Тепло в квартире — водяное отопление
Системы отопления
Привычные нам батареи центрального отопления, обычно расположенные под окнами комнат, у глухих стен, а также в ванной комнате, являются частью сложной отопительной системы, охватывающей весь дом. Существуют разные системы водяного отопления. В старинных зданиях они не такие, как в современных. И хотя в нашей квартире мы не видим ничего, кроме самих батарей или иных радиаторов и вертикальных стояков, которые подводят к ним и отводят от них воду, стоит разобраться в этих системах, чтобы понимать, заменить и радиаторы, и трубы, но хотите знать, будет ли от этого польза и какие выбрать материалы.
Итак, система водяного отопления содержит:
отопительные приборы, нагреваемые проточной горячей водой (радиаторы, конвекторы);
циркуляционный контур (систему трубопроводов, обеспечивающих циркуляцию воды через отопительные приборы, и вспомогательные элементы циркуляционного контура: вентили, расширительный бак, воздухосборник и т. д.);
источник горячей воды.
При центральном отоплении источник горячей воды расположен за пределами помещения и подает тепло по сети трубопроводов в дом или несколько домов.
По схеме обогрева системы центрального отопления делятся на зависимые и независимые.
Наиболее распространена зависимая система, при которой нагретая до 150°С вода поступает к узлу управления, где за счет подмешивания холодной воды остывает до 90- 100° С и в таком виде поступает в радиаторы помещений. После этого отдавшая радиаторам тепло вода поступает в обратную магистраль и снова подается в котел для повторного нагрева.
В малоэтажных зданиях с давлением в обратной магистрали более 0,6 МПа, а также и в тех зданиях, где давление в системе отопления выше, чем давление в тепловой сети, применяется независимая система отопления. Эта система двухконтурная. Суть ее в том, что теплоноситель, то есть горячая вода, поступает во внешний контур теплообменника и отдает свое тепло воде внутреннего контура, то есть системы отопления здания. При этом поступающий от котла теплоноситель (горячая вода температурой 150°С) и вода в системе отопления (температурой 90-100°С) изолированы друг от друга.
По способу циркуляции теплоносителя, то есть горячей воды, различают системы отопления с искусственной (насосной) и естественной циркуляцией.
Пример установки электрических водообогревателей
Системы циркуляции
Чтобы еще больше разобраться в вопросе «Как же в квартиру попадает тепло?», стоит рассмотреть подробнее работу циркуляционного контура с естественной циркуляцией теплоносителя, то есть без насоса.
Удобнее это сделать на примере автономного контура, который похож на независимую систему циркуляции, но вместо теплообменника тепло в контур поступает от собственного котла. Такое рассмотрение более наглядно, да и может оказаться полезным, если жильцы дома решат обзавестись своим котлом, чтобы не зависеть от ненадежного городского горячего водоснабжения.
Система циркуляции теплоносителя — это сеть труб, по которым горячая вода подводится к отопительным приборам и отводится от них. Этот циркуляционный контур содержит также вспомогательные элементы: вентили, расширительный бак и т. д.
Перечень элементов циркуляционного контура таков:
котел;
главный стояк (подающий стояк);
разводящая магистраль;
горячие стояки;
обратные стояки;
обратная магистраль;
расширительный бак;
сигнальная линия;
запорные вентили.
Традиционно существуют различные схемы разводки воды по радиаторам:
верхняя разводка и нижняя разводка;
однотрубные системы (с подающим стояком) и двухтрубные (с подающим и обратным стояками);
системы с горизонтальной разводкой;
системы с попутным движением воды и тупиковые.
Рассмотрим назначение этих элементов на примере двухтрубной системы. Она существует в двух вариантах. Самый простой из них — вариант с верхней разводкой воды.
Верхняя разводка
Нагретая в котле вода поднимается по главному стояку и поступает в расширительныи бак.
Расширительный бак находится в самой верхней точке системы и служит для того, чтобы давление в системе не зависело от объема и плотности воды. Для этого в расширительном баке предусмотрен достаточный объем над зеркалом воды, причем этот объем сообщается с атмосферой (через отверстия в крышке). Конструкция расширительного бака будет описана ниже.
Разводящая магистраль — это труба, по которой горячая вода поступает к горячим стоякам. Она должна иметь небольшой уклон по ходу движения воды. Горячие (подающие) стояки проходят через все этажи дома в непосредственной близости к радиаторам (как правило, в простенках между окнами).
Обратные стояки — это особенность двухтрубной системы. По ним через все этажи вода из радиаторов (охлажденная) поступает в обратную магистраль.
Обратная магистраль также имеет уклон по ходу движения воды и служит для сбора отработанной воды и подачи ее в отопительный котел.
Сигнальная линия — это вертикальная трубка, подключенная к патрубку, врезанному в расширительный бак чуть ниже уровня зеркала воды.
Циркуляционный контур с верхней разводкой:
11 - котел; 2 - главный ствол; 3 - разводка; 4 — горячие стояки;
5 — обратные стояки; 6- обратка; 7 — расширительный бак; 8 - сигнальная линия
Вода стекает по этой трубке в воронку, подключенную к сливу, причем трубка снабжена краном. Если при открывании крана вода не течет — это сигнализирует о недостаточном количестве воды в системе.
Запорные вентили на входе горячей воды в радиатор позволяют регулировать расход горячей воды и тем самым температуру радиатора, а также отсекать его от системы для замены или ремонта.
Как при верхней, так и при нижней разводке горячая вода поднимается вверх и поступает в разводящие магистрали, а оттуда через подающие стояки в отопительные приборы. Отдав тепло в радиаторах, вода становится тяжелее и спускается самотеком через обратные стояки в обратную магистраль. Поступая в котел, она, будучи более плотной, вытесняет горячую воду вверх. Таким образом, разность плотности (и веса) столбов горячей и холодной воды и является источником напора.
Проследим, как образуется этот напор. Выше верхней штриховой линии вода горячая (95°С). Ниже нижней штриховой линии отработанная вода имеет температуру 70°С.
На участке АВ (главный ствол) циркулирует горячая вода (95°С), она еще не отдала тепла. На участке ЕЗ — отработанная вода (70°С). Эти два вертикальных столба АВ и ЕЗ имеют разный вес (он зависит от разности температур и высоты столбов), они-то и создают напор в кольце АБВГДЛЕЖЗИК, то есть в радиаторах верхнего этажа.
Для нижнего этажа (кольцо АБВГДЛМЖЗИК) напор создает разный вес столбов АБ и ЖЗ (столб ЕЖ в этом контуре не участвует). Разница температур воды и ее плотностей та же, а вот высота столбов меньше, чем для верхнего этажа.
Нижняя разводка
При нижней разводке подающая магистраль, которая питает горячие (восходящие) стояки, располагается ниже жилого помещения (в подпольном канале или в подвале); Обратные стояки присоединяются к общей обратной магистрали, проложенной еще ниже. Кроме того, как видно из рисунка, схему дополняет верхняя воздушная линия, которая нужна, чтобы скапливающиеся в радиаторах воздушные пузыри могли удалиться в атмосферу через расширительный бак (или специальный бак — воздухосборник).
Если рассмотреть схему с нижней разводкой, мы получим ту же картину: при двухтрубной системе радиаторы нижнего этажа работают хуже, так как для них напор воды мал. Приходится заглублять котел хотя бы на 3 м ниже этих радиаторов.
Схема водяного отопления \ естественной циркуляции воды с нижней разводкой:
1 - котел; 2 — воздушная линия;
3 — разводка; 4 - горячие стояки;
5 - обратные стояки; б - «обратка»; 7 - расширительный бак; 8 - сигнальная линия
Однотрубные системы
Рассмотренная выше двухтрубная система отчасти напоминает параллельное подключение приборов (например, лампочек) в электрической цепи — фазный провод подобен горячей линии. Если следовать этой аналогии, однотрубная система напоминает последовательную электрическую цепь: отработанная вода верхнего этажа поступает в качестве горячей в батарею этажа, расположенного ниже, и т. д. Таким образом, если в двухтрубной системе на всех этажах вода на входе в радиатор имела одну и ту же температуру (95°С), но разный напор и скорость, то здесь, при последовательном прохождении, вода через все этажи течет с одной скоростью, а вот температура ее на верхнем этаже самая высокая, а чем ниже этаж, тем она ниже. По-этому на нижних этажах приходится увеличивать площадь радиаторов. Можно частично исправить ситуацию, если у каждого радиатора поставить перемычку, чтобы часть горячей воды шла к нижнему этажу мимо радиатора, не остывая.
Правда, эта маленькая хитрость не останется безнаказанной: напор и скорость циркуляции тут же несколько упадут. Почему так? Представим себе, что запорные вентили всех радиаторов перекрыты и вода от верхней магистрали движется вниз по перемычкам, минуя радиаторы — то есть не остывая. И в подающем, и в опускном стояках столбы воды имеют одинаковую температуру и плотность. Напора нет. И наоборот, если убрать перемычки и пропускать воду последовательно через радиаторы, вода будет остывать и тяжелеть от радиатора к радиатору. У радиаторов нижнего этажа самая неблагодарная роль — тепла им достается меньше, а работы по созданию напора — столько же.
Однотрубный циркуляционный контур:
1 — котел; 2 — главный стояк; 3 - расширительная труба; 4 - расширительный бак; 5 — верхняя разводка; б - воздухосборник; 7 - обратные стояки; 8 - обратная линия; 9 - насос
Нужно отметить, что в однотрубных системах подъемный трубопровод следует защищать от теплопотерь, иначе снизится разность температур и напор. А вот опускные трубы утеплять не надо: остывая в них, вода становится тяжелее, что способствует увеличению напора.
Следует упомянуть однотрубные системы с горизонтальной проточной системой. Все отопительные приборы каждого этажа объединены в равный напор на всех этажах
(а)
(б)
примечание:
ОСОБЕННОСТИ ОТОПЛЕНИЯ Эти национальные особенности знать просто необходимо. Во-первых, в городских квартирах в основном используется однотрубная система отопления. Это означает, что все радиаторы соединены последовательно. Достоинство у такой системы одно — простота, а следовательно, низкая стоимость (что спорно, учитывая материальные затраты при устранении поломок). Регулированию подобная система практически не поддается: перекрыв подачу теплоносителя в один прибор. прекращается его подача в остальные. Для нормальной работы системы по ней требуется прокачивать большее количество теплоносителя в единицу времени, для чего приходится повышать давление и температуру. Поэтому использовать в однотрубной системе можно только отопительные устройства, рассчитанные на повышенное рабочее давление и имеющие малое гидравлическое сопротивление.
У двухтрубной системы перечисленные недостатки отсутствуют. В ней по одной трубе теплоноситель подводится, по второй отводится, а отопительные приборы подсоединяются к этим трубам параллельно, и работать им приходится при меньшем давлении, что позволяет системе работать без аварий.
Однотрубный циркуляционный контур с перемычками у радиаторов: (а)
1 — котел; 2 - главный стояк; 3 — расширительная труба; 4 - расширительный бак; 5 — верхняя разводка;
6 - воздухосборник; 7 - обратные стояки; 8 - обратная линия; 9 - насос
Однотрубный контур с горизонтальной проточной системой: (б)
1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - расширительная труба; 5 - насос
достаточный напор на первом этаже при отсутствии подвала;
возможность подавать горячую воду достаточно далеко от котла;
возможность уменьшения диаметра трубопроводов (и тем самым их стоимости).
Недостаток у насосной схемы один — зависимость от бесперебойного электроснабжения дома.
(а)
(б)
Система принудительной циркуляции с верхней (а) и нижней (6) разводкой:
I — котел; 2 — подающая линия;
3 — расширительный бак; 4 — сигнальная линия; 5 — подающая линия (верхняя магистраль); б — воздушная линия; 7 - воздухосборник; 8 - подающие стояки; 9 — обратные стояки; 10 — обратная магистраль;
II - насос; 12 - расширительная труба