Назначение системы отопления – передавать теплоту, вырабатываемую отопительным котлом, в помещения, которые нужно обогревать.
Отопительная система – это взаимосвязанная совокупность устройств и элементов, предназначенная для нагрева воздуха в помещении до установленной температуры и поддержания её в заданных пределах в течение необходимого времени.
Основными частями отопительной системы являются теплогенератор (отопительный котел), теплопровод и отопительные приборы.
Самой дорогой составляющей является котел отопления, его цена составляет до 80% от стоимости всей отопительной системы.
Среда, которая осуществляет перенос теплоты от теплогенератора к отопительным приборам, называется теплоносителем.
Теплоносителем могут служить жидкость, пар или воздух. Отсюда разделение систем отопления по виду теплоносителя – на жидкостные, паровые и воздушные.
В загородных домах обычно применяют отопительные системы, имеющие самостоятельный генератор тепла – отопительный котел небольшого размера. Наиболее надежной считается водяная система отопления.
Основное преимущество водяной системы отопления по сравнению с паровой – простота регулирования теплоподвода к отопительным приборам (радиаторам и конвекторам).
В водяных системах отопления в качестве теплоносителя используется аэрированная и умягченная вода .
Основной недостаток воды при использовании в качестве теплоносителя – содержащиеся в ней соли жесткости. Они разрушительно действуют на металлические части водяной системы отопления, способствуют образованию накипи , затрудняющей работу системы. При нагреве жесткой воды проблема усугубляется.
По данным специалистов из Великобритании, вода с жесткостью 7,5 мгэкв/л, нагретая до 60ºC , при расходе 3,5 л/мин образует в год 4,8 кг накипи. При нагреве до 80 º С при тех же условиях – образуется уже 29,9 кг накипи.
Накипь возникает в результате реакции кальция, магния и кремния с металлом труб и образует твердый слой на их внутренней поверхности, препятствуя теплопередаче. Чтобы преодолеть тепловое сопротивление накипи, приходится повышать температуру труб. Это приводит к их перегреву и образованию трещин.
Растут потери тепловой энергии, при толщине слоя накипи в 3 мм КПД котла снижается на 25%. Накипь также образуется в элементах котловой автоматики, циркуляционных насосах, отопительных приборах и может привести к выходу их из строя.
Еще одним большим минусом воды является высокая точка замерзания, поэтому в качестве теплоносителя она может быть использована только при положительных температурах.
Поэтому воду часто заменяют солевыми растворами и антифризами. Но солевые растворы нежелательно использовать в системах водяного отопления из-за их повышенного коррозионного воздействия.
Антифризы представляют собой охлаждающие жидкости с довольно невысокой точкой замерзания. Благодаря этому свойству водяная система отопления с применением антифриза может быть запущена в эксплуатацию в любое время года (даже зимой).
Самыми популярными считаются антифризы на основе водных растворов этиленгликоля.
Теплоотдача различных нагревательных приборов, а также температура воздуха в жилом помещении при одинаковых технических параметрах находятся в зависимости от трех характеристик:
Если давление в водяной системе отопления невысокое, то она не может нормально работать.
Гидростатическое давление дает возможность преодолевать помехи, вызываемые трением теплоносителя о стенки труб, местными сопротивлениями в отводах, тройниках, кранах, отопительных приборах и водогрейных котлах.
Величина помехи из-за трения о стенки труб зависит от скорости воды, диаметра и длины труб. Чем длиннее трубопровод, тем большим будет сопротивление.
Величина местного сопротивления в главных узлах водяной системы отопления зависит от скорости воды, изменения диаметра труб и количества воды в отводах, тройниках, вентилях и крестовинах, а также от изменения направления движения воды.
По принципу циркуляции теплоносителя водяные системы отопления можно разделить на 2 группы:
Движение теплоносителя возникает под действием гравитационной силы, возникающей за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах.Поскольку плотность горячей воды меньше, она значительно легче холодной. Разность плотности охлажденной и горячей воды создает в отопительной системе гидростатический напор, дающий теплоносителю возможность перемещаться от источника нагревания к радиаторам (или трубам) и обратно. То есть происходит вытеснение горячей воды холодной.
Вода нагревается в отопительном котле, становится более легкой и вследствие этого поднимается по подающему трубопроводу (главному стояку) вверх. Оттуда она поступает в разводящие подающие стояки и попадает в отопительные приборы.
По мере продвижения по трубам вода остывает, становится тяжелее. После этого охлажденная вода от отопительных приборов движется в обратном направлении, т. е. спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали, снова попадает в отопительный котел, откуда вытесняет легкую нагретую воду.
Поскольку разность нагретой и охлажденной воды постоянно существует, то отопительная система функционирует беспрерывно.
Циркуляционный напор в отопительной системе зависит от двух факторов:
Отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя подразделяются на системы с верхней и нижней разводкой. Различаются они расположением подающей магистрали.
Традиционная отопительная система c естественной циркуляцией теплоносителя имеет в своем составе следующее оборудование:
Недостатки:
Поэтому отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя часто оказываются малоэффективными и экономически невыгодными.
Движение теплоносителя по трубопроводам происходит за счет работы циркуляционного насоса, который обеспечивает бесперебойную работу в отопительной системы и подключается к обратной магистрали. Это продляет срок службы всех узлов, контактирующих с горячей водой. Также к обратной магистрали подключают и расширительный бак.
Отопительные системы с принудительной циркуляцией используют в многоэтажных коттеджах, т. к. наличие насоса позволяет намного увеличивать длину трубопроводов, а также применять новые монтажные схемы отопительной системы.
Но использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией теплоносителя можно только в тех случаях, когда имеется возможность бесперебойной подачи электроэнергии, потому что циркуляционные насосы работают от сети.
Традиционная отопительная система c принудительной подачей теплоносителя имеет в своем составе следующее оборудование:
Таким образом, отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя намного удобнее в эксплуатации и обслуживании.
Двухконтурная система, помимо отопления, нагревает и водопроводную воду.