Система отопления двухэтажного дома: типовые схемы и специфика проекта разводки

Дополнительное оборудование – преимущества и недостатки

Любую схему отопления можно усовершенствовать, добавив в неё краны-терморегуляторы для настройки работы каждой батареи, термостаты, гидравлическую стрелку, циркуляционный насос для каждого контура, другие дополнительные приборы.

Краны Маевского и воздухоотводчики на верхушке каждого стояка обязательны в системах с закрытым расширительным баком. Каждый дополнительный прибор делает систему эффективнее, экономнее, даёт возможность более тонкой и удобной настройки.

Стоит помнить, что чрезмерное усложнение системы не только повышает её стоимость, но и существенно увеличивает риск поломки

Используйте только необходимые компоненты, ведь чем меньше агрегатов, тем ниже вероятность выхода из сртоя одного из них и остановки системы.

Способы устройства двухтрубной системе

В интерьере современного частного дома очень часто можно увидеть камин или печь, но чаще всего они являются элементами общего стиля помещения. В этом случае за тепло в доме отвечает одноконтурный или двухконтурный котел. Причем первый вариант используется только для обогрева комнат, котел второго типа параллельно служит для подачи тепла и подогрева воды.

Обустройство отопительной системы в частном доме может выполняться с использованием однотрубной и двухтрубной схемы разводки от котла отопления. Прежде чем выбрать один из вариантов, следует подробнее изучить особенности и характеристики каждого типа, а также выявить их положительные стороны и недостатки.

Вертикальная система с нижней разводкой

Устраивают ее следующим образом:

• От нагревательного котла пускают по полу нижнего этажа дома или по подвалу подающий магистральный трубопровод.
• Далее от магистральной трубы пускают вверх стояки, которые обеспечивают попадание теплоносителя в батареи.
• От каждой батареи отходит труба обратного тока, которая отводит остывший теплоноситель обратно в котел.

При проектировании нижней разводки автономной системы отопления учитывают необходимость постоянного выведения воздуха из  трубопровода. Выполняется это требование с помощью монтажа воздушной трубы, а также установки расширительного бака, использования кранов Маевского на всех радиаторах, находящихся на верхнем этаже дома.

Схема двухтрубной автономной системы водяного отопления дома с нижней разводкой. Теплоноситель поднимется вверх по вертикальным стоякам из центральной трубы

Вертикальная система с верхней разводкой

В этой схеме теплоноситель от котла подается на чердак по магистральному трубопроводу или под самый потолок верхнего этажа. Затем вода (теплоноситель) спускается вниз по нескольким стоякам, проходит через все батареи, и возвращается обратно в нагревательный котел по магистральному трубопроводу.

Схема двухтрубной автономной системы отопления дома с верхней разводкой. Теплоноситель двигается вверх по центральному стояку, а затем опускается вниз, проходя по всем установленным радиаторам

Горизонтальная система отопления – три основных типа

Устройство горизонтальной двухтрубной системы автономного отопления с принудительной циркуляцией является наиболее распространенным вариантом обогрева частного дома. При этом используется одна из трех схем:

• Тупиковая схема (А). Преимущество состоит в небольшом расходе труб. Недостаток кроется в большой длине циркуляционного контура самого дальнего от котла радиатора. Это затрудняет в значительной степени регулировку системы.
• Схема с попутным продвижением воды (Б). Из-за равной длины всех циркуляционных контуров проще отрегулировать систему. При реализации потребуется большое количество труб, которые увеличивают стоимость работ, а также портят своим видом интерьер дома.
• Схема с коллекторным (лучевым) распределением (В). Так как каждый радиатор подключается отдельно к центральному коллектору, то обеспечить равномерный всех помещений очень легко. На практике монтаж отопления по данной схеме наиболее затратный из-за большого расхода материалов. Трубы прячут в бетонную стяжку, что в разы повышает привлекательность интерьера. Лучевая (коллекторная) схема разводки отопления по полу приобретает все большую популярность среди индивидуальных застройщиков.

Вот так это выглядит:

Три схемы устройства горизонтальной двухтрубной системы автономного отопления, которые чаще всего используются при строительстве малоэтажных домов и частных коттеджей

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.

Двухтрубное отопление

Двухтрубная система отопления нашла применение в крупных двухэтажных домах, так как имеет значительно меньшие теплопотери от радиатора к радиатору. В структуру системы входят две основные магистрали: горячая и холодная. По первой нагретая жидкость подается к потребителям тепла, во вторую сбрасывается остывший теплоноситель. При этом магистрали не имеют никакой прямой связи друг с другом.

Расширительный бак устанавливается на отдельном первичном ответвлении горячей магистрали значительно выше трубопроводов. Обычно выбираются модели закрытого типа. Перед радиаторами могут врезаться вентили, позволяющие выборочно отключать от отопления отдельные комнаты, однако перекрытие слишком большого количества вентилей может привести к избыточному давлению и течам, особенно — в системах с принудительной циркуляцией и при неправильно проделанных тепловых расчетах.

Тупиковая схема и «петля Тихельмана»

Изначально все системы двухтрубного отопления работали по прямой тупиковой схеме. Это означало, что радиатор, первым получивший горячий теплоноситель, первым же и отдает остывший, что влечет последовательную потерю давления в радиаторах и снижение их эффективности. Пусть и не такое значительное, как при однотрубной компоновке. Тупиковая схема до сих пор применяется для отопления небольших зданий, так как требует значительно меньшего расхода материалов при монтаже и не так требовательна к мощности насоса.

Решение проблемы падения давления предложил инженер Альберт Тихельман. Он разработал реверсивную систему обратной подачи теплоносителя или, проще, обратную петлю. Таким образом, радиатор, первым получивший теплоноситель, сбрасывал его последним, а последний установленный радиатор сливал остывшую жидкость раньше, чем остальные. При этом, разумеется, вдвое увеличилась длина обратной магистрали. Тупиковая схема хорошо подходит для отопления двухэтажного дома.

Лучевая схема

Другой ветвью эволюции тупиковой системы отопления стала так называемая лучевая схема. Она предполагает наличие дополнительного узла — распределительного коллектора. Он необходим для разведения первичных и обратных магистралей к каждому радиатору в отдельности, что обеспечивает циркуляцию жидкости с равной температурой и равным давлением во всех элементах системы.

Дальнейшее усложнение отопительной системы по сравнению с тупиковыми и петличной схемами привело к еще большему расходу труб при прокладке магистралей. Тем не менее, это окупается высокой эффективностью. Требования к расширительному баку и нагнетающему насосу те же, что и в «петле Тихельмана».

Виды схем отопления

Отопление двухэтажного дома можно организовать по одной из нижеперечисленных схем.

Однотрубная, двухтрубная и лучевая схемы отопления частного дома

В небольшом частном доме можно применить последовательную схему подключения радиаторов отопления. В этом случае контур будет образован одной трубой, поэтому такая система получила название однотрубной. Это самый недорогой, но и наименее практичный вариант: в наиболее удаленные от котла радиаторы теплоноситель поступает относительно холодным, из-за чего количество секций в этих приборах приходится увеличивать.

Двухтрубная схема отопления с верхней и нижней разводкой

Более равномерно тепловая энергия распределяется в двухтрубной системе. Она состоит из двух трубопроводов – подающего и обратного, между которыми по параллельной схеме подключаются радиаторы. Для двухэтажного частного дома с большим количеством помещений такая схема системы отопления является оптимальной.

Наиболее дорогостоящей, но и самой удобной с точки зрения управления, является лучевая схема. Согласно ей, к каждому радиатору прокладываются собственные подающий и отводящий трубопроводы, которые сходятся в одном коллекторе. Если из-за неправильного гидравлического расчета на отдельных участках обычной двухтрубной системы может наблюдаться слабая циркуляция теплоносителя или ее отсутствие, то при лучевой схеме подобные явления полностью исключены.

Горизонтальная и вертикальная схемы с нижней и верхней подачей

В двухэтажных частных домах с небольшой площадью систему отопления своими руками часто сооружают по горизонтальной схеме.

Согласно ей, все радиаторы в пределах одного этажа объединяются в горизонтальный контур, а для запитки каждого из этих контуров сквозь все этажи прокладывается один хорошо утепленный стояк.

При большой площади этажей горизонтальные контуры получались бы слишком длинными, поэтому соблюдение требуемого уклона при их монтаже было бы невозможным.

В этом случае прибегают к организации отопления по вертикальной схеме. В соответствии с данным принципом объединяются не те радиаторы, которые расположены на одном этаже, а смонтированные друг над другом на разных этажах. Для этого прокладывается несколько стояков.

Они могут подключаться последовательно:

• теплоноситель от котла поднимается по одному стояку;
• затем по расположенной на втором этаже или на чердаке перемычке он поступает во второй стояк, по которому и движется в обратном направлении.

Но практикуют и параллельное подключение стояков. Для этого прокладывают два кольцевых трубопровода, один из которых играет роль распределительной гребенки (от него и запитываются все стояки), а второй – выполняет функцию «обратки» (сюда поступает остывший теплоноситель).

Если в доме имеется утепленный чердак или технический этаж, первый из трубопроводов можно разместить здесь. В таком случае говорят, что система имеет верхнюю разводку. При отсутствии такого помещения оба трубопровода приходится располагать в подвале или цокольном этаже (нижняя разводка).

Принцип действия

Отопительный контур, называемый двухтрубным, состоит из радиаторов и двух магистральных трубопроводов – подающего и обратного. Нагретый котлом теплоноситель поступает в подающую магистраль, затем – в радиаторы, после чего по обратному трубопроводу снова возвращается к котлу.

Однотрубная и двухтрубная система отопления – в чем основное отличие? Главное отличие от однотрубной системы состоит в том, что радиаторы подключаются по параллельной схеме. Каждый из них находится между магистральным и обратным трубопроводами и своим входным патрубком подключается к первому, а выходным – ко второму.

Можно сказать, что трубопровод подачи в данном случае играет роль распределительной гребенки, из которой рабочая среда поступает сразу во все отопительные приборы.

Схема двухтрубной системы отопления с принудительной циркуляцией и теплыми полами

Если система отопления функционирует постоянно, в качестве теплоносителя используется подготовленная (обессоленная) вода. В случае работы контура в периодическом режиме следует применять антифриз.

Вся система отопления должна быть полностью заполнена теплоносителем, иначе при перетекании он будет издавать заметный шум. Но температура рабочей среды не всегда бывает постоянной и при нагреве объем ее может увеличиться. На этот случай предусмотрен компенсирующий элемент – расширительный бачок, подключаемый к контуру через тройник.

Все еще думаете, какую систему отопления выбрать? Тогда рассмотрите более упрощенный вариант – однотрубная система отопления частного дома. Достоинства и недостатки, а также разновидности систем.

О том, какой счетчик отопления выбрать, читайте тут. Есть ли смысл ставить общедомовой прибор учета?

Инфракрасный обогреватель – недорогой и удобный прибор для обогрева помещения. Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/vred-infrakrasnogo.html вы узнаете, полезны или вредны такие обогреватели.

Циркуляция теплоносителя и конструкция расширительного бачка

Очевидно, что для функционирования отопительной системы необходимо заставить теплоноситель перемещаться по контуру. Эту задачу решают одним из двух способов:

Организация конвективной (естественной) циркуляции

В данном случае используют свойство всех жидкостей и газов при нагреве перемещаться вверх. Отопительный контур начинается идущей прямо от котла вертикальной трубой – разгонным коллектором, имеющим в высоту не менее 1,5 м. Мощная конвекция на этом участке обеспечивает приемлемую циркуляцию теплоносителя в системе.

Двухтрубная система водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней разводкой

У этого варианта есть два преимущества:

1. Энергонезависимость.
2. Максимально простая конструкция расширительного бачка. Он представляет собой установленную в наивысшей точке системы открытую емкость, в днище которой врезана ведущая к контуру труба.

Недостатков больше:

• длительная раскачка;
• необходимость применять трубы большого диаметра;
• работа котла на предельном режиме (теплоноситель успевает сильно остыть);
• необходимость нагрева теплоносителя до высокой температуры, что делает невозможным эксплуатацию системы в межсезонье.

Перекачивание с помощью насоса

Используются специальные насосы, называемые циркуляционными.

Поскольку система замкнутая, их мощность определяется только величиной гидравлического сопротивления контура (высота подъема теплоносителя значения не имеет).

Данный вариант лишен перечисленных в предыдущем пункте недостатков, но из-за повышенного давления здесь приходится применять расширительный бачок более сложной конструкции.

Это герметично закрытая емкость, разделенная гибкой мембраной на две полости. Одна из них заполнена сжатым воздухом, в другую поступает избыток теплоносителя.

Если применяется антифриз, лучше установить закрытый расширительный бачок, независимо от способа циркуляции. Из открытого бачка в помещение будут проникать вредные испарения.

Выгодна ли самотечная однотрубная система двухэтажного дома

Намереваясь смонтировать данную дешевую схему, домовладелец сильно ошибается. Самотечная система (в просторечии, «самотек») обойдется вдвое-втрое дороже оснащенной циркуляционным насосом. Естественная циркуляция требует:

• толстых труб для минимизации гидравлического сопротивления теплоносителю;
• достаточности уклонов магистральных труб;
• расположения отопительного котла ниже уровня отопительных приборов в приямке на кухне /в подвале, показанного на рисунке ниже.

Самотечному отоплению 2-х этажного дома присущ стандартный недостаток — батареи второго этажа прогреваются лучше первого. Установка байпасов, регулировочных устройств наращивает стоимость системы.

Схема с естественной циркуляцией

Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.

Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:

1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
2. Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
3. Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
4. Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

• из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
• чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
• здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
• затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
• схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
• увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.

Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

Советы по проектированию

Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
4. Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
7. Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.

Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

Заключение

Установка отопительной системы, это сложный трудоемкий процесс, включающий проектирование, подбор оборудования, монтаж всех элементов. Это должны выполнять специалисты. Выбор схемы подключения тоже необходимо согласовать с профессионалами, так как без специальной квалификации невозможно учесть все факторы и нюансы.

Главное в данном вопросе стремиться получить качественное и надежное отопление, а экономичность установки должна отойти на второй план. Экономить на закупке оборудования тоже не стоит. Хорошая отопительная система будет стоить дорого, но зато она сэкономит вам немалые средства потом, в процессе эксплуатации.

Источник