Системы отопления с насосной циркуляцией: схемы устройства и работы

Обеспечить естественное передвижение теплоносителя по отопительному контуру даже опытным мастерам удается далеко не всегда. Случается так, что вода передвигается по системе, но достаточного количества тепла при этом в дом не поступает.

Все чаще владельцы частных домов предпочитают устанавливать системы отопления с насосной циркуляцией, которые достаточно разнообразны и удобны.

Как это работает

Циркуляционный насос — это небольшой электрический прибор, который устроен предельно просто. Внутри корпуса находится крыльчатка, она вращается и придает теплоносителю, циркулирующему по системе, необходимое ускорение. Электромотор, обеспечивающий вращение, потребляет совсем немного электроэнергии, всего 60-100 Вт.

Наличие такого устройства в системе значительно упрощает ее проектирование и монтаж. Принудительная циркуляция теплоносителя позволяет использовать отопительные трубы малого диаметра, расширяет возможности при выборе котла отопления и радиаторов.

Устройство циркуляционного насоса очень простое, задача этого прибора — придать теплоносителю ускорение, достаточное для преодоления гидростатического сопротивления системы

Очень часто система, изначально созданная с расчетом на естественную циркуляцию, работает неудовлетворительно из-за низкой скорости движения теплоносителя по трубам, т.е. низкого циркуляционного напора. В этом случае установка насоса поможет решить проблему.

Однако не следует слишком увлекаться скоростью воды в трубах, поскольку она не должна быть чрезмерно высокой. Иначе со временем конструкция может просто не выдержать дополнительного давления, на которое она не рассчитана.

Если в системах с естественной циркуляцией теплоносителя можно использовать открытый расширительный бак, то в принудительных схемах следует отдать предпочтение закрытому накопителю

Для жилых помещений рекомендованы следующие предельные нормы скорости передвижения теплоносителя:

• при условном проходе трубы в размере 10 мм — до 1,5 м/с;
• при условном проходе трубы в размере 15 мм — до 1,2 м/с;
• при условном проходе трубы в размере 20 мм или больше — до 1,0 м/с;
• для подсобных помещений жилых домов — до 1,5 м/с;
• для зданий вспомогательного назначения — до 2,0 м/с.

В системах с естественной циркуляцией расширительный бак обычно ставят на подачу. Но если конструкция будет дополнена циркуляционным насосом, обычно рекомендуется переместить накопитель на обратку. Кроме того, вместо открытого бачка следует поставить закрытый. Только в небольшой квартире, где отопительная система имеет небольшую протяженность и простое устройство, можно обойтись без такой перестановки и пользоваться старым расширительным баком.

Расчеты для принудительных систем отопления

Правильно организованная система с принудительной циркуляцией требует сложных инженерных расчетов. Но некоторые формулы позволяют оценить состояние системы и составить более точное представление о необходимых переделках, особенно если речь идет о небольшом доме или квартире. Мощность отопительного оборудования обычно подбирают исходя из размеров помещений, которые предполагается отапливать.

Обычно производители рекомендуют: чтобы расход теплоносителя, учтенный в литрах в минуту, соответствовал количеству киловатт мощности котла. Это означает, что для котла на 40 Вт наиболее подходящим будет расход теплоносителя в размере 40 л/мин. Подобным же образом рассчитывают расход воды для отдельной комнаты или группы помещений. В этом случае ориентируются на совокупную мощность установленных на участке радиаторов.

Скорость перемещения теплоносителя по контуру отопительной системы во многом зависит от того, насколько правильно подобран диаметр труб

Диаметр отопительных труб определяется в соответствии с установленным расходом теплоносителя:

• при расходе в 5,7 л/мин необходимы полудюймовые трубы;
• при расходе в 15 л/мин необходимы трубы на три четверти дюйма;
• при расходе в 30 л/мин необходимы дюймовые трубы;
• при расходе в 53 л/мин необходимы трубы на дюйм с четвертью;
• при расходе в 83 л/мин необходимы полуторадюймовые трубы;
• при расходе в 170 л/мин необходимы двухдюймовые трубы;
• при расходе в 320 л/мин необходимы трубы на два с половиной дюйма и т.п.

Чтобы определить параметры подходящего циркуляционного насоса, необходимо измерить протяженность всего отопительного контура, к которому его будут подключать. Для десяти метров системы нужен напор насоса в размере 0,6 м. Путем несложных вычислений получаем, что для системы длиной 60 метров понадобится насос на 3,6 м.

Однако эти параметры верны только для системы, в которой правильно подобран диаметр труб, как было указано выше. Если использованы слишком узкие коммуникации, понадобится взять более мощный насос, чтобы преодолеть избыточное гидравлическое давление, возникающее в системе из-за неправильного выбора труб.

Автоматический воздухоотводчик или механическое устройство для отвода излишков воздуха кран Маевского. Эти устройства необходимы в отопительных контурах, они позволяют предотвратить проблему завоздушенности. Такие устройства ставят на радиаторах, на подающих стояках, а также в проблемных местах сложных схем отопления

Это правило действует и в обратном направлении: если трубы шире, чем необходимо по нормативу, следует понизить расчетную мощность циркуляционного насоса. Специалисты рекомендуют приобретать не один, а сразу два таких устройства. Один — основной, а второй — про запас. Его можно установить на байпасе или хранить в кладовке.

Циркуляционный насос обычно устойчив к поломкам, но чувствителен к качеству воды в отопительном контуре. Чтобы продлить работу отопительного оборудования, имеет смысл предусмотреть фильтрацию теплоносителя и своевременные мероприятия по промывке системы.

Схемы систем с насосной циркуляцией

Системы отопления с принудительной циркуляцией различаются следующим образом:

• как одно- или двухтрубные (вариант подключения труб к радиаторам);
• с вертикальным или горизонтальным стояком;
• тупиковые или с попутным движением теплоносителя
• с верхней или нижней разводкой.

Однотрубные системы встречаются все реже, поскольку их недостатки значительно превышают достоинства. Это очень простой вариант, при котором радиаторы соединяются последовательно. Теплоноситель поочередно проходит через каждый отопительный прибор, постепенно остывая. Очевидно, что при такой схеме первые радиаторы будут нагревать комнату лучше, чем те, что расположены в конце системы. Приходится устанавливать на завершающем отрезке магистрали больше радиаторов, чем в начале, чтобы сгладить разницу температур.

Однотрубные системы отопления просты в реализации и обойдутся недорого, но проблема неравномерного прогрева и зависимости от поломки одного радиатора сделали их практически невостребованными в современных условиях

Такое устройство крайне неудобно, поскольку нельзя отключить только один радиатор в случае поломки, придется сливать теплоноситель из всего контура. Двухтрубная схема предполагает подключение каждого радиатора параллельно с помощью двух труб к общей магистрали. Разумеется, для этого придется использовать больше материалов, общая стоимость и время для монтажа будут выше, чем при использовании однотрубного варианта.

Двухтрубные отопительные системы позволяют равномерно обогреть каждое помещение, при этом поломка одного радиатора не станет причиной для отключения всего контура

На каждый радиатор при двухтрубном подключении устанавливают запорные краны. Это дает возможность при необходимости снять или отключить только один радиатор, при этом остальные элементы системы продолжают функционировать в обычном режиме. Прогрев при такой схеме выполняется равномерно, поскольку теплоноситель поступает в каждый радиатор по отдельной линии, а затем возвращается в котел для нагрева, а не перемещается по остальным радиаторам.

Вертикальные стояки используются в многоэтажных зданиях, к ним удобно подключать радиаторы, расположенные на разных этажах. Вертикальная конструкция способствует быстрому выведению попавшего в систему воздуха, что значительно сокращает вероятность образования воздушных пробок.

Создание вертикальной отопительной системы обойдется недешево, однако это эффективная схема, устойчивая к завоздушиванию, она прекрасно подходит для монтажа в многоэтажных зданиях

В горизонтальных схемах основная магистраль, к которой параллельно подключают радиаторы, располагается, как понятно из названия, в горизонтальной плоскости. Этот тип системы уместен для отопления одноэтажных зданий большой площади. Относительно недорогой вариант не застрахован от образования воздушных пробок. Для предотвращения проблемы этого рода используют автоматические воздухоотводчики.

Горизонтальные системы отопления относительно недороги, обычно их используют при проектировании зданий большой площади на один или два этажа

Неравномерный прогрев характерен не только для однотрубных систем, но и для тупикового варианта отопления, который распространен довольно широко. В такой схеме поступление теплоносителя осуществляется в сторону, противоположную движению обратки. В результате в системе появляются радиаторы, получающие уже несколько остывший теплоноситель, который после них поступает в обратную трубу.

В тупиковых системах удаленные от подающего стояка радиаторы получают меньше тепла, чем расположенные рядом с ним. В попутных схемах все элементы системы функционируют в равнозначном режиме

В результате в первые от стояка радиаторы поступает больше тепла, а в удаленные — меньше. На небольших площадях этот момент может быть не так заметен, но в просторных домах он будет ощутим. В этой ситуации рекомендуется сделать несколько небольших по протяженности магистралей, чем одну длинную, чтобы весь теплоноситель циркулировал по веткам примерно с равной температурой.

Попутная схема основана именно на одинаковой протяженности циркуляционных колец по всему дому, что позволяет добиться исключительно точной равномерности прогрева. Но реализовать этот вариант разводки непросто, поскольку понадобится провести большое количество труб.

Верхнюю разводку в отопительных системах применяют при наличии чердака, на котором можно установить расширительный бак. Если такой возможности нет, можно успешно реализовать нижнюю разводку отопления

Верхняя и нижняя разводка получили название по месту расположения подающей трубы. В первом случае теплоноситель поступает в систему сверху, а во втором — снизу. При верхней разводке расширительный бак устанавливают на самой высокой точке системы, теплоноситель распространяется по системе под воздействием сил гравитации. Обратка здесь будет стоять ниже радиаторов. Для реализации такого проекта в частном доме необходим чердак, на котором и устанавливают бак.

Если условия для верхней разводки отсутствуют, используют второй вариант, когда подача теплоносителя осуществляется снизу, а обратка установлена выше радиаторов. Задача по перемещению теплоносителя с достаточно высокой скоростью возлагается в основном на циркуляционный насос. Такую схему монтируют постепенно, от нижнего этажа к верхнему, при этом подающую магистраль делают с небольшим уклоном, чтобы предотвратить возникновение воздушных пробок.

Где поставить циркуляционный насос

Чаще всего циркуляционный насос устанавливают на обратке, а не на подаче. Считается, что здесь ниже риск быстрого износа и поломки устройства, поскольку теплоноситель уже остыл. Но для современных насосов это не обязательно, поскольку там установлены подшипники с так называемой водяной смазкой. Они уже предназначены именно для таких условий эксплуатации.

Это означает, что можно установить циркуляционный насос и на подаче, тем более, что здесь гидростатическое давление системы ниже. Место установки устройства условно разделяет систему на две части: область нагнетания и область всасывания. Насос, установленный на подаче, сразу после расширительного бака, он будет откачивать воду из накопителя и нагнетать в систему.

Циркуляционный насос в отопительной системе делит контур на две части: область нагнетания, в которую поступает теплоноситель, и область разрежения, из которой его откачивают

Если же насос будет установлен на обратке перед расширительным бачком, то он будет нагнетать воду внутрь бачка, откачивая ее из системы. Понимание этого момента поможет учесть особенности гидравлического давления в различных точках системы. Когда насос работает, динамическое давление в системе с неизменным количеством теплоносителя остается постоянным.

Но расширительный бак создает так называемое статическое давление. Относительно этого показателя в области нагнетания отопительной системы создается повышенное гидравлическое давление, а в области разрежения — пониженное. Разрежение может быть настолько сильным, что достигнет уровня атмосферного давления или даже будет ниже, а это создает условия для поступления в систему воздуха из окружающего пространства.

В области повышения давления воздух может, напротив, выталкиваться из системы, иногда наблюдается вскипание теплоносителя. Все это может привести к некорректной работе отопительной техники. Чтобы избежать подобных проблем, следует обеспечить избыточное давление в области всасывания. Для этого можно использовать одно из следующих решений:

• поднять расширительный бак на высоту не менее 80 см от уровня расположения отопительных труб;
• поместить накопитель в наиболее высокой точке системы;
• отключить патрубок накопителя от подачи и перевести его на обратку после насоса;
• установить насос не на обратке, а на подаче.

Поднять расширительный бак на достаточную высоту удается далеко не всегда. Обычно его ставят на чердаке, если там имеется необходимое пространство. Если чердак не отапливается, накопитель придется обязательно утеплить. Довольно сложно переставить бак на самую высокую точку системы с принудительной циркуляцией, если ранее она была создана как естественная. Придется переделать часть трубопровода, чтобы уклон труб был направлен к котлу. В естественных системах уклон обычно делают к котлу.

Расширительный бак, установленный в помещении, не нуждается в дополнительной защите, но если его устанавливают на неотапливаемом чердаке, следует позаботиться о теплоизоляции этого устройства

Смену положения патрубка бачка с подачи на обратку обычно не сложно выполнить. И столь же просто реализовать последний вариант: врезать в систему циркуляционный насос на подающей магистрали за расширительным баком. В такой ситуации рекомендуется выбрать максимально надежную модель насоса, которая длительное время сможет переносить контакт с горячим теплоносителем.

Выводы и полезное видео по теме

С интересной информацией по принудительным системам отопления можно познакомиться в этом видео:

Более подробная информация о расчетах, необходимых при выборе циркуляционного насоса, содержится здесь:

В этом ролике подробно описано устройство и порядок монтажа циркуляционного насоса:

Принудительные системы отопления не так сложны, как может показаться на первый взгляд. Но чтобы реализовать такую задачу, нужно правильно выполнить расчеты и составить грамотный проект. При соблюдении этих условий можно обеспечить свой дом надежным и эффективным отоплением.