Как устроена система отопления открытого типа

О чем следует помнить?

При естественной циркуляции теплоносителя располагать теплообменник над печью следует на расстоянии 1,5 – 2,5 м. Из-за постоянного изменения геометрических параметров, трубы к стене нельзя крепить достаточно плотно. Стоит обязательно предусмотреть небольшой зазор.

https://youtube.com/watch?v=d0idwQchW3s

Важно помнить, что если печь используется не только для обогрева дома, но и для нагрева воды, на теплообменник должно уходить максимум 10 % от общего количества выработанного тепла. При использовании для отопления конструкции с расширительным баком, объем последнего следует выбирать таким образом, чтобы находящаяся в нем вода смогла нагреться до требуемой температуры за два часа

Если дом не предназначен для постоянно проживания, а используется лишь время от времени, то от водяного отопления лучше отказаться. Желательно вместо воды заливать специальный антифриз, если планируется протапливание печи с теплообменником в холодное время года. Это позволит избежать разрыва труб. Помните, что добавление теплоносителя при полном нагреве печи недопустимо.

Печь считается традиционной конструкцией для обогревания зданий. Но если она установлена в большом доме с несколькими этажами, то ее мощности может быть недостаточно для равномерного прогревания всех комнат. Выходом здесь может быть змеевик для печи, который еще называют теплообменник.

Его подключают к прибору обогрева, затем он проводится по каждому помещению и тем самым обеспечивается идеальное и одинаковое прогревание всего строения.

Как установить теплообменник «труба в трубе» на дымоход

Чисто конструктивно теплообменник этого типа представляет собой бак, в котором установлена труба диаметром чуть больше . К примеру, если размер последнего 115 мм, то трубный участок должен быть в сечении 120 мм. То есть дымоход должен свободной пройти сквозь теплообменный аппарат.

Можно подойти к решению монтажа теплообменника с другой стороны. То есть диаметры двух трубных элементов выбираются одного сечения. Но соединяться они должны раструбным способом, как все элементы дымоходной системы. Это когда у участка трубного элемента один конец имеет стандартный диаметр, а второй немного расширен.

Трубы из нержавейки с раструбами на концах

То есть получается, что труба, формирующая сквозной проход через водяной бак, становится после сборки частью дымохода. Этот вариант более эффективный в плане передачи тепловой энергии от угарных газов воде, потому что в конструкции теплообменника нет воздушной прослойки, как в первом случае.

Что касается размеров и формы бака, то первые – это диаметр, который должен быть больше диаметра дымоходной конструкции в 1,5-2,0 раза. Длина в этом плане зависит от потребности в воде. Но она ограничена длиною дымохода. Форма бака может быть разной. Но чаще используют цилиндрическую или в виде прямого параллелепипеда. Хотя встречаются и очень необычные формы.

Необычная форма водяного бака теплообменника

Отметим, что баки для воды, устанавливаемые на дымоходы, сегодня продаются в готовом виде, но их несложно сделать своими руками. Для этого надо иметь навыки работы со сварочным аппаратом и некоторыми видами слесарных инструментов. Проще – приобрести готовое изделие определенного объема, в котором уже вмонтирована труба под дымоход требуемого сечения. Здесь же установлены патрубки (штуцера) под подачу и выход воды.

Сборка всей конструкции основывается на создании герметичных соединений. Поэтому стыки обязательно промазываются жаропрочными герметиками.

После установки теплоносителя остается только подключить его через вентиль к водопроводной сети, а с другой стороны к накопительному баку или крану (смесителю). Соединения проводят гибкими вставками или трубами соответствующего диаметра.

Теплообменник «труба в трубе» в полной сборке

Основные требования к конструкции самодельного отопителя

В классическом виде нагревательный агрегат, от которого будет работать домашнее отопление, состоит из следующих элементов:

• топочная камера (бункер) для сжигания дров, угля, топливных брикетов;
• колосники, через которые осуществляется подача в камеру сгорания воздушной массы;
• теплообменник трубчатого типа или накопительная емкость для котловой воды;
• дымовая труба для вывода наружу продуктов горения топлива;
• регулятор тяги.

Важное требование, которое придется учитывать ещё на стадии проектировании котла, это размеры топочной камеры. Топка автономного твердотопливного котла должна быть просторной, вместительной

Конструкция камеры сгорания рассчитывается таким образом, чтобы помещенное в нее топливо сгорало полностью без дополнительного перемешивания. Кирпичные котлы в этом плане предпочтительнее, так как кирпич имеет меньшую теплопроводность, что обеспечивает в керамической топке более высокую температуру горения, чем в металлическом агрегате.

Топочная камера должна быть устроена таким образом, чтобы максимально концентрировать тепловую энергию на нагреве теплообменника.

Топка из стали котла на твёрдом топливе

Следующим, не менее важным аспектом при конструировании нагревательного оборудования, является теплообменник твердотопливного котла. От конструкции этого элемента, качества материала и исполнения зависит КПД котельного оборудования. Название теплообменника определяется материалом его изготовления — чугунный или стальной. Теплообменные змеевики этих агрегатов — трубчатые конструкции с вертикальным или горизонтальным расположением труб в обиходе часто называют водяными рубашками.

Чугунные теплообменники рассматривать не будем, так как это литая конструкция, изготовление которой в домашних условиях невозможно. Однако можно использовать готовые узлы из чугуна, снятые со старых агрегатов, демонтированных в силу каких-то причин. Такая замена распространена, когда выполняется модернизация твердотопливного котла или его ремонт.

Для изготовления стального теплообменника используют толстостенные трубы. Нужную конфигурацию трубе придают её гибкой под нагревом либо использованием отводов или полуотводов соответствующего диаметра, соединяемых с фрагментами змеевика электросваркой.

Схема установки змеевика для твердотопливного агрегата традиционного типа даст полное представление о том, как должен выглядеть теплообменник и в каком положении лучше его установить.

Эскиз одного из вариантов расположения трубного теплообменника в корпусе: виды сбоку

Показатели качества

Показатели качества служат для оценки эксплуатационных достоинств агрегата, главные из них: технический уровень, надежность и долговечность, конструктивно-эстетическая и эргономическая характеристики агрегата.

А. Технический уровень.

Различают абсолютный, относительный и перспективный технические уровни.

Абсолютный технический уровень изделия характеризуется его эксплуатационными показателями. Число их должно быть минимальным. Во избежание множественности и нечеткости в оценке абсолютного уровня необходимо ограничиваться только важнейшими из них — производительностью, к. п. д., непрерывностью процесса, степенью автоматизации.

Относительный технический уровень характеризует степень совершенства изделия при сопоставлении (по соответствующим показателям) абсолютного технического уровня его с уровнем лучших современных мировых — отечественных и зарубежных — образцов и моделей аналогичного назначения.

Перспективный технический уровень определяет намечаемые и планируемые тенденции в развитии данной отрасли в виде совокупности ее перспективных показателей.

Б. Долговечность и надежность.

Эти показатели являются наиболее важными из показателей качества.

Долговечность — свойство агрегата сохранять работоспособность с возможно меньшими перерывами для технического обслуживания и ремонтов до разрушения или до другого предельного состояния. Основными количественными показателями долговечности являются технический ресурс и срок службы.

Технический ресурс — суммарная наработка агрегата за период эксплуатации.

Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации агрегата до разрушения или до другого предельного состояния (например, до первого капитального ремонта). Срок службы лимитируется физическим и моральным износом агрегата.

Надежность — свойство агрегата, определяемое безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью агрегата. Количественные показатели надежности: наработка, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности.

Наработка — продолжительность или объем работы агрегата, измеряемые числом циклов, количеством изготовленной продукции или другими единицами.

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что при определенных режимах и условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности работы не возникает отказа. Коэффициент готовности — отношение наработки агрегата в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и времени, затраченного на отыскание и устранение отказов в тот же период эксплуатации.

В. Эргономика и техническая эстетика.

Создание современных теплообменных аппаратов, отвечающих лучшим образцам и мировым стандартам по качеству, удобству обслуживания и внешнему виду. Проектирование промышленного теплообменного аппарата должно базироваться на технических условиях и наряду с этим — на требованиях, выдвигаемых новыми научными дисциплинами — эргономикой и технической эстетикой.

Эргономика — научная дисциплина, изучающая функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью создания для него совершенных орудий и оптимальных условий труда. Техническая эстетика — научная дисциплина, предметом которой является область деятельности художника-конструктора. Целью художественного конструирования является (в тесной связи с техническим конструированием) создание промышленных объектов, наиболее полно удовлетворяющих запросам обслуживающего персонала, максимально соответствующих условиям эксплуатации, имеющих высокие эстетические качества, гармонирующих с окружающей средой и обстановкой.

Красивый внешний вид соответствует, как правило, рациональной и экономичной конструкции. Внешний вид изделия в большой мере зависит от его окраски. Цвет — важнейший фактор, не только определяющий эстетический уровень производства, но и влияющий па утомляемость работника, производительность труда и качество продукции.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.

Строительство каминов с водяным контуром

Все работы можно разделить на два этапа:

• Возведение корпуса источника тепла, то есть самого камина;
• Монтаж теплообменника.

Строительство корпуса камина

Возведение корпуса камина следует начать с поиска парадной схемы кладки. При выборе материалов отдайте предпочтение тем, которые позволяют возвести камин с водяной рубашкой. Для обеспечения герметичности применяются обычно стальные листы.

Возведение камина начинается с монтажа фундамента. Для его заливки потребуется:

• Доски для монтажа опалубки;
• Рубероид;
• Щебень;
• Песок;
• Цемент.

Размер основания должен быть несколько больше габаритов будущего камина. Для обеспечения гидроизоляции готового фундамента на него укладывается рубероид. После этого можно приступать к кладке. Для строительства корпуса применяется огнеупорный кирпич, топка собирается из жаростойкого шамотного сорта. Специальная глиняная смесь используется в роли раствора. Изготавливать ее самостоятельно не рекомендуется. Специалисты используют готовые дозированные составы.

Собирать кладку следует из горизонтальных основных рядов

На этом этапе важно следить за точным позиционированием в горизонтальной плоскости. После этого собирается зольник, далее мастера выкладывают топку камина

Финальная часть укладки значительно отличается от строительства классического камина. На этом этапе требуется укладка теплообменника.

Организация теплообменника

Простейший тип теплообменника — небольшой бак с двумя фланцами для подключения труб. Через первую трубу поступает холодная вода, через вторую отводится подогретая. В связи с вредным воздействием открытого пламени, перепада температур, негативного воздействия продуктов горения прослужит недолго. В качестве материала для теплообменника должна использоваться листовая сталь толщиной не менее 4 мм.

Точные размеры резервуара определяются конструкцией камина. Для повышения эффективности рекомендуется использовать теплообменники в виде змеевика. Такие конструкции состоят из секций и регистров, собраны в виде лабиринта.

После изготовления теплообменника он встраивается в тело камина. После этого формируются специальные подставки, на которые резервуар будет опираться. Монтаж производится таким образом, чтобы сгоны теплообменника были вне камина. Это позволяет обеспечить возможность ремонта в случае поломки.

После монтажа теплообменника завершается сборка топливной камеры камина. Она перекрывается кладкой с обязательной организацией дымового отверстия. В заключении возводятся дымоход.

После того как кладка полностью высохнет, на это потребуется не менее 10 дней, система впервые может быть наполнена водой. При первичном запуске необходимо проверить на отсутствие течей. В открытой системе течи приводят к снижению объема воды, в закрытой же они станут причиной отсутствия циркуляции.

Если камин будет использоваться в качестве резервного источника тепла, должна быть предусмотрена система включения и отключения контуров от него. Использование перепускного клапана позволяют прекратить подачу воды.

Немного о системах отопления

Для того чтобы доставить тепло в каждую комнату дома требуется наличие магистрали, по которой будет циркулировать вода. В качестве такой магистрали используют пластиковые или металлические трубы. Вода отдает тепло в специальных радиаторах, устанавливаемых в нижней части комнат. Остывшая вода возвращается к источнику тепла.

По способу организации системы отопления разделяют на открытые и закрытые.

• Открытые системы. В открытой системе вода циркулирует за счет наклона труб. Она поступает в верхнюю точку, благодаря конвекции, а дальше без постороннего вмешательства обходит все комнаты, постепенно понижая уровень. Возвращается в котел по трубе, которая называется обраткой. Возможность расширения при увеличении температуры обеспечивается наличием расширительной емкости, установленной в чердачном помещении. Оно скрыто от взора и занимает максимально верхнее положение. При нагревании объем воды увеличивается, и она вытесняется в расширитель. После остывания происходит обратный процесс.
• Закрытые системы. Закрытый расширитель способствует повышению давления в системе при нагревании воды. Это дополнительно защищает систему от перегрева, так как кипение при повышенном давлении наступает позже. Для системы закрытого типа характерна принудительная циркуляция, которая обеспечивается специальным насосом. Чаще всего магистраль для закрытой системы выполняется из пластиковых труб. Они состоят из нескольких слоев, которые обеспечивают изоляцию тепла. Таком образом, вода доставляется в нужную комнату без потери энергии. В металлических же трубах тепло через металл уходит по мере транспортировки. С другой стороны, это тепло уходит не наружу, а в комнату, отапливая ее. Споры сторонников металла и пластика остаются актуальными в любое время.

Схема работы системы отопления

Регистр воздушного типа

Существуют специальные конструкции печей с теплообменниками воздушного типа, которыми обогревают не только гаражи, но и большие теплицы или прочие постройки.

Теплообменник из гофра

Гофрированные канализационные трубы могут с успехом быть использованы для организации теплообменника. Их накручивают вокруг неутепленного отрезка дымовой трубы, чтобы воздух, находящийся внутри них, быстрее нагрелся и распространился в соседние помещения. А если обернуть такую трубу и дымоход фольгированным материалом, то прогрев будет происходить быстрее.

Колпаковый теплообменник

Если нужно организовать отопление второго этажа и мансарды дома, то удобно использовать теплообменник в виде колпака. Он позволяет задержать теплый воздух, который скапливается возле потолка, внутри комнаты. Постепенно остывая, воздух будет опускаться вниз, и обогревать комнату остаточным теплом.

Изготовить такой колпак можно из огнеупорного гипсокартона, листа оцинковки или другого материала, после чего вывести воздуховоды к месту назначения. Для красоты колпак можно обложить искусственными камнями, которые будут нагреваться и постепенно отдавать тепло.

Системы закрытого типа

Нужно сразу сказать, чтобы было понятно, что закрытая система отопления обязательно будет иметь в своем составе циркуляционный насос, поэтому они являются схемами с принудительной циркуляцией. А вот открытая система отопления имеет лишь расширительный бачок, который создает некоторое давление, поэтому они являются схемами с естественной циркуляцией.

Теперь перейдем непосредственно к конструкциям закрытого типа. Итак, закрытая система отопления, или автономная, является такой системой, в которой теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом, при этом исключено испарение теплоносителя, так как она является полностью герметичной, то есть контакт теплоносителя с окружающей средой исключен.

Что входит в состав конструкций закрытого типа

Как правило, конструкция включает в себя следующие составляющие элементы:

• Котел для обогрева частного дома (работающий на твердом топливе или газовый);
• Расширительный бачок мембранного типа;
• Некоторое количество радиаторов;
• Трубопровод;
• Фасонные элементы (фитинги, запорная арматура, тройники и другие);
• Фильтры;
• Некоторые крепежные приспособления для труб, газового котла, батарей.

Устройство закрытой системы отопления

Надо сказать, что некоторые элементы могут не присутствовать, или же наоборот, встречаются такие, которых в данном списке нет. К примеру, может стоять манометр, а отсутствовать может фильтр или бачок.

Принцип функционирования

Не стоит лишний раз упоминать про общий принцип работы отопительной системы с принудительной циркуляцией. А вот про необходимость расширительного бачка сказать надо. Итак, вода, нагреваясь, становится немного больше в объеме. Данный излишек попадает в расширительный бачок. Он состоит из двух камер, которые разделены мембраной. Первая камера служит для накопления водяного резерва, то есть этого излишка воды. Вторая же камера служит для содержания азота под некоторым давлением.

В бачок вода попадает через клапан, который настроен на гидравлическое давление системы. То есть, как только оно превышается, так клапан открывается.

Становится понятным, что такой бачок служит для выравнивания давления в системе, то есть поддержания его на одном и том же уровне. Это происходит за счет того, что при попадании воды в бачок, объем его газовой камеры уменьшается, а давление в ней увеличивается.

Простая схема закрытой системы отопления

Обратно в систему вода возвращается циркуляционным насосом.

Некоторые конструктивные особенности

Система отопления загородного дома с принудительной циркуляцией водяного потока имеет свои особенности подключения отдельных элементов:

• Насос и расширительный бачок лучше устанавливать в частном доме в одном помещении с газовым котлом или с котлом на твердом топливе. Это позволит сэкономить на трубах;
• Бачок и насос врезаются в «обратную трубу». Это связано с тем, что работа насоса с холодной водой бережет его от перегрева, а значит, продлевает срок службы в частном доме;
• Вся конструкция с принудительной циркуляцией – это уже особенность, которая отлично применяется и для очень больших производственных помещений, и для загородного домика, и для частного коттеджа.

Некоторые преимущества и недостатки

Система с принудительной циркуляцией имеет больше достоинств, нежели недостатков. И речь идет не только о частном доме, но и о больших производственных помещениях.

Действительно, открытая система отопления имеет ограничения на свои размеры и на размеры отапливаемого частного дома, а вот закрытые конструкции такого ограничения не имеют.

Система отопления дома закрытого типа

Кроме всего прочего, к положительным моментам можно отнести следующие качества схем с принудительной циркуляцией:

• Благодаря наличию газового котла и высокой теплоотдаче, все схемы с принудительной циркуляцией водяного потока имеют высокий КПД;
• Нет необходимости контроля водяного уровня, так как теплоноситель не испаряется;
• Есть возможность подключения труб меньшего диаметра;
• Срок службы газового котла выше, так как температура водяного потока на входе и выходе примерно одинакова;
• Уменьшение коррозии радиаторов и других элементов, за счет герметичности подключения и их, и всех остальных элементов;
• Есть возможность в качестве теплоносителя использовать не воду, а более стабильный антифриз.

К недостаткам можно отнести следующие моменты:

• Энергозависимость. Действительно, для водяного отопления с насосом требуется постоянное снабжение электричеством. И даже если учесть, что котел на твердом топливе работает без электричества, то насос без него обойтись не может;
• Система требует подключения водяного бака большого объема, а такие элементы стоят не малых средств.