+7-981-876-64-25
xordominfo (текст и видеосвязь)

Система отопления двухэтажного дома

 

Существует несколько разновидностей систем отопления, которые могут быть использованы в жилой малоэтажной застройке. Они значительно отличаются по своей компоновке и составу. Эта статья посвящена следующим вопросам: какая схема отопления двухэтажного дома считается оптимальной, ее основные элементы, особенности построения и разводки. А также предоставлены формулы для самостоятельного расчета проекта отопления.

Разновидности систем отопления

Схемы отопления, помимо классификации по типу топлива, используемого котлом (газовые, твердотопливные,  электрические), разделяют по следующим параметрам:

  • по способу циркуляции теплоносителя – естественные/принудительные;
  • по наличию избыточного давления – открытые/закрытые (безнапорные/напорные);
  • по виду разводки контуров – горизонтальные/вертикальные, однотрубные/двухтрубные, верхние/нижние, последовательные/коллекторные (лучевые).

Рассмотрим подробней перечисленные компоновки отопительного оборудования применительно к двухэтажным жилым домам.

Естественная, принудительная, комбинированная циркуляция

Большинство современных схем отопления использует циркуляционные насосы для принудительной транспортировки теплоносителя в замкнутом контуре. Это позволяет:

  • быстро и равномерно нагревать радиаторы на обоих этажах здания;
  • поддерживать небольшой перепад температур между подачей и обраткой;
  • создавать гидравлический напор 5-10 м и более (в зависимости от мощности циркуляционного насоса).

Недостаток напорной схемы – ее энергозависимость. При длительных отключениях электричества для поддержания работоспособности отопления требуется альтернативный источник электроснабжения.

Схема отопления с принудительной циркуляцией двухэтажного дома

Естественная (гравитационная) циркуляция теплоносителя до сих пор используется в схемах отопления двухэтажных домов с подвалами или цокольными этажами. Для неё характерна установка котла на самом нижнем уровне здания. Подача горячего теплоносителя осуществляется в разгонный коллектор – вертикальную трубу. Она оканчивается в своей наивысшей точке расширительным бачком. Теплоноситель перетекает по системе из-за разницы плотности холодной и горячей жидкости.

Если естественного гидравлического напора оказывается недостаточно, то циркуляцию теплоносителя обеспечивают за счет применения комбинированной схемы. В этом случае тепловой насос (достаточно маломощного агрегата) врезается не в разрыв магистрали подачи теплоносителя, а параллельно с ней. На участке подачи между двумя врезками (фактически – эта часть магистрали становится с байпасом) устанавливается кран или шаровый обратный клапан. При первичном запуске и/или интенсивном использовании отопления, теплоноситель по системе перегоняет циркуляционный насос. Если происходит сбой в электроснабжении (насос отключён) система самостоятельно (через обратный клапан) или принудительно (через байпасный кран) переводится на режим гравитационной циркуляции.

Расположение основных элементов системы отопления по гравитационной схеме движения теплоносителя в двухэтажном доме

Открытая и закрытая схемы

Её основное преимущество – простота обвязки котла. Открытая, зачастую гравитационная разводка, оборудуется атмосферным расширительным баком (он также выполняет функции воздухоотводчика и предохранительного клапана). Гидростатическое давление в открытом контуре равно расстоянию от зеркала воды в баке до самой нижней точки – обратки котла.

Закрытая компоновка характеризуется избыточным давлением, поэтому комплектуется мембранным расширительным бачком. При этом, если на стыках её элементов отсутствуют  утечки, то обновление теплоносителя практически не требуется. Это служит хорошей профилактикой процесса формирования налетов накипи, которая снижает КПД теплопередачи и увеличивает гидросопротивление контуров.

Читайте также: Схема отопления частного дома с газовым котлом

Горизонтальная и вертикальная системы

Горизонтальная разводка используется не только в одноэтажных (одноуровневых) сооружениях. Она применяется как составная часть вертикальной, в схеме разводки отопления частного дома на 2 этажа. К примеру, стояк, проходящий от подвала или цокольного этажа к чердаку, является вертикальной разводкой, а подключённые к нему радиаторы отопления расположенные на этажах – горизонтальной.

Горизонтальная и вертикальная (двухтрубная) схема подключения

Схемы верхнего и нижнего подключения контуров

Они относятся к системам двухтрубного отопления. При верхней подаче, труба горячего теплоносителя выводится на чердак двухэтажного дома, затем оттуда разделяется на вертикальные и горизонтальные стояки. Обратка прокладывается в подвале. Для активации отопления достаточно открыть запорную арматуру на обеих магистралях и стравить воздух через единственный верхний воздухоотводчик.

В случае нижнего подвода теплоносителя подающая и обратная магистрали прокладываются в подвальном помещении, где к ним подсоединяются вертикальные стояки. При запуске отопления приходится стравить воздух уже с каждого из них.

Схемы двухтрубных систем отопления с нижней и верхней разводкой подающего трубопровода:

  1. Котел
  2. Циркуляционный насос
  3. Расширитель закрытого или открытого типа.
  4. Воздухосборник
  5. Кран Маевского

Важно! С точки зрения эффективности обогрева особой разницы для двухэтажного дома между верхней и нижней разводкой нет. Однако первую проще активировать, вторую – настраивать.

Коллекторная (параллельная) и последовательная схемы

Коллекторная

Последовательная

ДОСТОИНСТВА

Температура каждого радиатора регулируется независимо и с одного места

Сравнительно небольшой метраж труб

Теплоноситель распределяется равномерно без дросселирования

Оперативность установки

НЕДОСТАТКИ

Большой расход труб

Неравномерный нагрев радиаторов

Необходим скрытый монтаж трубопровода

Необходимость установки регулирующей арматуры на каждый радиатор отдельно

Для двухэтажного жилого дома со сложной планировкой рациональней использовать коллекторную схему подключения. Она способствует более точной регулировке температуры, а также экономии энергоресурсов.

Однотрубная и двухтрубная компоновки

Однотрубная система подачи теплоносителя (ленинградка) – это кольцо, проложенное по периметру этажа, к которому подсоединены радиаторы отопления. Для двухтрубного отопления характерна подача теплоносителя по одной трубе, а его возврат по другой.

В системах отопления для двухэтажных домов наиболее целесообразно применять  двухтрубные схемы с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Однотрубная разводка

Радиаторы подключаются в разрыв или параллельно трубопроводу (по байпасной схеме). Второй вариант предпочтительнее. Он предоставляет возможность отключения радиатора без остановки всей системы и слива теплоносителя.

Нижняя схема подключения радиаторов, в которой труба подачи горячего теплоносителя выполняет функцию байпаса:

  1. Котёл
  2. Расширительный бачок открытого типа
  3. Радиаторы отопления
  4. Кран Маевского для стравливания воздуха
  5. Кран для слива и наполнения системы

Эффективная высота однотрубной системы до 30м, что полностью перекрывает потребности 2-этажного дома. Тем не менее для неё известен ряд технических и эксплуатационных сложностей:

  1. В 2-х этажном доме для качественного и равномерного прогрева помещений применяется несколько однотрубных контуров. Такая схема требует особо точного согласования гидродинамических характеристик всех трубопроводов. В противном случае теплоноситель пойдет только по одному из контуров, имеющему меньшее гидродинамическое сопротивление.
  2. Низкая скорость теплоносителя приводит к его переохлаждению, что негативно отражается на камере сгорания котла.
  3. Даже со специальной арматурой, установленной на каждой из батарей, температуру в отдельном помещении регулировать сложно. При изменении тепловых настроек одного радиатора, полностью нарушается гидродинамическое сопротивление, а значит и эффективность всей системы.

Читайте также: Схема однотрубного отопления частного дома

Двухтрубная

Различают два типа двухтрубной системы (рис. ниже):

  1. Тупиковая схема (подача и обратка идут во встречных направлениях). Существенный недостаток тупиковой схемы – неравномерность нагрева радиаторов. Ближе к котлу они будут заметно горячее. На практике эта проблема решается установкой на радиаторы игольчатых дросселей или термоголовок. Они позволяют регулировать подачу теплоносителя в ручном или полуавтоматическом режиме соответственно.
  2. Петля Тихельмана (подача и обратка идут в одном направлении). Контур формируется таким образом, что образуются параллельные петли. Они характеризуются одинаковыми длинами и близкими параметрами гидравлического сопротивления. В результате температура всех радиаторов имеет одинаковые значения без использования корректирующего оборудования.

Проект системы отопления частного двухэтажного дома по схеме Тихельмана предусматривает подключение радиаторов во всех помещениях к одной петле, а не на несколько колец на каждый этаж, как в однотрубной схеме.

Особенности схемы Тихельмана:

  • Использование большего количества радиаторов, чем в однотрубной схеме;
  • Установка в сооружениях со сложной планировкой;
  • Нет необходимости в принудительной балансировке контуров, приобретении и монтаже дорогостоящих регулировочных устройств;
  • Все помещения прогреваются одновременно и равномерно;
  • Простота обслуживания;
  • Отсутствие резких перепадов температуры способствует долговечности отопительных коммуникаций и оборудования.

Основной недостаток петель Тихельмана – некоторое увеличение себестоимости монтажа, вызванное удлинением трубопроводов.

 

Технические особенности построения отопительной системы

На практике, для двухэтажных домов «чистая» схема Тихельмана используется редко. Чаще применяется обустройство двухтрубного стояка, соединяющего этажи, от которого уже разводятся петли на каждый этаж. Такая схема требует врезки в линию подачи балансировочного крана на каждый контур.

Циркуляционный насос рекомендуется устанавливать через параллельную врезку на каждом этаже. Использование одного агрегата не рекомендуется, хоть и допустимо. Причина заключается в следующем. Теплоноситель в предложенной схеме не будет передвигаться самотеком, как при попутной двухтрубной или однотрубной схеме. И при выходе из строя единственного циркуляционного насоса система отопления перестанет функционировать.

Основные элементы системы отопления

  • Котёл. Независимо от того газовый он, электрический или твердотопливный основными его показателем является мощность (кВт). Также следует обратить внимание на количество контуров. Одноконтурные используются исключительно для отопления, двухконтурные еще нагревают воду для ГВС.
  • Расширительный бачок. Для гравитационных систем открытого типа, для систем с принудительной циркуляцией и избыточным давлением – мембранного.
  • Циркуляционный насос – для активации перемещения теплоносителя в контуре.
  • Бойлер косвенного нагрева. Использует температуру теплоносителя для нагрева воды ГВС.
  • Радиаторы отопления. Характеризуются материалом изготовления (чугун, сталь, биметалл), рабочим давлением, мощностью.
  • Трубы. Подбираются по величине сечения и материалу изготовления – чугунные, стальные, медные, полимерные.
  • Группа безопасности – элемент обвязки котла, включающий манометр, предохранительный и воздушный клапан.
  • Гребенка (распределительный коллектор системы отопления) – узел равномерного распределения теплоносителя по системе. Может дополнительно комплектоваться термометрами, регулирующей и запорной арматурой.
  • Гидрострелка – устройство для балансировки температуры теплоносителя.

Самостоятельный расчёт схемы отопления

Для расчета схемы необходимо собрать следующие исходные данные:

  • Размеры всех внутренних помещений;
  • Габаритные, наружные размеры сооружения;
  • Размеры дверных и оконных проемов;
  • Регион – средняя температура в зимний период;
  • Требуемая температура внутри помещений;
  • Позиционирование коттеджа по сторонам света;
  • Высота и материал возведения наружных стен;
  • Тип и толщина утеплителя на стенах, кровле, в подвале.

В конечном итоге на этапе закупок оборудования и материалов вам преимущественно потребуется знание мощности котла и радиаторов, на основе расчетов теплопотерь постройки, а также ряд гидравлических параметров для выбора насоса, расширительного бака и трубопроводов.

Читайте также: Выбираем отопление для частного дома

Расчет теплопотерь ограждающих конструкций

Его проще выполнить с использованием онлайн калькулятора (в интернете присутствует их достаточное количество). Однако результаты окажутся точнее, если воспользоваться соответствующей программой, к которой имеется развернутое объяснение. К примеру, можно скачать программу и видеоуроки к ней.

   

Теплопотери ограждающих конструкций – Тп, Вт;

где:

    • kвс – коэффициент теплопередачи внешних стены, Вт/(м2×°C);
    • fвс – площадь внешних стены;
    • tр – температура воздуха внутри помещения, °C;
    • ti – температура воздуха снаружи сооружения, °C.

kвс рассчитывается по формуле:

где:

    • d1 – толщина основного материала стены, мм;
    • λ1 – теплопроводность материала, Вт/(м×K);
    • d2 – толщина утеплителя, мм;
    • λ2 – теплопроводность утеплителя, Вт/(м×K);
    • dn, λn – аналогичные показатели последующих слоев – черновой штукатурки, внешних и внутренних отделочных материалов;
    • αвн – показатель теплоотдачи воздуха стене изнутри помещения;
    • αнар – показатель теплоотдачи стены наружному воздуху.

Все коэффициенты для расчетов берутся из нормативных документов – СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003). Таким же образом исчисляется расчёт теплопотерь через кровлю, оконные и дверные проемы, подвальное помещение. Все полученные данные суммируются.

Расчет мощности котла

Иногда мастера подбирают мощность котла и радиаторов по упрощенной методике – на каждые 10 м2 площади помещения необходим 1 кВт мощности теплогенератора +12…15% резерв. Точнее тепловая мощность оборудование рассчитывается по следующей формуле:

где:

    • Мк – мощность котла;
    • Тп – расчетные теплопотери дома.

Важно! Следует учитывать, что в этой формуле теплопотери должны включать расход тепла на вентиляцию помещений.

Затраты тепла на вентилирование

Этот вид теплопотерь (ε, Вт) для проектирования схемы отопления двухэтажного дома рассчитывается:

где:

    • Ln – объем удаляемого воздуха, принимается 3 м3/час на 1 м2 площади помещения;
    • ρ – плотность воздуха внутри дома, принимается 1,1 кг/м3;
    • C – удельная теплоемкость воздуха, принимается 1 кДж/(кг×K);
    • tp – температура воздуха внутри дома, °C;
    • ti – температура воздуха снаружи строения, °C;
    • k – показатель учета встречного теплового потока, принимается 1.

Гидравлические расчеты для схемы отопления

В маркировке любого циркуляционного насоса, среди прочих, особенно важны две следующие цифры, к примеру, 25/40 или 25/80. Первая – соединительный размер, вторая – высота подачи жидкости. При этом основное назначение циркуляционного насоса состоит в преодолении гидросопротивления контуров отопления. На практике, насосы с маркировкой  25/60 способны обеспечивать циркуляцию теплоносителя в радиаторных схемах с 15 тепловыми приборами или теплых водяных полов до 130м2.

Чтобы точнее подобрать параметры насоса необходимо рассчитать гидравлическое сопротивление системы.

Гидропотери в трубопроводе

Потери напора от трения теплоносителя в трубах:

где:

    • ΔPpt – снижение напора в трубопроводе из-за трения, Па;
    • R – удельные потери напора от трения (указываются в документации производителей труб), Па/м;
    • L – общая длина трубопроводов, м.

Гидропотери в местах максимального сопротивления

Местами максимального сопротивления считаются фитинги, запорная арматура, любые устройства и оборудование врезанные в систему:

где:

    • ΔРс – снижение напора в точках сопротивления, Па;
    • Σξ – сумма показателей гидросопротивления на всех участках;
    • V – скорость теплоносителя, м/с;
    • ρ – плотность теплоносителя .

Расчет скорости теплоносителя

где:

    • V – скорость теплоносителя;
    • m – расход теплоносителя, кг/с;
    • ρ – плотность теплоносителя, кг/м3;
    • f – площадь сечения трубы, мм.

Расчет расхода теплоносителя

где:

    • Q – общая мощность системы отопления, кВт;
    • Ср – удельная теплоемкость воды принимается 4,19 кДж/(кг×°С);
    • ΔPt – разница температур подачи и обратки, °C.

Расчет объема бака

Независимо от его типа (закрытый, открытый), упрощенно его емкость можно принять на 10-15 % больше объема всего теплоносителя в системе.

Заключение

Схема отопления для двухэтажного дома – это сложная инженерная система, включающая множество взаимосвязанных элементов. Их расчет и подбор таит множество нюансов, изучение которые лучше доверить профильным инженерам.

Самостоятельное упрощенное проектирование отопительных коммуникаций также возможно. При этом обязательно следует согласовывать свои действия с практикующими специалистами с соответствующей квалификацией.

Читайте также: Отопление: экономичность против производительности




Предыдущая статья:
  Схема вентиляции в бане


Рекомендуем посмотреть наши проекты домов