Водяное отопление действует по удивительно простому принципу, в нем роль теплоносителя играет вода, иногда — антифриз. Вода нагревается в котле, циркулирует по замкнутому трубопроводному контуру и передает тепло радиаторам отопления или любым другим отопительным приборам. Циркуляция воды в системе отопления может быть естественная и принудительная. Кроме того, различают однотрубное и двухтрубное устройства водяного отопления.

Простейшая система водяного отопления работает по принципу естественной циркуляции теплоносителя. Разница в плотности горячей и холодной воды активизирует ее движение по системе трубопроводов: более легкая горячая вода поднимается по стояку к нагревательным приборам. Отдав тепло, охлажденная жидкость по обратному трубопроводу поступает в котел. Давление теплоносителя в охлаждаемых стояках всегда превышает уровень давления в главном стояке, подающем горячую воду. За счет разницы в уровне давления охлажденный теплоноситель при возвращении в котел вытесняет нагретую воду и обеспечивает ее непрерывную циркуляцию. Для нормального функционирования системы в режиме естественной циркуляции воды необходима разность температур на выходе из котла и входе в него в пределах 20–25 °C (к примеру, 85 и 60 °C). Кроме того, для поддержания в системе непрерывной циркуляции воды следует утеплять основной стояк.

Процесс циркуляции носителя можно ускорить за счет увеличения расстояния по высоте между отопительными приборами и котлом, но минимальное их удаление не может быть свыше 3 м.

Поэтому отопительное оборудование (котел) рекомендуется устанавливать в подвале, где обычно устраивают и топливохранилище. При таком варианте отопления можно обогреть дом, а при желании и соорудить теплицу на чердаке.

При отсутствии подвального помещения котел устанавливают на цокольном этаже, что соответствует уровню отопительных приборов первого этажа дома. В этом случае рекомендуется поместить центр котла по вертикали чуть ниже осевой линии отопительных приборов, за счет «приямка» можно достичь нужного смещения в 15–20 см.

Система отопления, действующая по принципу естественной циркуляции воды, как правило, функционирует в пределах 15–30 м. Обычно именно на этой длине совершается падение давления воды, которое расходуется на преодоление внутрисистемного трения. Для его снижения рекомендуется применять в системе трубы большего диаметра, а отопительные приборы должны иметь широкие проходные отверстия.

Также система водяного отопления может быть с принудительной циркуляцией теплоносителя в замкнутом обогревательном контуре за счет работы небольшого насоса. Принудительная циркуляция позволяет увеличить скорость движения теплоносителя.

Конструктивно системы водяного отопления с естественной или искусственной циркуляцией подразделяют:

• на системы с верхней и нижней разводкой по месту прокладки подающей магистрали;

• однотрубные и двухтрубные по способу присоединения нагревательных приборов к подающим стоякам;

• на системы с вертикальными и горизонтальными стояками в зависимости от их расположения;

• на системы с тупиковой схемой и попутным движением воды в магистралях по схеме прокладки магистрали.

В частном доме можно установить системы отопления двух типов: однотрубные и двухтрубные, а также отопительные системы с применением коллекторов, радиаторов (батареи) и регистров. Каждая система имеет свои недостатки и достоинства.

Для того чтобы облегчить домовладельцам выбор предельно рациональной системы отопления, принята определенная классификация индивидуальных домов и коттеджей в зависимости от формы крыши и этажности:

• одноэтажные дома с подвалом или без подвала, но с крутой крышей, отнесены к типу А;

• одноэтажные дома с подвалом или без подвала, но с плоской крышей, отнесены к типу Б;

• многоэтажные дома (2 этажа и более) с плоской или крутой крышей, с обязательным подвалом отнесены к типу В.

Для одноэтажных домов типа А с крутой крышей допустимо применять только вертикальное централизованное водяное отопление, поскольку система с горизонтальной разводкой не способна обогреть чердачное помещение с круто падающей крышей. В таких домах с подвалом или без него желательно применять двухтрубную систему водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней или нижней разводкой. При наличии подвала и установке в нем котла, высота дымовой трубы должна достигать 10 м и больше. При отсутствии подвала котел полагается ставить на первом этаже, а систему выполнять только с верхней разводкой.

Для одноэтажных домов типа Б с плоской крышей с подвалом следует использовать систему с горизонтальной разводкой и установкой котла в подвале. Высота трубы таких домов обычно не превышает 4–6 м, поэтому топливо желательно применять жидкое. Газовый котел не принято ставить в подвале.

В домах типа Б, но без подвалов, также следует применять систему с горизонтальной разводкой. Поскольку котел устанавливают на первом этаже не заглубленный, то можно использовать газ или жидкое топливо.

В двухэтажных домах имеет смысл применять двухтрубную систему водяного отопления с вертикальными стояками с верхней или нижней разводкой. При использовании горизонтальной разводки невозможен обогрев всех помещений дома.

Системы отопления с верхней и нижней разводкой отличаются способом подачи теплоносителя, разницу между ними можно понять на примере двухэтажного дома с подвалом и чердачным помещением. При верхней разводке горячая вода поступает в расширительный бак, который установлен в чердачном помещении. Из бака она устремляется в различные стояки, поступая по ним к нагревательным приборам-радиаторам (рис. 1).

При нижней разводке горячая вода непосредственно из котла поступает в стояки снизу, из подвала (рис. 2).

Расширительный бак положено всегда устанавливать в самой высокой точке отопительной системы, т. е. в чердачном помещении. Тип разводки (верхний или нижний) на местоположении расширительного бака не никак отражается.

Поскольку наиболее интенсивная циркуляция жидкости происходит при большом (около 3 м) перепаде высот между котлом и нагревательными приборами, поэтому все домовладельцы стремятся поместить котел в цокольном этаже или подвале. Однако в этом случае нельзя использовать газ для отопления котла — подводка газа в подвальные помещения категорически запрещена.

Если в одноэтажном доме отсутствует подвал, то котел системы отопления, использующей естественную циркуляцию жидкости, приходится располагать на уровне первого этажа, что позволяет применять газ для нагрева теплоносителя (рис. 3).

Расширительный бак этой системы отопления установлен в самой высшей точке дома, вертикально над котлом. Примерный объем такого бака составляет 20–30 л, для его изготовления можно использовать кусок трубы диаметром 20–30 см. Для надежной и безопасной работы расширительный бак лучше снабдить поплавковым сигнализатором уровня.

В ходе проектирования водяного отопления в частном доме его владельцу приходится самостоятельно выбирать тип водонагревателя, число и тип нагревательных приборов, диаметры труб и т. п. По этим вопросам желательно получить грамотную консультацию специалистов. Также специалистам нужно поручить выполнение точного расчета всей отопительной системы дома, поскольку те таблицы и графики, которые приводятся в различных справочных изданиях, пригодны лишь для весьма приблизительных оценок.

Результаты расчетов во многом зависят от величины потерь тепла при отоплении помещений, эти величины очень индивидуальны. Ведь в каждом конкретном доме различная теплоизоляция стен, пола, потолка и других объектов, влияющих на потери тепла. Качество теплоизоляции может существенно изменить объем потерь.

Выбор системы отопления во многом зависит от типа самого дома, а также от возможности подведения газа и воды. В тех домах, где имеется подводка природного газа, специалисты рекомендуют использовать газовые водонагреватели различной мощности.

При отсутствии возможности подведения газа, если существует надежная линия подводки электроэнергии, можно использовать электронагреватели. Нагреватели тепловой мощностью от 7 кВт позволяют обогревать площадь от 60 м² и больше, их можно использовать одновременно для отопления и горячего водоснабжения. Специалисты рекомендуют выбирать такую систему отопления, которая способна исправно работать и от электрического котла, и от обычной печи на твердом топливе при аварийном прекращении подачи электроэнергии. Желательно предусмотреть возможность работы системы одновременно от электрического котла и печи во время очень сильных морозов. Ведь надежная система должна при любых холодах уверенно отапливать требуемый объем помещений.

Систему водяного отопления можно организовать при помощи однотрубной и двухтрубной системы обвязки.

Однотрубная система проще в установке, более красива внешне, она быстрее прогревается. На устройство однотрубной системы уходит намного меньше труб, чем на организацию двухтрубной системы. Поэтому многие домовладельцы, монтируя водяное отопление своими руками, выбирают именно эту систему.

Однотрубная система отличается тем, что в ней отопительные приборы (радиаторы) подключаются последовательно. Однако эта схема соединения не лишена своих недостатков. Однотрубную систему отопления нужно выполнять только с верхней разводкой, поэтому ее можно применять в домах, где имеются чердаки. Теплоноситель в однотрубной системе к каждому последующему радиатору приходит холоднее, чем к предыдущему. Иначе говоря, температура каждого радиатора определяется степенью его удаленности от источника тепла. Радиаторы, близко расположенные к котлу, будут всегда горячее, чем те, что находятся в последней от него обвязке.

Такая система однотрубного типа с трудом поддается регулированию температуры, поскольку в ней используется всего одна труба или стояк. При установке регулировочного крана у нагревательных приборов, перекрывая кран у того или иного прибора, практически уменьшают подачу воды во все приборы, присоединенные к стояку. Если же полностью закрыть один из кранов, то можно прекратить циркуляцию воды через все приборы. Но установка нагревательных приборов без регулировочных кранов влечет за собой большие неудобства, поскольку невозможно регулировать температуру воздуха в отдельных помещениях. В некоторых случаях проблему неравномерного нагревания радиаторов можно решить путем увеличения количества секций для плохо прогреваемых радиаторов. Следует учитывать, что для создания однотрубной системы можно использовать отопительные приборы, обладающие малым гидравлическим сопротивлением. Для увеличения скорости циркуляции теплоносителя на входе холодной воды можно установить циркуляционный насос. Нужно отметить, что схемы систем отопления частного дома с естественной циркуляцией актуальны лишь тогда, когда существует возможность установки котла ниже уровня расположения в одноэтажном доме с подвалом или цокольным этажом. Установка насоса в однотрубной системе сделает ее более эффективной, ликвидирует ряд недостатков, а также позволит ставить котел в любом удобном месте.

При монтаже отопления своими руками простая однотрубная система должна включать следующие элементы:

• отопительный котел;

• расширительный бак;

• отопительные приборы (радиаторы);

• фильтр;

• циркуляционный насос.

При монтаже отопления в небольшом одноэтажном доме можно не использовать циркуляционный насос.

При проектировании водяного отопления в двухэтажном частном доме имеет смысл сразу ориентироваться на двухтрубную систему отопления. Эта система предполагает наличие отдельных стояков, используемых для подачи горячей воды, и другие стояки для отвода охлажденной воды. В этой системе вода циркулирует вверх, перераспределяясь по радиаторам. Остывая в них, вода обратным самотеком идет в котел по отдельным трубам.

При двухтрубной системе отопления теплоноситель подводится к каждому отопительному прибору по одной трубе, а отводится по другой. Этот принцип устройства позволяет осуществлять параллельное, независимое подсоединение нагревательных приборов.

Двухтрубная система позволяет поддерживать малые рабочие давления, благодаря чему увеличивается срок службы коммуникаций. В ней можно использовать тонкостенные радиаторы, которые стоят дешевле. Такие схемы отопления широко распространены в странах Западной Европы.

Недостатки двухтрубной системы заключаются в сложности ее установки и в большом расходе труб, поскольку она оснащена трубопроводом, в 2,5 раза более длинным по сравнению с однотрубной системой.

Для монтажа отопления с применением двухтрубной системы требуются примерно те же элементы, что и для однотрубной системы, только самих труб надо заготовить значительно больше.

В настоящее время помещения обогревают, используя различные вариации отопительных систем, которые работают по принципу двухтрубной циркуляции теплоносителя.

Одной из таких систем является кустовая схема. Свое название она получила из-за своеобразного расположения отопительных приборов, чем-то напоминающего стенную печь, обогревающую своими поверхностями различные помещения. Другими словами, отопительные батареи располагают на стыке смежных углов как минимум трех комнат, что позволяет добиться малого расхода теплоносителя.

Двухтрубная циркуляция теплоносителя осуществляется за счет прокладки основных, «горячих» и обратных труб на уровне отопительных батарей (рис. 4).

Чаще всего кустовую схему используют в южных регионах, здесь можно достичь нужной температуры обогрева помещений при сравнительно небольшом расходе энергоносителя. Эту систему также можно использовать для отопления частных домов одноэтажной застройки в некоторых регионах Средней полосы России. В частном доме обратную линию удобнее прокладывать на уровне, если на пути прокладки отсутствуют дверные проемы. Однако двери можно обойти за счет применения трубы в виде буквы «П» или проложить обратную трубу (полностью или частично) под полом. При прокладке трубы под полом не рекомендуется ставить на подпольном отрезке соединительные элементы, так как они недоступны для визуального осмотра. Кроме того, подпольный участок труб следует утеплить, чтобы предупредить возможное его промерзание зимой.

Участок верхней разводки, подающей горячую воду, можно закрепить вдоль стен, выдержав примерное расстояние 40–50 см от потолочного перекрытия. Такая разводка несколько портит интерьер помещения, хотя в какой-то степени проложенная труба увеличивает площадь отопительного прибора. Для сохранения хорошего вида помещения можно поместить трубы горячей разводки на чердаке, предварительно тщательно их утеплив. Однако некоторые недостатки присутствуют и в этом варианте расположения труб, поскольку он несколько увеличивает потери тепла через стены и перекрытия, а в потолке необходимо проделать небольшие отверстия для проводки труб.

Если же этажность частного дома — это два и более этажа, то кустовая схема отопления не обеспечит эффективного обогрева всех жилых помещений.