Системы отопления и горячего водоснабжения: элементы, варианты исполнения, арматура и материалы

Элеваторный узел обеспечиваем дом горячей водой и теплом

В этой статье нам предстоит познакомиться с устройством систем отопления и ГВС в многоквартирном и частном доме, узнать, какие основные элементы входят в их состав и какие трубы для водоснабжения и отопления лучше использовать в каждом конкретном случае. Приступим.

Классификации

Начнем с краткой классификации систем.

Отопление

Оно может быть:

• Центральным и автономным. В первом случае источником тепла является ТЭЦ или котельная, обслуживающая населенный пункт, его отдельный район или группу зданий, во втором — котел, печь или другой нагревательный прибор, находящийся непосредственно в квартире или в частном доме;

Котельная в системе автономного отопления

Важно: в первом случае на порядок выше вероятность гидроударов, скачков давления и превышений штатной температуры. Например, мгновенная остановка циркуляции в трассе при падении щечек задвижки приводит к гидроудару, в запуск элеваторного узла со снятым соплом и заглушенным подсосом (практикуется жилищниками при большом количестве жалоб на теплоснабжение)  — к подаче в систему ГВС воды с температурой до 150 градусов.

Элеватор и сопло сняты, вода из подачи теплотрассы поступает прямо в систему отопления

• Централизованное теплоснабжение может быть реализовано по открытой и закрытой схеме. В первом случае вода для системы ГВС отбирается непосредственно из теплосети, во втором в контуре циркулирует неизменный (с поправкой на возможные утечки при авариях) объем теплоносителя, а горячая вода греется в теплообменниках;

Теплообменник для ГВС

• Отопление может иметь последовательную или коллекторную разводку. При последовательной каждый отопительный прибор присоединяется парой подводок к общему для всех приборов розливу (или паре розливов), при коллекторной подводки каждой батареи подключаются к общему коллектору-гребенке. Тройниковая схема проще в реализации, зато коллекторная позволяет управлять всеми отопительными приборами из одной точки — коллекторного шкафа;

Разводка отопления от коллекторного шкафа

• Для обогрева могут использоваться конвекционные отопительные приборы (радиаторы, регистры, конвекторы, фанкойлы) или вся поверхность пола. В последнем случае трубы водяного теплого пола укладываются в утепленную стяжку или между лаг, под теплопроводное напольное покрытие;

Теплый пол: укладка в утепленную стяжку

• Разводка может быть горизонтальной, вертикальной (стоячной) или комбинированной;

Подсказка: во всех многоквартирных домах применяется комбинированная разводка. Горизонтальные розливы соединяются с вертикальными стояками. В некоторых зданиях новой постройки горизонтальной делается и внутриквартирная разводка.

Комбинированная вертикально-горизонтальная разводка

• Отопление может быть однотрубным (один розлив с подключенными к нему приборами, так называемая ленинградка) или двухтрубным (отдельные розливы подачи и обратки). Первый вариант проще, дешевле в реализации и обладает абсолютной отказоустойчивостью, зато второй позволяет уменьшить разброс температур в начале и в конце контура;

Однотрубная ленинградка

Двухтрубная система

• Двухтрубное отопление может быть тупиковым (при перетоке из подачи в обратный трубопровод теплоноситель разворачивается на 180 градусов) и попутным (направление его движения не меняется). Тупиковая схема требует обязательной балансировки, попутная прекрасно работает без нее: в ней формируется несколько малых контуров с одинаковой длиной и, соответственно, одинаковым гидравлическим сопротивлением;

Попутная и тупиковая схемы

Разъяснение: в тупиковой схеме ближние к котлу или другому источнику тепла отопительные приборы с их подводками образуют контуры с минимальным гидравлическим сопротивлением. По мере удаления от котла протяженность контура, по которому движется теплоноситель, растет, и батареи остывают. Балансировкой, решающей эту проблему,  называется принудительное ограничение пропускной способности ближних приборов дросселирующей арматурой.

• В двухтрубной системе розлив подачи может находиться вместе с розливом обратки в подвале, или быть вынесенным на чердак. В домах с нижним розливом стояки отопления попарно соединяются перемычками на верхнем этаже. Верхний розлив подразумевает, что каждый стояк независим от других и при необходимости отключается в двух точках — в подвале и на чердаке.

Нижний розлив: подача и обратка разведены по подвалу

Любопытно: запуск системы с верхним розливом, после сброса на порядок проще, чем с нижним. В ней достаточно заполнить контур с обеих ниток и стравить воздух из расширительного бака на чердаке, установленного в верхней точке розлива подачи. Во втором случае воздух приходится стравливаться из перемычки на каждой паре стояков, что часто затрудняется отсутствием доступа в квартиры.

Расширительный бак и воздушник в отопительной системе с верхним розливом

Водоснабжение

По каким признакам можно классифицировать системы ГВС?

По источнику воды для ГВС. Им может быть теплосеть (открытая схема теплоснабжения) и магистральный водопровод (приготовление горячей воды в теплообменниках закрытой системы теплоснабжения или локальных водонагревателях).

Тепловой пункт с ГВС в закрытой схеме теплоснабжения

Важно: в первом случае вероятность гидроударов и превышений расчетной температуры ГВС даже выше, чем в случае центрального отопления. Достаточно не переключить водоснабжение с подачи на обратку с наступлением холодов — и температура воды в контуре водоснабжения может достигнуть 150°С. Отсюда — инструкция: трубы для внутреннего горячего водоснабжения и отопления домов с элеваторными узлами должны быть только металлическими.

Температурный график теплосети предусматривает температуру подачи до 150 градусов

Второй признак, по которому возможна классификация систем ГВС — отсутствие или наличие непрерывной циркуляции.

У однотрубной системы горячего водоснабжения (вода не циркулирует и движется лишь при водоразборе) есть два существенных недостатка:

1. После долгих перерывов в разборе воды (например, по утрам) ее приходится несколько минут сливать до получения приемлемой температуры. При этом десятки литров бесполезно сбрасываются в канализацию;

Обратите внимание: при наличии водосчетчика вы сбрасываете холодную воду, но оплачиваете ее по тарифам ГВС.

Механический счетчик учитывает расход воды вне зависимости от ее температуры

2. Подключенные к подводкам ГВС полотенцесушители большую часть времени имеют комнатную температуру и нагреваются лишь во время разбора горячей воды. Отсюда — низкая температура, сырость и грибок в санузлах и ванных.

Горячее водоснабжение однотрубное: в элеваторе по одной врезке ГВС на подаче и обратке

Циркуляционный трубопровод горячего водоснабжения — это эффективное решение обеих проблем: приводимая в движение циркуляционным насосом или перепадом в элеваторном узле вода непрерывно циркулирует по закольцованным розливам и стоякам. При открытии любого крана вода нагревается за несколько секунд (после слива содержимого подводки), а подключенные к стоякам полотенцесушители всегда остаются горячими.

Видео в этой статье поможет вам узнать больше о том, как монтируются трубопроводы для водоснабжения и отопления.

Элементы

Какие элементы входят состав систем отопления и  водоснабжения?

Источник тепла

В этой роли могут выступать:

Изображение	Описание
Схема простейшего элеваторного узла с циркуляционным ГВС	Элеваторный узел с ГВС. Водоструйный элеватор обеспечивает высокую скорость движения теплоносителя (смеси воды подачи и обратки) и, соответственно, минимальный перепад температуры между началом и концом отопительного контура. Две или четыре врезки обеспечивают тупиковое или циркуляционное ГВС.
Принципиальная схема теплового пункта с двухступенчатым теплообменником ГВС	Тепловой пункт закрытой схемы теплоснабжения. Вода для нужд ГВС греется в теплообменниках, использующих теплоту воды из теплотрассы.
Газовый котел с подключением к системе ГВС	Котел (газовый, дизельный, электрический или твердотопливный). Первые три разновидности могут иметь дополнительный теплообменник или встроенный бойлер для нужд ГВС. Газ является источником наиболее дешевого тепла; за ним следуют твердотопливные котлы; дизельные и электрические приборы наиболее дороги в эксплуатации.
Принцип работы тепловых насосов	Тепловой насос. Он использует электроэнергию для перекачки в отапливаемое здание тепла от среды с более низкой по сравнению с внутренними помещениями температурой — грунта, воды или воздуха. По стоимости киловатт-часа тепла, тепловой насос незначительно отстает от газового котла, и успешно конкурирует с твердотопливным.
Четырехтрубная система отопления и горячего водоснабжения (двухтрубное отопление и циркуляционное ГВС) с бойлером косвенного нагрева	Бойлер косвенного нагрева. Он может подключаться к любому источнику тепла (в частности, к одноконтурному котлу или  центральному отоплению) и использовать энергию теплоносителя для нагрева воды.
Газовый проточный нагреватель	Независимые водонагреватели для нужд ГВС — электрические бойлеры, электрические и газовые проточные водонагреватели. Они могут располагаться вне котельной, вблизи точек водоразбора.

Розливы

Розливами называются горизонтальные трубы для отопления и горячего водоснабжения, к которым подключаются сантехнические и отопительные приборы (в многоэтажных домах — стояки с приборами).

Диаметр розлива отопления и ГВС в многоквартирных домах лежит в диапазоне 32-100 мм в зависимости от тепловой нагрузки или количества потребителей воды. В частном доме минимальный диаметр розлива рассчитывается по тепловой нагрузке и пиковому водопотреблению.

Расчет диаметра отопительного розлива по тепловой нагрузке

Приведенная выше таблица требует нескольких комментариев:

• Она актуальна для дельты температура между подающей и обратной нитками отопления в 20°С (например, 80/60°С);
• Верхнее значение в ячейках таблицы — тепловая мощность в ваттах, нижнее — расход теплоносителя в килограммах в минуту;
• Увеличить тепловую нагрузку на контур можно без увеличения диаметра розлива, за счет увеличения скорости потока (читай — производительности циркуляционного насоса). Однако лучше, чтобы скорость потока укладывалась в диапазон 0,4-0,6 м/с: тогда мы избежим эрозии пластиковых труб взвесями, и появления гидравлических шумов на фитингах и дросселях.

Грубый расчет диаметра труб ХВС/ГВС

Диаметр розлива ГВС подбирается по максимальному расходу воды и требуемой скорости потока.

Справка: для ГВС и ХВС рекомендуется ограничить ее значением в 1,5 м/с, для систем полива допустимый максимум — 2 м/с.

Стояки

Стояк — вертикальная труба, объединяющая приборы (отопительные или сантехнические) на разных этажах. Диаметр — 20-40 мм.

Стояки ХВС и ГВС

Стояки ГВС с циркуляцией объединяются перемычками на верхнем этаже или в чердачном помещении; закольцовано может быть 2-7 стояков. Перемычки должны снабжаться воздушниками (кранами Маевского или автоматическими). Такие же перемычки с воздушниками соединяют стояки отопления в домах с нижним розливом.

Если перемычка на одном уровне с радиатором, воздушник устанавливается в его верхнюю пробку

Подводки

Подводками называются трубы для систем водоснабжения и отопления, используемые для подключения отопительных и сантехнических приборов к розливу. Здесь можно обойтись без сложных расчетов: при использовании стальных труб достаточно их размера ДУ15, пластиковых — номинального диаметра 16 мм (20 мм для присоединения 2-3 приборов).

Полипропиленовая подводка диаметром 20 мм обеспечивает водой мойку, смеситель ванны и бачок унитаза

Подсказка: внутреннее сечение полимерной  трубы DN16 меньше, чем стальной ДУ15, благодаря разнице в обозначении труб (ДУ — условный проход, примерно равный внутреннему диаметру, а пластиковые трубы обозначаются внешним диаметром). Однако коррозия трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения со временем уменьшает внутреннее сечение стальной трубы, в вот полимерные трубопроводы весь срок службы имеют неизменное гидравлическое сопротивление.

Ржавчина в стальном водопроводе

Насосы

Трубопроводы систем отопления  и горячего водоснабжения с циркуляцией, питающиеся от автономного источника тепла или подключенные к тепловому пункту закрытой системы теплоснабжения, снабжаются циркуляционными насосами.

Так устроен циркуляционный насос

Насос подбирается по двум параметрам:

1. Напору;
2. Производительности.

Задача создаваемого насосом напора — преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода.

Он грубо рассчитывается по формуле H = N x K, в которой:

• Н — напор в метрах;
• N — Количество этажей в доме (считая подвал или цокольный этаж, в котором выполнена горизонтальная разводка);
• К — потеря напора на этаж (в среднем 0,7-1,1 метр для ГВС и последовательной разводки отопления, 1,16-1,85 для коллекторной разводки отопления).

Так, для трехэтажного дома с подвалом насос для циркуляции горячей воды должен создавать напор в 4 х 1,1 = 4,4 метра.

Установка насоса в систему ГВС с циркуляцией

Производительность насоса для отопления вычисляется по формуле Q= 0,86 х P/dt.

В ней:

• Q — производительность (м3/час);
• Р — тепловая нагрузка на обслуживаемый насосом конур в киловаттах;
• dt — разница температур между нитками теплоснабжения (обычно равна 20°С).

Скажем, для ленинградки, подключенной к 24-киловаттному пеллетному котлу, нужен насос, перекачивающий 0,86х24/20=1,032 м3 в час.

Подсказка: не бойтесь ошибиться в расчетах в ту или иную сторону. В основной массе, циркуляционные насосы имеют ступенчатый регулятор мощности, позволяющий уменьшить или увеличить напор и производительность.

Запорно-регулирующая арматура

Какая арматура может понадобиться при монтаже инженерных систем своими руками?

Изображение	Описание
Так устроен шаровый кран	Шаровые краны. От пробковых кранов и винтовых вентилей они отличаются отказоустойчивостью, полной герметичностью в закрытом положении и отсутствием потребности в обслуживании. Из их неисправностей автор сталкивался лишь с течами по сальнику (для ее устранения достаточно подтянуть гайку сальницы) и проворачиванию штока вследствие приложения большого усилия к заклиненному окалиной крану.
Дроссель для установки на подводку к радиатору	Дроссели (регулировочные клапаны). Они устанавливаются в коллекторном шкафу отопления или на подводках отопительных приборов.
Клапан с термоголовкой	Термостатические клапаны. Они отличаются от дросселей автоматической регулировкой проходимости в зависимости от температуры воздуха или рабочей среды.
Принцип действия трехходового смесительного узла	Термостатические смесители стабилизируют температуру в отопительном контуре или циркуляционном ГВС вне зависимости от температуры на выходе котла или бойлера.
Редуктор с манометром	Редукторы применяются для понижения избыточного давления на водоснабжении.
Фильтр для установки на подводку	Фильтры грубой очистки нужны для защиты запорной арматуры, смесителей и теплообменников водогрейных приборов от переносимого сетевой водой мусора (окалины, песка, ила и т.д.).

Безопасность

За стабильность параметров инженерных систем и отсутствие угрозы их разрушения отвечают:

Изображение	Описание
Мембранный бачок компенсирует увеличение объема воды при ее нагреве бойлером	Расширительные баки. Они компенсируют расширение воды при нагреве и устанавливаются в системы автономного отопления и в обвязку бойлеров большого объема.
Клапан с дренажной трубкой стоит на входе электрического бойлера	Предохранительные клапаны. Они сбрасывают часть воды при избыточном давлении в замкнутом контуре.
Термоманометр для отопления	Манометры и термоманометры. Приборы служат для визуального контроля параметров.

Трубы

Какие трубы можно использовать на отоплении и ГВС?

Давайте отделим, так сказать, мух от котлет: централизованные (с элеваторными узлами)  и автономные инженерные системы выдвигают абсолютно разные требования к материалам.

Для центрального отопления нормальна температура до +95°С при давлении в 4-5 атмосфер, что уже вплотную подходит к границам возможностей полимерных материалов. На ГВС ниже штатная температура (75°С), зато выше давление (до 6 кгс/см2). Картина усугубляется большой вероятностью отклонения значений от  штатных, и возникновения гидроударов.

Разрыв трубы при гидроударе

В автономных системах отопления поддерживается давление до 2,5 кгс/см2 при температуре до 75-80°С, на автономном ГВС — до 4,5 кгс/см2 при 60-75°С. Параметры стабильны, гидроудары исключены (точнее, могут быть созданы только владельцем дома, что не в его интересах).

Из этого видео Вы узнаете о трубах для отопления и водоснабжения.

На центральных ГВС и отоплении применяются:

Изображение	Описание
Оцинкованная труба на водоснабжении квартиры	Оцинковка (стальная труба с цинковым покрытием). В отличие от черной стали, она не зарастает отложениями и не подвержена коррозии. Монтируется только на резьбах: сварка нарушает антикоррозионное покрытие.
Обвязка бойлера медью на паяных соединениях	Медная труба. Она монтируется на паяных раструбных соединениях, на пресс- и обжимных фитингах. Прочность на разрыв превышает 200 атмосфер, термостойкость достигает 150-250 градусов в зависимости от типа применяющихся фитингов.
Отопительный розлив и подводки к секционному радиатору из гофрированной трубы Кофулсо	Нержавеющая гофротруба. При близких к медной характеристиках она в 2-3 раза дешевле, и куда проще в монтаже: соединение на обжимном фитинге собирается двумя разводными ключами за 30 секунд.

Для автономных инженерных систем могут использоваться:

Изображение	Описание
Фитинги и трубы из полипропилена	Полипропиленовые трубы (как правило, с армирующим слоем — фольгой или смешанным с фиброй полимером). Их преимущества — дешевизна самих труб и фитингов под низкотемпературную сварку.
Изготовленная из сшитого полиэтилена труба для водоснабжения и отопления Rautitan от Rehau	Термостойкий и сшитый полиэтилен (PERT и PEX) —  идеальные трубы для отопления и водоснабжения в полу при коллекторной разводке систем: они продаются в бухтах длиной до 200 метров, что позволяет вывести все соединения за пределы стяжки (см. Полиэтиленовые трубы для водоснабжения).
На фото — пресс-фитинги на металлопластике	Металлополимерные трубы (на обжимных и пресс-фитингах) тоже продаются в бухтах, и снабжаются алюминиевым сварным сердечником, вклеенным между двумя слоями PERT или PEX. Их преимущества — жесткость стенок и сравнительно высокая прочность на разрыв (до 16 кгс/см2).

Заключение

Надеемся, что уважаемый читатель сочтет познавательным наше несколько поверхностное знакомство с отопительным и водогрейным оборудованием. Видео в этой статье поможет вам узнать больше о том, как монтируются трубопроводы для водоснабжения и отопления. Успехов!