Система отопления закрытого типа: особенности конструкции и монтажа

Закрытая система отопления принципиально отличается от открытой по своей изолированности от внешней среды. В данную схему включен циркуляционный насос, который обеспечивает непрерывное движение теплоносителя. Эта структура избавлена от множества недостатков, характерных для открытых систем отопления.

В нашей статье вы найдете полное описание преимуществ и недостатков закрытых отопительных систем. Мы подробно рассмотрим различные варианты их устройства, особенности монтажа и функционирования. Для тех, кто занимается установкой самостоятеьно, включен пример гидравлического расчета.

Переданная информация основана на строительных нормах. Для облегчения восприятия сложной темы мы добавили схематические изображения, фотографии и видеоинструкции.

Принципы работы системы закрытого типа

Температурные колебания в закрытой системе компенсируются с помощью мембранного расширительного бака, который заполняется водой при нагреве. Когда система остывает, вода из бака возвращается в контур, тем самым поддерживая стабильное давление.

Давление, установленное в закрытом контуре отопления при монтаже, распространяется по всей системе. Циркуляция теплоносителя происходит принудительно, что делает систему зависимой от источника энергии. Без работы циркуляционного насоса теплоноситель не сможет перемещаться по трубам к радиаторам и обратно к источнику тепла.

Главное отличие отопительной системы закрытого типа от открытой заключается в наличии мембранного расширительного бачка, который препятствует соприкосновению теплоносителя с атмосферными условиями.

В России традиционно расширительные баки для отопительных систем изготавливаются красного цвета, однако, на рынке можно найти модели и других расцветок, например, серые или белые, производства зарубежных компаний.

Использование закрытого расширительного бачка, или экспанзомата, предотвращает испарение воды, циркулирующей в системе, что значительно уменьшает образование отложений на внутренней поверхности труб и радиаторов.

Отсутствие испарений и минимизация отложений на элементах системы положительно влияют на работу насоса и котла, продлевая их срок службы.

Закрытые системы отопления могут быть смонтированы с любыми типами котлов, работающими на всех доступных видах топлива.

В обязательном порядке в закрытую систему входит группа безопасности, которая включает предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр.

При выборе закрытого расширительного бака важно учитывать его объем, чтобы он обеспечивал необходимое пространство для распределения нагретого теплоносителя.

Экспанзоматы устанавливаются как в новые системы отопления, так и в модернизированные варианты, используя насос для циркуляции теплоносителя.

Специфика закрытой схемы отопления

Основные составляющие элементы закрытой системы включают:

• котел;
• воздухоотводчик;
• термостатический клапан;
• радиаторы;
• трубопроводы;
• расширительный бачок, не имеющий контакта с атмосферой;
• балансировочный клапан;
• шаровой вентиль;
• насос и фильтр;
• предохранительный клапан;
• манометр;
• разнообразные фитинги и крепежи.

При наличии стабильного электроснабжения закрытая система функционирует эффективно. Часто конструкцию дополняют «теплыми полами», что способствует повышению экономичности и улучшению теплоотдачи.

Такой подход позволяет не придерживаться строгих размеров труб, что снижает расходы на материалы и упрощает монтаж благодаря отсутствию необходимости поддерживать уклон. К насосу должна поступать вода с низкой температурой, иначе его работа невозможна.

Закрытый отопительный контур включает элементы, которые также используются в других системах.

Тем не менее, существует и один недостаток — при строгой горизонтальной прокладке трубопровода система не будет функционировать в случае отключения электричества, в то время как при наличии уклона отопление будет работать даже без питания. Однако высокая эффективность системы и ряд ее положительных аспектов делают ее привлекательной в применении.

Монтаж такой системы достаточно прост и возможен в помещениях любых размеров. Утепление труб не требуется, и прогрев происходит быстро, а при наличии термостата можно задавать необходимый температурный режим. При правильно выполненном монтаже утечка теплоносителя и необходимость его пополнения исключены.

Значительное преимущество закрытой системы отопления — это разница температур между подачей и обраткой, что значительно увеличивает срок службы котла. Трубопроводы в закрытой системе менее подвержены коррозии, и есть возможность закачивать антифриз вместо воды, что важно при длительных отключениях отопления зимой.

Наиболее распространенными системами закрытого типа являются водяные, хотя в роли теплоносителя могут использоваться и не замерзающие жидкости, пар или газы, обладающие необходимыми характеристиками.

Защита системы от воздуха

Теоретически воздух в закрытую систему отопления поступать не должен, однако на практике он все же оказывается там. Это может происходить во время заполнения труб и радиаторов водой, а также из-за разгерметизации соединений.

По мере накопления воздушных пробок теплота системы снижается. Чтобы избежать этого, в систему устанавливаются специальные клапаны и краны для выпуска воздуха.

Если система не наполняется воздухом, поплавок воздухоотводчика удерживает клапан закрытым. При накоплении воздушной пробки поплавок освобождает клапан, позволяя воздуху покинуть устройство.

Чтобы уменьшить вероятность появления воздушных пробок, рекомендуется придерживаться следующих правил при заполнении закрытой системы:

1. Заполнять воду с нижней части системы и подниматься вплоть до верхней, чтобы воздух и вода двигались в одном направлении.
2. Держать открытыми краны для выпуска воздуха и закрытыми клапаны для слива воды. Таким образом, при поступлении теплоносителя воздух будет выводиться через открытые воздухоотводчики.
3. Закрыть клапан как только вода начнет вытекать. Подобный процесс необходимо продолжать до полной заливки системы теплоносителем.
4. Запустить насос.

Если в системе присутствуют алюминиевые радиаторы, на каждом из них обязательно должен быть воздухоотводчик. Алюминий, взаимодействуя с теплоносителем, вызывает химическую реакцию, выделяющую кислород, что может приводить к образованию пузырей. В радиаторах с частичным биметаллом проблема сохраняется, но количество образуемого воздуха уменьшается.

Автоматический воздухоотводчик монтируется в самой высокой точке системы, ввиду того, что воздушные пузырьки всегда стремятся вверх, и именно там они и скапливаются.

В ста процентных биметаллических радиаторах теплоноситель с алюминием не соприкасается, однако специалисты рекомендуют устанавливать воздухоотводчики и в этом случае. Конструкция панельных радиаторов стального типа уже на этапе производства комплектуется клапанами для выпуска воздуха.

Для старых чугунных радиаторов вентилируются с использованием шарового крана, так как другие устройства будут менее эффективны.

Критически важные участки в системе — это изогнутые трубы и верхние точки, именно здесь устанавливают устройства для отвода воздуха. В закрытых системах применяются краны Маевского или автоматические поплавковые клапаны, которые позволяют производить воздухоотвод без участия человека.

Внутри таких устройств находится пластиковый поплавок, соединенный через рычажный механизм с золотником. При заполнении поплавковой камеры воздухом, поплавок опускается, достигая нижнего положения и открывая клапан для выхода воздуха.

В образовавшееся пустое пространство поступает вода, поплавок поднимается, закрывая клапан. Для защиты от мусора его закрывают защитным колпачком.

Корпус как ручных, так и автоматических воздухоотводчиков выполнен из высококачественного, коррозионно-устойчивого материала. Для удаления воздушной пробки нужно повернуть конус против часовой стрелки, позволяя выходить воздуху до прекращения шипения.

Существуют различные модификации, которые могут работать несколько иначе, но суть остается прежней: при опущенном поплавке — освобождение от газа; при поднятом поплавке — клапан закрыт, воздух накапливается. Этот цикл повторяется автоматически, без необходимости вмешательства человека.

Гидравлический расчет для закрытой системы

Чтобы правильно выбрать диаметр труб и мощность насоса, требуется провести гидравлический расчет системы.

Эффективная работа всей установки невозможна без учета четырех ключевых аспектов:

1. Определение необходимого объема теплоносителя, который должен поступать к отопительным приборам для поддержания заданного теплового баланса в здании независимо от соблюдающей температуры за пределами.
2. Снижение эксплуатационных затрат до минимума.
3. Снижение капитальных затрат в зависимости от выбора диаметра трубопровода.
4. Обеспечение стабильной и бесшумной работы системы.

Решение этих задач осуществляется с помощью гидравлического расчета, который позволяет правильно выбрать диаметры труб, учитывая экономически оправданные скорости движения теплоносителя, определить потери давления на различных участках, а также согласовать и сбалансировать ответвления системы. Это трудоемкий и сложный, но крайне важный этап в процессе проектирования.

Основные правила расчета расхода теплоносителя

Вычисления возможны при наличии теплотехнических данных и после выбора радиаторов в соответствии с их мощностью. Теплотехнический расчет должен содержать подтвержденные сведения о объемах тепловой энергии, нагрузках и потерях тепла. Если такой информации нет, мощность радиатора можно принимать, исходя из площади помещения, однако результаты расчетов в этом случае будут менее точными.

Использование трехмерной схемы упрощает процесс. Каждому элементу присваиваются уникальные обозначения, которые включают маркировку и порядковый номер.

Процесс начинается с создания схемы. Лучше всего выполнять ее в аксонометрической проекции, указывая все известные параметры. Расход теплоносителя можно вычислить по следующей формуле:

G = 860q/∆t кг/ч,

где q — это мощность радиатора в кВт, а ∆t — разность температур между подающей и обратной линией. После определения этого значения, с помощью таблиц Шевелевых, можно определить сечение труб.

Чтобы использовать указанные таблицы, полученное значение расхода следует перевести в литры в секунду, используя формулу: GV = G / 3600ρ. Здесь GV обозначает расход теплоносителя в л/сек, а ρ — плотность воды, равная 0.983 кг/л при температуре 60 °C. По табличным данным можно быстро подобрать необходимое сечение трубы, минуя полноценный расчет.

Таблицы Шевелевых значительно облегчают процесс расчета. В них приведены значения диаметров пластиковых и стальных труб, которые можно определить, зная скорость движения теплоносителя и его расход.

Легче понять последовательность расчетов на примере простой схемы, включающей котел и 10 радиаторов. Схему делят на участки, где сечение труб и расход теплоносителя остаются постоянными.

Первый участок — это труба, идущая от котла к одному из радиаторов. Второй участок — промежуток между первым и вторым радиатором. Остальные участки обрабатывают аналогично.

Температура от первого до последнего прибора постепенно снижается. Если тепловая мощность на первом участке составляет 10 кВт, то проходя через первый радиатор, теплоноситель отдает ему определенное количество тепла, в результате чего теряет 1 кВт и так далее.

Расход теплоносителя можно вычислить по следующей формуле:

Q = (3.6×Qуч)/(сх(tr-to))

Где Qуч — тепловая нагрузка участка, с — удельная теплоемкость воды, равная 4.2 кДж/кг × с., tr — температура горячего теплоносителя на входе, to — температура остывшего теплоносителя на выходе.

Оптимальная скорость движения горячего теплоносителя в трубопроводе составляет от 0.2 до 0.7 м/с. При меньших значениях в системе могут образовываться воздушные пробки. На данный параметр влияет материал трубы и ее шероховатость.

В системах отопления как открытого, так и закрытого типа используются трубы из различных материалов: черной и нержавеющей стали, меди, полипропилена, полиэтилена в разных модификациях, полибутилена и других.

При рекомендуемой скорости теплоносителя от 0.2 до 0.7 м/с, в полимерных трубопроводах наблюдаются потери давления от 45 до 280 Па/м, а в стальных трубах — от 48 до 480 Па/м.

Внутренний диаметр труб на участке (dвн) определяется на основе величины теплового потока и разницы температур на входе и выходе (∆tco = 20 градусов C для двухтрубной схемы отопления) или расхода теплоносителя. Для этого разработана специальная таблица:

С помощью этой таблицы, зная разницу температур и скорость потока, можно легко определить необходимый внутренний диаметр трубы.

При выборе контура необходимо отдельно рассмотреть однотрубные и двухтрубные схемы. В первом случае рассчитывается стояк с наибольшим количеством радиаторов, а во втором — нагруженный контур. Длину участков берут из предварительно составленного плана в масштабе.

Проведение точного гидравлического расчета доступно лишь специалисту данной области. Существуют специализированные программы, которые помогают провести все необходимые вычисления, связанные с тепловыми и гидравлическими характеристиками, что особенно актуально при проектировании системы отопления для вашего дома.

Выбор циркуляционного насоса

Цель расчета — определение давления, которое должен создавать насос для прокачки воды по системе. Для этого используется следующая формула:

P = Rl + Z

• P — потери давления в трубах в Па;
• R — удельное сопротивление трению в Па/м;
• l — длина трубы на расчетном участке в метрах;
• Z — потери давления на узких участках в Па.

Расчеты упрощаются с помощью таблиц Шевелевых, из которых можно получить данные о сопротивлении трению, только 1000i необходимо пересчитать под конкретную длину трубы. Например, если внутренний диаметр трубы составляет 15 мм, длина участка — 5 метров, а 1000i = 28.8, тогда Rl = 28.8 × 5/1000 = 0.144 бар. Найдя значения Rl для всех участков, их нужно суммировать.

Значения потерь давления Z как для котла, так и для радиаторов можно найти в паспорте оборудования. Для остальных сопротивлений рекомендуется принимать 20% от Rl, суммируя результаты по отдельным участкам и умножая на коэффициент 1.3. В итоге будет получено необходимое значение напора насоса. Для однотрубных и двухтрубных систем расчеты проводятся по одинаковой схеме.

Установка насоса требует, чтобы его вал располагался в горизонтальном положении, иначе возможно образование воздушных пробок. Монтировать насос нужно на американках, что обеспечит легкость его демонтажа при необходимости.

Когда насос подбирается для уже установленного котла, то применяется формула: Q = N/(t2 — t1), где N — мощность котла в Вт, t2 и t1 — соответственно температура теплоносителя на выходе из котла и на обратке.

Как произвести расчет расширительного бака?

Расчет сводится к определению увеличения объем теплоносителя при его нагреве от средней температуры в комнате (+20 градусов C) до рабочей (от 50 до 80 градусов C). Вычисления хоть и сложные, но существует иной подход: специалисты рекомендуют выбирать бак объемом, равным 1/10 от общего объема жидкости в системе.

Расширительный бак выступает в качестве важного элемента системы. Он принимает излишки теплоносителя во время его расширения, тем самым защищая магистрали и краны от разрушения.

Эту информацию можно получить из паспортов оборудования, где указана емкость водяной рубашки котла и одной секции радиатора. Далее рассчитываются площади сечений труб разных диаметров и умножаются на соответствующую длину.

Полученные результаты суммируются, добавляются данные из паспортов, и от общего числа берется 10%. Если вся система вмещает 200 литров теплоносителя, то необходим объем расширительного бака составит 20 литров.

Если нет желания углубляться в сложные расчеты, расширительный бак для систем отопления до 150 литров подбирается таким образом, чтобы его общий объем не превышал 10% от объема теплоносителя.

Существуют тарельчатые мембранные расширительные баки, которые не имеют мембраны. Их объем варьируется от 6 до 12 литров и они занимают совсем немного места в небольшой котельной.

Вертикально ориентированные мембранные баки имеют объем от 6 до 35 литров и производятся без опорных ножек. У устройств объемом до 18 литров мембрана не подлежит замене.

Расширительные бачки объемом от 35 до 700 литров устанавливаются на специальные опорные ноги. Все мембранные конструкции по своему устройству не имеют значительных отличий.