Системы отопления и их элементы: как выбрать оптимальное

Часть 2. Выбираем схему системы водяного отопления

Нормальное тепловосприятие (без переохлаждения и перегревания) человека приходится на температуры от +14°С до +23°С, при этом в Беларуси температуры ниже этого диапазона составляют не менее 60% в год и могут опускаться до абсолютно неприемлемых для жизни. Таким образом, не требует доказательств тезис о том, что отопление для нашей страны является просто необходимым условием не только комфортной деятельности, но и просто выживания. Однако в настоящее время все более жесткие требования предъявляются и к стабильности тепловых режимов помещений, и к равномерному распределению температур, что по результатам исследований оптимальных условий деятельности людей может привести не только к снижению заболеваний, улучшению психологического состояния, но и значительному увеличению производительности труда, в том числе усвояемости детьми учебного материала. Немалую роль в этом играет выбор правильной схемы распределения тепловой энергии в помещениях.
В предыдущей статье мы рассмотрели типы труб, используемые для отопительных систем. Все они предназначены для одной цели — подвести горячую воду от источника к отопительному прибору. В настоящее время приняты две основные схемы присоединения отопительных приборов к трубопроводам водяного отопления: однотрубная и двухтрубная.

В однотрубных системах теплоноситель поступает к отопительным приборам помещения по одному трубопроводу, т.е. последовательно. При этом несколько охлажденный в одном приборе теплоноситель подается в следующий и т.д. Это и является основным недостатком таких систем, т.е. температуры поверхностей радиаторов, а следовательно, и окружающей среды (помещений) имеют различные значения (что так знакомо многим жителям многоэтажных домов!). Чтобы установить необходимое количество подводимой теплоты, приходится последовательно увеличивать площадь теплообмена (количество секций радиаторов). С другой стороны, такие системы имеют и ряд преимуществ, которые были несомненны в недавние времена и становятся все более и более спорными сегодня. Это — сравнительно с двухтрубной схемой — значительно меньшие: длина используемых труб; количество соединений, поворотов, фитингов и т.п.; трудозатраты на монтаж системы. Последовательное соединение отопительных приборов и трубопроводов приводит также к устойчивому гидравлическому режиму системы и, следовательно, к весьма существенной экономии на высококвалифицированном труде, связанном с пусконаладочными работами (особенно на объектах с большим количеством помещений и разветвленными схемами отопления).

В двухтрубных системах теплоноситель поступает к отопительным приборам по общему подающему трубопроводу и последовательно распределяется с практически одинаковой температурой. Охлаждаясь в каждом из отопительных приборов в отдельности, теплоноситель возвращается к источнику тепла или накопителю также по общему обратному трубопроводу, не попадая в другие отопительные приборы. Такая схема позволяет организовать управляемый тепловой режим каждого отдельно взятого прибора, тем самым создавая и поддерживая желаемое и наиболее экономичное температурное поле. Наиболее эффективна такая схема подачи теплоносителя в системах с обратной связью с источником тепла.
Как однотрубные, так и двухтрубные системы водяного отопления бывают вертикальными, в которых подающий трубопровод проходит вертикально по всему зданию, и горизонтальными, в которых коллектор проходит горизонтально по всему этажу. Как правило, предпочтительной считается схема, по которой длина подающего трубопровода будет наименьшей. В некоторых случаях основным критерием выбора является сложность монтажных работ по той или иной схеме.

Помимо этого, в зависимости от расположения магистрального теплопровода различают вертикальные системы с верхней разводкой, в которых магистраль проходит по чердачному помещению, и с нижней разводкой, в которых магистраль проходит, как правило, в подвале или подвальных каналах. Взаимное расположение по вертикали магистральных коллекторов прямой и обратной воды не регламентировано, но, учитывая конвективные процессы (потери тепла и давления), предпочтительно располагать коллектор, имеющий большую температуру теплоносителя, т.е. подающий, снизу, а коллектор с меньшей температурой, т.е. воспринимающий возвратную, охлажденную воду — сверху.
По направлению течения теплоносителя в подающем и возвратном распределительных трубопроводах (коллекторах) системы водяного отопления делят на тупиковые, или противоточные, где прямая и возвратная вода текут в противоположных направлениях, и попутные, или прямоточные, где направления движения воды в коллекторах совпадают. Для наименьшего теплового влияния коллекторов друг на друга, учитывая, что с целью упрощения монтажа их часто теплоизолируют совместно, разумнее использовать попутную схему.
Итак, мы разобрались непосредственно с подачей и отводом теплоносителя из отапливаемого помещения. Следующим шагом будет решить, какую же схему отопления: общепринятую радиаторную, становящуюся все более популярной напольную или комбинированную (радиаторное отопление + "теплый пол"), — целесообразно принять, и в каких случаях.

Радиаторы отопления, как правило, устанавливаются в местах наибольших теплопотерь из отапливаемых помещений, т.е. у наружных стен, под окнами и т.д. Если теплоизоляция наружных стен не идеальна, не используются современные материалы и способы монтажа окон или помещение является, например, угловым с большой площадью обдува внешних стен, в местах наибольших теплопотерь целесообразно использовать радиаторное отопление (при этом, конечно же, не следует забывать о строительных способах энергосбережения).
В помещениях с более-менее равномерными по площади теплопотерями, особенно там, где нежелателен напольный утеплитель (например, ковры в ванной комнате) — крайне удобным представляется напольное отопление. Без него также не обойтись в помещениях (и не только) с большими площадями, и особенно с участками со значительным удалением от мест возможной установки радиаторов или других отопительных приборов (в т.ч. печей, каминов и проч.). Поэтому такой тип отопления испокон веков используется в банях (римские термы, скандинавские сауны, китайские ванны), в больших залах и даже на площадях на открытом воздухе (строевые плацы в Берлине и Кенигсберге). Помимо традиционных объектов, в настоящее время такие системы незаменимы при обогреве лестничных сходов в метро или подземные переходы; при организации и содержании зеленых газонов футбольных и др. полей. Новую жизнь системы напольного отопления получили после появления промышленных технологий производства металлопластиковых труб и в связи с этим резким снижением стоимости "теплых полов". Сегодня такие системы являются одними из самых распространенных.

Наиболее совершенной как с точки зрения обеспечения комфортности, так и с позиций тепловой эффективности для помещений с неравномерными в пространстве тепловыми условиями является комбинированная схема. При ее использовании происходит наиболее равномерное распределение температурного поля в помещении, при этом среднеинтегральную температуру можно снизить на 2-3°С без ухудшения степени комфортности, что уменьшит потребляемую энергию до 15%.
В основном использование водяного напольного отопления получает распространение в домах с поквартирной системой отопления, коттеджах, зданиях с большими площадями помещений и оборудованных индивидуальными отопительными системами. В старых домах с центральным отоплением имеется ряд трудностей для установки и эксплуатации напольных систем. Это связано прежде всего с санитарными нормами нагрева поверхности пола (температуры воздуха в помещениях на высоте 1,2-1,8 м): 26°-27°С (19°С) — для служебных и рабочих помещений, где люди работают стоя; 27°-29°С (22°С) — в помещениях с постоянным пребыванием людей: жилые комнаты в квартирах и домах, офисные помещения; 29°-33°С (24°С) — в ванных комнатах и саунах; 35°С (22°С) — для открытых участков помещений, прилегающих к наружным стенам с окнами (краевые зоны). Для создания таких температур наиболее экономичной считается расчетная температура теплоносителя 50°С, т.е. температура на входе в контур будет составлять около 55°С. Максимальная критическая рабочая температура не должна превышать 65°-70°С, т.к. в противном случае температура поверхности пола слишком быстро превысит нормативный предел, а значительные перепады температуры по сечению бетонной стяжки пола могут вызвать крайне нежелательные процессы образования трещин даже при наличии специальных пластификаторов в бетоне, которые добавляются по технологии для компенсации тепловых расширений металлопластиковых (или даже медных) труб. При этом температура в системе центрального отопления иногда доходит до 95°С. Таким образом, в этих случаях необходимо дополнительное охлаждающее устройство (немецкая фирма Oventrop, например, применяет узел смешивания теплоносителя и поддерживания циркуляции, включающий трехходовой распределительный вентиль с накладным датчиком термостата и циркуляционный насос с реле температуры), что несколько осложняет, удорожает, снижает целесообразность и экономическую эффективность напольного отопления.

Конструктивное исполнение системы обогрева помещения посредством водяного отопления трубами, размещенными в полу, состоит из нескольких последовательных слоев гидро- и теплоизоляции, не требуя с точки зрения монтажа каких-либо специальных навыков.
Ориентировочные размеры теплого пола по высоте составляют: теплоизоляционная плита — 30-50 мм (над отапливаемыми помещениями) — не менее 50 мм (над неотапливаемыми помещениями); бетонная стяжка — 30-75 мм. Для нагрева пола применяют металлопластиковые трубы малого диаметра 12-16 мм. При этом греющий контур должен быть выполнен из единой трубы, без составных участков и соединений — у трубы греющего контура должно быть только два соединения: подключения к подающему и обратному коллекторам или стоякам. Как мы отмечали ранее, длина труб в бухтах составляет 100-200 м, чего вполне достаточно для соблюдения этого требования. Кстати, это один из главных аргументов (помимо, конечно, цены) в пользу металлопластиковой трубы перед медной для применения в напольном отоплении.
Раскладка металлопластиковой трубы и ее крепление к теплоизоляционным плитам осуществляется различными способами: пластмассовыми скобами (система Tacker); укладкой между выступами различной конфигурации, расположенными в определенном сетчатом порядке на отдельно изготавливаемой пластмассовой плите большого размера (очень напоминает пластиковую подставку для конфет-ассорти в коробке); с применением гнезд для труб монтажных протяженных шин и реек.

В качестве крепежа и фиксации раскладки трубы можно использовать также стальную арматурную сетку, которая после укладки сверху бетонной стяжки придает полу дополнительное армирование.
Специально для устройства теплых полов производятся теплоизоляционные плиты (уже включающие гидроизоляционный и теплоизоляционный слои) в виде рулонов шириной 1 м, раскатываемых на основу пола.
Раскладка греющей трубы по площади помещения может быть различной конфигурации. Наиболее используемые "узоры": спиралевидная (меандрическая); зигзагообразная (параллельная); двойная зигзагообразная; зубчатая (гребенчатая). Конфигурация раскладки выбирается в зависимости от размера, планировки и бытового назначения помещения, от размера и тепловой картины наружных стен, окон, от места прохождения коллектора или стояка. Греющая труба в полу не может быть сколь угодно длинной из-за гидравлического сопротивления и ограничения перепада температур между подающим и обратным трубопроводами системы отопления. При поддержании на поверхности пола температуры около 29°С удельная теплоотдача составит около 80 Вт/м2, а для поддержания стабильных гидравлических и тепловых параметров перепад температуры не должен превышать 10°С. Это приводит к целесообразности ограничения длины трубопровода до ~120 м, что обеспечивает эффективный обогрев на площади около 20-22 м2. Для помещений большей площади необходимо организовать несколько греющих контуров (в расчете на те же 20-22 м2 на 1 контур), которые подключаются через специальные гребенки (рассчитанные, как правило, на 2-12 контуров). Для организации равномерного температурного поля при использовании напольного отопления без комбинации с радиаторным часто прибегают к несимметричной укладке трубы: вдоль наружных стен принимают малый шаг между витками трубы — 10-15 см; возле окон — 10 см; внутри помещения — 25-30 см; вдоль внутренних стен, особенно под мебелью — 35-40 см.

Необходимо также отметить, что в настоящее время ряд фирм предлагает различные высокоэффективные комплексы приборов для автоматического регулирования отопительных систем (радиаторных, напольных, комбинированных) не только по температуре входной или обратной воды, но и по выбранной температуре отапливаемого помещения. Однако эта тема достаточно сложна и требует отдельного исследования.
Теперь подсчитаем стоимость "теплых полов": плиты гидро- и теплоизоляции — $3-6 за 1 м2; 5-7 пог. м трубы, приходящейся на 1 м2, — $6-10; бетонная стяжка — $3-5 за 1 м2; материалы и работа по укладке — $3-6 за 1 м2. Итого: $15-27 за 1 м2, или $300-550 за помещение площадью 20 м2. Как видим, окупаемость такой системы составляет лет этак 10, но при дальнейшем подорожании тепловой и электрической энергии до уровня европейских цен может составить всего 2-3 года. Помимо этого, следует заметить, что напольное отопление имеет еще ряд преимуществ перед традиционным:
— даже при отключении подачи горячей воды водяное напольное отопление в состоянии длительное время поддерживать достаточно высокую температуру поверхности пола за счет установки стационарного режима теплообмена и весьма большой общей теплоемкости нагретых полов включая изоляционные и бетонные слои и напольное покрытие (керамическая и мраморная плитка, линолеум, ковролин, паркет, ковровое покрытие);
— "теплые полы" действуют по веками определенному в качестве оптимального для человека принципу: "ноги — в тепле (26°-28°С), голова — в прохладе (19°-22°С)";
— температуры нагревательных поверхностей (пола), в отличие от радиаторов, абсолютно безопасны (не превышают 35°С) и неактивны (не обладают электромагнитными полями подобно электрическим "теплым полам");
— надежность — 25-50 лет;
— малые градиенты температур не приводят к сколь-либо заметным конвективным потокам в пространстве помещений и не способствуют переносу пыли;
— абсолютно невидимы, что делает их незаменимыми для интерьеров "топ-дизайна".
При всех вышеперечисленных плюсах напольного отопления, тем не менее, в каждом конкретном случае надо внимательно взвесить все факторы включая собственные возможности и перспективы учета потребленного количества тепла.


Различные схемы подвода водяного отопления: а) двухтрубная схема присоединения радиаторов; б) однотрубная схема присоединения радиаторов; в) напольное отопление.

Пример укладки труб водяного отопления для "теплого пола":
1 — плита (перекрытие пола); 2 — гидроизоляция (тонкий алюминиевый слой или полиэтиленовая пленка; 3 — теплоизоляция (пенопластовая плита); 4 — бетонная стяжка; 5 — греющий контур (металлопластиковая труба); 6 — напольное покрытие; 7 — боковая теплоизоляция; 8 — стена.

Пример двухконтурной укладки трубы напольного отопления помещения ~ 40 м2 с двумя окнами: 1 — внутренние стены; 2 — наружные стены; 3 — окна; 4 — вход первого контура; 5 — вход второго контура.

Юрий ЯРМОЛЬЧИК, доцент Белорусского национального технического университета