котла.

Горизонтальные участки трубопроводов прокладываются с уклоном – в верхним точкам подключения радиаторов и от нижних на пути к котлу.

Важно! Для обеспечения высокого КПД необходимо использовать трубы с большим условным проходом, что обеспечивает низкий коэффициент сопротивления внутренних поверхностей труб.
Схема гравитационной системы отопления

Преимущества:

• Автономность. Данная схема может работать без применения электроэнергии. Лучший вариант для удаленной местности, где наблюдаются перебои с поставками электричества.
• Длительный срок эксплуатации. Из-за низкого давления в системе оборудование менее подвержено износу.
• Бесшумность, т.к. наличие циркуляционного насоса не предусмотрено.

Недостатки:

• Большой расход материалов. Большие затраты, т.к. применяются трубы больших диаметров.
• Трудоемкий процесс монтажа. Сложность обеспечить правильный уклон.
• Применяются в домах с суммарной площадью трубопроводов не более 150 м2.
• Длительный процесс нагрева помещений.
• Сложность отвода кислорода из теплоносителя. Может быть устранено путем проектирования правильного уклона труб, который обеспечит естественный отвод пузырьков через расширительный бачок в воздух.

Расширительные баки, открытые и закрытые системы

Однотрубная система отопления открытого типа с принудительной циркуляцией. Расширительные бак должен находиться в самой верхней точке.

Создавая отопление в двухэтажном частном доме своими руками, необходимо продумать вопрос о расположении расширительного бачка. Если планируется создание открытой системы, то бачок устанавливается в самой верхней точке отопительной системы. Чаще всего он стоит на верхушках вертикальных участков – это обеспечивает эффективное удаление пузырьков воздуха. Иногда его ставят и на обратную трубу, но такая схема не обеспечивает удаление воздуха и вынуждает устанавливать дополнительные трубы.

В закрытых отопительных системах используются:

• Герметичные расширительные бачки;
• Воздухоотводчики;
• Предохранительные клапаны;
• Термоманометры.

Герметичные баки представляют собой полые металлические конструкции с гибкой внутренней перегородкой. Эта перегородка выгибается и принимает на себя часть расширившегося при нагреве теплоносителя. Отопительная система остается полностью герметичной. Воздух удаляется через специальный воздухоотводчик, а если обнаружится превышение давления, оно будет сброшено посредством предохранительного клапана.

Открытые отопительные системы не требуют монтажа воздухоотводов и предохранительных клапанов, но они требуют установки бачка в самой верхней части. Что касается закрытых систем, то здесь бак ставится вблизи отопительного котла, вместе с «группой безопасности». В результате затраты на создание отопления в двухэтажном частном доме возрастают, но у жильцов появляется возможность создать отопление с незамерзающим теплоносителем.

В открытых отопительных системах использование иных теплоносителей, кроме воды, довольно проблематично. Поэтому мы делаем выбор в пользу закрытых систем, монтаж которых не вызовет огромных дополнительных расходов.

Как устроена коллекторная система отопления двухэтажного дома

Главную роль в работе системы играет особый элемент, являющийся распределительным узлом, еще его называют гребенкой.

Распределительный узел является, по сути, видом сантехнической арматуры, предназначенным для распределения теплоносителя но всем магистральным и кольцевым элементам системы отопления.

Коллекторная система отопления

Коллекторную группу дополняют:

• расширительным баком;
• циркуляционным насосом;
• специальными, обеспечивающими безопасную работу системы, приборами.

Коллекторной схемой отопления предусматривается параллельное подключение всех ее компонентов к гребенке.

Строение коллекторного узла следующее:

• входная часть, подключенная к отопительному котлу посредством подающей трубы, служит для приема и распределения нагретого теплоносителя по всему контуру;
• выходная часть предназначена для сбора остывшего носителя и перенаправления его на вход отопительного агрегата, ее подключение производится к обратным патрубкам отдельных контуров.

Принцип действия системы

Главным отличием коллекторной схемы является независимое подключение каждого из отопительных элементов находящихся в сооружении. Это очень выгодно в том плане, что хозяева получают возможность регулировать температуру каждого радиатора отопления, при желании его несложно отключить совсем.

Но при этом элементы сети, находящиеся внутри контура, подключаются последовательно.

Сама гребенка является отрезком трубы большого диаметра, она имеет один вход и несколько выходов, их количество соответствует числу контуров, которые потребуется подключить.

Посмотрим видео:

Панельные радиаторы: отличный выбор для современных систем отопления

Помимо перечисленных моделей производители еще выпускают различные дизайнерские модели, к которым можно отнести цельнолитые чугунные, стальные трубчатые и даже керамические. Высокая цена на эти приборы объясняется тем, что дизайнерские амбиции в них преобладают над инженерной рациональностью.

Схемы отопления двухэтажного дома

Количество реализаций системы отопления двухэтажного дома бесконечно, так как зависит от многих факторов: размеров дома, наличия бесперебойного электроснабжения, постоянства проживания в доме людей и т. д. Поэтому будет разумно рассмотреть несколько типовых схем, которые доказали свою эффективность.

Схема отопления дома с естественной циркуляцией

Название такой системы само говорит за себя – циркуляция теплоносителя в системе отопления происходит за счет естественных природных процессов. Работу такой системы можно рассмотреть на рисунке.

Работа схем с принудительной циркуляцией

Ускорить движение теплоносителя можно с помощью циркуляционных насосов

Для принудительного движения теплоносителя используют циркуляционные насосы.

Насос врезают в месте соединения «обратки» и котла — здесь теплоноситель уже охлаждён и насос работает в щадящем режиме. На выходе из нагревателя температура теплоносителя достигает 80 – 100 градусов, что резко снижает ресурс оборудования. В котлах со встроенным насосом всё подключено по правильной схеме.

Схема движения воды работает по следующему алгоритму:

1. После подачи питания включается насос и приводит в движение теплоноситель.
2. Котёл нагревает воду/антифриз, а давление, создаваемое насосом, выдавливает теплоноситель в контуры.
3. Горячая вода по трубам подаётся к радиаторам, где охлаждается, нагревает воздух и поступает в трубы «обратки».
4. Процесс переходит в циклическое состояние.

Разработаны и на практике применяют отличные друг от друга схемы разводок, оптимально подходящие для разных условий эксплуатации.

Двухтрубные схемы

Разница между однотрубным и двухтрубным подключением

При обустройстве больших зданий используют именно двухтрубную схему. Радиаторы подключают параллельно. По расположению подающих труб различают схемы с верхней и нижней разводкой.

Преимущества двухтрубки:

• не требует сложных расчётов и подбора диаметров труб;
• независимая регулировка теплоотдачи каждого радиатора, что позволяет устанавливать температуру в каждом помещении и экономить энергоресурсы;
• простая настройка и запуск в эксплуатацию;
• мощность насосов невелика;
• отсутствуют значимые потери давления в начале и конце контуров;
• температура теплоносителя примерно одинакова во всех радиаторах контура;
• перекрыв краны подачи и слива, батарею можно снять для замены или ремонта, не выключая всего отопления;
• минимальное гидравлическое сопротивление трубопроводов.

Недостатком считают повышенный расход труб (на подачу и обратку). Учитывая стоимость полипропиленовых труб, удобство в монтаже и ремонте, этим минусом можно пренебречь.

Схема со встречным движением теплоносителя — тупиковая

Тупиковая схема носит другое название — со встречным движением теплоносителя. Схема разделена на участки. По трубе от котла до самой дальней батареи поступает нагретый теплоноситель, который по обратной трубе возвращается в котёл. Популярность придаёт простота понимания, но требуется грамотный расчёт и настройка системы. Чем дальше от котла, тем тоньше должны быть трубы. После запуска проводят регулировку каждого радиатора отсекающими вентилями. Неправильная регулировка может привести к тому. Что весь теплоноситель будет проходить через один радиатор, остальные останутся холодными.

Петля Тихельмана работает при попутном движении теплоносителя

Петля Тихельмана работает при попутном движении теплоносителя. Разводку проводят трубами одного диаметра. Давление и температура теплоносителя в каждом из радиаторов одинакова, что упрощает балансировку. Регуляторами можно точно установить температуру в каждой отдельно взятой комнате.

Требования к схеме:

• Длина контура до 35 м.
• На протяженных участках используют трубы больших диаметров (40 – 60 мм) и не устанавливают терморегуляторы, так как они становятся бесполезны.
• Периметр длиной свыше 30 м делят на несколько зон и монтируют лучевую разводку. Её же называют коллекторной. Стоимость большего количества труб компенсируется их меньшим диаметром. Для «питания» одного радиатора достаточно трубы 16 мм.

Каждый радиатор в таком варианте легко отрегулировать на нужную теплоотдачу.

Однотрубные схемы

При однотрубной схеме последние радиаторы не получают достаточно тепла

Схемы однотрубного отопления оптимальны для одно- и двухэтажных зданий с числом батарей отопления в одном контуре до 5. Большее количество потребует точной настройки. Разветвления могут снижать давление в трубах и некоторые радиаторы не получат достаточного для нагрева теплоносителя.

Схемы позволяют осуществить верхнее или нижнее подключение. Во втором случае трубопровод можно скрыть под полом. Учитывают, что это немного снизит теплоотдачу радиаторов, так часть энергии расходуется на обогрев стяжки.

Однотрубные варианты делают с открытым или закрытым расширительным бачком.

К недостаткам схемы относят трудности при замене радиаторов. Для сохранения работоспособности на место снятой батареи сразу необходимо устанавливать перемычку, иначе настройка системы будет нарушена. По этой же причине между входом и выходом теплообменника монтируют байпасы из труб меньшего диаметра.

Одной из популярных схем является «ленинградка». Для подключения используют диагональную (перекрёстную) или боковую (одностороннюю) схемы.

Циркуляционный насос: сердце современной системы отопления

Чтобы принудительная циркуляция работала корректно, выбранная модель насоса должна отвечать параметрам системы. Существует специальная методика расчета ключевых характеристик — производительности и создаваемого напора. Чтобы не утомляъть читателя формулами, предлагаем воспользоваться встроенными калькуляторами.

Калькулятор расчета создаваемого напора теплоносителя

Однотрубная система отопления двухэтажного дома

В однотрубных системах автономного отопления может применяться как естественная циркуляция теплоносителя, так и принудительная. Теплоноситель от котла идет в стояк подачи, а затем разделяется на два этажа в лежаки, к которым последовательно подключаются радиаторы отопления.

Из чего состоит отопительная система

Перечень необходимого оборудования зависит от схемы организации отопления. Перечислим основные компоненты для всей совокупности решений.

Газовый котел. Его функция – греть теплоноситель. Часто он оснащен закрытым расширительным баком, а иногда и циркуляционным электронасосом. Выбор такой компоновки облегчает проектирование и монтаж теплосети. Подбор котла осуществляется исходя из мощности, необходимой для отопления жилплощади.

Стандартная формула “100 Вт на 1 м²” усреднена. В действительности необходимая мощность зависима от отапливаемого метража, т.к. его увеличение непропорционально увеличению площади ограждающих конструкций – главной причины теплопотерь. Если для отопления 100-150 м² потребуется 130 Вт на метр, то для 400-500 квадратов хватит 80 Вт.

Отопительные приборы. Они нужны, чтобы отдавать тепло для поддержания нужной температуры в помещении. Это могут быть чугунные, стальные, алюминиевые или комбинированные радиаторы. Их энергоэффективность зависит от материала и количества секций батареи, а выражается в теплоотдаче и инерционности.

Трубопровод. Он применяется, чтобы передавать и распределять теплоноситель между батареями. Для его развертывания в основном применяют бесшовные изделия из полипропилена или стали. Низкий коэффициент внутреннего сопротивления позволяет использовать их в теплосетях с принудительной и естественной циркуляцией.

Входящие в состав антифриза присадки могут разрушать полипропиленовый теплопровод. Если в доме не проживают постоянно, следует использовать стальные конструкции.

Фитинги. Необходимы для соединения труб

Важно, чтобы они не нарушали герметичность и не уменьшали проходимость теплопровода

Расширительный бак. Компенсирует скачки давления внутри теплосети, вызываемые способностью вещества расширяться при нагревании. Устраняет риск разрушения отдельных ее компонентов. Существуют конструкции открытого и закрытого типов. Использование вторых предпочтительно из-за их универсальности, безопасности и простоты обслуживания.

Поскольку эксплуатация открытого расширительного бака сопряжена с испарением теплоносителя, в такой компоновке нельзя использовать антифриз.

Запорная арматура. Позволяет отключать отдельные элементы теплосети от контура для проведения техобслуживания или регулировки температуры в помещении.

Предохранительная арматура. В эту категорию входят балансировочный вентиль, автоматический воздухоотводчик (кран Маевского), обратный и предохранительный клапаны. Их задачи заключаются в том, чтобы не допустить возникновение дросселирующих потоков и уберечь систему от гидроударов.

Регулирующая арматура. Предназначена для балансировки отопительной системы и управления теплоотдачей отдельных радиаторов. Это помогает установить в каждом помещении индивидуальный микроклимат, не изменяя общих показателей теплосети.

Распределительный коллектор и гидрострелка. Отвечают за разделение гидравлических контуров и распределение теплоотдачи. Улучшают проходимость сети. Уменьшают теплопотери. Поскольку они служат локальными центрами управления, на них устанавливают термометр, манометр, расходометр и др. датчики.

Варианты отопительных разводок

1. Лучевая система

Это трубопровод с вмонтированными коллекторами и дроссельными заслонками возле каждого отвода. К каждой батарее идёт пара трубок, идущих от каждого отвода. Тепло регулируется довольно-таки легко, но при инсталляции возникают осложнения: необходимо прятать в бетонной стяжке пола или под фальшстенами десяток труб.

Коллекторная (лучевая) схема отопления одноэтажного дома:

Монтаж такой системы выльется в круглую сумму. Зато она самая эффективная в плане экономии тепла.

2. Двухтрубная схема отопления

Во всём доме, по периметру или под полом, тянутся два трубопровода – подачи и обратки. Батареи, фанкойлы, конвекторы, — всё это играет роль перемычек и создаёт подобие короткого замыкания. Вода циркулирует от ближней батареи к дальней. Поэтому дроссельные заслонки будут ограничивать проходящую через батареи горячую воду. Для равномерного тепла в каждой комнате необходимо тонко балансировать систему.

Двухтрубная схема отопления одноэтажного дома:

• большой расход трубы и материалов;
• без балансировки происходит замерзание труб и батарей.

3. Однотрубная схема отопления дома

Считается самой простой. Иногда её называют, по старинке, «ленинградкой». При монтаже такой системы по периметру всего дома и во всех жилых помещениях укладывают трубу на 25-32-40 мм. Почему обязательно в жилых комнатах? Всё просто: паразитное тепло, которое выделяется трубой, тоже будет обогревать всю комнату.

Однотрубная схема отопления одноэтажного дома:

Или вот схема отопления одноэтажного частного дома в одноконтурном варианте:

Радиаторы и конвекторы врезаются для закольцовки, но с использованием трубы двадцатки. На всех подводах устанавливаются дроссельные заслонки и краны. Первые уравнивают температуру, а другие — выпускают воздух. Если бы не было вентилей (кранов), то вода вытеснила бы воздух в верхнюю часть отопительного элемента. А это, в свою очередь, делает меньше количество отдаваемого тепла.

• тепло практически не теряется;
• простота и быстрота монтажных работ;
• экономное использование;
• при отсутствии электричества, отключающее циркуляционный насос, движение воды не остановится;
• экономия материалов.

Так какую же систему отопления выбрать в одноэтажном доме? Можно отметить лишь один, но существенный факт, который повлияет на ваш выбор – возможность устанавливать любую из перечисленных схем в одноэтажных домах и коттеджах: лучевая, однотрубная, двухтрубная, электрическая, воздушная и даже систему «водяного пола».

О последних трёх мы не упоминали, но они также популярны последнюю систему («тёплый пол») пару лет назад использовали только в саунах, но сегодня её относят к полноценному виду отопительных систем, которые полноценно обеспечивает теплом весь дом.

К причинам, повлёкшим выбор той или иной системы, можно отнести и площадь дома, и срок проживания (постоянный или временный), и из чего построен дом (кирпич, блок или деревянный брус).

Классификация СО

Отопительный комплекс «двухэтажки» является весьма непростым проектом как в плане планирования, так и в практическом воплощении. Основная причина кроется в необходимости подачи теплоносителя на высоту второго этажа, тем самым создавая определенные нагрузки. Монтаж оборудования и коммуникаций следует выполнять с особой тщательностью и ответственностью. Для практической реализации своими руками требований проекта используются различные схемы СО, классификация которых базируется по ряду отличительных признаков. В соответствии с конструктивными отличиями, системы отопления 2х-этажного частного дома условно разделяют на несколько типов, в числе которых основными являются:

СО с однотрубной и двухтрубной разводкой теплоносителя;

Разводкой принято называть схему расположения отопительных радиаторов и соединяющих трубопроводов.

Правильный выбор схемы и способа подключения батарей отопления своими руками во многом предопределяет эффективность отопительного комплекса, экономичность, эстетичность и длительный срок безаварийной работы.

• С естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя;
• С верхней или нижней разводкой;
• По направлению движения теплоносителя – с тупиковым или попутным (магистральным) перемещением.

Для обозначения выбранной схемы разводки под систему отопления частного дома принято указывать по одному показателю из каждого приведенного выше типа СО.

К примеру, вариант схемы может быть однотрубным или двухтрубным, с естественной или принудительной циркуляцией водяного теплоносителя, с нижней или верхней разводкой, движение теплоносителя – тупиковое или попутное.

Кроме перечисленных четырех типов отопительных систем различают также СО  с вертикальным и горизонтальным расположением стояков. Для частного дома с одним пользователем тепла эти два вида разводок равнозначны и явных различий между собой не имеют.

Рассмотрим особенности каждого из указанных типов систем отопления применительно к двухэтажным частным домам.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.