Водяное отопление своими руками

Выполнить самому в деревенском доме монтаж отопления с естественной циркуляцией под силу каждому - была бы печь. Движение воды в системе обуславливается разностью плотностей воды при разной температуре. Так, при температуре +40°С плотность воды составляет 992,25 кг/м, а при +70°С - только 977 кг/м. То есть, в отопительной системе слои воды с более высокой температурой поднимаются вверх, а холодные - скапливаются внизу системы. Правда, интенсивная циркуляция наблюдается в системе при разности температур не ниже 25°С. Еще отметим, что разница высот между уровнями горячей и холодной ветвей системы отопления желательна не менее 3 м, поэтому, если есть такая возможность, котел системы отопления устанавливают в подвале. Естественно, такое положение котла позволяет увеличить вышеупомянутую разницу высот и в результате получить большую скорость циркуляции воды, что обеспечит лучший обогрев больших помещений. Так, где в качестве нагревателя используется печь на том же этаже, где расположены нагревательные приборы, приходится устанавливать трубы большого диаметра, а отопительные приборы (калориферы) - с большим проходным сечением, причем стараются свести к минимуму применение запорно-регулирующей арматуры.

Одним из вариантов двухтрубной отопительной системы с естественной циркуляцией в одноэтажном помещении является система с верхним расположением (под потолком) линии горячей воды и отводом охлажденной воды на уровне пола. Схема такой системы приведена на рис. 1. Здесь вода подогревается в нагревателе и поднимается по стояку в расширительный бак. Линию горячей воды врезают в стояк обычно непосредственно под расширительным баком, и тогда наличие в расширительном баке воды с более низкой температурой мало сказывается на циркуляции в системе. От линии горячей воды отходят стояки к радиаторам отопления, где вода охлаждается и по спускным трубам поступает в линию охлажденной воды (в обратку). Из обратки циркулирующая вода вновь попадает в нагревательный (котел), размещаемый в печи. И хотя в обычном деревенском доме выдержать разницу высот между горячей и холодной ветвями в 3 м не удается, такая система отопления работает достаточно эффективно, так как протяженность линий невелика.

Рис. 1. Схема двухтрубной системы водяного отопления с естественной циркуляцией: 1 - нагреватель; 2 - основной стояк; 3 - расширительный бак; 4 - линия горячей воды; 5 - стояки горячей воды к радиаторам; 6 - радиаторы отопления; 7 - спускные трубы охлажденной воды; 8 - линия охлажденной воды (обратка); 9 – печь

Котлом, используемый в системе водяного отопления нагреватель можно называть лишь весьма условно. Ведь на практике вместо приведенного в материале С. Антонова "Мои ответы" (альманах "Сделай сам" № 3 за 2000 г.) "водогрейного котла", обычно применяют нагреватели проточного типа, в которых отсутствуют застойные зоны. Такие нагреватели бывают, как правило, змеевиковой конструкции, что позволяет обеспечить равномерный скоростной поток внутри нагревателя, эффективно использовать поверхности теплообмена и, как уже говорилось, избежать застойных зон. Исключаются при этом и те негативные явления, о которых пишет автор публикации, связанные с накоплением газовой фазы в полостях нагревателя и выбросом ее в систему.

Рис. 2. Секция радиатора

Расширительный бак, рассматриваемой здесь системы отопления (см. рис. 1) представляет собой вертикальный сосуд с открытым выходом в атмосферу (не забудьте защитить бак от попадания в него всякого мусора). Различают расширительные баки проточные и непроточные. В небольших отопительных системах (как в нашем случае) устанавливают непроточные расширительный баки, поэтому о проточных баках мы здесь говорить не будем. Как правило, непроточный бак располагают на основном стояке непосредственно над нагревательным устройством рядом с дымовой трубой той печи, в которой устроен котел. Линию горячей воды обычно монтируют непосредственно под потолком. Можно линию горячей воды провести и на чердаке, но тогда потребуется ее надежная теплоизоляция.

Расширительный бак необходимо снабдить подводом воды для восполнения потерь на испарение, а также перетоком воды, чтобы исключить возможность переполнения системы теплоносителем. Практика показывает, что при емкости всей отопительной системы в 250...350 л вместимости расширительного бака в 30...40 л вполне хватает на отопительный сезон без дополнительной подпитки.

Длину линии горячей воды обычно делают не более 30 м, так как с ростом длины увеличивается гидравлическое сопротивление линии, и скорость циркуляции в ней падает. Для уменьшения гидравлического сопротивления диаметр труб основного стояка и линии горячей воды выбирают побольше, не менее Dy 40 мм.

Стояки горячей воды - отводы от линии горячей воды к радиаторам - выполняют из труб меньшего диаметра, например, с Dy 25...32 мм. Чем длиннее линия горячей воды и чем больше радиаторов к ней подключено, тем меньше должен быть диаметр стояков. Такого же диаметра подбирают спускные трубы охлажденной воды. Диаметр обратки тот же, что и у труб линия горячей воды.

В качестве радиаторов отопления в деревенском доме лучше всего использовать чугунные радиаторы отопления, которые раньше ставили в городских домах. Такие радиаторы надежны, хорошо сохраняют тепло, а по эффективности теплопередачи уступают современным стальным оребренным регистрам всего примерно на 10%. Чугунные радиаторы набирают из отдельных секций, из которых можно набирать "батарею" требуемого размера (обычно "батарея" состоит из пяти...шести секций, но последних не должно быть более 10...12). У каждой секции предусмотрено четыре резьбовых отверстия, попарно образующих соединительные каналы (рис. 2). Обратите внимание, что два отверстия имеют правую резьбу, а два - левую. Секции соединяют резьбовыми ниппелями (рис. 3, а), имеющими на концах разную резьбу - левую и правую. С помощью двух таких ниппелей две секции стягивают друг с другом радиаторными ключами. Для равномерной затяжки без перекоса желательно пользоваться сразу двумя ключами, поворачивая их одинаково. Между секциями в качестве уплотнения в заводских условиях обычно ставят прокладки из термостойкой резины, но при самостоятельной сборке радиатора разрешается воспользоваться прокладками из картона, проваренного в олифе. Зачастую для уплотнения используют асбестовый или пеньковый шнур с густотертой краской, но такое уплотнение нередко приводит к перекосу секций из-за невозможности равномерной затяжки ниппелей.

Набрав нужное число секций, на крайние ставят проходные (рис. 3, б) и глухие пробки. Новые радиаторы заводского изготовления обычно снабжены глухими пробками с левой резьбой и проходными пробками с правой резьбой, то есть вход и выход у радиатора предусмотрен с одного конца. Это нерационально для систем с естественной циркуляцией - наилучшие условия здесь для протока воды будут при вводе воды с одного конца батареи и выводе ее с другого. Поэтому придется позаботиться об изготовлении проходных пробок с трубной левой наружной резьбой (1 1/4 дюйма) и внутренней, соответствующей диаметру применяемых труб (стояков горячей воды и спускных труб охлажденной воды). При невозможности изменения места вывода воды из радиатора придется оставить ввод-вывод с одной стороны секции.

Рис. 3. Элементы (фитинги) секционного чугунного радиатора: а - ниппель для соединения секций; б - проходная пробка

Помните, соединения радиаторов с подводящими и отводящими трубами лучше оставить единственными резьбовыми соединениями во всей отопительной системе. Все остальные соединения труб выполняют с помощью сварки. Столь жесткое требование (которым частенько пренебрегают!) вызвано тем обстоятельством, что в зоне муфтового соединения труб возникает зона интенсивной коррозии внутренних стенок труб и образуется нарост ржавчины, создающий дополнительное сопротивление потоку воды.

При монтаже линий стараются избежать изгибов труб с малым радиусом гибки, так как они также создают излишнее гидравлическое сопротивление. Все линии (трубопроводы) располагают с небольшим уклоном, чтобы воздух из заполненной системы мог поступать в расширительный бак. Все операции по работе с чугунными секциями радиаторов отопления многократно описаны и хорошо известны. Добавлю лишь то, что пока не попало в публикацию. Так, хочу посоветовать использовать при сборке для герметизации соединений силиконовые герметики, которые отверждаются от влаги и не боятся высокой температура, а также напомнить о существовании ФУМа - тонкопленочного фторопластового уплотнительного материала (обращаться с ним следует осторожно - этот материал обладает высокой текучестью при любой температуре, а максимальная температура применения фторопласта +200°С!).

Теперь еще немного о расширительном баке. Во-первых, лучше установить непроточный расширительный бак вертикальной конструкции. Во-вторых, желательно в нижней части такого расширительного бака предусмотреть "улавливатель" всякой грязи, попавшей в циркулирующую воду.

Рис. 4. Расширительный бак: 1 - перелив; 2 - дыхательный штуцер ("гусь"); 3 - воронка для заливки системы; 4 - запорный кран на линии заливки; 5 - стояк (от нагревательного элемента); 6 - сливная пробка

Конструкция подобного расширительного бака с примерными размерами показана на рис. 4. Днище бака - коническое, стояк вваривают в вершину конуса, причем труба стояка выступает над днищем примерно на 100 мм. В конической части необходимо предусмотреть сливное отверстие с пробкой, но конструировать здесь сточную линию для отвода воды нет смысла. Достаточно одной пробки, так как отстой (в основном продукты коррозии внутренних поверхностей труб и радиаторов) спускают из расширительного бака обычно один раз перед очередным отопительным сезоном. В верхней части бака ввариваем штуцер - переток (перелив), предохраняющий систему от переполнения водой.

Связь внутреннего объема бака с атмосферой решают по-разному. Так, для этой цели даже устанавливают дыхательные фильтры, предохраняющие воду от загрязнения. Но это лишнее. Простой "гусь", показанный на рис. 4 достаточно эффективно защитит систему от проникновения в нее грязи. А для заполнения системы водой нужно предусмотреть в баке ввод с воронкой и краном. (Заполнение системы производят до появления воды из штуцера-перетока). Конечно, при наличии водопровода процесс заполнения системы водой легко решить без воронки. Нередко линию водопровода соединяют непосредственно с расширительным баком, но такой вариант из-за низкой надежности запорной арматуры способен привести к постоянному притоку холодной воды в расширительный бак.

Систему водяного отопления с естественной циркуляцией устраивают и в двухэтажном доме. В этом случае ставят расширительный бак значительно большей вместимости (обычно используют металлическую бочку) и устанавливают указатель уровня в баке.

Одним из самых важных элементов системы является нагреватель (статья С. Антонова показывает, что далеко не всегда нагреватель выполняют оптимальным образом). Конструкции водонагревателей весьма разнообразны, но для самостоятельного изготовления нагревателя для установки в печи наиболее подходят змеевиковые устройства. Такой нагреватель легко навить из доступных водогазопроводных труб, он обладает низким гидравлическим сопротивлением, внутри не имеет застойных зон, где "любит" накапливаться газ (пар). Кстати, змеевиковый нагреватель не возбраняется навить не по цилиндру, а по овалу или по эллипсу (форма нагревателя зависит от места его установки в печи).

Чтобы при навивке змеевика трубы не сминались, гибку выполняют на оправке диаметром не менее трех диаметров трубы и заполняют трубы песком (или заливают свинцом). В трубу плотно набивают песок (сухой), после чего трубу заглушают по концам деревянными пробками. Сохранить форму поперечного сечения трубы при гибке также помогает нагрев трубы.

Змеевики в печи размещают в устье дымовой трубы или в другом удобном месте с наибольшим тепловым напряжением. Ведь змеевики перегрева не боятся (пока в них вода - температура стенки трубы будет вообще не намного выше 100°С). При выполнении змеевиков вытянутой формы их располагают длинной стороной поперек протока дымовых газов. Расстояние между витками труб "в свету" предусматривают в пределах от 10 мм до 40 мм (чем больше диаметр труб и выше зольность топлива, тем шире этот зазор). Но слишком большой зазор тоже невыгоден, так как при этом снижаются теплоотдача и интенсивность теплообмена. Снизу к змеевику (см. рис. 1) подведена линия остывшей воды, а вверх от змеевика идет основной стояк. Обычно диаметр этих труб одинаковый, так что никаких сложностей, возникающих при стыковке труб разного диаметра, не возникает. Но если труба змеевика в печи по диаметру меньше труб стояка и линии остывшей воды, тогда придется позаботиться об аккуратности выполнения сварных переходов.

Для снижения коррозии внутренних поверхностей отопительной системы в воду (теплоноситель) полезно добавить какой-либо пассиватор, например, нитрит натрия. Воду в систему заливают чистую, во всяком случае без механических примесей. А если вы можете осуществить магнитную обработку воды, предназначенной для отопительной системы, обязательно сделайте такую обработку, что предохранит нагревательный змеевик от образования накипи.

Тосол и другие незамерзающие теплоносители на основе этиленгликоля полезны в том случае, если отопительную систему предполагается оставлять зимой в нетопленном доме, не сливая теплоноситель. Однако все незамерзающие составы обладают более высокой вязкостью, что отрицательно сказывается на эффективности теплообмена. К тому же они ядовиты.

При создании любой отопительной системы особое внимание уделяют сварке труб, так как некачественная сварка способна быстро погубить любую хорошо продуманную систему. Использовать в системе детали из различных металлов нельзя. К примеру, трубы из нержавеющей стали в сочетании с чугунными радиаторами только увеличат коррозию внутренней поверхности элементов системы, а введение в систему деталей из цветного металла вообще недопустимо.

В заключение несколько слов о терминах "трубный дюйм" и "условный диаметр" трубы, смысл которых не совсем понятен. Дело в том, что трубный дюйм не равен дюйму обыкновенному, а соответствует наружному диаметру трубы, внутренний диаметр которой примерно равен 1 дюйму (1"). Без примера здесь не разберешься. Но сначала об "условном диаметре" (Ду). Известно, что трубы определенного наружного диаметра изготавливают с разной толщиной стенок. Поэтому и приняли для труб "условный диаметр", то есть особый внутренний диаметр трубы, которому соответствует определенный наружный диаметр трубы. Так, трубам с Ду=40 мм соответствуют трубы с наружным диаметром 48 мм. Истинный же внутренний диаметр труб с Ду=40 мм может составлять 35; 37; 39; 41 и 43 мм. У однодюймовой водопроводной трубы Ду=25 мм, наружный диаметр - 33,3 мм, а внутренний диаметр либо 27 мм, либо 25,5 мм. Таким образом трубный дюйм однодюймовой трубы 33,6 мм. Размеры наиболее применяемых водогазопроводных труб и трубных дюймовых резьб приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Водогазопроводные трубы

Таблица 2. Характеристики трубной дюймовой резьбы