Системы отопления: однотрубные и двухтрубные, горизонтальные, автоматизированный узел управления

Систему отопления можно сравнить с кровеносной системой человека. Даже «болезни» у них схожи — те же проблемы с давлением, тромбы, разрывы артерий, образование шлаков. Так же барахлят сердечные клапаны — насосы. И, как людям, системам отопления требуется забота, а иногда и «лечение». Давайте рассмотрим некоторые характеристики, которые полезно знать даже неспециалисту.

ОДНОТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Бывают системы однотрубные и двухтрубные. В первых вода последовательно проходит через все батареи по стояку. И постепенно остывает. Чтобы это компенсировать, на последних по ходу воды этажах ставят отопительные приборы с большей поверхностью теплоотдачи. Следовательно, если в доме используется однотрубная система, то при самостоятельной замене радиатора или конвектора нужно учитывать потребности не только вашей квартиры, но и «соседей по стояку». Установленный «с запасом» отопительный прибор отнимет у них часть тепла.

Также следует с осторожностью устанавливать в однотрубной системе отключающие краны и регуляторы (если их не было изначально). Бывает, что прибор подключён напрямую, когда вся вода проходит через него, а бывает — с замыкающим участком, смещённым относительно стояка или осевым.

Поэтому, если хотите регулировать поступление воды в свой прибор, всю арматуру устанавливайте непосредственно на подводке, оставив замыкающий участок в неприкосновенности — по нему теплоноситель пойдёт дальше.

В России в большинстве многоквартирных домов, типовых и индивидуальных, построенных за последние тридцать лет, применены однотрубные системы. Связано это с экономией металла, простотой расчёта при проектировании и относительно несложной наладкой при первом запуске.

ДВУХТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Но настоящая «царица» среди систем отопления — двухтрубная. Все дома постройки ранее восьмидесятых годов именно с такой системой. И в новые здания — торговые, офисные центры, малоэтажные жилые дома — она тоже постепенно возвращается. В ней по одной трубе течёт горячая подающая вода, которая входит в верхнюю часть отопительного прибора, а по другой — остывшая обратная, выходящая из нижних пробок радиаторов. Благодаря такому разделению нет нужды увеличивать размеры батарей, они прогреваются одинаково. В двухтрубной системе также нельзя произвольно устанавливать отключающую арматуру на общем стояке. Но зато более мощный отопительный прибор не ухудшит положение следующего за ним. Двухтрубная система больше других находится в согласии с законами физики, поэтому все системы с естественной циркуляцией, без насосов — именно двухтрубные. Конечно, сейчас и в коттеджах принято делать насосное побуждение, но большинство частных домов старой постройки с водяным отоплением оснащены двухтрубной системой, которая незаметно и надёжно служит многие годы, не требуя электричества и не нуждаясь ни в какой автоматизации.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

В последнее время получают всё большее распространение горизонтальные системы — так называемые лучевые или коллекторные. В них на виду только отопительные приборы, а трубная разводка скрыта в полу. Подводка к каждому прибору идёт от общего коллектора по кратчайшему расстоянию — «по лучу». Используется эта схема и в жилье (поквартирные системы), и в общественных зданиях. Эстетичность — одно из основных достоинств горизонтальной системы. Проектирование сводится к расстановке на плане батарей и нанесению соединительных линий от отопительных приборов к коллекторным шкафам. Монтаж не более трудоёмок, чем устройство электропроводки.

Такие системы оправданы в домах со сложной планировкой, когда окна на разных этажах расположены так, что для них нельзя провести прямых стояков. Или когда нужно установить теплосчётчики на каждую квартиру.

Слабым местом коллекторных систем является множество мест подключения отдельных труб в коллекторном шкафу. Соединения уязвимы для протечек. Для лучевой разводки требуется в два раза больше труб, чем для классической вертикальной системы отопления. Чтобы вода не застаивалась в горизонтальных участках, сечения труб выбирают небольшими, но с увеличенной скоростью теплоносителя. Из-за этого повышается гидравлическое сопротивление. Ещё одна причина, почему вода в коллекторной системе должна перемещаться с большой скоростью, — завоздушивание. В такой системе много тупиков, в них при заполнении собираются мельчайшие пузырьки воздуха и объединяются в большую воздушную пробку. В вертикальных системах всё проще — в верхних точках магистрали устанавливаются специальные воздухосборники — участки труб большого диаметра, откуда воздух спускается по мере накопления автоматическими воздухоотводчиками или вручную при сезонном пуске системы. При коллекторной схеме верхней точкой служат сами отопительные приборы, задача которых вовсе не накапливать воздух, а отдавать тепло. Поэтому воздух не сразу находит выход, и система постепенно остывает. Сколько отопительных приборов — столько нужно и воздушных кранов.

Чем быстрее циркулирует теплоноситель, тем легче уходит из него кислород. Это называется скоростным воздухо-
удалением. Однако чем больше скорость, тем выше шум. Незаметный днём, ночью он может стать раздражающим фактором. Кроме того, в коллекторных шкафах устанавливают регуляторы, датчики температуры и давления. Всё это оборудование заужает и без того небольшое сечение подводящих труб. Поэтому коллекторные системы требуют установки мощных циркуляционных насосов. Отключился насос — и система встала, дом замерзает. Естественной циркуляции в горизонтальных системах нет.

Таким образом, выбор системы неотделим от планировки, назначения помещений и условий эксплуатации.

Регулирующие краны отопительных приборов Слева — автоматический термостат. Его достоинством является возможность поддерживать в помещении постоянную температуру воздуха, при этом экономя тепловую энергию. Автоматический термостат имеет двойную систему настройки — монтажную и потребительскую. Однако тонкое «игольчатое» регулировочное отверстие требует большого напора и высокой чистоты воды. Справа — ручной трёхходовой кран. Он не нуждается в особой водоподготовке, но пропускает через себя всегда постоянный объём воды независимо от колебаний окружающей температуры. Если шток регулярно не крутить (как говорят — «не делать променад»), то со временем кран прочно «закипает» солями жёсткости.

ВОДЯНЫЕ ТЁПЛЫЕ ПОЛЫ

Если в доме, кроме основной системы отопления, необходимо смонтировать ещё и тёплые полы, то при наличии достаточной мощности и технической возможности подключения можно сделать их на воде. Однако в многоквартирных домах это выполнимо только в начальной стадии — при проектировании и постройке дома. Потому что требуется дополнительный отпуск тепла, всяческие разрешения и согласования. В частных коттеджах тёплые полы можно сделать на воде, но только при создании отдельного замкнутого контура со своим теплообменником, рассчитанным на подачу воды с температурой 40  °С и со своими циркуляционными насосами.

ЧИЛЛЕРЫ, ФАНКОЙЛЫ И ДРУГАЯ ЭКЗОТИКА

Вода в тёплое время года в наших системах отопления, как правило, есть, а циркуляции нет, потому что насосы в бойлерных отключены. На улице жара, а батареи холодные и даже как будто сочатся влагой. А что будет, если бесплатный холод летних батарей использовать для кондиционирования воздуха? Тот, кто ответил на этот вопрос, и придумал фанкойлы. Если в общих чертах, то это — батарея с вентилятором. Летом по ней циркулирует холодная вода, она поглощает часть избыточного тепла помещений. После чего особая установка — чиллер — снова охлаждает воду, обычно до семи градусов Цельсия. Чиллер — холодильная машина, одна на всю систему. Устанавливается обычно в подвале. Работает чиллер по принципу бытового кондиционера. Да он и является таковым, только охлаждает не напрямую воздух, а воду в фанкойлах.

Главное достоинство чиллеров — в реверсивном действии. Это означает, что происходит полезная утилизация тепла, которое при других условиях просто потерялось бы.

Осенью и весной чиллеры подогревают воду и способны обеспечивать дом теплом до первых заморозков. В странах с тёплым климатом чиллер-фанкойловая система часто становится единственным круглогодичным источником тепла. В умеренно-континентальном климате средней полосы России возможно использование комбинированных систем. Летом фанкойлы охлаждают воздух, а с наступлением холодов их переключают с чиллера на отопительный котёл или городскую теплосеть.

Фанкойл — сложная конструкция, совмещающая в себе отопительный конвектор и воздушный кондиционер. Он имеет пульт управления автоматикой, позволяющей регулировать и настраивать каждый прибор в отдельности и систему фанкойлов в целом.

Устройство чиллер-фанкойловой системы стоит достаточно дорого. Но если постоянная выгода от экономии тепла окупит разовые затраты на монтаж, то стоит задуматься и о таком варианте.

ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

Родоначальником воздушного отопления в России считается архитектор Николай Александрович Львов. Ещё в 1795 году он выпустил книгу с витиеватым названием «Русская пиростатика, или Употребление испытанных уже воздушных печей и каминов, посредством коих: 1‑е. Нагревается комната наружным воздухом. 2‑е. Соблюдаются дрова. 3‑е. Переменяется в покоях вредный воздух на свежий, но тёплый. 4‑е. Отвращается дым и, наконец, 5‑е. Доставляются разные удобности, к удовольствию жизни и здоровью служащие».

Идеи Львова развил Николай Амосов. Его огневоздушные печи впервые заработали в Зимнем дворце в 1835 году, а затем получили распространение в Европе под названием «русская система отопления». Уличный воздух нагревался в печи и по кирпичным жаровым каналам поднимался в помещения для обогрева. Одна печь заменяла до тридцати каминов.

Это в прошлом. Современное воздушное отопление — полноценная климат-система, обеспечивающая здание свежим воздухом, нагретым до комфортной температуры и очищенным от пыли. При необходимости поддерживается заданная влажность воздуха — это уже функция кондиционирования, недоступная водяной системе, которая пересушивает воздух.

Оборудование системы воздушного отопления достаточно громоздко. Нужно разместить приточную установку с вентилятором, воздушным фильтром и калорифером. Нужна и вытяжная установка, так как должен поддерживаться баланс подаваемого и удаляемого воздуха. А также требуется изыскать место и проложить по всем помещениям и этажам сложную систему приточных и вытяжных воздуховодов.

РАДИАТОРЫ, КОНВЕКТОРЫ…

Потребительские качества отопительных приборов сводятся к двум позициям — эстетичный внешний вид и наилучшая теплоотдача. И, надо сказать, не всегда одно сопутствует другому. Россия — родина чугунных батарей. Впервые они появились в Петербурге в 1855 году. (Кстати, в организации, где работает автор этой статьи, до сих пор несут службу радиаторы, которым больше ста лет.) Чугун устойчив к коррозии, и, даже если летом коммунальные службы сливают воду из системы, толстые стенки радиаторов всё равно обеспечивают многолетнюю безаварийную работу.

По способу теплоотдачи отопительные приборы делятся на две большие группы. Старый добрый радиатор потому так и называется, что отдаёт две трети тепла излучением — радиацией. Струящиеся потоки тепла позволяют устанавливать батарею в любом месте — в кладовке, в коридоре на стене, в подоконной нише и за декоративным экраном. Везде от неё будет тепло.

Конвектор требует более жёстких правил установки. Теплоту с него как бы сдувают потоки воздуха от окна. Поэтому его и устанавливать можно только открыто, только под нешироким подоконником и в коем случае не загораживать.

Радиаторы лучше прогревают нижнюю зону помещений, а при передаче тепла за счёт конвекции нагретый воздух поднимается вверх. Поэтому внутри конвектора вода должна перемещаться с хорошей скоростью, чтобы обеспечить нужную теплоотдачу. Зато особым свойством радиатора является высокая тепловая инерция. Он медленно и долго отдаёт тепло в помещение. Для него не столь важна скорость воды, главное, что внутри её много, поэтому остывает она медленно. В системах с естественной циркуляцией радиаторы незаменимы, а при искусственном побуждении позволяют экономить мощность насосов.

В конвекторе вода проходит по двум трубам, через стенки которых тепло передаётся внешнему оребрению. Чем лучше контакт ребристой и трубной частей конвектора, тем больше теплопередача. От качества изготовления конвектора напрямую зависит, насколько будет тепло в доме, где он установлен.

Чем меньше взаимное облучение между отдельными частями прибора, тем он совершеннее в теплотехническом отношении. То есть выигрывают гладкие отопительные приборы или с малыми выступами поверхностей.

Есть и «гибридные» формы — это биметаллические радиаторы. Их собирают из алюминиевых секций с развитым оребрением. Внутри каждой секции находятся стальные трубки диаметром порядка десяти–двенадцати миллиметров, по которым проходит вода. Такие приборы эстетичны, гигиеничны, покрыты устойчивой порошковой краской, выдерживают давление до сорока атмосфер. Но надо помнить, что фактически это не радиаторы, а те же конвекторы. Если ёмкость секции чугунного радиатора примерно пять литров, то внутри секции биметаллического прибора — двести граммов воды. Биметаллический радиатор можно устанавливать в системах с хорошим давлением. При естественной циркуляции он работать не будет — верхняя часть ненадолго прогреется, а потом навсегда остынет.

Мощность отопительного прибора, необходимая для конкретного помещения, складывается из многих факторов. Площадь наружных стен, первый или последний этаж, деревянные или пластиковые оконные рамы, высота потолка, назначение помещения — всё играет свою роль. Подбор отопительной техники лучше доверить специалистам.

Согласно нормам, отопительные приборы нужно устанавливать точно по центру окна. Если это радиатор, то его длина должна быть не менее семидесяти процентов от длины подоконника. От низа батареи до пола должно быть не меньше девяти сантиметров, до стены — четырёх, до подоконника — тринадцати. Только в этом случае воздух будет правильно «омывать» батарею. Сколько в комнате окон — столько должно быть и отопительных приборов.

Часто радиатор закрывают декоративным экраном. Но при этом сразу на треть снижается его теплоотдача.

СТАЛЬ И ПЛАСТИК. СТАЛЬ ИЛИ ПЛАСТИК?

На потребительском рынке, предлагающем материалы для отопления, стальные трубы быстро вытесняются пластиковыми и металлопластиковыми. Хорошо это или плохо? Ещё десять–пятнадцать лет назад в принципе не существовало пластика, способного выдерживать температуру воды девяносто градусов, необходимую для отопления. Потом такие трубы появились, но есть в них одна «закавыка», о которой всегда надо помнить. Чем выше температура воды, тем меньшее давление выдерживает труба и тем короче срок её службы.

Существуют разные виды пластиковых труб — гибкие из поперечно-сшитого полиэтилена, жёсткие полипропиленовые, неармированные либо армированные стекловолокном или алюминиевой фольгой. Если лет пять назад был выбор между металлопластиковыми трубами и полипропиленовыми, то сейчас конкурирует металлопласт и поперечно-сшитый полиэтилен. Пример последнего — известная марка «Рехау». При монтаже гибких полиэтиленовых труб гораздо меньше возможностей допустить ошибку, технология выверена, а стоимость оборудования для обжима латунных фитингов такова, что им пользуются только профессионалы. Трубы из полиэтилена выдерживают расчётное давление до 24 атмосфер. Однако сшитый полиэтилен не применяется для изготовления труб большого диаметра, необходимого для стояков и магистралей. Связано это с тем, что технология сшивки полиэтилена предусматривает воздействие на уже готовую трубу специальным излучением. Поэтому гибкие трубы применяют на подводках к отопительным приборам и в системах водяных тёплых полов.

Внутренний диаметр латунных фитингов практически равен наружному диаметру соединяемых гибких труб, что благотворно влияет на гидравлику системы отопления, не создаёт лишних сопротивлений.

В долговечности, прочности пластик и металлопласт проигрывают стальным трубам. Выигрывают в низкой шероховатости внутренней поверхности — на стенках пластиковых труб остаётся меньше минеральных отложений. В холодном водоснабжении пластиковые трубы незаменимы — они не подвержены коррозии, имеют небольшой вес, что удобно при транспортировке. В отоплении — с большими оговорками. Почему же пластик всё больше захватывает рынок? Напрямую к техническим характеристикам это не относится. Причина популярности пластиковых труб — в необычайной лёгкости монтажа. Не требуется ни квалификации, ни большого опыта, чтобы отрезать «ножницами» и сварить «утюжком» трубопровод любой конфигурации. И вот тут таится главный подвох. При небрежном отношении к качеству сварки внутри соединяемых элементов остаются «заусенцы». Постепенно на них оседает шлам — накипь солей жёсткости. Проходное сечение сужается, замедляется циркуляция, и система намного хуже греет.

Стальные трубы по гарантии служат двадцать лет, по жизни — намного больше. Со временем металл расслаивается и в местах соединения становится «неремонтопригоден». Но если стальную трубу не трогать, она прослужит полвека и больше. Всё зависит от качества подготовки воды. Враг стальных труб — не вода, а кислород, в ней растворённый. Зимой вода выкипает, систему приходится подпитывать. На крупных котельных и ТЭЦ есть установки обескислороживания воды. Летом нежелательно сливать воду из отопления — влага и воздух быстро разрушат уязвимые места.

Основное практическое отличие любого типа пластиковых труб от стальных заключается в коэффициенте температурного расширения. Вроде бы сугубо технический термин, а в нём всё.

Чем выше температура воды, тем мягче, податливее становится пластик. Но в сильные морозы высокой температуре воды всегда сопутствует высокое давление. Есть прямая зависимость между температурой воды и сроком службы, и есть прямая опасность разрыва трубы, нагретой изнутри при высоком давлении. Поэтому нужно взвесить все «за» и «против» перед тем, как решиться использовать в системе отопления пластиковые трубы.

В европейской части России морозы, при которых температура воды в трубах достигает максимальных значений (девяносто–девяносто пять градусов Цельсия), стоят, как правило, недолго. За Уралом, в Сибири сильные холода могут держаться несколько месяцев подряд. Чем дольше через трубу будет идти вода с высокой температурой, тем быстрее её разрушат внутренние напряжения. Если даже влияние солнечного света признаётся для пластиковых труб вредным, то что говорить о бурлящем в трубах «кипятке».

Когда прочность трубы падает, появляются «волдыри» — это постепенно расслаивается материал трубы. Становится заметен продольный шов. И труба, которая выдерживает огромное давление холодной воды, служа при этом обещанные производителем двадцать лет, рвётся.

Металлопластиковые трубы надёжнее, чем изготовленные из одного полипропилена. Если посмотреть на разрез такой трубы, увидим внутри цветной ободок. Это либо несколько слоёв алюминиевой фольги, либо стекловолокно. Армированный металлопласт уже не расширяется, но напряжения при этом загоняются вглубь и со временем приводят к расслаиванию стенок.

В Западной Европе пластик занимает всего десять процентов рынка трубопроводов, при том, что там он дешевле металла. У нас наоборот — дорогой пластик применяется всё шире.

Пластиковые батареи пока делать не научились, поэтому соединения отопительных приборов с пластиковыми трубами остаются одним из самых слабых мест системы. Из-за разного коэффициента температурного расширения сталь и пластик по-разному деформируются при скачках температуры. Это приводит к температурной нестабильности мест соединения — там, где стоят известные всем «американки», то есть фитинги, соединяющие сталь и пластик. Температура воды падает — и пластик сжимается намного больше, чем металл соединительной детали. Резьба сразу ослабевает, в зазор течёт вода — трубы «плачут». Не проблема подтянуть гайку, но это накладывает ограничения на место расположения соединений — они все должны быть под контролем, доступны для осмотра и ремонта. Фитинги часто продаются с резиновыми кольцевыми манжетами в качестве уплотнителя. Здесь надо помнить, что под воздействием воды резина постепенно «каменеет» и через пять-шесть лет теряет эластичность. Поэтому не всё, что практично, оказывается технологичным. Лучше подстраховаться и использовать дополнительные уплотнения. Сейчас на выбор — ФУМ-лента, нити из синтетического волокна, анаэробные гели… Но до сих пор не придумано лучшего герметика, чем баночка краски и льняная прядь.

В индивидуальных домах с газовым или твердотопливным котлом необходимо следить, вручную или с помощью автоматики, чтобы система с пластиковыми трубами не закипела. Перегревшиеся трубы не разрываются, но при высокой температуре плавятся вокруг фитингов из металла и принимают новую форму — форму обжима. А когда температура воды в системе падает, пластик сжимается, появляется течь, причём одновременно во всех местах соединения с металлом. То есть система практически выходит из строя.

Из-за большого температурного удлинения пластиковые трубы нельзя прокладывать скрыто в штрабах без специальных демпфирующих оплёток, а гибкие трубы — без петель-компенсаторов.

Конечно, из-за того, что пластиковые трубы не так быстро забиваются минеральными осадками, диаметры их могут быть уменьшены в сравнении с трубами стальными. С другой стороны, экономия эта разовая, при строительстве. Если в системе отопления из стальных труб замкнутый контур, то есть однажды залитая вода не сливается на лето, а воздух из неё давно ушёл при циркуляции, то такая система может, не корродируя, прослужить десятки лет.

Для отопления следует выбирать пластиковые трубы, рассчитанные не менее чем на шестнадцать атмосфер — с маркировкой PN16, а ещё лучше PN20. Трубы PN10 применяются только для холодного водоснабжения.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ УЗЕЛ НА ВВОДЕ — КОМУ ОН НУЖЕН?

При капитальном ремонте многоквартирного дома в первую очередь утепляется фасад. Чтобы меньше платить за тепло, нужно заменить и систему отопления, снабдив батареи автоматическими регуляторами. Тогда потребление тепла станет меняться в зависимости от температуры воздуха за окном. Но, увы, по стоякам и магистралям при этом будет прокачиваться прежний, завышенный объём тепла. Именно его покажет счётчик, установленный на вводе, и за это количество калорий придётся заплатить жильцам.

Есть другой неприятный момент. Те самые автоматические регуляторы — термостаты, предназначенные для энергосбережения, — внутри имеют тонкое «игольчатое» отверстие. Чтобы прогнать через них воду, бывает недостаточно давления насосов, стоящих в городской бойлерной.

Как же быть? До сегодняшнего дня на вводе в здание устанавливался смесительный элеваторный узел. Принцип его действия прост, как у садового распылителя — создаём разрежение на подаче, за счёт чего жидкость поднимается из резервуара (в нашем случае из обратной трубы отопления) и, смешиваясь с подающей водой, «выстреливает» из сопла в систему. Это устройство, изобретённое в конце девятнадцатого века русским инженером В. М. Чаплиным, оправдывало себя в старых системах отопления, когда не было задачи энергосбережения. Но в системах с термостатами элеватор не способен преодолеть их сопротивления. Кроме того, при температуре наружного воздуха близкой к нулю происходит перегрев стояков отопления, при сильных морозах они недогреваются. Не пуская излишки тепла в батареи, термостат возвращает их в тепловую сеть, а это чревато завышением температуры обратной трубы. Поставщик тепла платит штрафы, которые возвращаются жильцам в виде повышенных тарифов…

И теперь вместо элеваторного узла в подвале дома устанавливают то, что способно связать воедино и помирить большую городскую и маленькую домашнюю теплосети. Это автоматизированный узел управления, сокращённо АУУ.

В его составе два бесшумных насоса. Они включаются попеременно, обеспечивая циркуляцию в системе отопления на уровне, необходимом для работы термостатов. В случае аварии одного из насосов второй способен работать всё время, необходимое для замены. Правда, ломаются современные насосы крайне неохотно.

Автоматика контролирует температуру подающей и обратной воды, предотвращая перетоп и переохлаждение здания. Фильтры грубой и тонкой очистки продлевают срок службы труб, отопительных приборов и тех же термостатов.

Кроме зрительного контроля температуры и давления на самом АУУ, существует возможность подключения узла к общей диспетчерской системе для удалённого слежения за режимом его работы, включая передачу аварийных сигналов.

Это задачи, которые решает АУУ. Но исполнение самого блока не менее важно. По сути, АУУ — индивидуальный тепловой пункт, приспособленный для монтажа и безотказной работы в тесноте подвала. К примеру, блок для одноподъездной двенадцатиэтажной башни занимает площадь всего три метра на пятьдесят сантиметров при высоте менее полутора метров.

При утеплении фасадов, когда уменьшается тепловая нагрузка здания, АУУ позволяет без дополнительных затрат отладить работу системы отопления. А при замене самой системы узел просто перенастраивается на новый режим работы.

Какая полезная штука, скажете вы. И почему в нашем доме до сих пор такого нет? Задайте этот вопрос управляющей компании.

Статья опубликована в весеннем выпуске журнала «Все для стройки и ремонта» серии «Потребитель» ВЕСНА 2014
Апрель 2014