Однотрубная система отопления — плюсы и минусы, популярные схемы

При организации отопления частных домов иногда приходится выбирать между различными схемами трубной разводки, отдавая предпочтение экономии финансовых средств или эффективности системы. При этом наиболее бюджетным вариантом является однотрубная система отопления, которую для обогрева своих домов выбирают многие собственники.

Чтобы правильно смонтировать систему с одной трубой, следует знать основные схемы разводки, применяемые для этого материалы и размеры трубопроводов. Так как основной проблемой однотрубного контура является неравномерность прогрева радиаторных теплообменников, важно иметь представление о способах их балансировки.

Рис. 1 Примеры однотрубных разводок с нижним подключением батарей

Общие сведения об однотрубных схемах отопления

Основные сферы применения однотрубных схем – разные по этажности дома с небольшим количеством радиаторов в одном контуре. Например, в высотках от стояка отходят не более трёх радиаторов на этаж. В частном секторе такие системы наиболее эффективны в одно- и двухэтажных частных домах с площадью до 150 м2.

Достоинства и отрицательные стороны

Правильно подобрать систему отопления можно только исходя из условий эксплуатации, учитывая положительные и отрицательные стороны всех типов конструкции.

Охлаждение теплоносителя при движении по однотрубной системе отопления.
Минимизировать отрицательные стороны помогает установка в конце контура радиаторов с большим количеством секций, обязательный монтаж байпасов, разделение системы на несколько ветвей.

Особенности конструкции

Главный отличительный признак однотрубных разводок – все батареи в контуре включены последовательно, а отводная труба от предыдущей батареи подключается к входу последующей. После последнего радиатора в контуре теплоноситель возвращается в котёл.

Наглядная схема типичной однотрубной системы отопления.

В более грамотной системе в обвязку каждого радиатора устанавливают перемычку (байпас).

Схема однотрубной системы отопления с байпасом.

Она позволяет:

• балансировать систему, добиваясь примерно равной температуры батарей;
• отключать радиатор при неисправности или аварии;
• регулировать температуру – даже при минимальном открытии крана терморегулятора теплоноситель будет поступать в следующий конвектор.

Системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

• контакту теплоносителя и воздуха помещений – открытые и закрытые;
• способу организации циркуляции теплоносителя – естественный, принудительный, комбинированный;
• виду подводки теплоносителя к радиаторам – верхняя или нижняя;
• компоновке – горизонтальная или вертикальная.

Каждый из признаков и их комбинации влияют на эффективность отопления в конкретных условиях эксплуатации.

Принцип работы

Стандартное отопление основывается на физических законах: тепловое расширение, конвекция, гравитация. Нагреваясь от источника тепловой энергии, происходит расширение теплоносителя, и в трубопроводе создается давление. Более того, он становится менее плотным и, естественно, легким. Более тяжелая и плотная холодная жидкость подталкивает нагретую вверх. С этим связано то, что трубу, которая выходит из котла, монтируют на максимальной высоте. Именно водонагревательный котел представляет собой центральный элемент всей схемы, расположенной в частном доме.

Созданное давление, конвекция, а также тяжесть заставляют воду двигаться к радиаторным элементам, где происходит их нагрев и параллельно охлаждение. В результате теплоносителем отдается тепловая энергия, нагревающая комнату. Затем жидкость возвращается в котел в холодном состоянии, и процесс вновь повторяется.

Однако данное сооружение имеет свои особенности: самый маленький температурный показатель теплоносителя (40-50 градусов Цельсия) перед возвращением в котел фиксируется, попав в самый удаленный (последний в цепи) радиатор. Этого недостаточно, чтобы нормально прогреть комнату.

Чтобы избежать на крайних радиаторных компонентах снижения температурных показателей, следует увеличить теплоемкость батареи или дольше нагревать жидкость в котле. Однако эти решения потребуют дополнительных затрат.

В качестве альтернативного решения применяют другой способ подачи горячей воды, заключающийся в размещении циркуляционной помпы в трубном контуре. Она сможет разогнать теплоноситель по всей схеме.

Производительность подобной технологии будет лучше по сравнению с двумя предыдущими способами. Однако в условиях пригорода методика, основанная на использовании насоса, может оказаться мало результативной в связи с вероятностью сбоев в электропитании.

Проблему доставки горячей жидкости ко всем радиаторам схемы в данном случае может решить разгонный коллектор после его монтажа. Прибор предстает в виде прямой высокой трубы, по которой нагретая жидкость, выходящая из котла, разгоняется до такой скорости, которая не позволит охладиться в промежуточном радиаторе перед попаданием в последнюю секцию.

В итоге характерной чертой однотрубной схемы считают отсутствие трубы обратного действия (обратки), необходимой для возвращения остывшей жидкости в котел. Вторая часть единственного магистрального трубопровода будет считаться обраткой.

Выбирая отопительную схему, имейте в виду, что одноконтурная модель не будет работать, если последняя радиаторная секция ниже уровня в 2.2 метра. Она подходит для применения в двухуровневых постройках.

Открытые и закрытые системы

По мере нагревания объём теплоносителя увеличивается. Появляются излишки жидкости, которые должны оставаться в системе. Для разогретого теплоносителя предусматривают установку расширительных бачков. Их объём выбирают из расчёта 10-15% от полной ёмкости котла, труб, радиаторов.

По конструкции определяют вид: закрытая или открытая.

Открытый тип

Готовый расширительный бак под СО открытого типа.
В открытых вариантах в качестве бака используют любую ёмкость, стойкую к коррозии и температуре около 80 оС. Это может быть бак из нержавеющей стали или защищённого от коррозии чёрного металла. Прибор устанавливают в самой верхней точке, что исключает вытекание теплоносителя под действием столба жидкости.

Важно! Открытые системы заполняют только чистой водой. Антифриз при испарении (выкипании) выделяет опасные или даже ядовитые вещества, способные нанести вред здоровью.

В нижней части находится патрубок для присоединения к трубопроводу. Вверху оставляют лючок для долива воды.

В других вариантах долив испарившейся воды осуществляют с помощью присоединения к водопроводной сети (см. схему ниже) и организации слива излишков в канализацию.

Схема однотрубной системы открытого типа.

Для предотвращения перелива и автоматического удаления воздуха, бак часто делают герметичным, а в верхней части ёмкости монтируют автоматический клапан-стравливатель. Этот вариант предпочтительнее, если бак находится на чердаке и доступ к нему затруднён.

Бак открытой системы с автоматическим воздухоотводчиком.

Закрытые системы

Устройство мембранного расширительного бака.
В закрытых схемах используют герметичные расширительные баки двух типов: с диафрагменной или баллонной мембраной .

До начала заполнения системы через ниппель в воздушной камере нагнетают давление до 1,5 атм. Затем заполняют систему теплоносителем до показаний манометра 1,8-2 атм.

Далее бак работает в автоматическом режиме:

1. При нагревании жидкость расширяется.
2. Повышается давление, излишки теплоносителя через патрубок поступают в рабочую полость бака.
3. Разделяющая мембрана эластична, поэтому рабочая зона увеличивается. Одновременно повышается давление воздуха во втором отсеке бака.
4. После остывания теплоноситель уменьшается в объёме и мембрана, распрямляясь под действием сжатого воздуха, выдавливает теплоноситель в систему отопления.

Контакт рабочей жидкости и воздуха помещений исключён, поэтому в закрытых системах можно использовать любые разрешённые производителем отопительного оборудования антифризы и гликоли.

В закрытых системах расширительный бак может быть установлен в любом месте, но предпочтение отдают монтажу вблизи котла: бак не портит вид жилых помещений, облегчается обслуживание.

Схема однотрубной системы отопления закрытого типа.

Какой котел лучше выбрать

Лучшим вариантом для однотрубной ленинградской системы считается газовый котел. Несмотря на то, что устанавливать его должны специализированные службы, он имеет небольшие размеры, оснащен автоматикой, а топливо является одним из самых дешевых. Есть и другие варианты:

Также нужно обращать внимание на направление перемещения теплоносителя

Варианты циркуляции теплоносителя

В однотрубных сетях существуют три способа перемещения теплоносителя:

• гравитационный;
• с помощью циркуляционного насоса;
• комбинированный.

Вариант выбирают в зависимости от конфигурации дома и разводки.

Самотёчные системы

В случае построения таких сетей используют законы физики:

1. Термодинамику – разогретая жидкость менее плотная (лёгкая), разница тем больше, чем сильнее нагрев.
2. Конвекцию и гравитацию – лёгкая жидкость в замкнутом контуре поднимается вверх, вытесняя охлаждённую вниз.

Для нагрева используют отопительные котлы. Схема организации не отличается от схемы открытой СО с расширительным баком. На участке подъёма (разгонном) монтируют трубы большого диаметра, обычно в 2 раза превышающие магистральную разводку. Охлаждается теплоноситель в радиаторах и поступает в котёл.

(Повтор) схема однотрубной системы открытого типа.

Важно! Гравитационные системы могут быть только открытыми, теплоноситель контактирует с воздухом в расширительном бачке.

Существует ограничение на использование гравитационных схем – они не работают при высоте дома больше 7-9 метров и длине контура более 30 метров.

Схемы с принудительной циркуляцией

(Повтор) схема однотрубной системы отопления закрытого типа.
В закрытых и распределённых в пространстве открытых системах отопления для циркуляции теплоносителя устанавливают насосы.

Производительность насоса выбирают на основании гидравлических расчётов, предусматривая запас до 20%.

Важно! Большинство используемых насосов построено по схеме с «мокрым ротором». Теплоноситель смазывает и охлаждает электродвигатель. Исходя из этого насос устанавливают в разрыве трубы «обратки», где теплоноситель находится в охлаждённом состоянии.

Воду или антифриз в летний период не сливают, двигатель должен оставаться наполненным.

Комбинированные системы

В открытых видах отопления часто применяют комбинированный способ организации движения теплоносителя. Для этого устанавливают

Схема организация байпаса в однотрубной комбинированной системе отопления.

Есть несколько вариантов использования устройства:

1. При небольших морозах, когда самотёчной циркуляции достаточно для прогрева радиаторов, открывают кран, насос в этом случае не задействуют.
2. При недостаточной циркуляции перекрывают кран и включают насос.
3. При отключении электропитания циркуляция происходит через открытую трубу без использования насоса.

Обязателен байпас в системах с твердотопливными котлами, которые невозможно остановить быстро. При прекращении циркуляции, рабочая жидкость в теплообменнике быстро нагревается, закипает, возможен взрыв от повышенного давления и разрушение котла.

Рекомендации по монтажу

Помимо общих правил монтажа отопительного оборудования и тепловых сетей, при сборке однотрубных систем своими руками надо учитывать ее особенности. Отсюда несколько рекомендаций по теме:

• предварительно произведите корректный расчет диаметров труб, в особенности для самотечной схемы;
• хорошо продумайте прокладку ветвей или стояков, чтобы первые не пересекали дверные проемы, а вторые не попадали на окна;
• подключение радиаторов при искусственной циркуляции выполняйте трубой DN15, а для естественной – DN20;
• соблюдайте уклоны. Для гравитационной системы – не менее 5 мм на 1 м, напорной – 3 мм;
• высота разгонного коллектора должна быть 2.2 м;
• расширительный бак на неотапливаемом чердаке надо утеплить, а трубу перелива вывести на улицу;
• если теплообменник котла сделан из чугуна, не врезайте подпитку холодной водой непосредственно на обратке около теплогенератора;

не нагружайте одно кольцо отопительного контура большим количеством батарей, иначе самые последние будут холодными.

Вертикальная и горизонтальная разводки

По построению сетей выделяют два варианта разводки и доставки теплоносителя: вертикальную и горизонтальную.

Схема вертикальной однотрубной системы отопления с верхней и нижней разводкой.

Вертикальный тип монтируют в домах от двух этажей и выше. При этом используют верхнюю или нижнюю подводку теплоносителя к радиаторам.

При верхней разводке под потолком последнего или на техническом этаже располагают горизонтальную трубу с отводами в каждый стояк. Стекающий теплоноситель прогревает радиаторы и собирается в трубе обратки.

Вертикальная разводка позволяет организовать самотёчную открытую систему отопления, независимую от электроснабжения.

Нижняя разводка используется в современных многоквартирных и индивидуальных жилых домах с принудительной циркуляцией теплоносителя. Это позволяет скрыть трубы в цоколе или подвале, снижает затраты на монтаж, не портит внешний вид жилых помещений.

Сокрытие трубопровода отопления в подвальном помещении дома.

Главный недостаток способа, как и у всех однотрубных систем — прохладный теплоноситель в последних радиаторах контура.

Горизонтальная разводка стандартна и проста, ее используют преимущественно в одноэтажных постройках или на каждом этаже. В последнем случае устанавливают коллекторы.

Последовательность действий при установке водяного отопления с двухтрубной нижней разводкой

Все начинается с выбора энергоресурса. Если использовать в одной и той же схеме газовый котел в качестве основного, а электрический или работающий на твердом топливе – в качестве запасного, то можно сделать систему отопления энергонезависимой.

Далее следует обратиться в компетентный орган для разработки и утверждения проекта. Только после оформления всей необходимой документации и приобретения оборудования и расходных материалов начинается монтаж системы отопления.

Оснащение котельной

Котельная должна быть достаточно просторной, с высоким потолком и хорошей вентиляцией. Участки стен и пола, находящиеся в непосредственной близости от котла, облицовываются огнеупорными материалами.

Котел устанавливается согласно инструкции по эксплуатации. Дымоход выводится на улицу через специальное отверстие.

Коллекторный шкаф

Этот элемент представляет собой отделение, внутри которого будет располагаться насос, распределительный коллектор, регуляторы и счетчики.

Монтаж труб

Трубы устанавливаются по возможности ровно, без изгибов. При необходимости в стенах делаются отверстия, которые впоследствии аккуратно замазываются цементным раствором. Для соединения труб используется сварка (металл) или специальный утюг (полипропилен).

Установка батарей

Нагревательные элементы располагаются под подоконником. Требования по монтажу относительно стены, пола и подоконника такие же, как и при обустройстве однотрубной системы. Длина радиатора (количество секций) по возможности должна соответствовать ширине оконного проема. На участках ввода и вывода теплоносителя монтируются краны-терморегуляторы.

Завершающий этап монтажа водяного отопления с нижней разводкой – опрессовка. Первый запуск котла производится только в присутствии сотрудников профильной службы.

Ленинградка

Одна из популярных и простых в исполнении схема начала массового использоваться в Ленинграде, отсюда и произошло название. Её особенность способ подключения радиаторов – последовательный с байпасами у каждой батареи.

Ленинградка открытого типа.

Ленинградка закрытого типа.

Схема пригодна для открытых и закрытых систем, с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Конструкция может быть реализована при вертикальной и горизонтальной компоновке.

Таким образом, Ленинградка является универсальной схемой построения однотрубных систем отопления. Ей присущи все описанные достоинства, а недостатки ограничивают применение в больших по площади домах.

Возможное решение! В разветвлённых сетях делают несколько ветвей отопления с 3-5 радиаторами в каждой. Например, разделяют контуры отопления первого и второго этажа. Для домов с большой площадью целесообразнее использовать двухтрубные системы.

Практический пример расчёта

Для жилого дома требуется однотрубная система с управлением от терморегулятора.

Значение номинальной пропускной способности прибора на максимальной границе настройки составляет 0,6 м3/ч/бар (к1). Максимально возможная характеристика пропускной способности для этого значения настройки – 0,9 м3/ч/бар (к2).

Максимально возможный перепад давления ТР (при уровне шума 30дБ) – не более 27 кПа (ΔР1). Напор насоса 25 кПа (ΔР2) Рабочее давление для системы отопления – 20 кПа(ΔР).

Нужно определить диапазон потерь давления для ТР (ΔР1).

Значение внутренней теплопередачи рассчитывают так: Атр = 1 – к1/к2 (1 – 06/09) = 0,56. Отсюда вычисляется требуемый диапазон потерь давления на ТР: ΔР1 = ΔР * Атр (20 * 0,56…1) = 11,2…20 кПа.

Если самостоятельные расчеты приводят к неожиданным результатам, лучше обратиться к специалистам или для проверки воспользоваться компьютерным калькулятором.

Способы подключения радиаторов

Предпочтительный способ подключения радиаторов к трубопроводу производитель указывает в паспорте батареи.

Их можно разделить на три вида:

• диагональный;
• боковой;
• нижний.

Диагональный вариант наиболее эффективен в плане теплоотдачи. Однако в однотрубных системах способ вызывает повышенный расход материала и выглядит не лучшим образом.

Боковой способ подходит для вертикальной схемы, когда теплоноситель поступает в верхний коллектор радиатора, а удаляется через нижний.

Для нижнего подключения штуцеры радиатора должны располагаться внизу прибора, такие изделия дороже на 10-20%. Нижнее подключение снижает производительность радиатора на 15-20%, это необходимо учитывать при расчёте системы. В то же время нижнее подключение позволяет максимально скрыть проводку, залив трубы в пол или выводя их через перекрытие нижнего этажа.
Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Разбираемся в популярности алюминиевых радиаторов отопления

Основные достоинства труб из полипропилена

Если перечислять все преимущества полипропиленовых труб, то стоит отметить их высокий уровень качества, а также доступную стоимость. Отопительные системы, созданные из данных элементов, исправно прослужат своим владельцам не один десяток лет. Применение при изготовлении полипропиленовых труб уникальных технологий, позволяет с полной уверенностью говорить о высокой прочности изделий.

Полипропиленовые трубы во время эксплуатации не поддаются негативному влиянию коррозии, а также отлично противостоят механическим воздействиям из вне. На стенках труб не будет накапливаться грязь и собираться примесь. Следовательно, вода на протяжении длительного периода времени будет чистой и прозрачной.

Что касается монтажа, то это еще одно преимущество, присущее полипропиленовым трубам. Выполнить монтаж отопления полипропиленом своими руками не составит никакого труда.

Выбор эффективного варианта

На конструктивные решения влияют конфигурация и площадь дома, этажность, требования к дизайну, качество электроснабжения.

Принимая во внимание особенности, можно рекомендовать:

1. Для одноэтажных домов небольшой площади – Ленинградку с горизонтальной разводкой.
2. Двухэтажные постройки в местах с перебоями подачи электроэнергии оборудовать открытой, вертикальной, гравитационной системой с байпасами и циркуляционными насосами.
3. Системы с котлами на угле, дровах и паллетах строить по открытой схеме с естественной циркуляцией.
4. Разделять отопление на участки с количеством радиаторов не более 5 в каждом.

До начала проектирования изучают местные условия и только после этого принимают решения по выбору типа системы отопления.

Пайка труб

Чтобы соединения трубопровода были надёжными, работы по монтажу недопустимо проводить при температуре воздуха в помещении ниже 5 С. Все комплектующее элементы (трубы, фитинги, затворная арматура) не должны иметь загрязнений и повреждений Поэтому важно соблюдать нормы предосторожности при транспортировке и хранении материала. Важно не допустить до материала открытого огня. В противном случае трубы и фитинг деформируются и будут непригодны к использованию. В случае необходимости пересечения труб нужно воспользоваться специальными (тройными, крестовыми) фитингами. Там, где должно быть резьбовое соединение, устраиваются резьбовые фитинги Недопустимо на полипропиленовых трубах своими руками нарезать резьбу. Для плотности и герметичности резьбового соединения используют льняную паклю либо ФУМ-ленту.

Гидравлический расчёт однотрубной системы

Гидравлический расчёт проводят с целью определить диаметр соединительных труб на каждом участке контура и производительность циркуляционного насоса.

Последовательность расчётов:

1. Определение теплопотерь через строительные конструкции.
2. Расчёт потребной теплоотдачи радиаторов для каждой комнаты.
3. Выбор котла необходимой мощности.
4. Расчёт диаметра труб подводки с учётом скорости циркуляции теплоносителя в самое холодное время года.
5. Выбор циркуляционного насоса, если нужен выносной вариант.

Определение теплопотерь и расчёт радиаторов

Тепло, генерируемое котлом, расходуется через пол, стены и потолок здания. Учитывают материал стен, количество и площадь окон и дверей, качество утепления.

На нашем сайте можно воспользоваться калькулятором:

Для небольших домов пользуются приближённым вариантом. Считается, что в северных регионах для отопления 10 м2 площади, требуется 1,5-2 кВт мощности котла и производительности по теплоотдаче радиаторов. В средней полосе показатель равен 1-1,5 кВт, в южных регионах – 0,6-1 кВт. Данные верны для домов с капитальными стенами и средней или качественной теплоизоляцией.

Зная размеры дома, получают необходимые данные для последующих расчётов. Важно определить необходимое количество радиаторов для каждой комнаты. Алюминиевые и биметаллические радиаторы в большинстве случаев излучают от 120 до 210 Вт на одну секцию. Разделив мощность необходимую для комнаты на производительность секции, получают габариты батареи.

Выбор котла

Отопительный котёл проработает намного дольше, если не будет греть теплоноситель в максимальном режиме. В связи с этим выбирают оборудование на 10-20 % мощнее, чем получившиеся при расчётах теплопотери. Например, при потерях 10 кВт приобретают котёл, рассчитанный на 12-14 кВт.

Определение сечения труб

Оптимальная скорость движения теплоносителя по трубам от 0,3 до 0,7 м/с. Если параметр ниже, то при низкой температуре возможен недостаточный прогрев радиаторов. При большей скорости часто происходит завоздушивание радиаторов, слышен шум. Исходя из скорости потока и выбирают трубы с необходимым внутренним сечением.

Необходимый расход теплоносителя определяют по формуле: G=860*q/ΔТ, в которой:

• G — расход кг/ч;
• q — тепловая мощность в контуре участке (кВт);
• ΔТ — разность температуры теплоносителя на входе и выходе радиатора, чаще принимают 20 оС.

Например, для обеспечения теплоотдачи контура в 2 кВт, получаем расход теплоносителя: 860*2/20=85 кг/ч.

Далее в специальных таблицах сопоставляют скорость потока и выделяемую тепловую производительность. В нашем примере для 2 кВт радиаторов достаточно трубы с внутренним сечением от 8 до 12 мм. Выделено в таблице красной рамкой.

Таблица для определения диаметра труб самотечной системы отопления

Данные по каждому контуру наносят на общую схему. Суммируя полученные данные, определяют какой диаметр труб выбрать для подводки к группе контуров или для каждого стояка.

Выбор насоса

Современные газовые и электрические котлы оборудованы встроенным насосом. Его производительность выбрана изготовителем исходя из мощности котла.

Необходимую производительность вынесенного насоса определяют, суммируя потоки теплоносителя в каждом контуре. Предусматривают запас 15-20% по производительности, чтобы насос работал в щадящем режиме.

Расчет

При планировании двухтрубной системы важно провести предварительный расчет системы двухтрубной системы отопления, используя такой ориентир, как предварительная схема системы (на ней обязательно должны быть указаны все элементы) и специальные аксонометрические формулы и таблицы. Расчет отопления производится на основе плана

Расчет отопления производится на основе плана

Этот простой гидравлический расчет двухтрубной системы отопления позволяет определить оптимальный диаметр труб, необходимых для нормального функционирования системы, объем используемых радиаторов. Чаще всего используются такие типы вычислений:

• по потере давления. Такой способ предполагает равный уровень температуры теплоносителя на всех участках системы.
• расчеты, учитывающие значение проводимости и сопротивления. В таком случае предполагается различное значение температурных показателей.