Систему отопления дома можно представить как состоящую из трех частей: теплогенератор, транспортное звено и теплообменники.
Теплогенератор – это, конечно, котел. Задача котла состоит в передаче тепла, получаемого в результате химических реакций (горения) или преобразования электрической энергии в тепловую, к теплоносителю (воде или, незамерзающим при отрицательных температурах, жидкостям).
По сути, котел – это теплообменник, предназначенный для нагрева теплоносителя.
Котлы – самостоятельные технические устройства, оснащенные по определенным правилам автоматикой и другими элементами для безопасной и эффективной работы.
Все приборы, которые отдают тепло от теплоносителя, также теплообменники. К их числу относятся радиаторы, конвекторы, бойлеры косвенного нагрева, теплые полы. Они предназначены для нагрева воздуха или воды (это бойлеры).
Это, как правило, также готовые технические устройства, изготовленные в заводских условиях и обладающие заданными техническими характеристиками. При проектировании системы отопления наша задача заключается выбрать нужные устройства исходя из технических и других (например, дизайнерских) требований для выполнения задач по нагреву воздуха в помещениях дома для компенсации теплопотерь в окружающую среду.
Исключение составляют лишь теплые полы – они не являются законченным заводским продуктом, который нужно лишь установить в нужном месте. Теплые полы монтируются на месте и поэтому требуют грамотного и внимательного отношения в части проектирования, подбора комплектующих материалов, гидравлической и тепловой увязки с остальными частями системы отопления, а также управления.
Таким образом мы обозначили два элемента системы отопления: теплогенерацию и теплоотдачу. Третьей важной частью системы отопления является транспортное звено.
Задачи транспортного звена очевидны: это доставка от котла теплоносителя ко всем частям системы отопления (ко всем теплообменникам) нагретого теплоносителя и его возврат к котлу для последующего нагрева.
Транспортное звено системы отопления – это система труб, насосов, дополнительных емкостей (для компенсации теплового расширения/сжатия), регуляторов, узлов гидравлической развязки контуров и т.п.
При всей, кажущейся, на первый взгляд, простоте задач транспортного звена, эта часть системы отопления крайне важна и ее важность усиливается с увеличением различных функций системы.
Эта часть, как и теплые полы, в отличие от котлов и радиаторов не является продуктом заводской сборки. Гидравлическую часть системы отопления мы формируем на месте и от правильно принятых решений при ее создании, зависит не только комфорт в доме, но и ресурс надежной работы всех частей системы отопления, например, срок службы котла.
Схема подключения труб контуров теплого пола к коллектору
Схема подключения труб контуров теплого пола к коллектору весьма проста и заключается в подключении каждой трубы к коллектору подачи и обратки.
При формировании таких контуров важно еще раз отметить, что с точки зрения теплопередачи и гидравлики длина труб всех контуров была, примерно, одинаковой (или, что то же, площади контуров были, примерно, одинаковыми).
В противном случае, теплоноситель в контурах с большей длиной будет иметь среднюю температуру ниже, чем в контурах с меньшей длиной трубы. Как следствие – будет меньше температура пола и теплоотдача в окружающий воздух. Этот эффект снижения температуры еще усилится за счет снижения скорости потока теплоносителя по трубам из-за увеличения сопротивления труб с увеличением их длины.
Конечно, случаи, когда площади контуров теплого пола равны. На практике такое встречается не часто. Поэтому коллекторы теплого пола оснащены балансировочными вентилями. Эти вентили предназначены для балансировки контуров теплого пола. А именно, они позволяют полностью или частично перекрывать расход теплоносителя через каждый контур.
Коллектор, в свою очередь, подключается к теплогенератору (котлу) одним из множества способов, которые также рассмотрены дальше.
Существует множество способов фиксации труб теплого пола. Выбор одного из этих способов определяется для каждого случая конкретными особенностями условий их размещения.
Схема подключения теплого пола к котельному коллектору для котлов до 50 кВт
Описываемая схема очень эффективна и позволяет реализовать гидравлическую увязку котлового и всех контуров тепловой нагрузки для одноконтурных настенных и напольных котлов относительно небольшой мощности (до 50кВт).
В основе такой схемы лежит применение котельного коллектора с интегрированным перепускным клапаном. Такой клапан представляет собой отверстие в конструкции коллектора, соединяющее полость подачи и обратки.
Наличие такого клапана наделяет коллектор функциями гидравлической стрелки и позволяет разделить котловой контур от контуров тепловой нагрузки (контуров радиаторного отопления, бойлера и теплых полов).
Принцип действия коллектора с перепускным клапаном довольно прост. Котел нагревает теплоноситель в котловом контуре до требуемой температуры и работа насосов контуров нагрузки не влияет на этот процесс. В свою очередь, каждая насосная группа также работает в своем режиме, не влияя на другие насосные группы и котел. При этом теплоноситель в контуры тепловой нагрузки поступает из полости подачи коллектора и возвращается в полость обратки коллектора.
Это позволяет гидравлически «развязать» контуры системы отопления. В результате исключается перегрузка котла и всех систем при запуске или отключении контуров системы, а также исключить их взаимное влияние.
Схема подключения теплого пола к котельному коллектору для котлов мощностью выше 50 кВт
Подбор мощности котла для систем отопления определяется уровнем нагрузок потребителей тепла (радиаторное отопление, теплые полы, бойлеры и т.п.)
С увеличением суммарной мощности потребителей тепловой энергии обостряется задача по обеспечению согласованной работы всех контуров системы отопления.
В таких системах применяются насосы большой мощности и, если не исключить их взаимное влияние, то неизбежны тепловые и гидравлические перегрузки как в работе котла, так и в работе всех контуров системы отопления.
Как это проявляется можно проиллюстрировать на простых примерах.
Насосные группы включаются периодически, по командам автоматики системы отопления. При включении каждого контура происходит поступление остывшего теплоносителя в обратный контур котла, а из контура подачи забирается нагретый теплоноситель.
Если котловой контур и контуры потребителей не изолированы, то, при повышенных тепловых нагрузках, может возникать скачек температуры в теплообменнике котла. Это не критично, если происходит относительно редко. Но, ели это происходит регулярно, то такие циклические скачки температуры со временем могут приводить к возникновению усталости материала элементов конструкции котла (в частности, теплообменника, штуцеров для подключения труб, прокладках соединений и т.д.). Ресурс котла в этом случае снижается.
Другой наглядный пример, это возникновение разряжения в котловом контуре подачи, при одновременном включении, например, нескольких насосов контуров с тепловой нагрузкой. В этом случае, если котловой насос не обеспечивает компенсацию такого разряжения, то в котловом контуре с обратным потоком может возникнуть повышенное давление и обратный поток теплоносителя (в обратную сторону) в тех контурах, где насос в этот период времени выключен.
Такие случаи нередко встречаются на практике и от того, что они не проявляются в наглядной форме, не значит, что их можно игнорировать и что их нет. Отсутствие теплового комфорта и снижение ресурса частей отопления нельзя считать как «неизбежность».
Чтобы исключить негативное взаимное влияние насосных групп, при гидравлической обвязке котлов применяют гидравлическую стрелку. Гидравлическая стрелка устанавливается в котловом контуре, между котлом и котельным коллектором.
Задачей такой гидрострелки для котла является замыкание котловых контуров подачи и обратки.
Это позволяет котлу выполнять свои функции по нагреву теплоносителя без перегрузок. То есть без тепловых и гидравлических скачков вследствие периодического включения насосных групп в контурах тепловой нагрузки.
Для контуров тепловой нагрузки, которые подключены к котельному коллектору, гидравлическая стрелка – это источник теплоносителя. При работе насосов контуров теплоноситель забирается из контура подачи котельного коллектора и возвращается в контур обратки. Любое гидравлическое рассогласование в работе насосных групп компенсируется подключенным к котельному коллектору гидравлическим разделителем. Это позволяет исключить влияние работы насосов на работу котла и взаимное влияние контуров тепловой нарузки.
Схема подключения теплого пола к одноконтурному котлу без радиаторного отопления
Схема такого подключения может применяться в случае, если отопление дома будет осуществляться только теплыми полами.
Важное замечание: такое решение может быть принято только в результате тщательных тепловых расчетов здания. Теплопотери здания должны компенсироваться подводом тепла за счет теплых полов, но при этом температура поверхности теплого пола не должна превышать 26-29°С.
Это достигается, обычно, требованием максимальной поверхности теплого пола, по отношению к всей поверхности пола, и уменьшением ее загромождения мебелью и другими предметами. Также, конечно, хорошей теплозащитой конструкции здания.
В простейшем случае, схема подключения теплого пола может иметь вид как показано на рис.1.
Для нагрева воды в бойлере косвенного нагрева, в рассматриваемом типе одноконтурных котлов предусмотрен 3-х ходовой клапан, который по сигналу от температурного датчика в бойлере, переключает поток теплоносителя на нагрев воды в бойлере. В остальное время происходит нагрев теплоносителя для теплых полов.
К недостаткам такой схемы организации отопления можно отнести рост нагрузки на котловой насос при частичном или полном закрытии контуров теплого пола. Насос в такой схеме работает как циркуляционный для теплого пола.
Для устранения этого недостатка можно применить перепускной клапан в котловом контуре коллектора теплого пола. Как показано на рис.2.
В функции такого перепускного клапана входит его открытие при превышении перепада давления на нем некоторого давления, которое задается при регулировке клапана.
В такой схеме, при существенном перекрытии контуров теплого пола и повышении давления подачи в котловом контуре, перепускной клапан будет выполнять функции байпаса.
Другим усовершенствованием описываемой схемы подключения теплого пола к одноконтурному котлу, улучшающим работоспособность и ресурс системы отопления, является применение дополнительного коллектора с перепуском или аналога гидравлической стрелки. Однако, при таком решении, коллектор теплого пола следует оснастить циркуляционным насосом (см. рис.3).
В такой схеме происходит гидравлическое разделение котлового контура и системы теплых полов. В задачу котла входит поддержание требуемой температуры теплоносителя. Эта температура должна быть не меньше температуры, требующейся для нормальной работы теплого пола.
Смесительный узел теплого пола обеспечивает требуемую температуру в системе теплых полов, путем подмеса теплоносителя из котлового контура в контуры теплого пола, по мере необходимости.
Отключение циркуляционного насоса смесительного узла происходит автоматически, при одновременном закрытии всех контуров теплого пола. Это обеспечивается применением автоматики REHAU для теплых полов.
Схема подключения теплого пола к одноконтурному котлу с радиаторным отоплением
Как подключить теплый пол к отоплению в частном доме
Напольное отопление обеспечивает равномерный прогрев воздуха и комфортные температурные условия в помещении благодаря большой площади теплоотдачи в сочетании с невысокой температурой теплоносителя. Теплые полы, относящиеся к низкотемпературной системе отопления, бывают водяными и электрическими. Каждый из этих видов имеет определенные преимущества и недостатки. Оптимальный вид теплого пола, способы его монтажа и подключения к котлу зависят от характеристик строений, запланированного бюджета и личных предпочтений жильцов.
Водяные теплые полы: характеристики, особенности монтажа и подключения
Это экономичный и удобный вариант для организации обогрева частного дома с автономной системой отопления. Напольный обогрев может быть единственным или сочетаться с радиаторным контуром. Дополнительно котел часто используют для организации ГВС. В многоквартирных зданиях водяное напольное отопление использовать запрещено, так как его подключение в одной или нескольких квартирах приводит к тепловому и гидравлическому дисбалансу.
Способы устройства теплого пола
Теплый водяной пол можно сделать своими руками с использованием труб: металлопластиковых, PEX-EVOH (из сшитого полиэтилена с антидиффузионным поверхностным слоем), полиэтиленовых PERT. Их укладывают по сухой или мокрой технологии.
Сухая технология
Сухая укладка подходит для деревянных и каркасных частных домов. Основой для труб служат пенополистирольные маты или доски, в которых изготавливают выемки. В сформированные каналы укладывают фольгу, а на нее — трубы, которые не должны выступать за плоскость основы. Сверху укладывают жесткие материалы: ОСП, ГФЛ, фанеру. В качестве финишного напольного покрытия могут использоваться: ламинат, паркет, керамическая или керамогранитная плитка.
Мокрая технология
Основой для труб обычно служит черновая бетонная стяжка. Трубопровод к ней крепят с помощью специальных фиксаторов. Поверх труб для сохранения их целостности может устанавливаться армирующая сетка. По периметру помещения укладывают демпферную ленту, которая необходима для компенсации температурного расширения бетона. После проведения этих мероприятий заливают бетонную стяжку, а через 28 дней монтируют финишное напольное покрытие.
Подключение водяного теплого пола к системе отопления: варианты
Существует множество схем подключения труб теплого пола к отопительному агрегату, функции которого могут выполнять газовые, твердотопливные, электрические (ТЭНовые, электродные, индукционные) котлы.
Прямое подключение
Этот вариант подключения используется в случае, если напольное отопление является единственным в частном доме. К котлу подключают циркуляционный насос, за ним устанавливают коллектор, к которому подсоединяют контур теплого пола. После прохождения контура теплоноситель возвращается к котлу.
Если дом подключен к магистральному газу, рекомендуется установить газовый конденсационный котел, обеспечивающий максимальный КПД домашней магистрали. Температура воды, поступающей на линию подачи, регулируется встроенным термостатом котла. Минус подключения теплого пола напрямую к газовому котлу — резкое снижение КПД агрегата и высокая вероятность остановки агрегата при работе на малой мощности (температура теплоносителя напольного отопления — до +45̊C).
При установке твердотопливного отопительного агрегата рекомендуется смонтировать буферную емкость, позволяющую более точно регулировать температуру теплоносителя.
Комбинированная схема с трехходовым клапаном
Организовать комбинированную систему отопления, включающую два контура — радиаторный и напольный, позволяет использование смесительного двух- или трехходового клапана. Он необходим для обеспечения температуры теплоносителя, требуемой для напольной отопительной системы. В радиаторном контуре температура теплоносителя должна достигать +70̊ C и более, а в теплых полах — не более +45̊ C. Для решения именно этой проблемы и служит смесительный клапан. В его функции входит подмешивание в линию подачи остывшего теплоносителя из обратной трубы или холодной воды, подаваемой от коллектора. Для небольших систем отопления используются двухходовые модели, а для крупногабаритных и укомплектованных погодозависимой автоматикой — трехходовые устройства.
От котла теплоноситель движется к распределительному коллектору, где разделяется на контуры. Клапан монтируется на трубе подачи воды в контур теплого пола, к нему подключается обратная труба, из которой при необходимости подается охлажденная вода. В двух- или трехходовом клапане горячий и охлажденный потоки смешиваются с получением теплоносителя оптимальной температуры. Лучшим вариантом является установка устройства с термостатическим клапаном, обеспечивающим точную температурную регулировку.
После клапана устанавливается дополнительный циркуляционный насос. Насосное оборудование, смонтированное на общедомовой системе отопления, не способно обеспечить эффективное перемещение теплоносителя по длинным трубам напольного контура.
Комбинированная схема с насосно-смесительным узлом
В этой схеме наряду со смесительным клапаном используется комплекс измерительных и регулирующих устройств, позволяющий контролировать и точно устанавливать температуру теплоносителя. Насосно-смесительный узел можно собрать из отдельных элементов своими руками или купить готовую сборку. В его состав помимо смесительного клапана и циркуляционного насоса входят:
- поверхностные термометры, монтируемые на трубы, с датчиками в виде зондов;
- термостатический регулировочный клапан — отдельный или встроенный в клапан;
- шаровые краны;
- обратный клапан;
- автоматический воздухоотводчик, перезапусковый байпас.
Схема с насосно-смесительным узлом — технически передовой способ организации комбинированной системы напольно-радиаторного отопления в частном доме.
Электрический теплый пол: виды и характеристики
Электрические теплые полы обычно используют в случаях, когда укладка водяной системы технически невозможно. Обычно их монтируют в многоквартирных домах в качестве дополнительных систем обогрева.
Электрические теплые полы разделяют на:
- Кабельные. Нагревательный элемент в них — резистивный или саморегулирующийся кабель. Такой пол подходит для минимальных стяжек. Его часто выбирают для обогрева кухонь и санузлов.
- Нагревательные маты — кабель на сетчатой подложке. Это идеальный вариант для монтажа под плитку, который можно осуществить своими руками, без помощи специалистов. Причем маты укладывают прямо в плиточный клей. Их можно использовать в сочетании практически с любыми финишными покрытиями.
- Инфракрасные пленочные полы — пленка с углеродными полосами. Этот вариант выбирают для локального обогрева зон комфорта, проходов, лестниц. Для таких систем характерны оперативный нагрев и такое же быстрое остывание.