Радиаторные системы отопления

Конструкции применяемых сегодня систем радиаторного водяного отопления очень разнообразны. Они отличаются числом магистральных линий (одно- и двухтрубные); схемой прокладки магистрали (тупиковые системы и системы с попутным движением воды в магистралях); расположением стояков (вертикальные и горизонтальные) и местом прокладки подающей магистрали при вертикальной разводке (системы с верхней и нижней разводкой, смешанные системы). Каждое из решений обладает своими достоинствами и недостатками, которые в тех или иных условиях становятся определяющими. В предлагаемом вниманию читателей материале автор постарался собрать и структурировать сведения о схемах систем отопления и способах подключения отопительных приборов. 

Одно- и двухтрубные системы

Однотрубные системы отопления отличаются от двухтрубных тем, что не имеют обратных стояков. При этом вода, отдавшая свое тепло нагревательному прибору, возвращается в стояк, охлаждая общий поток теплоносителя. (Таким образом, мощность приборов по ходу движения теплоносителя должна быть несколько увеличена.)

Возможны две схемы организации однотрубных систем (рис. 1). Первая – проточная, при которой в каждый последующий по ходу движения теплоносителя поступает уже охлажденная в предыдущих приборах жидкость. Недостаток проточных схем – невозможность регулировать работу отдельных приборов: уменьшение подачи теплоносителя в один радиатор означает снижение ее поступления во все остальные радиаторы стояка. Вторая схема предусматривает подачу в прибор лишь части теплоносителя из стояка; остальной поток направляется в обход радиатора через замыкающий участок. В этом случае возможность регулировать расход теплоносителя через отопительный прибор существует и реализуется на практике.

При вертикальной разводке теплоносителя и боковом подключении радиатора замыкающий участок может располагаться по оси стояка или быть смещенным от нее в сторону отопительного прибора. Смещенные замыкающие участки (обычно они выполняются из трубы меньшего диаметра, чем стояк) обеспечивают наилучшее затекание теплоносителя в отопительный прибор. Дополнительное достоинство этого решения состоит в том, что оно компенсирует удлинение стояков при нагревании.

В сравнении с двухтрубными системами отопления однотрубные проще в монтаже, для их реализации требуется меньше труб, поэтому в нашей стране они получили большое распространение в массовом многоэтажном строительстве. Возможность широкого использования монтажных заготовок, однотипность деталей системы значительно ускоряют и удешевляют ее сооружение.

Другое важное достоинство однотрубной системы – более высокая гидравлическая и тепловая устойчивость. Практикуемый отечественными проектировщиками расчет однотрубных систем методом переменных перепадов температур на стояках (фактические расходы теплоносителя рассчитываются по выбранным диаметрам трубопроводов) обеспечивает 100-процентную гидравлическую увязку стояков без использования дорогостоящей арматуры.

Термостатические клапаны, применяемые в однотрубных системах, сконструированы таким образом, чтобы количество теплоносителя, циркулирующего через отопительный прибор, было максимальным. Это достигается соответствующим увеличением отверстия для прохода воды и диаметра плунжера и
позволяет эксплуатировать термостаты в системах с недостаточно качественным теплоносителем (они практически не засоряются).

В российских условиях однотрубные вертикальные системы до сих пор часто оказываются единственным решением, гарантирующим надежную работу отопления.

В то же время за рубежом наибольшее распространение получили двухтрубные системы отопления. Данное решение позволяет напрямую экономить тепло за счет регулирования количества теплоносителя, циркулирующего в системе (в однотрубных системах при работе термостата изменяется только расход воды через отопительный прибор, но не в магистрали). Это важное преимущество двухтрубных схем, обеспечивающее не только более экономичное, но и более комфортное пользование с поддержанием индивидуальных температурных режимов в отдельных помещениях.

Достоинством двухтрубной схемы является также меньшее гидравлическое сопротивление (благодаря этому она, в частности, выбирается для систем с естественной циркуляцией теплоносителя).

Обеспечение термогидравлической устойчивости двухтрубной системы отопления многоквартирного дома – дело довольно сложное и, как правило, требующее применения специальных балансировочных клапанов. Чтобы изменения режимов работы радиатора не отражались на функционировании других отопительных приборов контура, применяют термостаты с очень маленьким (сравнимым с острием булавочной головки) проходным отверстием, способные сдросселировать значительный перепад давления. Такие термостаты легко засоряются. Наличие фильтров-грязевиков, регулярное и качественное обслуживание – обязательные условия нормальной эксплуатации двухтрубной системы. Кроме того, несанкционированное исключение из схемы хотя бы одного термостатического клапана влечет за собой нарушение распределения теплоносителя по всем нагревательным приборам контура.

Отметим также, что эффективность работы той и другой системы зависит от этажности здания, где они будут применяться. Так, специалисты ОАО «Моспроект», имеющие большой опыт проектирования как одно-, так и двухтрубных систем отопления, рекомендуют не применять однотрубные вертикальные системы с термостатами, если число подключенных к стояку отопительных приборов менее 9–10. Это связано с чрезмерным остыванием теплоносителя в определенных режимах эксплуатации. В свою очередь стояки двухтрубных систем (которые могут быть и одноэтажными) рекомендуется ограничивать 17–20 этажами. При уменьшении высоты системы снижаются вертикальные разрегулировки и экономится большее количество тепла.

Тупиковые системы и системы с попутным движением воды

Системы отопления разделяют на тупиковые и с попутным движением воды в магистралях. В первых циркуляционные контуры не равны по длине: чем дальше стояк (а в горизонтальных системах – отопительный прибор) находится от источника тепла, тем длиннее его контур. Трубопроводы системы с попутным движением воды (ее называют также системой Тихельмана) построены таким образом, что контуры всех стояков или приборов имеют одинаковую длину (рис. 2), а значит – одинаковое сопротивление (при равной тепловой нагрузке). Это существенно облегчает балансировку системы. Правда, такое решение связано с расходом большего, чем при тупиковой схеме, количества труб.

Виды и особенности вертикальных систем

 <Система отопления, предусматривающая подключение к общему стояку отопительных приборов, которые расположены в помещениях разных этажей, называется вертикальной. При этом радиаторы, обогревающие одну квартиру, офис или какой-либо другой комплекс помещений, оказываются подключенными к различным стоякам. Это не мешает раздельно управлять микроклиматом в помещениях разных этажей (при наличии радиаторных термостатов), но затрудняет организацию учета потребления тепла каждым пользователем. Сегодня это рассматривается как весьма существенный недостаток вертикальных систем отопления. К другим изъянам можно отнести необходимость прокладки через помещение вертикального теплопровода, а также невозможность реализовать некоторые современные технологии комфортного отопления («теплый пол»). В то же время вертикальные системы продолжают активно использовать в массовом строительстве.

Вертикальные системы бывают с верхним и нижним расположением подводящей магистрали. В случае верхней разводки горячая вода направляется в стояки, а по ним – в отопительные приборы с чердака или технического этажа здания. При нижней разводке – снизу (из подвала).

Однотрубные системы первоначально выполнялись только с верхней разводкой. С появлением в 1960-х гг. в массовой застройке бесчердачных многоэтажных домов отечественными инженерами были предложены и внедрены однотрубные системы с нижним расположением подающей магистрали (рис. 3). П-образные стояки таких систем состоят из восходящей и нисходящей линий. При этом отопительные приборы могут быть подсоединены к обеим из этих линий или к одной из них (нисходящей).

Еще один вид вертикальной однотрубной системы с нижним расположением подающей магистрали – так называемые системы опрокинутой циркуляции воды (обратная магистраль имеет верхнее расположение). В середине 1960-х они были разработаны для зданий высотой от 10 этажей. Для обеспечения устойчивого гидравлического режима в них специально увеличивают сопротивление стояков. Поскольку движение воды в таких системах происходит по направлению снизу вверх, поверхность нагревательных приборов должна быть увеличена.

Двухтрубные вертикальные системы многоэтажных домов чаще проектируют с нижней прокладкой разводящих магистралей. Это позволяет использовать гравитационное давление, возникающее из-за разности температур в подающем и обратном стояках, и система работает более равномерно. Если такое решение невозможно, для подающей линии предусматривают верхнее расположение, а для обратной – нижнее (смешанная система). Двухтрубные схемы с верхним расположением и подающей, и обратной магистралей применять не рекомендуется: шлам из системы будет скапливаться в отопительных приборах нижнего этажа.
Горизонтальная разводка

Горизонтальные системы отопления, в которых подключаемые к стояку отопительные приборы расположены на одном этаже, лишены названных выше недостатков вертикальных систем. В частности, они позволяют организовать поквартирную разводку тепла с установкой квартирного теплосчетчика, комбинированием различных видов теплоснабжения, раздельным регулированием режимов обогрева в разных помещениях и т.д. Применяя современные материалы и технологии монтажа, горизонтальную разводку легче «вписать» в дизайн помещения, не нарушая его.

Так же, как вертикальные, горизонтальные системы отопления бывают одно- и двухтрубными.

Однотрубные горизонтальные системы могут быть проточными, когда подающая однотрубная магистраль последовательно обходит несколько отопительных приборов, находящихся на одном уровне (рис. 4,а). При этом теплоноситель остывает в каждом радиаторе на пути следования и к последним в цепочке отопительным приборам подходит уже значительно охлажденным, что обусловливает необходимость использовать приборы разных размеров. Еще один недостаток данного решения – ограниченные возможности регулирования теплоотдачи каждого отопительного прибора. Достоинства схемы – относительно малые расход труб и затраты на их монтаж. Область преимущественного применения – обогрев больших по площади помещений с общим узлом регулирования.

Довольно популярной в настоящее время является горизонтальная однотрубная схема с замыкающими участками в местах присоединения отопительных приборов. Она предполагает возможность регулировать теплоотдачу каждого радиатора и в то же время представляет собой компактное и экономичное (с точки зрения расхода труб) решение.

В то же время однотрубная разводка обусловливает необходимость в увеличении поверхности отопительных приборов примерно на 20 % и более. Уменьшить поверхность прибора можно за счет увеличения количества затекающей в него воды. Данную схему рекомендуют применять при высоких (90–70 °C) параметрах теплоносителя. Расчетная температура воды, выходящей из последнего прибора, – не ниже 40 °C.

Существует несколько видов горизонтальных двухтрубных систем: тупиковая, попутная, тупиковая с центральной магистралью, коллекторная.

Двухтрубная тупиковая горизонтальная система предусматривает подключение к отопительным приборам двух трубопроводов – прямого и обратного. Диаметры трубопроводов на параллельных участках и типоразмеры фасонных частей совпадают, что упрощает проектирование и монтаж системы. Температура воды на входе в каждый отопительный прибор примерно одинакова. Такая схема находит широкое применение в жилых (многоквартирных и индивидуальных) и общественных зданиях. Ее недостаток состоит в том, что при большой протяженности ветвей весьма затруднена балансировка отдельных отопительных приборов для соблюдения гидравлических условий эксплуатации.

Достоинство двухтрубной горизонтальной системы с попутным движением воды – относительно простая гидравлическая увязка. Но, как уже говорилось, схемы этого типа требуют большего расхода труб, чем тупиковые. Кроме того, их монтаж требует использования отличающихся по типоразмерам труб и фасонных деталей.

Следующий вид двухтрубной горизонтальной системы – тупиковая с центральной распределительной магистралью. От магистрали отходят ответвления к отопительным приборам. Расход труб в этом случае ниже.

И, наконец, горизонтальная система, каждый отопительный прибор которой напрямую присоединен к распределительному коллектору отдельными подающим и обратным трубопроводами (в пределах одного помещения допускают подсоединение «на сцепке» двух отопительных приборов). Эта схема (рис. 4,б) дает возможность использовать при монтаже трубы одного диаметра, легко увязывать отдельные отопительные приборы по давлению и отказаться от применения значительного количества фасонных элементов. Несмотря на большие, чем в других описанных схемах, расход труб и затраты на коллектор (как правило, он размещается в специальном шкафу), коллекторная (ее также называют лучевой) схема приобретает всё большее распространение в зданиях самого разного назначения.

При выполнении горизонтальной радиаторной разводки предпочтение часто отдается скрытой прокладке труб – в специальных плинтусах-коробах или в конструкции пола.

Присоединение трубопроводов к отопительным приборам возможно «из пола», «из плинтуса» и «из стены». На выбор того или иного варианта влияют принятая схема отопления, тип отопительного прибора и схема его обвязки.

К двухтрубным горизонтальным системам можно подключить контуры напольного отопления с использованием ограничителя температуры обратной воды, который настраивается на определенное значение и в случае его превышения перекрывает циркуляцию теплоносителя в контуре. Присоединение контуров напольного отопления к высокотемпературной разводке возможно с помощью смесительного модуля с циркуляционным насосом и смесительным вентилем с температурным датчиком. Такой модуль делает контуры напольного отопления независимыми, с гидравлической точки зрения, от основной системы и не оказывающими влияние на гидравлический режим основной системы.

О подключении приборов

Наиболее распространенный способ подключения к системе отопительного прибора – боковое одностороннее подсоединение (рис. 5,а). В зависимости от конструкции радиатора или конвектора оно может осуществляться с правой, левой или той и другой стороны прибора. Наибольшая теплоотдача достигается при движении теплоносителя сверху вниз (питающая труба присоединена к верхнему патрубку радиатора, а обратная – к нижнему). Обратное подключение вызывает значительное (до 30 % и более) снижение тепловой мощности прибора.

Диагональное подключение (рис. 5,б) обеспечивает равномерное распределение температуры по всей длине радиатора. В этом случае питающая труба должна быть присоединена к верхнему патрубку прибора, а обратная – к нижнему, с другой стороны. (Противоположное подсоединение линий и в этом случае вызывает значительное снижение мощности прибора.) Такой вид подключения рекомендуется для радиаторов большой длины. Потери в теплоотдаче, относительно базового бокового подключения, в данном случае незначительны (порядка 2 %).

Еще один вид разностороннего подключения – нижнее серповидное (рис. 5,в), связанное с потерей теплоотдачи примерно на 10 %, по сравнению с номинальной. Но оно может быть выбрано по архитектурно-планировочным соображениям, например в случае, когда разводка скрыта в полу. Специалисты рекомендуют разностороннее нижнее подсоединение трубопроводов предусматривать при включении радиаторов «на сцепке» (в двухтрубных системах допускается подсоединять «на сцепке» до двух приборов в пределах одного помещения).

Современный рынок предлагает радиаторы, конструкция которых предусматривает компактное (с расстоянием между патрубками 50 мм) боковое и нижнее (в том числе – по центру) подключение к двух- и однотрубным системам отопления (рис. 5,г). Обычно для их подключения к разводящим линиям используется специальная арматура – присоединительные Н-образные узлы, в которые могут встраиваться запорные элементы и терморегулятор, а для однотрубных систем – замыкающий участок.

Кроме того, производители арматуры выпускают гарнитуры или готовые Г-образные элементы, позволяющие осуществить компактное нижнее подключение радиаторов с традиционным боковым расположением патрубков. Эти узлы также включают регулирующий клапан и байпас (для однотрубных систем).

Статья напечатана в журнале «Аква-Терм № 4» (50) 2009

18 апреля 2014 г.