Система отопления двухэтажного частного дома — варианты, схемы, монтаж

Подавляющее большинство загородных домов для увеличения жилой площади и экономии пространства на участке делают этажностью выше одного, чаще других сооружают здания из двух этажей. Поэтому очень многим хозяевам приходится решать задачу, какая система отопления двухэтажного частного дома будет эффективнее других.

Существует масса способов отапливать загородные жилые дома как от природных неисчерпаемых источников энергии, так и ресурсами, поставляемыми энергетическими (угле, нефтегазодобывающими) компаниями, лесными хозяйствами.

Рис. 1 Схема водяного отопления с двухконтурным электрическим котлом

Варианты популярных отопительных систем для частных домов

При выборе систем отопления 2 -х этажных жилых домов основными критериями служат затраты на монтаж оборудования и топливо, удобство пользования, эффективность.

Если требуется выбрать наименее затратное по финансовым расходам отопление в частном доме, суммируют все издержки, связанные с получением разрешительных документов, монтажом и обслуживанием оборудования, ежегодными отчислениями на топливо, заменой износившихся приборов, техобслуживание. Таким методом не слишком сложно выбрать оптимальную систему отопления в любой период, к примеру, на срок от 10 до 30 лет.

Общепринятым приблизительным методом расчета тепловой мощности является расход 100 Ватт на квадратный метр жилой площади.

Для частных домов в зависимости от вида топлива чаще других используют следующие отопительные системы.

Рис. 2 Электронагревные полы с резистивным кабелем и инфракрасными пленками — монтаж

На электроэнергии

В подобном типе системах часто применяют электрические конвекционные нагреватели.

Другие, не менее популярные варианты — использование нагреваемых электрокабелем или инфракрасными пленками полов. Проблему с горячей водой решают применением электрического водонагревательного бойлера, наружная оболочка которого теплоизолирована от окружающей среды.

При электричестве можно использовать и водяное отопление с одновременным получением горячей воды, установив электрокотел косвенного нагрева.

Хотя по начальным затратам на оборудование отопление электричеством считается относительно недорогим, при длительной эксплуатации ежегодные отчисления на электричество превысят стоимость других видов топлива.

Поэтому данный вариант оптимально использовать в районах с небольшой стоимостью электроэнергии и по максимуму применяя ночной тариф для подогрева воды и аккумулирования ее в бойлере (тепловом аккумуляторе, буферной емкости) большого объема.

Помимо высокой стоимости при эксплуатации, не каждое жилье удается отопить электричеством ввиду ограничений по мощности многих подстанций, не позволяющих подавать достаточное количество электроэнергии в индивидуальные дома.

Рис. 3 Примеры обогрева комнат настенными электрическими конвекторами

На газе

Применение газа является самым дешевым видом топлива по энергоэффективности, однако и в данном способе есть масса отрицательных сторон.

В первую очередь это непомерные цены за услуги государственных организаций, подключающих индивидуальные дома к газовой магистрали. Для Московской области расценка в 2 миллиона рублей за подвод к забору индивидуального участка отрезка полимерного трубопровода небольшой длины в траншее под землей считается средней. К тому же придется тратить немало времени и средств на оформление документов, постройку отдельной котельной, внутреннюю разводку, закупку оборудования, монтаж теплых полов или радиаторов.

То есть начальные затраты на газовое отопление могут быть чрезмерно высокими для потребителей со средними доходами, но в дальнейшем из-за невысокой стоимости природного газа вложения окупятся.

В районах, где газовая магистраль проходит слишком далеко от дома, один из вариантов — применение газгольдеров. Обычно резервуар средним объемом около 5 кубических метров закапывают в землю и заправляют его сжиженным газом, которого многим хватает на один отопительный сезон.

Основной недостаток этого метода — высокая цена сжиженного газа, а также зависимость от энергетических компаний, устанавливающих цену на топливо по своему усмотрению.

Одно из главных преимуществ газа — возможность функционирования отопительной системы при отключении электроэнергии. Правда в этом случае придется использовать бензиновый генератор электричества для обеспечения функционирования котла и насосного оборудования.

Рис. 4 Схема отопления индивидуального дома с двухконтурным газовым котлом

Система отопления двухэтажного частного дома тепловыми насосами (ТН)

Использование природной энергии в последние годы набирает все большую популярность в мире. Если монтаж солнечных батарей и ветряных мельниц для отопления домов — эксклюзивный вариант, то широчайшее применение теплонасосов сдерживает лишь их высокая стоимость.

Существует несколько типов тепловых насосов по принципу действия: воздух — воздух (атмосферный теплонасос АТН), воздух — вода (воздушный теплонасос ВТН) и грунт — вода (геотермальный теплонасос ГТН). Соответственно агрегат может брать энергию из атмосферы или под землей, например, из водяных скважин, и нагревать в доме воздух или воду.

Для теплонасосов введен коэффициент преобразования, равный соотношению полученной тепловой энергии к затраченной электрической. В высокопроизводительных агрегатах он достигает 5-ти единиц не опускается ниже 2-х (зависит от состояния окружающей среды).

Лидерами по производству теплонасосов являются японцы — их агрегаты воздух — воздух (вода) способны уходить в плюс по выдаче тепловой энергии при температуре окружающей среды до -30 °С. Так же японские приборы отличается высоким сроком службы не менее 20 лет.

Весомое дополнительное преимущество теплонасосов — способность функционировать в режиме кондиционирования воздуха в теплое время года.

Тепловые насосы — отличный вариант для областей с умеренным климатом и могут отказаться даже выгодней газового отопления в районах с невысокой стоимостью электроэнергии.

На жидком и твердом топливе

Отопление углем, пеллетами, дровами, торфом, брикетом имеет два главных недостатка — требует присутствия человека при загрузке (не касается пеллет) горючих материалов своими руками и наличия помещения для их хранения. Использование в качестве энергоносителя жидкого дизельного топлива (солярки) по финансовым затратам является самым неудачным вариантом и поэтому применяют его очень редко.

К преимуществам использования твердых видов топлива относят его дешевизну и доступность, отсутствие высоких требований к мощности электросетей. Твердым топливом удобно отапливать дачные дома с периодическим проживанием людей.

Рис. 5 Система отопления двухэтажного частного дома с использованием геотермальных и атмосферных тепловых насосов, принцип работы

Преимущества водяного отопления в частном доме

При обогреве помещений в системах практически с любым видом топлива или тепловыми насосами в качестве теплоносителя чаще используют воду, и связано это со следующими ее особенностями:

Вода обладает высокой теплоемкостью, то есть долго нагревается и медленно отдает тепло. Поэтому потери тепловой энергии при ее передвижении по трубопроводам намного ниже, чем у других видов носителей.

Альтернативой воде является нагретый воздух. Чтобы отопить им все помещения в доме, придется монтировать систему воздуховодов и подавать воздушные массы через потолки. Это потребует использования дополнительных вентиляторов, приведет к затратам электроэнергии и неэффективной работы всей системы, где нагретый воздух поступает сверху, а не снизу.
Помимо того, что воздух быстро отдает тепло, все котельное оборудование на различных видах топлива рассчитано на подключение к ним трубопроводов с водой, а не воздушных каналов.

Преимуществом отопления водой является то, что многие котлы оснащены системами косвенного нагрева. Они могут одновременно подавать воду в отопительный трубопровод и подогревать ее для хозяйственно-бытовых нужд, обеспечивая горячее водоснабжение.

Водный теплоноситель легко получить из любого водопровода, его стоимость сведена к нулю.

При использовании обогрева с водой относительно легко устанавливать температуру в каждом помещении, чего нельзя сказать о воздушном обогреве нескольких комнат от одного агрегата.

При применении теплых полов даже при отключении электроэнергии массивная цементно-песчаная плита толщиной не менее 50 мм будет удерживать тепло длительный период времени.

Читайте также:  Рейтинг 2021 лучших чугунных батарей для отопления частного дома

Рис. 6 Сравнение затрат на отопление с разными системами при среднесуточном тарифе на электроэнергию 4,88 руб. за кВт/ч и газ 5,62 руб. за кубометр

Система отопления двухэтажного частного дома водяными теплыми полами

Теплые полы довольно популярный вид отопления в индивидуальных домах, их используют многие собственники невзирая на сложность конструктивного исполнения. Для нагрева воды применяют котлы на любом виде топлива, чаще отдают предпочтение двухконтурным моделям.

Для комфорта нахождения в помещении теплые полы обычно не нагревают выше 50 °С, при этом их температурные параметры могут отличаться в разных комнатах.

К преимуществам полового отопления относят равномерный прогрев всей площади помещений, а не только зоны у окон, а также способность длительный период удерживать тепло, аккумулируемое в массивной стяжечной плите.

Принцип организации

Для монтажа теплых полов используют трубы, которые укладывают под цементно-песчаной стяжкой в виде змейки или спирали с расстоянием между витками в 100 — 300 мм.

В последнее время для удобства укладки трубопровода применяют пенополистирольные теплоизоляторы с равномерно распределенными выступами, между которыми намного легче равномерно прокладывать спиральные ветви.

Существует два основных вида стяжек для теплых полов — мокрая и полусухая по немецкой технологии, вторая в настоящее время используется намного чаще. При ее заливке трубы укладывают на теплоизолятор из пенопласта или экструдированного пенополистирола (Пеноплекс), армированный металлической решеткой, и засыпают их полусухой стяжкой толщиной не менее 50 мм. Спустя некоторое время, не дожидаясь полного просыхания раствора, его поверхность уплотняют специальным приспособлением, носящим строительное название вертолет.

Обычное время высыхания стяжки до начала пользования нагреваемым полом составляет 28 дней и может изменяться в сторону уменьшения благодаря добавлению в растворные смеси присадок и пластификаторов.

Рис. 7 Система отопления двухэтажного частного дома с теплыми полами и радиаторами

Оборудование

Обогрев помещений теплыми полами используют в принудительных системах отопления с циркуляционными электронасосами, прокачивающими воду. Обычно контуры теплых полов подключают к гребенкам специальных коллекторов, которые обычно стараются размещать по центру первого и второго этажей.

Также в коллекторных гребенках предусмотрена ручная или автоматическая возможность регулировки температуры отдельно для каждого контура за счет изменения объема подачи отопительной жидкости.

Для проталкивания теплоносителя по длинным контурам в цепь коллектора устанавливают дополнительные циркуляционные насосы.

Помимо этого, коллекторные гребенки оснащают дополнительными воздухоотводчиками, устройствами защиты электронасоса от перегрева теплоносителем.

Рис. 8 Коллекторная разводка и разные виды труб в теплых полах

Трубы

Главные требования к трубам теплых полов — высокая теплоотдача, гибкость для укладки змейкой или спиралью, отсутствие стыков под стяжкой, низкое гидравлическое сопротивление.

Для устройства контуров применяют трубопроводы из сшитого, термостойкого, а также из полиэтилена, армированного алюминием (металлопластик).

Обычно трубы подключают к гребенкам коллекторов при помощи компрессионных фитингов, зажимаемых вручную разводным или гаечным ключами.

Иногда для укладки теплых полов используют дорогостоящие трубопроводы из меди или гофрированной нержавейки, последняя в силу высокого гидравлического сопротивления ребер нежелательна в длинных контурах.

Система отопления частного дома радиаторами

Радиаторное отопление по сравнению с теплыми полами хотя и менее эффективно, однако используется намного чаще благодаря простоте монтажа, меньшим финансовым расходам на его устройство.

Для его организации к котлу подключают трубопровод, который ведут в отапливаемые помещения и затем подсоединяют к нему радиаторные теплообменники.

Трубы для подачи теплоносителя к радиаторам прокладывают под стяжкой или по поверхности вдоль стен.

Температура радиаторов, как и теплоносителя в системе, обычно не превышает 80 С и может регулироваться как на отдельных теплообменных приборах при помощи терморегуляторов, так и в общем на котле.

Рис. 9 Самотечная отопительная система двухэтажного дома – схема

Самотечная

При организации отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома в самом верхнем помещении, которым обычно является чердак, устанавливают расширительный бак большого объема. От котла, расположенного в подвале, к нему подводят трубу, по которой нагретый теплоноситель поступает в емкость. Из расширительного бака по наклонному трубопроводу горячая вода направляется в радиаторы обычно по диагональной схеме подключения, и затем возвращается в котел для подогрева.

К недостаткам самотечной системы отопления в частном доме относят не слишком высокий напор — для создания давления в один бар бак должен находиться на расстоянии около 10 м от котла. Ситуацию исправляют, подключив в контур специальный повысительный или циркуляционный насос.

Так как скорость течения жидкости в самотечных системах невелика и редко превышает 0,2 м/с, для доставки теплоносителя в необходимых объемах используют трубопровод больших диаметров в 32 или 40 мм.

Хотя самотечная система может функционировать при отсутствии электричества, если котел энергонезависимым, ее практически не используют в современных домах коттеджного типа из-за низкой эстетичности и неудобства пользования помещениями виду прокладки труб большого диаметра под потолками и вдоль стен.

К тому же гравитационная система без циркуляционного электронасоса не позволяет подключать к ней контуры теплых полов.

Рис. 10 Принудительная система отопления система отопления двухэтажного частного дома коллекторной

Принудительная

Данный вид отопления используют в подавляющем большинстве индивидуальных домов, где подача теплоносителя к радиаторным теплообменникам происходит за счет проталкивания его по трубам насосом.

При монтаже отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией используют закрытый расширительный бак, устанавливаемый рядом с насосом и котлом на нижнем этаже дома или в подвале. Для обеспечения циркуляции отопительной жидкости по контуру используют циркуляционный электронасос и дополнительные агрегаты, если применяют прогрев помещений теплыми полами.

Трубопровод принудительный системы прокладывают под полом или над его поверхностью, поэтому он имеет намного более высокую декоративность, чем гравитационный аналог. Также в принудительной системе в сравнении с самотечной иногда проще регулировать температуру отдельных теплообменных приборов.

Рис. 11 Биметаллический и панельный радиатор — конструктивное устройство

Радиаторы

В качестве радиаторов современных отопительных систем чаще других используют биметаллические разновидности, имеющие ряд неоспоримых преимуществ в сравнении с ранее популярными алюминиевыми. Они собираются из секций любой длины и имеют четыре резьбовых патрубка для подсоединения к трубопроводной магистрали по любой из выбранных схем подключения. Обычно к одному верхнему патрубку подключают трубу подачи с терморегулятором, ко второму нижнему обратки, вверху устанавливают кран Маевского, а внизу на четвертый отвод — заглушку.

Читайте также:  Что из себя представляет антифриз для системы отопления загородного дома

В торговой сети для подключения биметаллических или алюминиевых радиаторов реализуют специальные комплекты, состоящие из переходных футорок (коротких муфт с разноразмерной двухсторонней резьбой) диаметров с 1-го на 1/2 или 3/4 дюйма, а также заглушки с краном Маевского.

Второй, не менее популярный вид теплообменников для использования в радиаторном отоплении — стальные панельные. Их основное преимущество и отличие от биметаллических и алюминиевых — узел нижнего подключения, который располагается сбоку или посередине панели. Это позволяет подсоединять панельные радиаторы к трубам, выходящих снизу из пола или стены.

Панельные радиаторы эффективнее использовать, если трубопровод проходит под полом для сохранения эстетичного внешнего вида помещений, а не вдоль стен. В них также имеется в комплектации кран Маевского для стравливания воздуха и заглушка.

Существует ряд других современных радиаторов, к примеру, чугунных дизайнерских, трубчатых, трубчатых конвекционных, но их скорее относят к эксклюзивным моделям, чем к приборам широкого применения.

Рис. 12 Примеры подключения батарей к различным видам труб

Трубы

Основное требование к трубопроводам для радиаторов — высокая термостойкость, способность выдерживать гидроудары, иногда требуется их низкая кислородопроницаемость.

В настоящее время нет альтернативы полимерным изделиям, все линии из металлов (медь, сталь) за исключением гибких гофротруб из нержавейки, требуют проведения трудоемких сварочных или паяльных работ.

Чаще других для подвода теплоносителя к радиаторам используют трубы из термостойкого полипропилена, к которым относят армированные стекловолокном или алюминием изделия. Полипропиленовый трубопровод монтируют методом пайки, применяя переходные фитинги с полимера на металл.

Также для наружной прокладки иногда используют армированный алюминием трубопровод из сшитого полиэтилена.

Когда осуществляют прокладку подводящей линии под стяжкой, доской или древесной плитой пола, применяют гибкие трубы из сшитого, термостойкого полиэтилена.

Если делают подводку отопительной жидкости к теплообменникам в доме из полипропиленовых труб, обычно используют в линиях подачи и обратки изделия диаметром 25 или 32 мм, к которым через 20 мм отводы подключают радиаторы.

Под полом укладывают 20 мм трубу из сшитого или термостойкого полиэтилена.

Рис. 13 Однотрубная разводка ленинградка и ее особенности

Разводка

Для подключения радиаторов используют различные схемы укладки трубопроводов. Обычно теплоноситель подают в батарею снизу или сверху, а выходит он только через нижний отвод. По этим признакам различают диагональное, боковое и нижнее подключение теплообменных приборов.

Хотя по теплоотдаче наилучшим считают диагональное подключение, многие специалисты утверждают, что и нижнее не менее эффективно и обеспечивает равномерный прогрев всей поверхности батарей.

При боковом подсоединении радиаторов нередко наблюдается недостаточный прогрев противоположной стороны в теплообменниках с большим количеством секций.

Однотрубная

При однотрубной разводке теплоноситель проходит по одному трубопроводу, объединяющему линии подачи и обратки. Ее типичный представитель — ленинградка, в которой отопительная жидкость протекает по одной трубе большого диаметра, образующей замкнутую петлю, а радиаторы подключаются к ней параллельно снизу. Иногда в ленинградке используется и диагональная схема подключения батарей, однако в этом случае теплоотдача ненамного выше и страдает эстетичный внешний вид помещений.

Есть ленинградку прокладывают в индивидуальных частных домах, основную трубу берут диаметром 40 или 50 мм в зависимости от количества батарей, отводы для их подключения делают трубой стандартного диаметра в 20 мм.

Однотрубное отопление с боковым подключением радиаторов часто используют в коммунальных многоэтажных домах. При этом для обеспечения возможности отключения или ремонта батарей с их отсоединением от линии при помощи шаровых кранов, используют байпасную перемычку. По ней всегда проходит вода как в рабочем состоянии, так и при отсоединении радиаторных теплообменников.

При организации самотечной системы также используется однотрубная система отопления двухэтажного дома схема которой может совмещать как подключение радиаторов по диагонали, так и сбоку.

Обычно от верхней трубы большого диаметра, проложенной от расширительного бака с некоторым уклоном, отходят отводы, к которым подключают ряд теплообменников. Обратка от каждого радиатора также собирается в общей трубе поступает в котел. Таким образом реализуется параллельное подключение радиаторных теплообменников в частном двухэтажном доме с возможностью независимой регулировки температурного режима в каждом из них.

Рис. 14 Тупиковая разводка, ее плюсы и минусы

Двухтрубная

Чаще других в при организации автономного обогрева используется двухтрубная система отопления двухэтажного дома, основное преимущество которой — возможность доставки теплоносителя к радиаторам с максимально одинаковой температурой.

При подключении отопительная жидкость подается в батареи по одной трубе стандартного диаметра 32 мм, а обратно в котел возвращаются по другой, проложенной параллельно подающей.

Данная схема двухтрубной системы отопления двухэтажного дома, получившая название тупиковой, применяется в большинстве разводок ввиду относительной простоты монтажа. Однако тупиковая система отопления не обеспечивает равномерности прогрева всех радиаторов, поэтому при ее использовании в каждый из них обязательно устанавливают терморегулятор.

Без терморегуляторов достичь равномерного нагрева всех теплообменников позволяет попутная система. В ней отопительная жидкость поступает на первый и последующие радиаторы от котла, таким же способом от первой до последней в цепи батареи прокладывается и обратная магистраль к котлу (отсюда название – попутная).

В результате общая длина контура, складывающаяся из отрезков линий подачи и обратки, для каждой батареи равна и соответственно температура нагрева каждого теплообменного прибора одинакова.

Несмотря на столь очевидное преимущество попутной или схемы Тихельмана, позволяющей задавать температурные параметры всех теплообменников одной регулировкой температуры нагревания котла, она не получила широкого распространения.

Связано это в первую очередь с тем, что разводка по схеме Тихельмана не совсем двухтрубное отопление. При монтаже приблизительно на 1/3 увеличивается расход труб для направления обратки в котел не от первого ближнего к нему радиатора, а от последнего. В результате этого на стене будут уложены три трубы в ряд, если контур не замыкается петлей по периметру комнаты, что значительно ухудшает эстетику внешнего вида помещений.

Рис. 15 Попутная разводка Тихельмана

Лучевая или коллекторная

Принцип устройства такой разводки — подключение всех батарей от центрального коллекторного узла. При этом к каждому радиатору подходит своя труба подачи и обратки. Если используется коллекторная схема отопления в двухэтажном доме, то коллекторы устанавливают соответственно на 2 этажа, соединяя их через центральный стояк, отходящий от распределительной гребенки.

Основное назначение коллекторной схемы — прокладка трубопровода под стяжкой или иным половым покрытием, она практически не используется для его наружной протяжки.

Рис. 16 Пример внутридомовой коллекторной разводки теплых полов

В системах отопления для двухэтажного дома широкой популярностью пользуются двухконтурные газовые котлы, которые обычно нагревают воду для хозяйственно-бытовых нужд и теплообменников. Для обогрева помещений используют водяные системы из ряда радиаторов или теплых полов с трубопроводом, уложенным под стяжку.