Попутное движение теплоносителя. Система отопления петля Тихельмана: монтаж и расчет

Попутная схема разводки отопительного трубопровода отличается тем, что является саморегулирующейся. Если она собрана правильно, то после монтажа ее настраивать не нужно. На каждом радиаторе в этой системе должна возникнуть одинаковая разница давлений между подачей и обраткой. Каждый отопительный прибор в попутной схеме работает в одинаковых гидравлических условиях.

Как устроена попутка

Одинаковая разница давлений на радиаторах возникает потому, что сумма длин подачи и обратки для каждого одинаковая. Это можно наглядно увидеть на схеме. Возьмите любую батарею из системы, и оцените суммарную длину подающего и отводящего трубопровода до котла.

Т.е. все отопительные приборы находятся в одинаковых условиях автоматически, а это именно то, что на других схемах добиваются тонкой настройкой и добиться иногда не могут. Например, сложная настройка у лучевой схемы, где каждая батарея подключена длинной парой трубопроводов к одному коллектору. Длины этих трубопроводов разные, радиаторы взаимно влияют друг на друга, поэтому систему приходится тщательно регулировать.

Диаметры трубопроводов

Желательно, чтобы диаметр магистрального трубопровода (и подачи и обратки) был бы одинаков на протяжении всего кольца, за исключением подключения последнего радиатора. Где с точки разветвления на предпоследний, можно использовать меньший диаметр, ведь это будет уже не магистраль, а отвод на последний в схеме отопительный прибор. Т.е. конечный отрезок и подачи и обратки может быть с меньшим диаметром.

Выдержка одного значительного диаметра магистралей необходима, чтобы обеспечить одинаковые условия для радиаторов. Т.е. чтобы эта «попутка» была бы сбалансированной системой, где все батареи работают стабильно в одних условиях.

Если же начать «играться» в экономию и уменьшать диаметр магистрали по ходу движения жидкости (ведь ее требуется меньше с каждым ответвлением), то очень просто сделать, так что группа последних радиаторов будет всегда холоднее, т.е. система получится сложнонастраиваемой.

Таким образом, для небольшого дома с 6 – 8 радиаторами от котла прокладывается трубопровод с диаметром 26 мм (наружный для металлопластика, для полипропилена и др. материалов - другие значения), затем до предпоследнего прибора, - 16 мм. Наоборот, для обратки, – от первой батареи 16 мм, затем от второго – 26 мм кольцо до котла.

Но это лишь пример для небольшой системы, а если дом большой, то и диаметр магистралей возможно нужен побольше, чтобы на конечных участках трубопровод не шумел, чтобы скорость в нем не превысила 0,7 м/с. Определить необходимый диаметр можно несложным подбором по подключенной мощности, пример расчета можно обнаружить и на данном ресурсе.

Всегда ли нужна попутка

Попутная система отопления подороже по сравнению с тупиковой, процентов на 20. Денежный перерасход связан с применением труб большого диаметра, и в особенности их фитингов – тройников на ответвлениях радиаторов и переходников на меньший диаметр, которым подключены радиаторы.

В тупиковой же схеме диаметры труб будут меньшими, так как вся мощность разделяется на 2 и более плечей, по выходу из котла.

Особенно громоздкой становится попутка, когда нет возможности провести трубы по кольцу по периметру дома – от выхода котла к его входу. Тогда обратку приходится возвращать тем же путем, где и уложена подача.

Получается сложная петля уже из трех магистральных трубопроводов большой толщины. Этого нужно избегать и преобразовать попутку в более простую тупиковую схему по конкретным обстоятельствам.

Обычный же переход на тупиковую систему происходит при снижении количества радиаторов до 10 и менее. Тогда появляется возможность сбалансировать радиаторы в тупиках и сами плечи без особого наращивания мощности насоса.

При наличии 3, 4 и даже 5 радиаторов в плече нет проблемы с балансировкой всех радиаторов и плечей в тупиковой схеме отопления.

А если те же десять радиаторов приходится делить по плечам как 6 и 4, - то лучше делать самонастраивающуюся попутку, так как при 6 отопительных приборах и неравнозначных тупиках придется излишне увеличивать мощность насоса и слишком «зажимать» ближе расположенные к нему батареи.

Осложнения при создании попутной системы отопления и ее настройка

Если, как рекомендовалось, диаметр магистрали трубопроводов будет одинаковым, а радиаторы будут расположены на одном высотном уровне, а также, если не будет слишком большой разницы в мощностях радиаторов, то и проблем с работой системы быть не может.

Точнее, любые проблемы типа «не греет 3-й радиатор» возникают только лишь из-за нарушений монтажа. Например, выполнена пайки полипропилена с наплывами и перекрытием внутреннего диаметра.

Но если, негативные для работы системы факторы, которые указаны выше, присутствуют, то и различия в работе радиаторов могут возникать.

• Расположенный выше заберет больше теплоносителя.
• Слишком мощный не сможет ее развить на максимум, а при увеличении расхода насосом, самые маленькие батареи начнут шуметь из-за большой скорости.
• Подключенные уменьшенным диаметром трубопровода (последний не в счет), вероятней всего, не разовьют мощности, так как давление на них будет меньше.

В общем, попутка стабильная схема, но «нежная», - не стоит нарушать правил ее создания, и все будет работать как положено.

Остается лишь вопрос совмещения весьма мощных радиаторов с другими, ведь если его не решить, то система будет … не применимой вообще.

Возможно, что в оранжерее нам понадобится один отопительный прибор на 5 кВт, а в туалете – 0,5 кВт. Настраивая насос и трубопроводы под 5-киловатник, мы подадим на батарею в туалете повышенное для него давление и слишком увеличим через него скорость.

А решение конфликта мощностей все тоже, что и в плечевой схеме – балансировочные краны. Они должны стоять, по крайней мере, на самых маломощных радиаторах в попутке, защищая их от большого давления.

Но если радиаторы управляются местными термоголовками, то возможна ситуация, когда часть отключится, а какой-либо оставшийся в работе, начнет шуметь из-за увеличившегося потока. Поэтому балансировочные краны лучше ставить сразу на все приборы отопления при создании попутной схемы отопления для дома.

Остается один из главных вопросов, - а можно ли собрать попутную систему отопления дома своими руками? Конечно можно. Но нужно уделить внимание освоению также и следующих вопросов.

Выбор вида труб и их диаметра, подбор радиаторов по мощности, обвязка котла, обвязка радиатора, правильный подбор фитингов, способы монтажа, приемы и проблемы с выбранным трубопроводом, тренировка выполнения монтажа. В принципе, даже новички в слесарном деле, собирали отличные работоспособные системы отопления из современных материалов. Вероятно, что так будет и далее.

В двухтрубных системах отопления часто используют попутное движение теплоносителя. Почему? В чем его преимущества? Чем тупиковая схема хуже?

Итак, попутное движение теплоносителя – это такое движение теплоносителя, при котором вода в подающем и обратном трубопроводе течет в одном направлении (Рис.1). При встречном (тупиковом) все как раз наоборот (Рис.2)

Рис.1 Схема двухтрубной системы отопления с попутным движением теплоносителя.

Рис.2 Схема двухтрубной системы отопления с тупиковым движением теплоносителя.

Рассмотрим и ту, и другую схему с точки зрения гидравлики и балансировки, протяженности трубопроводов и монтажа.

I. Гидравлика и балансировка.

Под гидравликой подразумевается непосредственный расчет потерь давления в ветках/кольцах. Балансировка же – это увязка веток между собой, а именно мы стремимся к тому, чтобы во всех кольцах/ветках были одинаковые потери давления. При расчете потерь давления сети нам необходимо посчитать потери давления в основном циркуляционном кольце (самом нагруженном и протяженном) и в остальных кольцах, чтобы увязать их с основным циркуляционным кольцом. Все просто: если в каком-то кольце потери давления меньше, чем в остальных, то вода будет стремиться именно в этот контур, следовательно, в других кольцах ее будет недостаточно. Это означает, что мы не получим требуемый расход теплоносителя в каждой ветке и соответственно необходимой теплоотдачи от отопительных приборов, в этом случае система считается разбалансированной. Гидравлика для попутного движения теплоносителя до удивления проста. Если у вас ветка из одинаковых по мощности и типоразмеру радиаторов (Рис.3), то потерю давления достаточно посчитать в контуре через любой радиатор, в остальных же контурах значение потерь давления такое же. Система, по умолчанию, является гидравлически увязанной, т.е. отбалансированной и не требует никаких радиаторных клапанов предварительной настройки.

Рис.3 Схема с попутным движением теплоносителя при одинаковой мощности приборов.

Однако, если мощность отопительных приборов разная либо они имеют разный типоразмер (что влияет на значение местного сопротивления прибора), то придется считать потери через каждый контур и увязывать приборы между собой с помощью термостатических клапанов (Рис.4).

Рис.4 Схема с попутным движением теплоносителя при разной мощности приборов.

При использовании встречной схемы движения теплоносителя, в любом случае, считаются потери давления через каждый контур и на каждый прибор ставится термостатический клапан. Но, можно сказать, что в случае установки термостатических клапанов на приборы при попутной схеме движения теплоносителя наиболее вероятно, что настройки клапана хватит для балансировки. Если же у нас тупиковая схема, то на первом приборе на ветке (Рис. 5) мы должны выставить максимальную настройку, т.е. максимально зажать сечение, и в случае, если система очень протяженная, настройки клапана может не хватить либо, если мы выставим максимальную настройку, сечение будет уменьшено настолько, что вода в отопительный прибор не потечет.

Рис.5 Настройка клапана – схема с тупиковым движением теплоносителя.

По критерию «Гидравлика и балансировка» более предпочтительна схема с попутным движением теплоносителя.

Однако, есть в такой схеме один «подводный камень». В данной схеме есть, так называемые, «точки равного давления». Если подводки к отопительному прибору будут присоединены к магистрали в данном месте, то вода в прибор не потечет. Что же это за точки? Предлагаю вам ознакомиться с рисунком 6.

Рис.6 Точки «равного давления» - схема с попутным движением теплоносителя.

Из рисунка видно, что данные точки расположены посередине контура, но в случае более сложной разводки предсказать, где эти точки труднее. А физика здесь проста: В точке 1, находящейся на подающем трубопроводе, и точке 2 – на обратном, давление одинаковое и вследствии того, что разности давления между этими точками нет, вода через прибор не течет.

Совет: стараться избегать таких точек и подключать прибор дальше от них!

II. Протяженность трубопроводов и монтаж.

Зачастую попутная схема требует более протяженных трасс, но это не всегда так. Все зависит от помещения и расположения приборов. Что касается монтажа, то схему тупиковую монтировать проще хотя бы потому, что диаметры параллельных участков и типоразмеры фасонных частей не отличаются. По критерию «Протяженность трубопроводов и монтаж» более оптимальна тупиковая схема. Для простоты и легкости сравнения приведенные факты о схемах движения теплоносителя представлены в сводной таблице 1.

Таблица 1. Сравнение схем движения теплоносителя попутной и тупиковой

Гидравлика схема движения теплоносителя

Обустройство системы отопления – ответственная и достаточно сложная задача. Существует множество разновидностей конструкции. Принято считать наиболее доступным сооружение с естественной циркуляцией, которое не требует установки дополнительного оборудования. Однако чтобы минимизировать главный недостаток такой конструкции, низкий циркуляционный напор, понадобится устанавливать трубы с большим диаметром. Что приводит к проблемам с выбором радиаторов и увеличивает затраты на трубопровод. Таким образом, более практичными оказываются системы отопления с насосной циркуляцией, которые могут работать с любыми типами радиаторов и трубопроводами небольшого диаметра большей протяженности.

Как становится понятным из названия, отличительной чертой системы является наличие , обеспечивающего продвижение теплоносителя. Разогретая до нужной температуры вода по подающему трубопроводу с помощью насоса направляется в нагревательные приборы. Остывая, она поступает по обратным магистралям в котел. Кроме того в системе обязательно присутствует расширительный бак, который помогает создавать стабильное давление и принимает увеличивающийся при нагреве объем теплоносителя.

Встроенный в конструкцию насос продвигает теплоноситель по трубопроводам, обеспечивая тем самым оптимальное давление и максимальный эффект от использования системы

Циркуляционные и расширительные трубы от бака должны входить в обратную магистраль перед насосом. При этом расстояние между участками соединения составляет минимум 2 м. Дно расширительной емкости располагают выше наиболее высокой точки конструкции минимум на 800 мм. Чтобы воздух проще удалялся из системы нужно обеспечить попутное движение теплоносителя. Для этого подающую магистраль укладывают с подъемом в сторону дальнего стояка, а на самых высоких участках монтируют проточные воздухосборники.

На основаниях стояков обычно устанавливаются проходные сальниковые пробковые краны, обеспечивающие возможность отключения их от системы. На подводящих участках отопительных приборов ставятся регулирующие краны. Скорость теплоносителя в трубах имеет определенные ограничения, иначе будет слышен шум при функционировании отопления. Так для жилых помещений эта величина составляет 1,5, 1,2 и 1 м/с при диаметрах трубопровода 10, 15 и 20 мм.

Существует несколько разновидностей системы. Они подразделяются:

• По местоположению стояков на конструкции с горизонтальными и вертикальными стояками.
• По монтажу подающей магистрали на варианты с нижней и верхней разводкой.
• По методу подключения приборов отопления на двухтрубные и однотрубные.
• По схеме магистрали на устройства с попутным движением теплоносителя и тупиковые.

Рассмотрим все варианты подробнее.

Горизонтальный и вертикальный стояк?

Горизонтальная система предполагает подключение радиаторов к одному стояку, который лучше всего располагать вне жилых помещений: в коридоре или на лестничной клетке. Главное преимущество этого варианта – экономия труб и меньшая стоимость монтажа. К недостаткам относят некоторые сложности в эксплуатации и склонность к образованию в системе. Для их стравливания на радиаторы обычно устанавливаются краны Маевского. Используется горизонтальное сооружение чаще всего в одноэтажных зданиях большой площади.

Горизонтальное расположение системы позволяет сэкономить на трубах и монтаже. Однако такая система имеет склонность к завоздушиванию, что требует установки дополнительного оборудования, например, кранов Маевского

При обустройстве вертикальной системы все отопительные приборы подводятся к вертикальному стояку. Такой способ позволяет производить подключение по отдельности каждого этажа многоэтажного здания. Основное преимущество – при эксплуатации воздушные пробки не образуются. Однако обустройство вертикального варианта системы обойдется несколько дороже горизонтального.

Вертикальная конструкция не склонна к появлению в процессе эксплуатации воздушных пробок, зато более дорогостояща в обустройстве

Нижняя или верхняя разводка?

Устройство с нижней разводкой монтируется так, что подводящий и отводящий трубопровод устанавливается ниже радиаторов. В системе предусматривается небольшой уклон для борьбы с воздушными пробками. С этой же целью конструкция оснащается кранами Маевского. Определенное преимущество, которое дает нижняя разводка, это введение отопления в эксплуатацию поэтапно, по мере возведения этажей. Что может быть очень актуально при индивидуальном строительстве.

Конструкции с нижней разводкой предполагают размещение котла и магистралей ниже уровня радиаторов, что позволяет постепенный ввод в эксплуатацию отопительной системы

Верхняя разводка предполагает размещение подводящего трубопровода выше приборов отопления. Чаще всего он монтируется на чердаке или же в межпотолочном пространстве. Теплоноситель поднимается вверх и оттуда распределяется по помещениям. При этом обратный трубопровод всегда устанавливают ниже радиатора. В наивысшей точке конструкции монтируется расширительный бак, который выполняет свои функции и отвечает за исключение возможности появления воздушных пробок. Система неприемлема для зданий с плоскими крышами.

Однотрубная система против двухтрубной

Главная отличительная черта однотрубной конструкции – одна труба, к которой подключается отопительный прибор. Радиаторы присоединяются последовательно. Теплоноситель остывает в каждом из них и подходит к последующим приборам с меньшей температурой. Таким образом последние в цепочке батареи значительно холоднее первых. Достоинство системы в относительно небольших затратах на комплектующие и монтаж. Однако есть и существенные недостатки.

Первый – отсутствие возможности регулировать температуру радиаторов. Нельзя ни сократить, ни увеличить теплоотдачу, а так же отключить батарею от системы. Впрочем, при монтаже приборов с помощью специальной перемычки, которая называется байпас, можно будет при необходимости выключать радиатор. Но косвенный нагрев помещения с помощью подающих труб и стояка будет продолжаться.

Однотрубная система отопления не предполагает возможности регулирования температуры теплоносителя в радиаторах, кроме того в каждый последующий в цепочке отопительный прибор поступает менее нагретая вода

Второй значимый недостаток – разность температур последовательно соединенных отопительных приборов. Чтобы его максимально нивелировать, можно подобрать разных размеров. При этом самый маленький должен быть первым, а площадь всех последующих постепенно увеличивается. Однако внешний вид помещений, в которых будет располагаться система, от такого разнообразия может пострадать.

Предполагают подведение к каждому радиатору подающей и отводящей трубы. Таким образом охлаждающийся в оборудовании теплоноситель отводится в котел, а не поступает в следующий прибор. Это позволяет подавать в радиаторы воду примерно одинаковой температуры. Система лишена недостатков однотрубных конструкций. В ней могут использоваться трубы с меньшим диаметром и соединения меньших типоразмеров, что делает конструкцию более эстетичной и позволяет использовать ее при скрытой прокладке, например, в стяжке для пола.

Отличительная черта двухтрубной системы: к каждому радиатору подходит подводящая и отводящая магистраль, что позволяет поддерживать одинаковую температуру теплоносителя на подходе ко всем приборам

Параллельное соединение радиаторов двухтрубной конструкции очень удобно. При установке на каждый прибор монтируется кран, дающий возможность регулировать температуру оборудования. При необходимости с его помощью можно отключить батарею от системы и провести ее замену или ремонт. Существуют модели термостатических регуляторов, позволяющие регулировать температуру в помещении автоматически. Главный недостаток двухтрубных конструкций – большее количество , необходимых для обустройства. Это делает систему более дорогой и более сложной в монтаже.

Тупиковые и попутные схемы

Тупиковые конструкции предполагают, что движение остывшего теплоносителя в обратной магистрали будет противоположно направлению разогретого в подающей. В такой системе длина циркуляционных колец разная. У приборов, расположенных на самом большом расстоянии от котла, максимальная длина циркуляционного кольца. По мере приближения места расположения оборудования к котлу снижается протяженность циркуляционного кольца. Поэтому достаточно сложно добиться равномерного прогрева всех приборов отопления. Те из них, что находятся ближе к главному стояку всегда будут прогреваться лучше.

Еще одна сложность: точная увязка циркуляционных колец. Особенно в случае, когда нагрузка на ближайшие к главному стояку невелика. Однако, несмотря на все недостатки, тупиковые системы относятся к числу самых экономичных. Чтобы нивелировать их «минусы» на практике сокращают общую протяженность магистралей и монтируют несколько небольших конструкций вместо одной длинной. Таким образом удается добиться возможности хорошей горизонтальной регулировки системы.

Устройства с попутным движением отличаются одинаковой протяженностью циркуляционных колец. Благодаря этому все нагревательные приборы работают в абсолютно одинаковых условиях, что дает равный прогрев всех батарей вне зависимости от их удаления от основного стояка. При этом такие системы используются ограничено, поскольку их обустройство требует большего, чем для тупиковой конструкции, количества труб. Чаще всего они устанавливаются в случаях, когда увязка циркуляционных колец в пределах, рекомендованных СНиП, невозможна.

Отопление с насосной циркуляцией – более практичное и эффективное. Насос, встроенный в конструкцию, обеспечивает оптимальную скорость движения жидкости в трубах, что позволяет получить максимально возможный эффект от использования отопительной системы. Разнообразие вариантов обустройства дает возможность подобрать для своих условий оптимальную конструкцию, которая обеспечит наиболее комфортные условия в отапливаемом здании.

Двухтрубная система отопления, в которой теплоноситель подается по трубе подачи, а, затем, пройдя через прибор отопления, поступает в обратный трубопровод, является одной из самых распространенных.

Различают два вида двухтрубных систем отопления:

• тупиковая система отопления
• система отопления с попутным движением воды, называемая также системой Тихельмана , в честь инженера, разработавшего и с успехом применившего ее на практике.

Недостатки тупиковой двухтрубной системы отопления

В тупиковой системе отопления теплоноситель поступает в прибор отопления, затем в обратный трубопровод, по которому движется к котлу. Чем ближе радиатор расположен к котлу, тем интенсивнее в нем процесс теплопередачи. И наоборот, чем дальше находится прибор отопления от котла, тем длиннее к нему путь теплоносителя и тем меньше запас его тепловой энергии. В итоге, в помещении, расположенном ближе к котлу жарко, а в удаленных комнатах, напротив, прохладно.

Для того, чтобы устранить подобные «перекосы» в системе отопления применяют ее балансировку, с помощью запорной арматуры и труб различного диаметра меняя расход теплоносителя отдельно для каждого прибора отопления.

В свою очередь запорная арматура создает дополнительное сопротивление в системе отопления, для преодоления которого приходится устанавливать более мощный циркуляционный насос. При этом установка слишком мощного циркуляционного насоса может стать причиной возникновения гидравлических шумов в системе отопления, что может привести к нежелательным последствиям в ее работе.

Еще одним недостатком тупиковой системы отопления следует назвать сам процесс балансировки. При выполнении его в ручном режиме получить желаемый результат и равномерно обеспечить теплом весь дом бывает очень сложно, а управление нагревом приборов отопления в автоматическом режиме может стоить дорого.

Всех перечисленных недостатков лишена система отопления Тихельмана.

Что такое схема отопления с попутным движением воды?

В системе Тихельмана циркуляционные контуры каждого прибора отопления равны между собой по протяженности. В результате теплоноситель, движущийся к первому радиатору, проходит такой же по протяженности путь, что и теплоноситель, движущийся к наиболее удаленному прибору отопления. В результате, все радиаторы в системе отопления, сколько бы их ни было, находятся в равных условиях эксплуатации и получают равное количество тепловой энергии. Балансировать систему отопления Тихельмана не нужно.

Для движения теплоносителя в системе отопления Тихельмана создается контур общей протяженности, состоящий из двух трубопроводов: подачи и обратки. По форме контур напоминает петлю, расположенную по периметру отапливаемого помещения. Не случайно эту схему отопления называют петлей Тихельмана.

Следует отметить, что и в подаче и в обратке теплоноситель движется в одном, попутном направлении. Отсюда еще одно название: «схема с попутным движением теплоносителя».

Так же, как и в тупиковой схеме, труба подачи поочередно подключается к каждому прибору отопления. Отличие обвязки состоит в монтаже обратного трубопровода. Если в тупиковой схеме теплоноситель из первого радиатора поступив в обратку сразу направляется к котлу, то в петле Тихельмана он должен пройти по обратному трубопроводу расстояние, равное протяженности трубы от котла до последнего прибора отопления.

Это значит, что у первого радиатора самая короткая труба подачи, но при этом самая длинная труба обратки, а у последнего радиатора наоборот, самая длинная труба подачи, но самая короткая труба обратки. В результате в сумме протяженность труб подачи и обратки у каждого прибора отопления равны между собой. Для обвязки всех радиаторов можно использовать трубы одного диаметра, сделав исключение для подачи первого прибора отопления (можно использовать трубу меньшего диаметра, если основной монтаж д=26 мм , то здесь д=16 мм )

Аналогично монтируется последний радиатор, у которого обратка может быть меньшего диаметра, чем подача.

Преимущества и недостатки системы отопления Тихельмана

Системы Тихельмана широко используется при монтаже систем отопления с большим количеством радиаторов (от 8 приборов и более), балансировка которых может представлять определенные трудности.

Использование системы Тихельмана дает отличный результат, но при этом нельзя забывать о недостатках, среди которых следует особо выделить:

• Большую протяженность трубопровода- в среднем на петлю Тихельмана уходит на 15-20% больше труб , чем на монтаж тупиковой схемы.
• Невозможность монтажа повсеместно – действительно, во многих домах архитектура просто не позволяет проложить петлю трубопроводу по периметру строения.

Заключение

Система отопления по Тихельману это вариант двухтрубной системы отопления, не нуждающейся в балансировке. Она отлично подходит для одноэтажных строений и может с успехом использоваться для отопления загородных домов и дач.

Действительно, система Тихельмана стоит немного дороже обычной двухтрубной системы отопления, но она проста в эксплуатации.

Продаёте теплоносители? Тут http://teplonostd.ru/ можно купить теплоноситель оптом.