Устройство системы отопления и водоснабжения частного дома: схемы и материалы

Газовая котельная коттеджа с бойлером косвенного нагрева

Сегодня нам предстоит разобраться, как может быть организована схема отопления и водоснабжения частного дома. Мы познакомимся с элементами системы автономного водоснабжения с подачей воды из скважины, сравним разные источники тепловой энергии для нужд отопления и приготовления горячей воды, а также выясним, какие материалы практичнее всего использовать для разводки инженерных систем.

Если в кране нет воды

Без чего дом нельзя назвать полноценным жильем?

Без воды и электроэнергии. Если постоянным источником электричества могут быть только энергосети вашего населенного пункта, то воду можно добыть в буквальном смысле из-под ног: достаточно лишь пробурить скважину или выкопать колодец.

Уточним: как правило, колодцы делают доступным верхний водоносный слой (на глубине до 15 метров), который не всегда может похвастаться высоким качеством воды. Питьевая вода добывается с глубины 30 и более метров, что подразумевает бурение скважины.

Структура водоносных слоев и глубина водозабора

Какие элементы должна содержать в себе схема отопления и водоснабжения дома для подачи воды из колодца или скважины?

Схема с гидроаккумулятором

Схема автономного водоснабжения с подачей воды из скважины

Она включает:

• Насос. Он может быть поверхностным или погружным.

Первый тип насосов проще в ремонте и обслуживании, но может обеспечить водоснабжение лишь при глубине скважины или колодца не больше 7-8 метров: теоретический максимум высоты водяного столба при перепаде давлений в одну атмосферу равен 10 метрам, а перепад между улиткой насоса и всасывающим патрубком заметно меньше атмосферы. Погружные насосы, в свою очередь, могут обеспечивать напор в десятки и даже сотни метров;

Последовательное соединение нескольких рабочих камер скважинного насоса обеспечивает огромный напор на выходе

• Автоматику управления насосом, включающую управляющее питанием реле и датчик давления. Задача автоматики — подача питания на насос при критическом падении давления в системе водоснабжения и его отключение при достижении заданного максимального уровня давления;
• Обратный клапан, не позволяющий находящейся под давлением воде сливаться в скважину или колодец;
• Гидроаккумулятор. Он служит резервуаром для выкачанной воды, компенсируя ее пиковый расход и позволяя насосу избежать включений при каждом открытии крана в доме.

Система автономного водоснабжения с поверхностным насосом и гидроаккумулятором

Схема с накопительной емкостью

Системы отопления и водоснабжения для загородных домов используют накопительные емкости в двух случаях:

1. При централизованной подаче холодной воды с перебоями или по графику. Емкость позволяет создать запас воды на несколько дней;
2. При длительных перебоях с электричеством. Достоинство такой схемы заключается в ее относительной энергонезависимости (накачав воду в накопительный бак, насос может простаивать сутками).

Достаточно большая емкость может несколько дней обеспечивать дом водой

В простейшем варианте водоснабжение с баком-накопителем реализуется так:

• Насос снабжается поплавковым клапаном, включающим реле питания при падении уровня воды и отключающим его при достижении верхнего порогового уровня в баке;
• Локальный водопровод подключается непосредственно к накопительному баку в его нижней части через шаровый кран, позволяющий отключить водоснабжение без осушения бака.

Безнапорное водоснабжение с накопительным баком

У такой схемы есть несколько недостатков:

1. Напор в системе холодного водоснабжения ограничен высотой накопительного бака над точкой водоразбора. Между тем многие сантехнические приборы и часть бытовой техники работают лишь при избыточном давлении в 0,3 атмосферы и выше. За примерами не нужно далеко ходить: в эту категорию попадают все автоматические стиральные и посудомоечные машины, а также проточные электрические водонагреватели;

Справка: избыточное давление в 0,3 кгс/см2 соответствует напору водяного столба высотой в 3 метра. Отсюда вытекает очевидная инструкция — накопительный бак нужно размещать, как минимум, на этаж выше верхней точки водоразбора (например, на чердаке).

Накопительный бак на чердаке частного дома

2. По понятным причинам бак можно разместить только в отапливаемом помещении. В противном случае, в отсутствие водоразбора вода просто-напросто замерзнет;
3. Накопительная емкость будет зарастать известковыми отложениями, и нуждаться в периодической чистке;
4. При большом объеме накопительной емкости нагрузка на балки перекрытия станет серьезной проблемой. Расчетный максимум нагрузки на деревянные балки составляет всего 400 кг/м2. Между тем объем накопительного бака может исчисляться кубометрами, что ненавязчиво намекает на вес в несколько тонн.

Вес заполненного водой бака может достигать нескольких тонн, что явно много для деревянного перекрытия

Отопление и ГВС

Без воды дом трудно назвать жилым и комфортным; однако отопление в нашем климате тоже является предметом первой необходимости. И, разумеется, мыться приятнее теплой, а не ледяной водой.

Узнать больше о том, какой может быть схема отопления частного дома и водоснабжения из автономного источника, вам поможет видео в этой статье.

Вода или воздух

Отопление в вашем доме может быть водяным (использующим в роли теплоносителя воду или антифриз) или воздушным (как правило, совмещенным с вентиляцией).

Какая схема практичнее? На взгляд автора — привычное водяное отопление.

Конвекционное водяное отопление

Почему?

Вот аргументы в его пользу:

• Относительная дешевизна. При той же мощности и стоимости котла, трубы и батареи обойдутся вам куда дешевле прокладки воздуховодов и установки рекуператоров тепла в вентиляции;
• Возможность монтажа отопления после завершения чистовой отделки или на любой другой стадии строительства. Воздушное отопление с учетом сечения воздуховодов можно монтировать только во время постройки дома или его капремонта.

Воздуховоды воздушного отопления разводятся при строительстве или капремонте дома

Единственный убедительный довод в пользу воздушного отопления — его стойкость к отрицательным температурам: даже самой суровой зимой воздух не может перемерзнуть. Однако заливка в водяной контур антифриза перечеркивает и этот аргумент.

Источники тепла

Какие источники тепла может использовать схема отопления и горячего водоснабжения дома, и какие из них наиболее практичны? Начнем наше сравнение с экономичности (то есть, попросту говоря, оценки стоимости киловатт-часа тепловой энергии).

Вот ее примерные значения на середину 2017 года:

Изображение	Источник тепла	Цена киловатт-часа
Настенный газовый котел	Магистральный газ	70 копеек
Газогенераторный (пиролизный) дровяной котел	Сухие дрова	1,4 рубля
Угольный котел длительного горения	Каменный уголь	1,7 рубля
Пеллетный котел с автоматической подачей топлива из бункера	Пеллеты	1,6-1,7 рубля
Установка газгольдера для автономного газоснабжения	Пропан-бутан с подачей из газгольдера	2,4-2,8 рубля
Напольный дизельный котел	Дизельное топливо	3,6 — 4 рубля
Электрокотел «Эван Стандарт Эконом»	Электроэнергия	4-5 рублей

Картина вполне однозначная: самый дешевый источник тепла — газ из магистрали; если ваш поселок не газифицирован, то по экономичности лидируют дрова.  Электричество — явный аутсайдер

Если ваш дом газифицирован, другие варианты можно не искать

Однако давайте вспомним: схема отопления и горячего водоснабжения частного дома должна быть не только экономичной. Владельцу важна еще и  автономность, то есть способность поддерживать в доме комфортную температуру и обеспечивать его горячей водой без непрерывного участия в этом процессе хозяина дома.

А по этому параметру наша табель о рангах будет выглядеть совсем иначе:

1. Электрооборудование (электрические котлы и бойлеры) лидируют: они способны на неограниченно долгую автономную работу, и не требуют утилизации продуктов сгорания;

Отопление электрокотлом: включил и забыл

2. На второй ступени пьедестала — магистральный газ. При использовании котла с турбированной горелкой и электророзжигом прибор придется монтировать на внешней стене дома. Этим немногочисленные неудобства ограничиваются;
3. Автономность дизельного котла ограничена объемом его топливного бака. В минусы решения запишем шумную горелку, запах солярки и необходимость хранить дома или во дворе большой запас топлива;

Дизельный котел с баком для топлива

4. Пеллетные и автоматические угольные котлы поддерживают горение до недели — насколько хватит объема топливного бункера;

Однако: автоматические твердотопливные котлы — решение не из дешёвых. Нижний порог стоимости приборов — около 70 тысяч рублей, против 15-25 за классические дровяные котлы той же мощности.

5. Дровяные котлы — в хвосте списка: растопка и чистка зольника требуются им раз в несколько часов. Газогенераторы и котлы верхнего горения способны растянуть время сгорания одной закладки дров до 12-24 часов, однако о каком-то комфорте использования говорить не приходится.

Растопку дровяного котла придется повторять каждые несколько часов

Схемы с теплоаккумулятором

Итак, в отсутствие магистрального газа владелец вынуждено выбирать между большими расходами на тепло и непрерывными визитами в котельную, так?

Не совсем. Есть пара компромиссных решений, реализовать которые поможет теплоаккумулятор (теплоизолированный бак для воды). Он способен накопить количество тепла, исчисляющееся сотнями киловатт-часов, и отдавать его отопительным приборам в течение нескольких десятков часов.

Емкий теплоаккумулятор для нужд отопления

Мы представляем вашему вниманию две принципиальные схемы водоснабжения и отопления с его использованием.

Использующая твердое топливо и солнечный коллектор схема: отопление и водоснабжение требуют растопки один раз в сутки или реже

В чем преимущества этой схемы:

• При достаточном объеме теплоаккумулятора котел можно растапливать не чаще раза в сутки;
• Котел работает на номинальной мощности и, соответственно, с максимальным КПД;

Справка: классические твердотопливные котлы при искусственном ограничении тепловой мощности прикрытым поддувалом, снижают КПД за счет неполного сгорания топлива (из-за недостатка кислорода для его окисления). В результате ваши деньги в буквальном смысле вылетают в трубу.

• Солнечный коллектор является дополнительным источником абсолютно бесплатного тепла. Причем благодаря теплоаккумулятору это тепло может запасаться днем, а расходоваться на обогрев помещения ночью.

Отличие этой схемы систем отопления и водоснабжения дома в том, что в качестве источника тепла она использует электрокотел

Позвольте, но как же экономичность? Ведь чуть раньше мы выяснили, что электроэнергия самый дорогой источник тепла, не так ли? Ключевые слова — ночной тариф. Здесь стоит сделать небольшое лирическое отступление.

Электроэнергия производится круглые сутки в примерно одинаковом объеме. Маневрировать мощностью электростанций в зависимости от потребности в электрической мощности удается далеко не всегда: остановить турбины ГЭС или опустить на несколько часов графитовые стержни в атомном реакторе нельзя по техническим причинам.

В результате, в ночное время, когда бытовое и промышленное потребление падает, у энергетических компаний образуется избытой электрической мощности. Запасти ее нельзя: таких технологий не существует и пока не предвидится. Поэтому энергетики стимулируют спрос на энергию во время нижнего ночного пика потребления, снижая цены.

Двухтарифная тарификация: ночью киловатт-час почти втрое дешевле

Как воспользоваться дешевым ночным тарифом:

1. Система водоснабжения и отопления дома должна включать емкий теплоаккумулятор;
2. В вашем щитке должен стоять двухзональный электросчетчик;

Двухтарифный счетчик раздельно учитывает дневной и ночной расход электроэнергии

3. Программируемый котел должен работать только во время действия ночного тарифа. Днем поставщиком тепла для нужд отопления и ГВС станет теплоаккумулятор.

Разводка отопления

Разводка водяного отопления может быть:

• Однотрубной или двухтрубной;

Комментарий: однотрубная схема (ленинградка) исключительно отказоустойчива — пока на концах розлива есть хоть какой-то перепад, циркуляция по всей его длине будет продолжаться. Оборотная сторона надежности — значительный перепад температуры между первыми и последними отопительными приборами.

Самая надежная схема водяного отопления — однотрубная ленинградка

• В случае двухтрубной схемы — тупиковой или попутной. Тупиковой разводке нужна обязательная балансировка (дросселирование ближних к котлу батарей), без которого дальние участки розлива будут заметно холоднее ближних к котлу, а в сильные холода и вовсе могут быть заморожены.

Двухтрубная тупиковая схема

• Попутная схема (она же — петля Тихельмана) остроумно обходит эту проблему, формируя несколько контуров с одинаковой протяженностью и одинаковым гидравлическим сопротивлением;

Двухтрубная система с попутным движением теплоносителя

Внимание! Единственное преимущество тупиковой двухтрубной схемы — возможность обойти любое непреодолимое для труб препятствие (несущую стену, панорамное окно и т.д.).

Как правильно подключить к розливам батареи?

Для секционных радиаторов возможны три варианта подключения:

• Одностороннее боковое. Оно эффективно при количестве секций не больше 7-8. У длинной батареи такая схема будет означать падение температуры крайних секций и, соответственно, общей тепловой мощности;
• Диагональное: радиатор любой длины будет прогрет равномерно, однако участок нижнего коллектора перед глухой радиаторной пробкой будет заиливаться и нуждаться в промывке;
• Двухстороннее нижнее. Оно приводит к некоторому падению температуры верхнего коллектора по сравнению с диагональным подключением, зато батарея прекрасно обходится без промывки: нижний коллектор промывается от ила и песка потоком воды.

Три варианта подключения секционного радиатора

Источник тепла для ГВС

Им может быть:

Изображение	Описание и особенности
Электрический бойлер настенного монтажа	Электрический бойлер обеспечивает постоянную температуру горячей воды при любых внешних условиях, но расходует большое количество дорогостоящей электроэнергии (в том числе на компенсацию потерь тепла через теплоизоляцию бака).
Проточный электрический водонагреватель от израильской компании «Атмор»	Проточный электрический нагреватель: расходует электричество только на нагрев воды, но куда более требователен к проводке. Кроме того, у младших моделей проточников температура воды на выходе линейно зависит от температуры на входе.
Подключение двухконтурного газового котла к розливам отопления, ГВС и ХВС	Двухконтурный котел (газовый или дизельный) использует тепловую мощность горелки для работы встроенного проточного или (реже) накопительного водонагревателя. Расходы на нагрев воды определяются типом источника тепла. Температура воды на выходе абсолютно стабильна только у электронных котлов с цифровым управлением.
Газовая колонка с механическим термостатом	Газовая колонка (проточный газовый нагреватель) обеспечивает минимальные расходы на нужды ГВС. Младшие модели колонок с механическим термостатом имеют проблемы со стабильностью температуры воды, старшие (с цифровым управлением) их, как правило, лишены.
На фото — бойлер косвенного нагрева в котельной частного дома	Бойлер косвенного нагрева работает с любым котлом, используя для нагрева воды теплообмен с теплоносителем отопительной системы. Летом отопительные приборы отключаются, и теплоноситель циркулирует между котлом и  бойлером.

Разводка ГВС

Как правило, система отопления и водоснабжения частного дома не отличается большой протяженностью. В частности, максимальное расстояние от ввода в дом холодной воды или от бойлера (котла, колонки и т.д.) до дальних точек водоразбора не превышает десятка метров. В этом случае система ГВС делается тупиковой: в отсутствие водоразбора вода в ней не циркулирует.

Тупиковая система горячего водоснабжения

Система горячего водоснабжения с рециркуляцией имеет два преимущества перед тупиковой:

• Горячая вода поступает в кран смесителя сразу после того, как его открыли. Сливать холодную воду несколько минут не нужно;

Совет: среди прочего, эта особенность системы с рециркуляцией обеспечивает ощутимую экономию холодной воды.

• Подключенные полотенцесушители в разрыв розливов или стояков ГВС, остаются горячими круглосуточно.

Схема ГВС с бойлером косвенного нагрева и циркуляционным насосом

Материалы

Какими материалами может монтироваться система отопления и водоснабжения дома?

Вспомните про условия работы контуров автономного водоснабжения и отопления:

• Рабочие температуры — от +10 до +75 градусов, причем превышение верхней температурной границы при минимальной сознательности владельца абсолютно невозможно;

Целевая температура теплоносителя в системе отопления — 65 градусов

• Рабочее давление — не больше 2,5-3 атмосфер. Без отклонений в большую сторону и гидроударов.

Раз так — при монтаже инженерных систем своими руками, можно смело использовать недорогие материалы с минимальным запасом прочности:

• ХВС разводится полипропиленовыми трубами PN 10 — PN 20 без армирования;

Полипропиленовые трубы без армирования

• На отоплении и ГВС применяются армированные минеральным волокном или алюминием трубы PN 20 — PN 25;

Обратите внимание: главная функция армирования — уменьшить линейное удлинение труб при нагреве. Полипропилен обладает одним из самых высоких коэффициентов удлинения (при нагреве на полсотни градусов каждый метр трубы прибавляет 6,5 мм).

Коэффициенты удлинения популярных материалов для монтажа инженерных систем

• В качестве отопительных приборов используются секционные алюминиевые радиаторы, обладающие великолепной тепловой мощностью (до 210 ватт на секцию). Они недороги (от 240 рублей за ту же секцию) и вполне привлекательны внешне.

Алюминиевые батареи — идеальное решение для автономного отопления

Заключение

Надеемся, что нам удалось ответить на все вопросы читателя.Успехов!