Как функционируют системы отопления с насосной циркуляцией: схемы и организации

Обеспечение автономного и естественного движения теплоносителя по отопительным контурам нередко становится сложной задачей, даже для опытных специалистов. Часто бывает так, что, несмотря на движение воды, тепло в дом не поступает в достаточном количестве.

Все больше собственников загородных домов выбирают системы отопления, основанные на насосной циркуляции, которые отличаются разнообразием и удобством эксплуатации. В данной статье мы обсудим ключевые схемы таких систем и дополнительно представим иллюстрации и фотографии для лучшего понимания.

Кроме того, мы подобрали полезные видео с советами экспертов по установке насосного оборудования для отопительных систем, что поможет разобраться в процессе установки насоса.

Принцип функционирования системы с принудительной циркуляцией

Циркуляционный насос представляет собой небольшой электрический прибор, имеющий простую конструкцию. Внутри устройства расположена крыльчатка, которая вращается и обеспечивает нужное ускорение теплоносителю, проходящему через систему. Электродвигатель, обеспечивающий вращение, потребляет не более 60-100 Вт энергии.

Наличие такого насоса значительно облегчает проектирование и установку системы. Принудительная циркуляция позволяет использовать трубы меньшего диаметра и расширяет выбор котлов и радиаторов для отопления.

В системах с принудительной циркуляцией отсутствуют недостатки, присущие системам с гравитационным движением теплоносителя. Они эффективно обслуживают значительные площади, многоэтажные здания и контуры с несколькими системами отопления.

Поскольку в насосных системах движение теплоносителя происходит быстрее, оно требует постоянного контроля, регулировки и корректного распределения.

Системы принудительного отопления чаще всего строятся по закрытым схемам, что позволяет избежать бесполезной работы энергозависимых устройств. В таких системах нужен специальный расширительный бачок, который не соединен с атмосферным воздухом.

Использование насоса, который способствует передвижению горячей воды к обогревателям, становится необходимым, если один котел способен обеспечивать несколько контуров отопления.

Установка принудительной системы отопления актуальна в случаях с нижней разводкой труб. В таких системах естественный поток нагретой жидкости к приборам и обратно к котлу затруднен из-за конструктивных особенностей.

Отопление с насосной циркуляцией зависит от источника энергии. Также в его конструкции используются более дорогие устройства, которые не требуются для систем с естественной циркуляцией.

С помощью установки регулирующих устройств и активаторов движение теплоносителя в гравитационной системе можно преобразовать в насосное. Однако без замены труб, которые в естественных системах имеют более крупный диаметр, в этом нет смысла.

Благодаря применению циркуляционного насоса можно значительно уменьшить диаметр труб в подающей и обратной магистралях. Однако необходимость установки запорной арматуры и оборудования для безопасности делает конечную стоимость такой системы выше по сравнению с гравитационными вариантами.

Часто система, созданная для естественной циркуляции, работает неэффективно из-за низкой скорости теплоносителя в трубах, что приводит к недостаточному циркуляционному давлению. Установка насоса в этом случае может помочь устранить проблему.

Тем не менее, не следует забывать о том, что скорость потока воды не должна быть чрезмерной, иначе конструкция может не выдержать нагрузки, на которую не была рассчитана.

В системах с естественной циркуляцией можно установить открытый расширительный бак, тогда как в принудительных вариантах предпочтение стоит отдать закрытым герметичным емкостям.

Для жилых помещений рекомендуется соблюдать следующие предельные скорости для теплоносителя:

• при диаметре трубы 10 мм — до 1,5 м/с;
• при диаметре трубы 15 мм — до 1,2 м/с;
• при диаметре трубы 20 мм и более — до 1,0 м/с;
• для подсобных помещений — до 1,5 м/с;
• для вспомогательных зданий — до 2,0 м/с.

В системах с естественной циркуляцией расширительный бак обычно устанавливают на подаче. Когда же в конструкцию добавляется циркуляционный насос, его стоит переместить на обратный поток.

Конструкция циркуляционного насоса очень проста и направлена на то, чтобы обеспечить теплоносителю необходимое ускорение для преодоления гидростатического сопротивления системы.

Рекомендуется заменить открытый расширительный бак на закрытый. Исключение составляют небольшие квартиры с непродолжительными и простыми системами отопления, где можно оставить старый бак.

Расчеты для систем с принудительным отоплением

Правильно спроектированная система с принудительной циркуляцией требует проведения сложных инженерных расчетов. Однако существуют формулы, которые помогают оценить текущее состояние системы и проанализировать возможные улучшения, особенно для небольших домов или квартир. Мощность отопительного оборудования подбирается, исходя из площади помещений, которые планируется отапливать.

Циркуляционные насосы, предназначенные для работы в небольших автономных системах отопления, обычно потребляют от 60 до 100 Вт, что соотносится с энергопотреблением обычной лампочки.

В системах с первичными и вторичными контурами, а также в комплексе низко- и среднетемпературных отопительных систем используется группа насосов. Все независимые и зависимые контуры оснащаются подобными приборами.

Существует правило, согласно которому даже в простых схемах с принудительной циркуляцией один насос дублируется дополнительным, установленным на байпасе, для замены в случае поломки основного агрегата.

Мощность циркуляционного насоса должна обеспечивать достаточное давление для преодоления сопротивления в трубопроводе, а скорость, которую он должен поддерживать, определяется по таблицам с типовыми параметрами. Например, для труб диаметром 10, 15 и 20 мм скорость движения воды должна составлять 1,5; 1,2; 1,0 м/с соответственно.

Чаще всего производители рекомендуют, чтобы расход теплоносителя, указанный в литрах в минуту, совпадал с количеством киловатт мощности котла. Это означает, что для котла мощностью 40 Вт оптимальным будет расход 40 л/мин.

Таким же образом рассчитывается расход воды для отдельной комнаты или группы помещений, учитывая общую мощность установленных в них радиаторов.

Скорость движения теплоносителя в системе отопления во многом зависит от корректности выбора диаметра труб.

Диаметр труб для отопления определяется в зависимости от запланированного расхода теплоносителя:

• при расходе 5,7 л/мин требуются полудюймовые трубы;
• при расходе 15 л/мин подходят трубы на три четверти дюйма;
• при расходе 30 л/мин необходимы дюймовые трубы;
• при расходе 53 л/мин применяются трубы на дюйм с четвертью;
• при расходе 83 л/мин нужны полуторадюймовые трубы;
• при расходе 170 л/мин — двухдюймовые трубы;
• при расходе 320 л/мин следует использовать трубы на два с половиной дюйма и т.д.

Чтобы правильно выбрать циркуляционный насос, нужно измерить длину всего отопительного контура, к которому его подключают. Для 10 метров системы требуется, чтобы напор насоса составлял 0,6 м. Следовательно, если длина системы составляет 60 метров, нужен насос с напором 3,6 м.

Однако такие параметры верны лишь для систем, где корректно подобран диаметр труб. Если используются трубы меньшего размера, необходимо будет выбрать более мощный насос для преодоления избыточного гидравлического давления, возникающего в системе.

В этой статье представлены подробные рекомендации по выбору циркуляционного насоса.

Автоматический воздухоотводчик или механическое устройство для удаления воздуха, например, кран Маевского, необходимы для вывода воздуха из закрытых систем. Эти устройства важны для отопительных контуров, так как они предотвращают проблемы с образованием воздушных пробок. Их устанавливают на радиаторах, подающих стояках и в сложных участках отопительных систем.

Это правило также работает в обратном направлении: если трубы шире, чем нужно согласно нормам, расчетная мощность циркуляционного насоса должна быть снижена.

Ключевым элементом насосных отопительных систем является группа безопасности:

Группа безопасности, устанавливаемая на закрытые обогревающие контуры, включает три устройства, обеспечивающие надежную эксплуатацию и защищающие оборудование от износа.

Группа безопасности включает в себя автоматический воздухоотводчик, предназначенный для устранения воздушных пробок, манометр для измерения давления и предохранительный клапан, который сбрасывает лишний теплоноситель при его расширении в результате нагрева.

Элементы группы безопасности чаще всего размещаются внутри монолитного корпуса из бронзы. Впрочем, их можно приобрести и установить отдельно, при этом следует обеспечить, чтобы предохранительный клапан находился после котла.

Для обеспечения точных показаний давления в замкнутой системе манометр устанавливают вблизи предохранительного клапана или крана подпитки, который пополняет теплоноситель в случае его недостатка.

Автоматический воздухоотводчик самоуправляется: он открывается и выпускает воздух, который выделяется из циркулирующей в системе воды во время нагрева и собирается в большие пузыри.

Предохранительный клапан открывается в случае повышения давления в системе, возникающего при нагреве теплоносителя, и сбрасывает воду, создающую избыточный напор.

Для мощных и разветвленных систем отопления используют пружинные клапаны с трубкой для отведения теплоносителя, чтобы избежать ожогов у находящихся рядом людей.

Рекомендуется направлять воду или раствор антифриза, сбрасываемые предохранительным клапаном, через воронку, чтобы можно было отслеживать состояние трубопровода на начальных этапах.

Монтаж группы безопасности системы отопления

Устройства для безопасной эксплуатации отопительных систем

Правила установки оборудования безопасности

Манометр с подпиточным краном

Автоматический воздухоотводчик вместе с манометром

Группа, состоящая из предохранительного клапана и манометра

Пружинный клапан с трубкой для отвода воды

Засоры в трубах отопленной системы

Специалисты советуют приобретать сразу два таких устройства: одно — в качестве основного, а второе — в запас. Второй клапан можно установить на байпасе или хранить в кладовке.

Циркуляционные насосы, как правило, надежны, но могут страдать от качества воды в отопительном контуре. Чтобы продлить срок службы оборудования, имеет смысл заниматься фильтрацией теплоносителя и регулярно производить промывку системы.

Схемы систем с насосной циркуляцией

Системы отопления с принудительной циркуляцией классифицируются следующим образом:

• однотрубные или двухтрубные (варианты подключения труб к радиаторам);
• с вертикальными стояками или с горизонтальными магистралями;
• тупиковые или с попутным движением теплоносителя;
• с верхней или нижней разводкой.

Однотрубные системы становятся все менее популярными, так как их недостатки значительно перевешивают достоинства. Это довольно простая схема, где радиаторы соединены последовательно. Теплоноситель протекает последовательно через каждый радиатор, постепенно остывая.

При этой схеме радиаторы, расположенные ближе к котлу, будут нагревать помещения лучше, чем те, которые находятся ближе к концу системы. Поэтому на последних участках необходимо устанавливать больше радиаторов для выравнивания температур.

Хотя однотрубные системы предлагают простоту исполнения и экономичность, проблемы с неравномерным прогревом и зависимость от работы каждого отдельного радиатора делают их мало востребованными в современных условиях.

Такая схема неудобна, так как отключить один радиатор при поломке невозможно — для этого приходится сливать теплоноситель из всей системы. В двухтрубной схеме каждый радиатор подключается параллельно через две трубы к единой магистрали.

Конечно, это требует больше материалов, а значит, увеличивает общие затраты и время на установку по сравнению с однотрубным вариантом.

Двухтрубные отопительные системы обеспечивают равномерный обогрев всех помещений, и неисправность одного радиатора не вызовет отключение всего контура.

Запорные краны устанавливаются на каждый радиатор при двухтрубном подключении, что дает возможность при необходимости отключить только один радиатор, оставляя остальных членов системы в рабочем состоянии.

При такой схеме теплоноситель равномерно поступает в каждый радиатор по отдельной линии, возвращаясь к котлу для повторного нагрева, а не передвигаясь через другие радиаторы.

Вертикальные стояки удобно использовать в многоэтажных зданиях для подключения радиаторов, расположенных на разных этажах. Вертикальная система эффективно устраняет воздух, минимизируя вероятность образования воздушных пробок.

Несмотря на высокую стоимость создания вертикальной отопительной системы, это эффективная схема, устойчивая к завоздушиванию, идеально подходящая для многоэтажных строений.

Горизонтальные схемы, как следует из названия, имеют магистраль, к которой параллельно присоединяются радиаторы, располагающуюся в горизонтальной плоскости. Это решение приемлемо для отопления больших одноэтажных зданий.

Данный вариант относительно недорог и не застрахован от образования воздушных пробок. Для предотвращения подобных проблем используются автоматические воздухоотводчики. Правила устранения воздушных пробок в системе отопления мы подробно рассматривали ранее.

Горизонтальные системы отопления часто применяются в проектах зданий большой площади, обычно в одно- или двухэтажных постройках.

Неравномерный прогрев — это проблема, присущая не только однотрубным системам, но и тупиковым вариантам, которые также распространены.

В этой схеме подача теплоносителя происходит в противоположную сторону от движения обратки. В итоге некоторые радиаторы получают теплоноситель, который уже успел остыть, прежде чем поступить в обратную трубу.

В тупиковых системах радиаторы, удаленные от подающего стояка, получают меньше тепла, чем те, что расположены ближе к нему. В попутных схемах все компоненты системы работают в равных условиях.

Таким образом, первые радиаторы на пути от стояка получают больше тепла, а отдаленные — меньше. На небольших площадях эта разница может быть незаметна, а в больших домах она будет весьма ощутимой. В таких ситуациях рекомендуется устанавливать несколько коротких магистралей вместо одной длинной, чтобы теплоноситель циркулировал в ветках с примерно равной температурой.

Попутная схема основывается на равной протяженности циркуляционных контуров по дому, что позволяет достичь приличной равномерности нагрева. Однако реализация этого варианта разводки может быть сложной, так как требует много труб.

В отопительных системах с верхней разводкой используются чердаки, где можно разместить расширительный бак. Если такой возможности нет, успешно можно применить нижнюю разводку.

Верхняя и нижняя разводка названы в зависимости от положения подающей трубы. В первом случае теплоноситель подается сверху, а во втором — снизу.

При верхней разводке расширительный бак устанавливается в самой верхней точке системы, и теплоноситель распространяется под воздействием силы тяжести. Обратка устанавливается ниже радиаторов. Чтобы выполнить такой монтаж в частном доме, нужен чердак для размещения бака.

Если условия для верхней разводки отсутствуют, применяют нижнюю, при которой теплоноситель подается снизу, а обратный трубопровод расположен выше радиаторов. Основная задача по перемещению теплоносителя возлагается на циркуляционный насос.

Монтаж происходит поэтапно, начиная с нижнего этажа и поднимаясь вверх, при этом подающая линия должна иметь небольшой уклон для предотвращения образования воздушных пробок.

Для удаления воздушных пробок отопительные коммуникации оборудуются автоматическими воздухоотводчиками:

Галерея изображений

Автоматические воздухоотводчики устанавливаются на все контуры и кольца отопительных систем, включая высоко-, средне- и низкотемпературные системы, а также теплые полы и плинтусные варианты.

Коллектор для теплых полов и лучевых систем отопления должен быть оснащен собственным воздухоотводчиком. Однако рекомендуется устанавливать отдельные воздухоотводчики на каждое кольцо.

Использование воздушного сепаратора позволяет избежать установки автоматических воздухоотводчиков на трубопроводы и кран Маевского на радиаторы. Эти устройства высвобождают растворенный в воде воздух и выводят его из системы.

Обычные автоматические воздухоотводчики размещаются в самых высоких точках систем, тогда как краны Маевского устанавливаются на радиаторы, а сепараторы — перед циркуляционным насосом для защиты его от повреждений, вызванных воздухом.