Выбор способа отопления частного дома
В условиях России на выбор влияют множество факторов:
- климатические условия региона строительства;
- доступность того или иного топлива;
- наличие на рынке отопительных агрегатов нужного типа;
- личные предпочтения застройщика.
Если в регионе строительства нет газопровода, можно соорудить газгольдер и устроить отопление газовыми приборами. Но это при условии, что есть организация, занимающаяся монтажом оборудования и поставками пропан-бутана для них. Стоимость такого вида газоснабжения ниже, чем при использовании магистрального газа.
При выборе типа системы обычно выбирают не одну. Возможны перебои с подачей топлива, с отоплением таких проблем быть не должно. Поэтому параллельно с газовым или электрическим котлом устанавливают дровяные печи или агрегаты на жидком топливе, например, солярке. В таком случае отопление гарантировано при любых сбоях.
Это касательно приспособления для генерации тепловой энергии. Но имеет значение и рациональное распределение тепла внутри помещения. В частном доме чаще всего используются радиаторное водяное отопление. В последнее время в такие системы активно включаются устройства обогрева пола как вспомогательный элемент.
Это повышает эффективность обогрева и позволяет снизить температуру в радиаторных контурах. В результате меньше перегорает кислород воздуха, и улучшаются условия пребывания в таком доме.
Современные системы, как правило, выполняются многоконтурными, с раздельной регулировкой температуры в каждом из них. Обычно производится контроль в автоматическом режиме обратки с подмесом горячей воды из котла, или холодной из расширительного бачка для получения нужного нагрева системы.
Некоторые особенности имеют системы отопления двухэтажного дома. Значительная высота подъема теплового носителя в данном случае обеспечивает самопроизвольную циркуляцию естественным образом. Это позволяет отказаться от использования в трубопроводах циркуляционного насоса, а расширительный бак можно устанавливать не на чердаке, а непосредственно в котельной.
Такие устройства заполняются значительным количеством воды, поэтому их прогрев происходит медленно. Чтобы избавиться от такого недостатка, рекомендуется применять циркуляционную установку. Мощность его не велика, и, как правило, не превышает 90 Вт, а включение может производиться периодически.
Новейшие способы отопления
В последнее время всё чаще используют для обогрева такие устройства:
- Теплый пол.
- Тепловой насос.
- Гелиоустановка.
Теплый пол
Теплым полом называют тепловыделяющие элементы, которые монтируются под полом на бетонной стяжке и подключаются к источнику тепла или к электросети. Теплые полы бывают:
- Электрические.
- Водяные.
- Электроводяные.
Электрический и электроводяной теплый пол легко установить и отремонтировать самостоятельно. Он нагревает воздух под полом, от которого прогревается весь воздух в комнате. Все такие системы автоматизированы и требуют меньше энергии, чем любые другие.
Тепловой насос
Это агрегат, работающий по принципу холодильника, но в отличие от холодильника он перекачивает тепло от земли или воды в дом. Устанавливают тепловые насосы иностранные фирмы, поэтому стоят они дорого.
Однако эксплуатация тепловых насосов обходится дешево, т. к. агрегат не генерирует тепло, а только его транспортирует.
Гелиоустановка
Эти системы называют также солнечными коллекторами. Они улавливают солнечный свет и преобразуют его в тепло. Панели этих агрегатов устанавливают на южном скате крыши.
Внутри панели солнечный свет отражается от зеркал и фокусируется на трубках с теплоносителем (тосол или масло). Нагретый теплоноситель перекачивается в теплообменник (бойлер) и отдает там тепло другому теплоносителю, который циркулирует по радиаторам отопительной системы.
Ночью обогрев обеспечивается за счет тепловой инерции теплоносителя. Агрегат расходует мало электроэнергии, но его эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом и облачности.
Расширительные баки
Одной из самых главных особенностей систем отопления с промежуточным теплоносителем, особенно это касается водяных систем, является та, что теплоноситель при нагревании расширяется, увеличивается в объеме, образуется избыточное давление, ему надо куда-то деваться. Расширительный бак способен выравнивать давление, что предотвращает деформацию системы в целом. Поэтому без него инсталляция системы невозможна.
Расширительные баки производятся двух типов:
- открытые, активно применяются для открытых систем с естественной или реже с принудительной (что не рекомендуется) циркуляцией теплоносителя, плюсы – простота конструкции, невысокая стоимость, минусы – склонность к возникновению коррозии, необходимость постоянного пополнения теплоносителя, монтажа в наивысшей точке;
- закрытые, монтаж производится только в системах, обладающих принудительной циркуляцией теплоносителя, бак – это герметичный сосуд с очень эластичной мембраной, расположенной внутри корпуса из металла, она бывает диафрагментарной или болоной, принцип работы довольно простой – в одной части находится воздух или накачивается газ инертного типа под заданным давлением, в другой место для образовавшегося дополнительного объема теплоносителя, плюсы – отсутствие необходимости долива жидкости, устойчивость к коррозии, минусы – более высокая стоимость.
Расширительные баки закрытого типа выпускаются двух видов – со сменной мембраной (так называемые фланцевые) или мембраной, смена которой невозможна. Давление может контролироваться с использованием манометра, а регулироваться путем установки предохранительного клапана.
Схема отопления с насосом
Контур с принудительной циркуляцией лишен недостатков гравитационной системы. Длина труб и их диаметр могут быть любыми, нужно только установить мощную помпу.
Инструменты и материалы
Дополнительно потребуются:
- индикатор фазы;
- кусачки;
- стриппер (приспособление для снятия оболочки с жил) или нож.
Из инструментов вам понадобится индикатор фазы.
Нужны такие материалы и изделия:
- медные провода с сечением, соответствующим потребляемому насосом току;
- клеммы типа WAGO или самоизолирующие зажимы;
- диэлектрическая клейкая лента;
- короб для кабеля.
Кроме труб, фитингов и радиаторов, для монтажа контура понадобятся:
- Мембранный расширительный бак. Из-за создаваемого помпой избыточного давления систему делают закрытой, поэтому вариант для гравитационного отопления не подойдет. Нужен красный мембранный бак – для технической воды. Синий для питьевой стоит дороже.
- Манометр, воздухоотводчик и предохранительный клапан. Вместе они называются группой безопасности.
- Трехходовой вентиль с термоголовкой.
- Фильтр.
Что делать с конденсатом
Чтобы избежать поступления в котловой бак теплоносителя с температурой ниже +50…+55°С, вызывающего образование кислоты на его стенках, вблизи отопителя монтируют смесительный узел.
«Подачу» и «обратку» соединяют перемычкой с 3-ходовым вентилем, управляемым сигналами от термодатчика. При остывании теплоносителя на впуске в агрегат ниже критической температуры клапан поменяет положение, и произойдет подмес горячего потока в холодный.
Инструкция
Систему отопления собирают по следующим правилам:
- Используют трубы ДУ25, при большой протяженности контура – ДУ32.
- Горизонтальные участки прокладывают с малым уклоном, необходимым только для дренирования трубопровода, – 2-3 мм/м.
- Разгонного коллектора не делают.
- Группу безопасности устанавливают со стороны подающего патрубка котла не далее 0,5 м от него. Между теплогенератором и приборами запрещено размещать запорную арматуру.
- Насос с фильтром и мембранный расширительный бак подсоединяют к «обратке», чтобы они работали в щадящих условиях при относительно низкой температуре.
- Помпу размещают между 3-ходовым вентилем и отопителем.
Схема отопления твердотопливным котлом с насосом.
Нужно предусмотреть возможность аварийного сброса избыточного тепла.
Для этого используют:
- ветку с радиаторами в неотапливаемых помещениях (например, в кладовой или на веранде);
- змеевик в котловом баке, подключаемый к водопроводу с одной стороны и канализации – с другой.
Закрытый тип
Закрытая система безнасосной циркуляции теплоносителя с успехом применяется для отопления одноэтажного и двухэтажного дома. Функционирует она следующим образом:
- при расширении теплоносителя излишки жидкости вытесняются из отопительного контура;
- жидкость попадает в расширительный бак мембранного типа – это закрытая емкость с эластичной мембраной, которая разделяет предназначенную для теплоносителя часть и секцию бака, заполненную воздухом или азотом;
- нагретая жидкость растягивает мембрану, сжимая газ во второй секции бака, при остывании теплоносителя газ расширяется и выталкивает жидкость обратно в систему, в результате чего водяной контур постоянно остается заполненным.
Установка мембранного бака в самотечный отопительный контур снижает риск коррозии металлических элементов системы. Но в России такое решение используется относительно редко, так как стоимость мембранного бака в разы превышает затраты на покупку или самостоятельное изготовление емкости открытого типа.
Котел — какой выбрать
Так как закрытая система отопления частного дома может работать в автономном режиме, имеет смысл установить отопительный котел с автоматикой. В таком случае, настроив параметры, вам нет необходимости к этому возвращаться. Все режимы поддерживаются без вмешательства человека.
Самые удобные в этом плане газовые котлы. У них есть возможность подключения комнатного термостата. Выставленная на нем температура поддерживается с точностью до одного градуса. Упала она на градус, котел включился, нагревая дом. Как только сработал термостат (температура достигнута), работа останавливается. Комфортно удобно, экономно.
В некоторых моделях есть возможность подключения погодозависимой автоматики — это наружные датчики. По их показаниям котел корректирует мощность работы горелок. Газовые котлы в закрытых системах отопление — хорошее оборудование, которое может обеспечить комфорт. Жаль только, что газ есть не везде.
Двухтрубная закрытая система отопления в доме на два этажа (схема)
Не меньшую степень автоматизации могут дать электрические котлы. Кроме традиционных агрегатов на ТЭНах не так давно появились индукционные и электродные. Они отличаются компактными размерами и малой инерционностью. Многие считают, что они более экономичны, чем котлы на ТЭНах. Но и этот видотопительных агрегатов далеко не везде можно использовать, так как перебои с электроэнергией в зимнее время — частое явление во многих регионах нашей страны. А обеспечить электроэнергией котел мощность. в 8-12 кВт от генератора — дело очень непростое.
Более универсальны и независимы в этом плане котлы на твердом или жидком топливе. Важный момент: для установки котла на жидком топливе обязательно отдельное помещение — это требование пожарной службы. Котлы на твердом топливе могут стоять в доме, но это неудобно, так как во время топки с топлива падает много мусора.
Современные котлы на твердом топливе хоть и остаются оборудованием периодического действия (то разогреваются при топке, от остывают, когда закладка прогорела), но и они имеют автоматику, которая позволяет поддерживать в системе заданную температуру, регулируя интенсивность горения. Хотя степень автоматизации и не столь высокая, как у газовых или электрических котлов, но она есть.
Пример закрытой системы отопления с индукционным котлом
Диаметр трубы для самотечного отопления
Первое и основное условие надежной работы гравитационного отопления – большой диаметр стояков (вертикальных магистральных труб) и лежаков (верхних и нижних горизонтальных подводящих труб). И по этому поводу часто можно услышать одно из главных заблуждений:
Это не совсем так. Циркуляции можно добиться и при тонких трубах. Однако для комфортного отопления такая система будет непригодна.
Дело в том, что в тонкой трубе окажется воды меньше, чем в толстой. И это понятно – площадь сечения увеличивается в зависимости от диаметра в квадратичной пропорции. В трубе диаметром, например, 20 мм при высоте стояка 6 метров будет всего два литра воды. При разнице температур между «подачей» с 60°С и «обраткой» с 40°С вес в них будет различаться на 11 грамм. Этого уже достаточно, чтобы привести в движение воду – тяжелая холодная начнет давить вниз. Но при большой длине труб трение воды об их стенки уравновесит силу тяжести и циркуляции не будет. Запустить ее можно двумя способами:
- увеличить разницу температур между «подачей» и «обраткой»;
- увеличить начальную температуру «подачи» – разница в весе при высоких температурах ощутимее (см. таблицу).
Первый способ обычно и применяют – включают в циркуляционную систему радиаторы отопления. Они быстрее остужают теплоноситель, забирая из него тепло и отдавая в помещение. Но это не может происходить бесконечно. Сравнявшись с комнатной температурой, вода перестанет остывать, а разница в весе еще не будет достаточной для естественной циркуляции. К тому же сами радиаторы тоже увеличивают сопротивление системы.
В результате приходится нагревать воду в котле до более высокой температуры. Циркуляция запустится, но тогда в доме станет жарко, ведь температура теплоносителя поднимется выше расчетной. Да и КПД такой системы резко упадет. Дело в том, что холодная вода «принимает» большее количество теплоты от сжигания топлива, нежели горячая. Поэтому при попытке нагреть горячий теплоноситель еще сильнее, большая часть тепла от сгорания топлива будет буквально вылетать в трубу котла, оставшись неиспользованной.
А теперь – расчет для трубы диаметром 50 мм. В шестиметровом стояке из такой трубы вместится почти 12 литров воды. А при разнице температур между «подачей» с 60°С и «обраткой» с 40°С вес будет различаться уже на 72 грамма. Такая система будет циркулировать и при более низкой температуре. Это позволит осуществлять топку котла равномернее и эффективнее, поднимая температуру, только если это необходимо для обогрева помещения.
Современные технологии
Все более популярными становятся инновационные способы отопления:
- инфракрасные полы;
- тепловые насосы;
- солнечные коллекторы.
Инфракрасные полы
Инфракрасные полы появились недавно, они работают от электросетей. Такие полы устанавливаются на стяжку или бетон.
Специальные нагревательные элементы излучают инфракрасное тепло, которое обогревает предметы, а от них нагревается окружающий воздух. Контроль за температурой осуществляется с помощью терморегуляторов.
Тепловые насосы
Тепловые насосы дорого стоят и сложны в установке, но очень экономичны при их дальнейшем использовании.
Специальный тепловой насос передает в систему отопления тепло, получаемое из почвы или воды.
Солнечные коллекторы
Солнечные коллекторы представляют собой уникальный комплекс по сбору тепловой энергии от солнца и передаче ее теплоносителю. К преимуществам данной системы можно отнести простоту установки, высокую эффективность и небольшую массу.
Теплоносителем могут служить масло, вода или антифриз. Однако такое отопление зависит от количества солнечных дней в году и может устанавливаться только в определенной местности.
Принцип работы отопительных систем с естественной циркуляцией
Самотечная система отопления частного дома организована с учетом физических законов. Разность между плотностью и весом нагретой и охлажденной жидкости способствует естественному току теплоносителя в сети. Давление в контуре практически отсутствует и составляет всего 0,5-0,7 атмосфер.
Поскольку в процессе нагревания объем жидкости увеличивается, в контуре устанавливается расширительный бак. Главное его назначение в уравновешивании давления в системе. Излишек расширившейся жидкости поступает в эту емкость, а при снижении давления в сети вода из бака переходит обратно в трубопроводы. Расширительный бак устанавливается в самой верхней точке сети после разгонного вертикального стояка.
К самотечному контуру можно подключать теплые полы. При этом требуется установить насосное оборудование только на трубопровод в полу, а в разводке отопительных приборов теплоноситель будет циркулировать естественным образом.
Также гравитационную схему можно использовать в комплексе с бойлером косвенного нагрева. Это оборудование устанавливают в наивысшей точке разводки, но ниже расширительного бака. При этом не придется использовать насосное оборудование. Если такую схему применить не получается, то насос монтируется только на накопительную емкость. В этом случае обязательно устанавливают обратный клапан для защиты от рециркуляции теплового носителя.
Из чего состоит отопительная система?
Довольно часто сердцем, основным элементом любой отопительной системы является котел. Именно он производит нагрев теплоносителя, задача которого очевидна – разнести тепло по всему дому. И, конечно же, лучше всего с этой задачей может справиться жидкость. В большинстве отопительных систем в качестве теплоносителя принято использовать воду.
Система с теплоносителем такого типа делается замкнутой. То есть, вода, находящаяся в ней циркулирует по кольцу, и долив теплоносителя требуется крайне редко.
На сегодняшний день наиболее надежной и практичной признана двухтрубная отопительная система, которая изображена на фото:
Двухтрубная отопительная система
Она состоит из двух замкнутых на котле контуров – подачи теплоносителя и обрата. Первый служит для того чтобы подводить разогретую в котле жидкость к радиаторам, где она и отдает свое тепло. После остывания теплоноситель по трубам обрата возвращается к котлу для повторного нагрева. При этом наиболее рациональным и максимально эффективным является параллельное расположение радиаторов – таким образом, они прогреваются одновременно, что делает возможным равномерный прогрев всех помещений
Важно помнить – на эффективность обогрева влияет расстояние между контурами подачи теплоносителя и обрата. Допустимый минимум – высота от подоконника до пола
Следует признать, что отчасти они правы – ведь по причине прохождения теплоносителя по трубам и узлам происходит определенная потеря теплоносителя. Однако не следует забывать, что печное отопление не делает возможным одновременный равномерный прогрев всех комнат. Кроме того, использование печи – весьма неудобно по причине необходимость хранения большого запаса дров. Если же использовать котел, работающий на дровах, топлива требуется значительно меньше.
Печное отопление дома
Чаще всего используется достаточно простая, и в то же время весьма эффективная двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя. Она позволяет качественно отапливать дом, не используя при этом дополнительного оборудования – электрических циркуляционных насосов. Причина популярности данной системы отопления частных домов объясняется тем, что нередки случаи перебоев с электропитанием – а в таком случае (без электричества) система работать просто не сможет.
Одним из главных требований, которое крайне важно соблюдать для дальнейшей работоспособности системы, является создание максимально возможной разницы в высоте между выходным патрубком системы и самой высшей точкой системы. Именно поэтому наиболее рациональным является расположение котла с патрубком в подвальном помещении
Если подвал отсутствует, котел устанавливается в углубление на первом этаже. Не менее важным является и создание уклона магистрали обрата. Он выполняется по горизонтали, начиная от первого радиатора системы.
Котел отопления в подвале частного дома
В отопительной системе данного типа существует еще один обязательный элемент – расширительный бачок
Он используется для создания в системе максимального давления, которое крайне важно для нормальной циркуляции. Работа бака основана на обычном гравитационном принципе
Размещать его следует как можно выше – идеальным местом будет являться чердак. Именно от высоты расположения, а не от количества жидкости в баке и зависит давление.
Следует помнить, что такие системы отопления частного дома могут правильно работать только в том случае, если теплоносителем является вода. Система с таким принципом действия расширительного бака называется открытой.
Расширительный бачок отопления
Закрытыми называются системы, в которых расширительный бак никак не связан с внешним миром. То есть – не имеет возможности откачки теплоносителя. В такой системе принято использовать компенсационный бак. Это емкость небольшого размера, внутренняя полость которой разделена на две части гибкой мембраной. Одна из частей заполнена теплоносителем. Регулирование давления в системе происходит посредством выгибания мембраны в ту или иную сторону. Поскольку система замкнута, это позволяет в качестве теплоносителя использовать тосол.
Методика расчета отопления дома
Чтобы самостоятельно рассчитать теплопотери дома, нужно воспользоваться одним из следующих наборов формул:
- Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций определяется по формуле R = B / K, где R — тепловое сопротивление; K – коэффициент тепловой проводимости материалов; В — толщина строительного материала. Определив сопротивление теплопередаче можно приступить к расчету непосредственно теплопотери дома Q = S × dT / R, где Q — это теплопотеря; S — площадь ограждающей конструкции; dT — разница температур внутри и снаружи помещения; R — сопротивление теплопередаче.
- Более точное значение теплопотерь дома можно получить по формуле Q = 0,1 × Sk × k1 × … × kn, где Q — теплопотеря дома; Sk — площадь помещения; k1 — kn — поправочные коэффициенты для корректировки результата с учетом особенностей помещения; 0,1 — базовое значение удельной тепловой мощности = 100 Вт = 0,1 кВт.
В представленном выше калькуляторе отопления дома использована вторая формула с поправочными коэффициентами. Рассмотрим подробно каждый коэффициент.
к1 коэффициент, учитывающий качество остекления:
| Конструкция окна (стеклопакета) | Значение k1 |
| В помещении нет окон | 0,6 |
| Тройной стеклопакет | 0,85 |
| Двойной стеклопакет | 1,0 |
| Обычное (двойное) остекление | 1,27 |
к2 коэффициент, учитывающий качество теплоизоляции стен:
| Теплоизоляция внешних стен помещения | Значение k2 |
| Хорошая теплоизоляция | 0,85 |
| Средняя теплоизоляция (два кирпича или 200 мм дерева) | 0,85 |
| Плохая теплоизоляция | 1,27 |
к3 коэффициент, учитывающий площадь остекления помещения:
| Площадь остекления в зависимости от площади помещения | Значение k3 |
| 10% | 0,8 |
| 20% | 0,9 |
| 30% | 1,0 |
| 40% | 1,1 |
| 50% | 1,2 |
к4 коэффициент, учитывающий разность температур внутри и снаружи помещения:
| Температура снаружи помещения | Значение k4 |
| -10°C | 0,7 |
| -15°C | 0,7 |
| -20°C | 1,1 |
| -25°C | 1,3 |
| -30°C | 1,5 |
| -35°C | 1,7 |
к5 коэффициент, учитывающий число стен в помещении выходящих на улицу:
| Количество стен выходящих на улицу | Значение k5 |
| Одна стена | 1,0 |
| Две стены | 1,2 |
| Три стены | 1,3 |
| Четыре стены | 1,4 |
к6 коэффициент, учитывающий помещения над рассчитываемым:
| Помещение над рассчитываемым | Значение k6 |
| Обогреваемое помещение | 0,8 |
| Теплый чердак | 0,9 |
| Холодный чердак | 1,0 |
к7 коэффициент, учитывающий высоту помещения:
| Высота помещения | Значение k7 |
| 2,5 метра | 1,0 |
| 3,0 метра | 1,05 |
| 3,5 метра | 1,1 |
| 4,0 метра | 1,15 |
| 4,5 метра | 1,2 |
Выбрав соответствующие параметры помещения можно с легкостью рассчитать теплопотери каждого помещения. Суммируя показатели каждого помещения, вы получите общие теплопотери дома. Остается только определится с мощностью (теплопроизводительностью) котла. Для этого к общим теплопотерям дома необходимо добавить 15 — 20 % резерв. Эта упрощенная методика применена в рассмотренном выше калькуляторе расчета отопления дома.
Есть и другой способ подбора мощности отопительного котла. По нормативам СНиП на каждые 10 м² используется 1 кВт мощности с учетом 10% запаса. Такой вариант расчетов возможен только для стандартных помещений с хорошей теплоизоляцией и высотой потолков не выше 3 м. Для более точных расчетов используется формула:
MK = S × YMK / 10 (кВт), где:
- MK — мощность котла.
- S — площадь отапливаемого помещения.
- УМК — удельная мощность котла на 10 м² площади дома, которая рассчитывается в соответствии с климатическими условиями в конкретном регионе.
- Деление на 10 производится, так как УМК дается на 10 м² площади.
Удельная мощность котла с учетом климатических зон:
| Регионы | УМК |
| Южные регионы | 0,7 — 0,9 кВт |
| Регионы с умеренным климатом (средняя полоса) | 1,0 — 1,2 кВт |
| Москва и Подмосковье | 1,2 — 1,5 кВт |
| Северные регионы | 1,5 — 2,0 кВт |
