Схеми двотрубних систем опалення для приватного будинку

Деякі монтажники грішать упередженістю. Наприклад, майстер вважає однотрубну розводку найкращою та пропонує її усім замовникам – господарям приватних будинків чи квартир. За подібними пропозиціями нерідко ховається низька кваліфікація виконавця або якась вигода. Наше завдання – розглянути, як працює двотрубна система опалення, об’єктивно оцінити її переваги й недоліки, дати рекомендації з вибору схеми.

Як працює двоконтурна схема опалення

Конструкція двотрубної системи водяного опалення передбачає подачу і повернення теплоносія від кожного радіатора по двох окремих магістралях. Спрощено: вхідний патрубок батареї підключений до лінії подачі, вихідний – до зворотного колектора. Перший трубопровід роздає нагріту воду з котла всім опалювальним приладам, друга труба збирає остиглий теплоносій і направляє назад у теплогенератор.

Особливості двоконтурного розподілу води:

• якщо всі елементи системи розраховані правильно, то кожен радіатор отримує теплоносій однакової температури;
• зміна протоку води через одну батарею внаслідок регулювання не впливає на роботу сусідніх опалювальних приладів;
• число радіаторів на одній гілці може досягати 40 шт. за умови, що продуктивність насоса і діаметр підвідних труб забезпечує розрахункову витрату води.

Примітка. Цифра 40 взята на підставі практичного досвіду проектування і монтажу опалення у виробничих цехах. В заміських котеджах стільки приладів до однієї гілки не підключається, максимум – 10 шт. Якщо треба зробити розводку опалення багатоповерхового будинку, мережа теплопостачання ділиться на кілька двотрубних контурів.

Рух води трубами і батареями забезпечується двома способами – природним (конвекційним) і примусовим. Варіантів підведення теплоносія існує 4, тому пропонуємо розглянути кожну схему окремо.

4 види 2-трубних систем

Залежно від умов прокладки трубопроводів і подальшої експлуатації в приватних будинках використовуються такі різновиди двотрубних схем:

1. Гравітаційна або самопливна з природною циркуляцією нагрітої води.
2. Класична тупикова система опалення.
3. Кільцева з попутним рухом теплоносія, інакше – петля Тіхельмана.
4. Променева з індивідуальною роздачею тепла радіаторам від розподільного колектора.

Замітка. До двотрубного опалення також відноситься водяна тепла підлога. Батареями виступають нагрівальні контури, магістралями – підвідні труби і гребінка зі змішувальним вузлом. За конструкцією підлоговий обігрів близький до колекторної схеми.

Самопливна двотрубна система функціонує без надлишкового тиску, теплоносій контактує з атмосферою через відкритий розширювальний бак. Решта 3 варіанти схем є замкнутими, що працюють під тиском 1–2.5 Бар і тільки з примусовою циркуляцією води від насоса. Далі розберемо кожну схему на конкретному прикладі двоповерхового будинку.

Самопливне опалення

Принцип роботи системи з природним рухом теплоносія базується на конвекції – гаряча та легка рідина піднімається трубами догори, бо витісняється більш важкою охолодженою водою. Котел нагріває теплоносій, він легшає і рухається вгору по стояку зі швидкістю 0.1–0.3 м/с, потім розходиться по магістралях і батареях.

Уточнення. Маємо на увазі, що нагріта і охолоджена рідина знаходиться в межах одного замкнутого контуру – опалювальній мережі будинку.

Перелічимо характеристики двотрубної гравітаційної системи для двоповерхового котеджу, зображеної на кресленні:

1. Спосіб прокладання магістралей – горизонтальна верхня розводка, що бере початок від загального стояка. Він піднімається від котла, у найвищій точці розташований розширювальний бак відкритого типу.
2. Горизонтальні ділянки прокладені з мінімальним ухилом 3 мм на метр довжини магістралі. Подача нахилена в бік радіаторів, зворотна лінія – до котла.
3. Діаметри труб збільшені порівняно з напірними системами, оскільки розраховані на малу швидкість течії води.

Важливий нюанс. Щоб реалізувати стійкий самоплив, треба застосовувати труби Ø40–50 мм (внутрішній). Мінімально допустимий діаметр гілок – Ду25, використовується поряд з останніми батареями.

В одноповерховому будинку використовується аналогічна схема, але з одиночним під’єднанням радіаторів. Подавальний колектор верхньої розводки прокладається горищем або під стелею, зворотний – над підлогою. Можна зробити і нижню розводку, за законом сполучених посудин теплоносій затікатиме в батареї, але швидкість руху і ефективність обігріву впаде до мінімуму.

Нині експлуатуються комбіновані гравітаційні схеми з циркуляційними насосами. Агрегат монтується на байпасі, щоб не заважати течії води в разі відімкнення електроенергії.

Тупикові опалювальні гілки

Двотрубна закрита система плечового (тупикового) типу влаштовується в більшості заміських котеджів, також нерідко застосовується в нових багатоквартирних будинках. Як збудована схема:

1. Радіаторна мережа складається з однієї або кількох двотрубних гілок. Теплоносій подається до приладів опалення через одну магістраль, а повертається іншою.
2. Система працює з надлишковим тиском 1–2.5 Бар, циркуляцію забезпечує насос, встановлений біля котла.
3. Розширення води компенсує бак мембранного типу, розташований в котельні. Точка врізки – на зворотному трубопроводі перед циркуляційним насосом (якщо дивитися за течією рідини).
4. Скидання повітря з мережі відбувається через крани Маєвського на батареях і автоматичний клапан у складі групи безпеки опалювального агрегату. Там же знаходиться манометр і запобіжний клапан.
5. Поширений варіант розводки – нижня горизонтальна, коли обидві труби проходять під радіаторами відкритим способом.

Зауваження. Якщо потрібно, тупикові магістралі без проблем прокладаються прихованим способом – в борознах стяжки підлоги, за підвісною стелею або в стінах.

Коли необхідно розподілити теплоносій на 2 крила двоповерхової будівлі, мережа ділиться на 4 окремих гілки (плеча), що сходяться до загального стояка. Однак протяжність ліній і теплове навантаження на плечі може бути різним. Кількість батарей і траса прокладки розробляється з урахуванням особливостей конкретного будинку.

Гілки з різним числом радіаторів гідравлічно врівноважуються шляхом балансування – обмеження потоків регулювальною арматурою. Вентилі завжди ставляться на виходах батарей, а за потреби – на плече в цілому. Як правильно збалансувати контури, читаємо на іншій сторінці нашого ресурсу.

Петля Тіхельмана

Загальний принцип роботи цієї схеми ідентичний тупиковій розводці, але спосіб роздачі і повернення теплоносія відрізняється за 3 ознаками:

1. Кожен контур опалення замкнутий в кільце.
2. Метод підключення батарей наступний: перший радіатор на подачі є останнім для зворотної лінії. І навпаки, кінцева батарея на роздавальній магістралі стає першою для зворотної.
3. Вода рухається обома трубопроводами в одному напрямку, звідси технічна назва системи – попутна.

Будова петлі Тіхельмана передбачає горизонтальну нижню розводку – приховано під підлогою, рідше – відкрито по стінах. Ще варіант: кільце можна зробити під перекриттям, сховавши за натяжну стелю або в підвал, а трубні підводки вивести до обігрівачів.

Особливість кільцевої «попутки» – майже ідеальна гідравлічна рівновага. Зауважте: дорогою до всіх батарей і назад теплоносій долає однакову відстань. Контур здатен забезпечити необхідну витрату води для 10 і більше радіаторів з мінімальним балансуванням.

Автор відео добре пояснює роботу системи, але проводить некоректне порівняння – правильно збалансовані гілки роздають тепло не гірше за «попутку».

Променевий спосіб підключення

Цей найбільш прогресивний тип двотрубної системи водяного опалення включає наступні елементи:

• обігрівачі – звичайні батареї, внутрішньо-підлогові конвектори чи окремі контури теплої підлоги;
• 2 колектори – подавальний та зворотний, обладнані витратомірами і термостатичними вентилями;
• індивідуальні двотрубні підводки, прокладені від колектора до обігрівальних приладів найкоротшим шляхом (під підлогою чи стелею, в перекритті).

Колектор, встановлений в зручному місці, отримує і повертає воду котлу по двох основних магістралях. За допомогою вентилів проводиться налаштування витрати теплоносія для кожної батареї. Якщо на клапани гребінки встановити термоголовки RTL або сервоприводи, з’явиться можливість автоматичного регулювання клімату в будь-якій кімнаті та будівлі в цілому.

Плюси і мінуси двотрубних розводок

Для зручності сприйняття ми об’єднали переваги і недоліки всіх вищеописаних систем в один розділ. Спочатку перерахуємо ключові позитивні моменти:

1. Єдина перевага самопливу перед іншими схемами – незалежність від електрики. Умова: треба підібрати енергонезалежний котел і виконати обв’язку без підключення до будинкової електромережі.
2. Плечова (тупикова) система – гідна альтернатива «ленінградці» та іншим однотрубним розводкам. Головні переваги – універсальність і простота, завдяки якій двотрубна опалювальна мережа будинку 100–200 м² без проблем монтується своїми руками.
3. Основні плюси петлі Тіхельмана – гідравлічна рівновага та здатність забезпечити теплоносієм велике число радіаторів.
4. Колекторна розводка – найкраще рішення для прихованої прокладки труб і повної автоматизації роботи опалення.

Примітка. Останні 3 схеми легко скомбінувати з контурами водяного підлогового обігріву. Поєднувати гравітаційну радіаторну мережу з теплою підлогою не завжди доцільно – без електроенергії циркуляція в нагрівальних контурах все одно зупиниться.

Коротко виділимо загальні плюси променевої, попутної і тупикової системи:

• невеликі діаметри роздавальних труб;
• гнучкість з точки зору прокладки, тобто, лінії можуть проходити за різними маршрутами – в підлозі, уздовж і всередині стін, під перекриттям;
• для монтажу підійдуть будь-які пластикові чи металеві труби: поліпропілен, зшитий поліетилен, металопластик, мідь або гофрована нержавіюча сталь;
• всі двоторубні розводки добре піддаються балансуванню і тепловому регулюванню.

Відзначимо другорядний плюс самопливної системи – простота заповнення і видалення повітря без застосування клапанів і кранів. Вода повільно подається через штуцер в нижній точці, повітря поступово витісняється з мережі в розширювальний бак відкритого типу.

Тепер про значущі недоліки:

1. Схема з природним рухом води громіздка і дорога. Знадобляться труби з внутрішнім діаметром 25…50 мм, монтовані з великим ухилом, в ідеалі – сталеві. Прихована прокладка сильно утруднена – більшість елементів опиниться на виду.
2. В монтажі та експлуатації тупикових гілок істотних мінусів не виявлено. Якщо плечі сильно відрізнятимуться довжиною і числом батарей, рівновага відновлюється шляхом глибокого балансування.
3. Магістралі кільцевої розводки Тіхельмана завжди перетинають дверні прорізи. Доводиться робити обхідні петлі, де згодом може накопичуватися повітря.

   

4. Система променевого типу вимагає фінансових витрат на обладнання – колектори з клапанами і ротаметрами плюс засоби автоматизації. Альтернатива – виготовлення гребінки з поліпропілену чи бронзових трійників своїми руками.

Доповнення. Для автоматичного регулювання тепловіддачі батарей самопливної мережі знадобляться спеціальні радіаторні клапани зі збільшеним прохідним перетином.

Яку двотрубну систему вибрати

Тип 2-трубної розводки обирається з урахуванням багатьох факторів – площі та поверховості приватного будинку, виділених коштів, наявності додаткових систем, надійності електропостачання та інших. Дамо ряд загальних рекомендацій з вибору:

1. Якщо планується монтувати опалення самостійно, краще зупинитися на двотрубній плечовій системі. Вона пробачає новачкам безліч помилок і працюватиме, незважаючи на допущені огріхи.
2. За високих вимог до інтер’єру кімнат оберіть колекторний тип розводки. Гребінку заховаєте в стіновій шафі, магістралі розведете під стяжкою. В будинку з 2–3 поверхами встановлюйте кілька гребінок – одну на кожен поверх.

   

3. Часті перебої з подачею електроенергії не залишають вибору – доведеться монтувати схему з природною циркуляцією (самоплив).
4. Система Тіхельмана доречна в будівлях великої площі і кількістю обігрівальних приладів. Монтувати петлю в малих будинках недоцільно з фінансової точки зору.
5. Для невеликого дачного будиночка чи лазні відмінно підійде тупиковий варіант розводки з відкритою прокладкою трубопроводів.

Порада. Опалення дачі на 2–4 маленьких кімнати можна організувати за допомогою однотрубної горизонтальної системи з нижньою розводкою – «ленінградки».

Якщо котедж планується опалювати радіаторами, теплою підлогою та водяними калориферами, варто взяти на озброєння тупиковий або колекторний варіант розводки. Дві зазначені схеми легко комбінуються з іншим опалювальним устаткуванням.

Як розрахувати діаметри труб

При влаштуванні тупикової чи колекторної розводки в заміському будинку площею до 200 м² можна обійтися без скрупульозних розрахунків. Діаметри магістралей та підводок приймайте відповідно до рекомендацій:

• щоб подати теплоносій до радіаторів в будівлі до 100 квадратів, досить трубопроводу Ду15 (зовнішній Ø20 мм);
• підводки до батарей робляться перетином Ду10 (зовнішній діаметр 15–16 мм);
• у двоповерховому будинку 200 м² роздавальний стояк робиться діаметром Ду20–25 (зовні Ø25–32 мм);
• якщо кількість радіаторів на поверсі перевищує 5 шт., діліть систему на кілька гілок, що відходять від стояка Ø32 мм.

Порада. Вище на прикладах схем досить точно вказані діаметри магістралей і підводок. Цю інформацію можете використовувати при розробці проекту опалення оселі.

Самопливна і кільцева система розробляється відповідно до інженерних розрахунків. Якщо ви хочете визначити перетин труб самостійно, насамперед порахуйте кількість теплоти на кожне приміщення з урахуванням вентиляції, потім з’ясуйте необхідну витрату теплоносія за формулою:

• G – масова витрата нагрітої води на ділянці труби, яка живить радіатори конкретної кімнати (або групи приміщень), кг/год;
• Q – кількість теплоти, що потрібна для обігріву кімнати, Вт;
• Δt – розрахунковий перепад температур між подавальним і зворотним трубопроводом, приймаємо 20 °C.

Приклад розрахунку. Для прогріву другого поверху до температури + 21 °C необхідно витратити 6000 Вт теплової енергії. Стояк опалення, що проходить крізь перекриття, має приносити 0.86 х 6000 / 20 = 258 кг гарячої води з котельні щогодини.

Знаючи годинне споживання теплоносія, неважко розрахувати перетин підвідного трубопроводу за формулою:

• S – площа шуканого перерізу труби, м²;
• V – об’ємна витрата гарячої води, м³/год;
• ʋ – швидкість течії теплоносія, м/с.

Довідка. Швидкість руху теплоносія в напірних системах з циркуляційним насосом приймається з діапазону 0.3…0.7 м/с. При самопливі рух повільніший – 0.1…0.3 м/с.

Продовження прикладу. Порахована витрата 258 кг/год забезпечується насосом, тому швидкість води беремо 0.4 м/с. Площа поперечного перерізу трубопроводу подачі дорівнюватиме 0.258 / (3600 х 0.4) = 0.00018 м². Перераховуємо перетин в діаметр за формулою площі круга, отримуємо 0.02 м – труба Ду20 (зовнішній Ø25 мм).

Зауважте, ми знехтували різницею щільності води при різній температурі і підставили до формули значення масової витрати. Похибка невелика, при кустарному розрахунку цілком допустима.

Заключний висновок

Практика показує, що 2-трубна тупикова система підходить для опалення більшості середніх житлових будинків. Технічне рішення приваблює простотою і вартістю монтажних робіт. Колекторна і попутна розводка обійдеться дорожче – грає роль ціна обладнання і протяжність ліній. Погляньте на схему з петлею Тіхельмана – розподільчі трубопроводи однакового діаметра йдуть по всьому периметру будівлі.

Окрема розмова – двотрубна система опалення з природною циркуляцією води. В умовах частих перебоїв з електроенергією краще не ризикувати і не гнатися за красою інтер’єрів, а змонтувати енергонезалежний обігрів. Високі початкові вкладення компенсуються теплом і низьким споживанням електрики.