Открытая и закрытая система теплоснабжения: особенности и характеристики

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру. Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

Особенности открытой и закрытой систем

Открытая система отопления
Чтобы обогреть дом, используют замкнутый тип конструкции движения теплоносителя, включающий котел, радиаторы и трубы. Система работает по принципу нагрева воды до определенной температуры в специальном оборудовании, движения по трубопроводу к радиаторам и дальнейшей отдачи тепла для прогрева комнат. После остывания жидкость возвращается обратно к устройству нагрева, образуя повторяющийся цикл.

Открытая система

Для понимания, что такое открытая система теплоснабжения, стоит использовать в качестве примера многоквартирный тип зданий. Данный тип обогрева подразумевает использование специального накопительного бака, активно функционирующего в большинстве многоэтажных сооружениях. На крыше многоэтажки находится расширяющая емкость для сбора избытка воды. Бак не герметичен, что позволяет парам уходить во внешнюю среду.

Открытый вариант монтируется без циркуляционного насоса. Теплоноситель направлен по трубам естественным образом. После нагрева в котле до определенной температуры повышается давление, и горячая вода, поднимаясь наверх, выталкивает холодную. Объем воды при нагревании также увеличивается, поэтому излишек идет в расширительный бачок. Остывший теплоноситель снова направляется в систему.

Закрытый тип коммуникаций

Закрытая система
Закрытая схема теплоснабжения предусматривает насос, провоцирующий движение воды по трубам. Принудительная циркуляция также реализуется при помощи труб, котла, радиаторов, расширительного бака. Металлический резервуар герметичен, состоит из двух завальцованных частей, имеет следующее наполнение:

внутренняя резиновая диафрагма – жаростойкая мембрана;
газ в небольшом объеме – заводской азот или накопленный в магистрали воздух.

Мембрана делит емкость на два отсека – для сбора излишков нагретой воды и для расположения воздуха.

Теплоноситель двигается по системе, но в момент его нагрева клапан резервуара забирает излишки. Они поступают в расширительный бак, проникают за мембрану и при помощи газа выталкиваются обратно. После охлаждения циркуляционный насос закачивает воду обратно в систему, одновременно контролируя показатели давления. Таким образом происходит деаэрация носителя тепла.

Основные отличия

Разница между открытой и закрытой системой отопления заключается в следующем:

Расположение расширительного резервуара. В открытой – верхний этаж частного дома или крыша многоэтажки. В закрытой бак допускается ставить в любом месте.
Изоляция от доступа воздуха. В отличие от открытой, закрытая магистраль защищена от попадания воздушных потоков. Дополнительное давление в верхних точках исключает завоздушивание батарей.
Сложность обустройства. Открытая система будет отличаться от закрытой по типу трубопровода. Изделия большого диаметра монтируют с учетом расположения радиаторов, уклона воздуха, наличия поворотом и подъемов.
Затраты на организацию. Закрытое тепло- и водоснабжение требует финансовых затрат на приобретение толстостенных труб. Сэкономить на открытой системе можно при помощи магистралей небольшого диаметра.
Уровень шума. Принудительный тип циркуляции в замкнутой магистрали предусматривает использование насоса. При правильной установке оборудование не будет шуметь.

Создание отопления дома закрытого типа позволит сэкономить от 10 до 40 % энергоресурсов за год.

Автономное теплоснабжение жилого дома

В зданиях старого типа по проекту предусмотрена централизованная система. Индивидуальные схемы позволяют выбрать типы систем теплоснабжения в плане снижения расходов на энергоноситель. Здесь имеется возможность их мобильного отключения при отсутствии необходимости.

Проектирование автономных систем производится с учетом нормативов отопления. Без этого дом сдать в эксплуатацию невозможно. Следование нормам гарантирует комфорт для проживания жильцов дома.

Источником нагрева воды обычно служит газовый или электрический котел. Необходимо выбрать способ промывки системы. В централизованных системах применяется гидродинамический способ. Для автономной можно использовать химический. При этом необходимо учитывать безопасность влияния реагентов на радиаторы и трубы.

Варианты подключения систем

Прокладка коммуникаций осуществляется зависимым и независимым способом. Первый вариант отличается простотой и минимальными затратами на комплектующие. Второй метод применяется в новостройках.

Зависимый способ

Специфика схемы – внутридомовой тепловой узел с элеватором. Смеситель теплопункта смешивает горячую воду из внешней магистрали с обратной. Теплоноситель получает при этом температуру до 100 градусов. К преимуществам зависимых систем относятся:

поступление воды на обогрев и снабжение прямо из теплотрассы;
простота и недорогая цена на оборудование ввода для одного абонента;
выдержка больших колебаний температур;
небольшой диаметр труб;
сокращение расхода теплоносителя.

В числе недостатков центрального отопления – большой расход воды, сложности с регулировкой температуры и перерасход энергии.

Внутренняя магистраль является зависимой от внешней подачи тепла.

Независимый способ

Схема предусматривает наличие основного и дополнительного контуров циркуляции, которые разделяет теплообменник. В главном контуре вода подается от котельной или ТЭЦ к центральному теплопункту, направляется из него в теплообменник. Дополнительным контуром будет домашнее отопление, получающее тепло от сети.

Система работает по принципу обогрева воды в двух изолированных контурах. Механизм наружной теплотрассы работает на замкнутую внутреннюю сеть без дальнейшего смешивания жидкости. В числе преимуществ независимой схемы:

возможность подключения любого количества теплообменников;
использование воды для обогрева и хозяйственных целей;
отсутствие колебаний давления в домашнем контуре;
регулировка температуры в комнатах при помощи термостата;
наличие питьевой воды в ГВС дома;
фильтрация теплоносителя от солей в малом контуре.

Минусы коммуникаций – необходимость периодической промывки теплообменника, расходы на покупку оборудования и регулирующих элементов.

Оценки

Какая схема лучше для потребителя?

Если основной критерий — качество воды, сомневаться не приходится. Нагрев бойлером или колонкой куда практичнее, чем подача ГВС из элеваторного узла. Дело в том, что сетевая вода позиционируется как техническая и предназначена только для хознужд, а вот в систему ХВС подается питьевая вода, соответствующая СанПиН 2.1.4.1074-01.

Горячая вода из крана не всегда может похвастаться чистотой.

Еще один критерий оценки — цена кубометра воды. Давайте выполним своими руками несложный расчет — вычислим стоимость кубометра нагретой электрическим бойлером холодной воды и сравним его со стоимостью куба ГВС.

В качестве отправной точки я возьму тарифы , актуальные на начало 2022 года для Москвы:

Кубометр холодной воды без водоотведения стоит 30 рублей;
Куб горячей воды обходится в 160 рублей;
Киловатт-час электроэнергии по одноставочному тарифу — 5 рублей.

Несколько дополнительных условий:

Средняя температура ХВС на входе в дом составляет примерно 15 градусов;
Целевая температура ГВС — 70 градусов;
Для упрощения расчетов я пренебрегу теплопотерями бойлера через теплоизоляцию, приняв его КПД равным 100%;

Электрический бойлер за сутки теряет через теплоизоляцию бака не меньше 2 КВт-ч тепла.

Для нагрева кубометра воды на 1С необходимо 1,1631 киловатт-часа тепла.

Дальше — несложный подсчет:

На разогрев куба холодной воды до целевой температуры уйдет 1,1631 * (70 — 15) = 64 (с округлением) киловатт-часа электроэнергии;
С учетом стоимости ХВС и тарифов на электричество они обойдутся в 64*5+30=350 рублей, что в два с лишним раза больше стоимости кубометра горячей воды.

Инструкция очевидна: если вы хотите сэкономить на коммунальных услугах, использовать собственный электрический бойлер определенно не стоит.

Централизованная подача ГВС обойдется дешевле.

https://youtube.com/watch?v=vVEj7wcr1ik

Особенности разводки труб

Схема расположения элементов в однотрубной и двухтрубной системе
В зависимости от точки расположения основной трубы, технологии подключения батарей, стояков подачи подбирается технология разводки.

Однотрубный способ

При однотрубной разводке используется горизонтальная и вертикальная схема. Укладка труб по горизонтали исключает регулировку количества воды, поэтому дополнительно применяются байпасы. Вертикальное расположение магистрали характерно для многоэтажек.

Двухтрубный способ

Двухтрубный прием разводки предусматривает подвод двух магистралей на один радиатор – для подачи теплой воды и отвода холодной. В квартире или доме можно реализовывать следующие схемы:

самотечную – циркуляция теплой воды осуществляется естественным образом;
классическую – система тупикового типа;
кольцевую – теплоноситель движется попутно;
лучевую – тепло поступает от распредколлектора на радиаторы в индивидуальном порядке.

Двухтрубная система подходит для теплого пола, где контурам нагрева отводится роль батарей, а трубам и гребенке со смесителем – магистралей.

Что такое марка кабеля

Марка провода — это буквенное обозначение, характеризующее материал токопроводящих жил, изоляцию, степень гибкости и конструкцию защитных покровов. В маркировке отечественных товаров используются следующие обозначения:

Первая буква указывает на материал токопроводящей жилы (скажем, А — алюминий). Отсутствие в марке буквы означает, что токопроводящая жила выполнена из меди.
Вторая буква обозначает провод.
Третья — материал изоляции (например, Р — резина, В — поливинилхлорид, П — полиэтилен).

В марках проводов и шнуров могут также присутствовать буквы, характеризующие другие элементы конструкции:

О — оплетка.
Т — для прокладки в трубах.
П — плоский.
Ф — металлическая фальцованная оболочка.
Г— гибкий и т.д.

Виды прово

Разновидности коммуникаций по типу циркуляции

Типы циркуляции воды в системе отопления
В открытых и закрытых магистралях теплоноситель может двигаться двумя способами.

Естественная циркуляция

Система организуется без насоса, работает от разницы плотности жидкости при нагреве и охлаждении. Теплоноситель греется в котле, приобретает меньшую плотность и легкость, в результате чего направляется вверх. В холодном состоянии вода движется по выдающему стояку – трубе с большим диаметром. По разводке и к отопительным устройствам теплоноситель двигается сверху вниз, охлаждаясь при отдаче тепла.

В холодном состоянии плотность воды повышается, и она направляется на отопительный резервуар. Трубопровод выполняется под наклоном. Систему отличает энергонезависимость – может использоваться в частном доме или на даче. В числе минусов естественной циркуляции:

сложность монтажа за счет труб с большим диаметром;
неэстетичный внешний вид;
необходимость периодической доливки теплоносителя;
маленькая квадратура обогреваемых комнат.

В системе используется негерметичная открытая емкость.

Принудительная циркуляция

Для коммуникаций применяется циркуляционный насос, активизирующий движение воды. Система отличается простотой обустройства, расширенными возможностями и небольшим диаметром труб. Пользователь сам регулирует температуру или выставляет ее в автоматическом режиме. Недостаток принудительной циркуляции – энергозависимость.

Автономное теплоснабжение жилого дома

Правила монтажа

Открытый расширительный бак
Правила подключения оборудования и создания системы зависят от ее типа.

Требования к монтажу открытой системы

При обустройстве следует:

Выбрать самую низкую точку для источника тепла и самую высокую – для бака.
Использовать трубы с большим диаметром для движения теплоносителя.
Узкий трубопровод необходим для нормализации давления.
Устанавливать высокий стояк, который равномерно распределит воду.
Исключать большое количество поворотов, развилок и соединений.
Монтировать систему в ограниченном пространстве – до 159 квадратов.
В частное домовладение лучше ставить хороший нанос циркуляции.

Открытая система подходит для небольшого загородного дома или дачи.

Порядок монтажа закрытой системы

Закрытый расширительный бак
Если устанавливается система отопления закрытого типа с насосом и расширительным баком, необходимо:

Поставить котел в подвал, а расширительный резервуар – на чердак.
Обеспечить качественную теплоизоляцию помещений с емкостью и стояком.
Не использовать большое количество фасонных элементов.
Не допускать перегрева воды.
Сливать теплоноситель, если система не запускается зимой.
Формировать уклон труб в 2-3 мм на 1 м контура.

Принципы расчета сечения и уклона трубопровода закрытого отопления прописаны в СНиП 2.04.01-85.

Врезка насоса в отопительный контур

Циркуляционный насос рекомендуется устанавливать на обратной трубе, в этом случае через прибор будет проходить уже остывшая жидкость. Однако при использовании более современных моделей, которые выполнены из термостойких материалов, не исключена врезка на подающую магистраль. В любом случае устанавливаемое оборудование не должно нарушать циркуляцию теплоносителя.

Существует несколько вариантов изменения гравитационной схемы в принудительный вариант:

Установка расширительного бачка на более высоком уровне. Этот вариант можно назвать самым простым, однако для этого потребуется высокое чердачное помещение.
Расширительный бак переносят на дальний стояк. Если использовать этот способ для реконструкции старой системы, то потребуется много сил и времени. Если по этой схеме обустраивать новую систему, то она не оправдает себя.
Размещение стояка расширительного бака в непосредственной близости к колену, на котором расположен насос. В этом случае трубу с резервуаром вырезают с подающей магистрали и врезают ее на обратной трубе за насосом.
Врезка насоса в подающую магистраль. Этот способ считается самым оптимальным вариантом реконструкции отопительного контура. Однако следует помнить, что не каждый прибор может выдержать высокую температуру.

Чтобы система отопления с открытым расширительным баком и насосом работала эффективно, важно правильно выбрать схему, рассчитать параметры всех составляющих элементов, подобрать соответствующее оборудование и последовательно выполнять монтажные работы.

Самостоятельная организация системы отопления

Обустройство котельной
Хороший и качественный вариант отопления можно сделать своими руками, если учесть затраты на проектирование, закупку оборудования и сложность организации. Оптимальным вариантом для частного дома будет закрытый тип коммуникаций с циркуляционным насосом и резервуаров. Его создание осуществляется так:

Расчеты коммуникаций. Заказываются в проектной компании или производятся с помощью онлайн-калькулятора.
Согласование проекта, получение разрешения и техусловий.
Покупка оборудования. Понадобятся отопительный котел, насос, трубы, расширительный бачок, радиаторы (контуры, если планируется теплый пол), воздухоотводники, запорные устройства, автоматические контроллеры.
Монтаж котла и оснащение котельной. В помещении организуется качественная вентиляция, обустраивается дымоход. Стены, поверхность пола и потолка обшиваются огнестойкими материалами.
Монтаж циркуляционного насоса, распредколлектора и приборов замера.
Подводка трубопровода на точки расположения батарей.
Монтаж радиаторов.
Опрессовка системы. Первый запуск проводится в присутствии специалистов.

Коллекторная схема отличается сложностью монтажа и является дорогостоящей, но за счет регулировки контуров условия проживания в помещении будут комфортными.

Между открытой и закрытой коммуникациями подачи тепла существует несколько отличий. Подбирать систему отопления стоит в зависимости от условия и места монтажа. Открытую магистраль легко организовать самостоятельно. Создавать закрытую систему должны специалисты.

Составление схемы теплоснабжения

Схема теплоснабжения представляет собой предпроектный документ, в котором отражены правовые отношения, условия функционирования и развития системы обеспечения теплом городского округа, поселения. По отношению к ней в федеральный закон входят определенные нормы.

Схемы теплоснабжения для поселений утверждаются органами исполнительной власти или местного самоуправления, в зависимости от численности населения.
Для соответствующей территории должна быть единая теплоснабжающая организация.
В схеме указываются энергетические источники с указанием их основных параметров (загрузка, графики работы и др.) и радиусом действия.
Указываются мероприятия по развитию системы обеспечения теплом, консервации избыточных мощностей, созданию условий ее бесперебойной работы.

Объекты теплоснабжения размещаются в границах поселения согласно утвержденной схеме.

Основные недостатки воды как теплоносителя[править]

Основные недостатки воды как теплоносителя:

больший расход электроэнергии на перекачку сетевой воды по сравнению с ее расходом на перекачку конденсата в паровых системах;
большая «чувствительность» к авариям, так как утечки теплоносителя из паровых сетей вследствие значительных удельных объемов пара во много (примерно 20—40) раз меньше, чем в водяных системах (при небольших повреждениях паровые сети могут продолжительно оставаться в работе, в то время как водяные системы требуют остановки);
большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы.

По условиям удовлетворения теплового режима абонентских установок, определяемого средней температурой теплоносителя в абонентских теплообменниках, вода и пар могут считаться равноценными теплоносителями. Только в особых случаях, когда пар используется непосредственно для технологического процесса (обдувка, пропарка и т.д.), он не может быть заменен водой.

При теплоснабжении от котельных пар применяется и при тепловых нагрузках низкого потенциала. Серьезное значение имеет правильный выбор параметров теплоносителя. При теплоснабжении от котельных рационально, как правило, выбирать высокие параметры теплоносителя, допустимые по условиям техники транспортировки теплоты по сети и использования ее в абонентских установках. Повышение параметров теплоносителя приводит к уменьшению диаметров тепловой сети и снижению расходов по перекачке (при воде). При теплофикации необходимо учитывать влияние параметров теплоносителя на экономику ТЭЦ. Выбор водяной системы теплоснабжения закрытого или открытого типа зависит главным образом от условий водоснабжения ТЭЦ, качества водопроводной воды (жесткости, коррозионной активности, окисляемости) и располагаемых источников низкопотенциальной теплоты для горячего водоснабжения.

Обязательным условием как для открытой, так и для закрытой систем теплоснабжения является обеспечение стабильного качества горячей воды у абонентов в соответствии с ГОСТ 2974—82* «Вода питьевая». В большинстве случаев качество исходной водопроводной воды предопределяет выбор системы теплоснабжения. Преимущественное применение каждой из рассматриваемых систем теплоснабжения определяется следующими показателями исходной водопроводной воды. При закрытой системе: индекс насыщения J > — 0,5; карбонатная жесткость Жк≤7 мг-экв/л; (Сl + 3О4) ≤ 200 мг/л; перманганатная окисляемость не регламентируется. При открытой системе: перманганатная окисляемость О < 4 мг/л; индекс насыщения, карбонатная жесткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентируются.

При повышенной окисляемости (О > 4 мг/л) в застойных зонах открытых систем теплоснабжения (радиаторы отопительных установок и др.) развиваются микробиологические процессы, следствие которых — сульфидное загрязнение воды. Так, вода, отбираемая из отопительных установок для горячего водоснабжения, имеет неприятный сероводородный запах.

По энергетическим показателям и по начальным затратам современные двухтрубные закрытые и открытые системы теплоснабжения являются в среднем равноценными. По начальным затратам открытые системы имеют некоторые экономические преимущества при наличии на ТЭЦ источников мягкой воды, не нуждающейся в водоподготовке и удовлетворяющей санитарным требованиям к питьевой воде. При использовании открытых систем вода для горячего водоснабжения отбирается из тепловой сети, что, с одной стороны, разгружает сеть холодного водопровода и создает в ряде случаев дополнительные экономические преимущества, а с другой — часто вынуждает подводить к ТЭЦ магистральные водоводы, что увеличивает капитальные затраты.

По эксплуатационным расходам открытые системы несколько уступают закрытым в связи с дополнительными затратами на водоподготовку. В эксплуатации открытые системы сложнее закрытых из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, усложнения санитарного контроля плотности системы.

При дальней транспортировке теплоты в районах с относительно большой нагрузкой горячего водоснабжения при наличии вблизи ТЭЦ или котельной источников воды, удовлетворяющей санитарным требованиям, экономически оправдано применение открытой системы теплоснабжения с однотрубным (однонаправленным) транзитом и двухтрубной распределительной сетью.