В данной статье мы рассмотрим все этапы работ по созданию системы отопления загородного двухэтажного  дома, для семьи из нескольких человек, при этом сразу оговоримся, что дом газифицирован.

Начнем с формулировки требований к нашей системе отопления:

• система отопления должна обеспечивать комфортные условия во всех помещениях дома, с возможностью отдельного регулирования некоторых из них (например отключения отопления второго этажа)  ;
• система отопления должна работать в автоматическом режиме, поддерживая заданную температуру ;
• газовый котёл системы отопления, должен также обеспечивать жильцов горячей водой.

Следующим этапом будет выбор типа системы отопления.

Существует два типа систем отопления по принципу действия, это система с естественной циркуляцией теплоносителя и с искусcтвенной циркуляцией теплоносителя.

Система с естественной циркуляцией предполагает движение теплоносителя по трубам, только за счет сил гравитации и разности температур теплоносителя.Надежность такой системы напрямую зависит от разности высоты установки котла и уровня установки радиаторов. Такие системы рекомендуется использовать при радиусе действия не более 30 м по горизонтали и не менее 3 м превышения середины нижних радиаторов над центром нагревателя котла. Другими словами, котёл должен располагаться ниже самых нижних радиаторов системы как минимум на 3 м.

В системах водяного отопления с искусственной циркуляцией теплоноситель по трубопроводам перемещается за счёт работы насоса.

Более надежной при правильном расчете и монтаже является система с естественной циркуляцией, ввиду отсутствия дополнительных элементов (насоса) и независимости от внешних источников энергии.

По схеме присоединения отопительных приборов к трубопроводам водяного отопления системы подразделяют на два типа — однотрубные и двухтрубные.

В однотрубных системах теплоноситель ко всем отопительным приборам подаётся по одному трубопроводу, так что охлаждённая до некоторой температуры вода из одного прибора последовательно поступает в другой. По сравнению с двухтрубными такая схема имеет меньшую длину трубопроводов, что позволяет существенно сократить затраты как на монтаж систем, так и на приобретение всех необходимых материалов. Ориентировочно общая длина трубопроводов в однотрубной схеме, как правило, оказывается на 30% меньше, чем в двухтрубной схеме отопления.

В двухтрубных системах теплоноситель поступает ко всем отопительным приборам по одному общему подающему трубопроводу и, охлаждаясь, возвращается в генератор тепла также по общему обратному трубопроводу («обратке»), минуя другие отопительные приборы. В таких системах все радиаторы оказываются подключёнными параллельно и поэтому равноправны по отношению друг другу, что позволяет регулировать расход теплоносителя в каждом радиаторе независимо от других. В этом заключается главное преимущество двухтрубной схемы. Кроме того, во все радиаторы поступает вода с одинаковой температурой, что позволяет равномерно и эффективно обогревать как ближние, так и самые дальние от отопительного котла помещения дома. И это — второй существенный плюс двухтрубной системы отопления.

Кроме перечисленных особенностей однотрубные и двухтрубные системы водяного отопления бывают вертикальными, когда подающие трубы, к которым присоединяются радиаторы, проходят вертикально через все этажи, и горизонтальными, у которых подающие и отводящие трубы проложены горизонтально по всем помещениям в пределах каждого из отапливаемых этажей дома. А в зависимости от конструктивных особенностей конкретного дома системы отопления могут быть выполнены с верхней разводкой, если магистральные трубопроводы проложены по чердаку, техническому этажу или под потолком верхнего этажа, или с нижней разводкой, когда магистральные трубопроводы проходят в подвале здания, в подпольных каналах или над полом первого этажа.

Учитывая требования к системе отопления сформулированные ранее и изучив [1,2]  выбираем  двухтрубную горизонтальную систему отопления с нижней коллекторной разводкой и искусcтввенной циркуляцией. В систему отопления необходимо установить  автоматические регуляторы температуры — термостатические клапаны, устанавливаемыми на радиаторы отопления. Применение термостатических устройств  позволит поддерживать заданную температуру в помещениях в диапазоне от +6°С до +28°С с точностью ± 1°С, и экономить до 40% энергии  [1,2,3,4].

Теперь выберем сердце системы — газовый котел.

Оптимальным выбором для небольших домов будет — настенный котел.

Внутри такого, совсем небольшого теплогенератора находятся не только горелка, теплообменник и устройство управления, но и один или два циркуляционных насоса, расширительный бак, система, обеспечивающая безопасную работу котла, манометр, термометр и многие другие элементы, без которых не обходится работа ни одной нормальной котельной. При этом стоимость «настенников» часто в 1,5-2 раза ниже, чем стоимость их напольных собратьев. Компактность и возможность вписать настенный котёл практически в любой интерьер — ещё одно достоинство этого класса котлов.
Однако надо отметить, что настенные котлы выпускают только в энергозависимом исполнении. А из этого вытекает целый ряд специальных требований к электрооборудованию дома, от выполнения которых зависит надёжная и безотказная работа всей отопительной системы. Во-первых, напряжение сети должно укладываться в нормы — 230 В ±10%. Значит, для обеспечения нормальной работы котла придётся установить стабилизатор напряжения мощностью не менее 0,5 кВт, а ещё лучше — «бесперебойник», обеспечивающий питание котла в течение одних суток. Во-вторых, розетка электропитания, к которой подключается электрооборудование котла, должна иметь защитное заземление, а сам котёл следует подключить к «земле» отдельной, специально проложенной шиной.

Практически все модели настенных котлов выпускают в двух модификациях: с атмосферной горелкой и с закрытой (турбо) горелкой. Для удаления продуктов горения котлы с атмосферной горелкой предполагают применение традиционного, выведенного на крышу дымохода.

В котлах с закрытой горелкой удаление отходящих газов происходит с помощью встроенного в них вентилятора. Такие модели идеальны для помещений без традиционного дымохода, так как продукты сгорания в этом случае выводятся через специальный коаксиальный дымоход, для которого достаточно сделать только отверстие в стене. По внутренней трубе такого дымохода продукты сгорания выводятся на улицу с помощью вентилятора, а по внешней поступает воздух, необходимый для поддержания процесса горения. Именно поэтому эти котлы не сжигают кислород из помещения и не требуют дополнительного притока холодного воздуха в здание с улицы для поддержания горения.

Рассчитаем необходимую тепловую мощность котла при площади дома 130 кв.м.

Номинальная мощность котла рассчитывается по формуле:

WK = k*S/10,

где k=1,2…1,5 (поправочный коэффициент для Подмосковья), S=130 кв.м. (площадь дома).

В нашем случае получилось значение WK = 1,5*130/10 = 19,5 кВт.

При выборе котла необходимо предусмотреть небольшой запас по мощности 15-20% необходимый для того, чтобы большую часть времени котёл работал не на пределе своих возможностей, а также на случай, если в будущем понадобится модернизировать отопление того или иного помещения дома.

Для оценки необходимого количества радиаторов отопления в каждом помещении можно воспользоваться простым соотношением. В комнате с одной наружной стеной и одним окном достаточно 1 кВт тепловой мощности для отопления 10 кв.м. жилой площади. Если в комнате — две наружные стены и одно окно, то для отопления 10 кв.м. требуется уже 1,2 кВт. Для комнаты с двумя наружными стенам и двумя окнами для отопления 10 кв.м. требуется не менее 1,3 кВт тепловой мощности.

Рис. 1. План 1-го и 2-го этажей рассматриваемого дома. На плане указаны: площадь комнат, необходимая для отопления тепловая мощность (в скобках); количество радиаторов и число секций для каждого радиатора.

Таблица 1. Расчёт количества секций радиаторов для отопления всех помещений дома

Помещения		Площадь,м2	Расчетная мощность,кВт	Расчетное кол-во  секций	Принятое кол-во секций	Примечание
1 этаж	Гостиная	30	4	20	20
	Спальня 1	9	1,1	6	6
	Кухня	10	1,3	7	12	Добавлено 5 секций из-за наличия уличной двери
	Топочная	5	0,5	3	3
	Прихожая	12	1,6	8	18	Добавлено 10 секций из-за наличия уличной двери и широкого лестничного проема на 2 этаж
2 этаж	Спальня 2	16	2	10	15	Добавлено 5 секций для прогрева холодной стены
	Спальня 3	16	2	10	15	Добавлено 5 секций для прогрева холодной стены
	Коридор	10	1	5	5
	Холл	12	1,4	7	0	Установка радиаторов признана нецелесообразной из-за широкого лестничного проема на  1

Результаты расчётов для рассматриваемого нами дома  приведены в табл. 1 и на рис.1, где для всех комнат указаны площадь, необходимая для отопления тепловая мощность, количество радиаторов и число секций для каждого радиатора.

 Фото 1. Для специального коаксиального дымохода котла достаточно сделать отверстие в стене

Фото 2. Алюминиевые анодированные радиаторные батареи имеют высокую теплоотдачу, небольшой вес, низкую тепловую инерционность и элегантный дизайн

Фото 3. Коллектор горячей воды

Для оценки количества секций в каждом радиаторе, необходимо узнать паспортные данные того типа радиаторов который вы используете, например для анодированных алюминиевых радиаторов, значение теплоотдачи одной секции составляет 200 Вт.  Максимальное количество секций в одном радиаторе было принято равным 10, так как при большем их количестве из-за повышенного гидравлического сопротивления эффективность теплоотдачи радиатора заметно уменьшается.

Рис. 2. Гидравлическая схема системы отопления индивидуального дома: 1 — отопительный котёл; 2 — запорный кран; 3 — коллектор горячей воды; 4 — стояк горячей воды; 5 — стояк холодной воды («обратка»); 6 — радиаторная батарея; 7 — вентиль радиаторный с термоголовкой; 8 — радиаторный запорный вентиль; 9 — воздухоотводчик; 10 — регулирующий вентиль «короткой» петли; 11 — сливной коллектор; 12 — сливной вентиль; 13 — коллектор охлаждённой петли.

Следующим этапом должна стать разработка  принципиальной схемы системы отопления дома

На рис. 2 приведен общий вид типовой двухтрубной схемы системы отопления с искусcтвенной циркуляцией. Горячая вода из котла 1 поступает в коллектор горячей воды 3 (фото 3). Из коллектора вода через три вентиля подаётся в левую и правую ветви отопления 1-го этажа, а также по стояку 4 на 2-й этаж дома. Охлаждённая после радиаторов вода по «обратке» собирается в коллекторе холодной воды 13, откуда попадает в котёл для нагрева. Для слива воды из системы предусмотрено две пары вентилей 12 и сливной коллектор 11. Для отключения котла при проведении пусконаладочных работ и профилактики в схеме предусмотрено два вентиля 2. Каждый из радиаторов при необходимости тоже может быть отключён от системы с помощью вентилей 8 и клапанов 7. Для стравливания воздуха на каждом из радиаторов установлены воздухоотводчики 9 (кран Маевского)

Настройка системы производится вентилями горячего 3 и холодного 13 коллекторов и вентилем 10 регулировкой расхода теплоносителя в ветвях магистрали.

Изменим схему (см. рис. 3), тогда  теплоноситель из «горячей» магистрали и радиаторных батарей 10 сливается по «обратке», а из котла — через коллекторы горячей 2 и холодной 3 воды проходит по трубам вниз через настил пола и перекрытие первого этажа (фото 5) в сборный коллектор 7, откуда по трубе 8 выбрасывается на улицу за пределы дома.

Разобравшись со схемой отопления дома, можно приступить к выбору  радиаторов, труб, запорно-регулирующей арматуры.
В настоящее время рынок отопительной техники предлагает огромный ассортимент радиаторов водяного отопления, отличающихся по типам, техническим характеристикам, габаритам, дизайну, цене и другим параметрам. При таком обилии отопительных приборов правильный выбор сделать нелегко. Оптимальным решением этой проблемы является выбор нагревателя в зависимости от ценовых и эксплуатационных характеристик, В табл. 2 представлены ориентировочные характеристики выпускаемых в настоящее время радиаторов.

Вид радиатора	Давление рабочее/опрессовочное, атм	Ограничение по ph	Коррозийное воздействие			Гарантия, лет
			Кислорода	Блуждающих токов	Гальва-нических пар
Стальной трубчатый	6…12/9…18	6,5…9	да	да	слабое	1
Чугунный	6…9/12…15	6,5…9	нет	нет	нет	10
Алюминиевый	10…20/15…30	7…8	нет	да	да	3…10
Алюминиевый анодированный	15…40/25…75	6,5…9	нет	нет	нет	30
Биметаллический	35/57	6,5…9	да	да	слабое	3…10

Для сравнительной оценки стоимостные характеристики радиаторов можно очень приблизительно «привести» к стоимости «старого» чугунного следующим образом:
• чугунный классический = 1;
• чугунный «ретро» = 5,6;
• стальной панельный = 1,4;
• стальной трубчатый = 3;
• алюминиевый = 1,4;
• алюминиевый анодированный = 1,6;
• биметаллический = 2.

В результате анализа технических характеристик различных видов радиаторов мы остановились на алюминиевых анодированных нагревателях, которые в системах отопления индивидуальных домов позволяют в полной мере использовать все их положительные качества: высокую теплоотдачу, небольшой вес, низкую тепловую инерционность, простоту монтажа и элегантный дизайн (фото 2).

Из всего многообразия типов различных водопроводных труб для систем отопления остановили свой выбор на металлопластиковых. Это тонкостенные алюминиевые трубки, покрытые с внутренней и внешней стороны пластиком, Такие трубы имеют высокую стойкость к коррозии, не подвержены отложению осадков на внутренней поверхности и что очень важно — монтаж всей отопительной системы можно выполнить недорогими бытовыми инструментами без привлечения специальной профессиональной техники.

После выбора основных элементов системы отопления — котла, радиаторных батарей и труб — необходимо  привязать принципиальную схему,  представленную  на рис. 2, к конкретным помещениям. Делать это, необходимо потому, что подробный проект позволяет значительно сэкономить время и деньги за счёт точного определения количества труб и всего необходимого перечня запорно-регулирующей арматуры. Кроме того, подробный проект позволяет оптимально проложить в помещениях магистраль горячей воды и «обратку» отдельных ветвей, обеспечив необходимый уклон трубопроводов для слива воды при опорожнении отопительной системы.

Определим необходимый объём теплоносителя и  минимальный объём расширительного бачка системы отопления.
Объём воды в радиаторах (всего 96 секций по 0,21 л) равен
0,21*96 = 20,16 л.
Объём воды в трубах равен
1,8см2 *20м = 22л.
Объём воды в котле равен 1,2 л.
Всего воды в отопительной системе:
Vc = 20,16 + 22+ 1,2 = 43,36 л.
Таким образом Vc можно принять равным примерно 45 л при 15°С. Увеличение объёма воды при нагревании равно
∆Vc=b-∆t- Vc
где: b=0,0006 — коэффициент объёмного расширения воды, Vc = 45л,
∆t = 55 °С — при нагреве воды от 15 до 70°С.
∆Vc = 0,0006-55-45 = 1,485 л.
Этот параметр должен  составлять не более 25% от объёма штатного расширительного бачка котла. Если это условие выполняется, то можно сделать вывод, что объёма штатного расширительного бачка котла вполне достаточно для компенсации изменения объёма теплоносителя в системе отопления и об установке дополнительного бачка можно не беспокоиться.

Монтаж системы отопления

Приведем схемы  наиболее важных частей системы отопления, а именно рисунок фрагмента обвязки котла, организации подачи воды на 2-й этаж дома и слива теплоносителя из системы (рис. 3 и фото 4).

Рис. 3. Схема обвязки котла, организации подачи воды на 2-й этаж дома и слива её из системы: 1 — газовый котёл; 2 — коллектор горячей воды; 3 — коллектор холодной воды; 4 — регулирующий вентиль «короткой» петли; 5 — стояк горячей воды; 6 — стояк холодной воды («обратка»); 7 — коллектор слива; 8 — сливная труба; 9 — воздухоотводчик; 10 — радиаторы 1 этажа; 11 — радиатор 2 этажа.

Фото 4. Центральный фрагмент системы отопления: обвязка котла, линии подачи воды на 2-й этаж дома и слива её из системы

Фото 5. Сливной вентиль

При прорисовке чертежей для составления проекта отопительной системы учитывались и требования к монтажу радиаторных батарей и их обвязки. Эти требования достаточно просты, но обязательны для выполнения:
— радиаторы устанавливают строго под окнами так, чтобы центр отопительного прибора совпадал с центром окна (допустимое отклонение — не более 20 мм);
— нагревательные приборы устанавливают таким образом, чтобы их «рёбра» располагались строго вертикально;
— в каждом отдельном помещении радиаторы должны располагаться на одном уровне (по горизонтали};
— расстояние от пола до низа прибора должно быть не менее 60 мм, расстояние между верхом прибора и подоконником — не менее 100 мм, а расстояние между задней стенкой радиатора и стеной дома — не менее 30 мм.

С учётом всех требований к установке радиаторных батарей, условий, обеспечивающих слив теплоносителя из системы, и требований к монтажу терморегуляторов разработаем конструкцию обвязки радиаторов. На рис. 4 и фото 2 показан линейный, а на рис. 5 — конечный радиатор с запорно-регулирующей арматурой.

Рис. 4. Схема установки и обвязка линейных радиаторов: 1 -радиаторная батарея; 2 — пол; 3 — подоконник; 4 — магистраль горячей воды; 5 — «обратка»; 6 — угловой радиаторный клапан; 7 — термоголовка; 8 — запорный угловой клапан; 9 — тройник; 10 — клипса.

Рис. 5. Схема установки и обвязка конечных радиаторов: 1 — радиаторная батарея; 2 — пол; 3 — подоконник; 4 — магистраль горячей воды; 5 — «обратка»; 6 — угловой радиаторный клапан; 7 — термоголовка; 8 — запорный угловой клапан; 9 — уголок; 10 — клипса.

Наименование деталей	Тип радиатора		Фото№	Примечание
	Линейный (кол-во)	Конечный (кол-во)
Клапан угловой радиаторный	1	1	8
Клапан запорный угловой	1	1	9
Термоголовка	1	1	10
Тройник	2	—	11	3/4″-20-3/4″
Уголок	—	1		3/4″-20
«Американка» прямая *	2	2	12
«Американка» угловая *	1	2	13
Ниппель радиаторный	4	4	14
Прокладка ниппеля	4	4	14
Кран Маевского	1	1	15**
Заглушка	1	1
Кронштейн крепления	4	4	16
Цанга	—	1	17	3/4″-20

* «Американка» — так для краткости водопроводчики называют резьбовое соединение труб с помощью накидной гайки.
** На фото 15 изображён кран Маевского с тройником для врезки в высшей точке трубопровода (см. рис.3, позиция 9).

Перечень всех элементов необходимых для обвязки радиаторных батарей сведён в табл. 3. Радиаторные ниппели, прокладки, заглушки и кран Маевского, как правило, входят в комплект радиатора, но приобрести их можно и в виде отдельного набора.
Систему отопления можно  монтировать следующим образом.

— Наметить лазерным уровнем линии, соответствующие осевым линиям труб горячей  и обратной магистрали , обеспечив уклон в сторону котла, равный 0,002… 0,004.

— Разметить и установить в стене кронштейны для навески радиаторных батарей.

— Перемещая кронштейны в дюбелях, выставить необходимое расстояние от стены до плоскости радиаторов (см. рис.4 и рис.5).

Фото 6. Радиаторный клапан с термоголовкой

Фото 7. Запорный клапан радиатора

Фото 8. Угловой радиаторный клапан

Фото 9. Запорный угловой клапан

Фото 10. Термоголовка

Фото 11. Тройник

Фото 12. «Американка» прямая

Фото 13. «Американка» угловая

Фото 14. Радиаторные ниппели и прокладки

Фото 15. Тройник и кран Маевского

Фото 16. Кронштейн крепления радиатора с дюбелем

Фото 17. Цанга

Фото 18. Для сборки резьбовых трубных соединений профессионалы предпочитают старый добрый лён вкупе с надёжным современным герметиком

Фото 19. Роликовый резак и специальный калибратор

Фото 20. Гибочный кондуктор для металлопластиковых труб

Фото 21. Монтаж воздухоотводчика

Фото 22. Монтаж горячего коллектора

Повесив батареи на место, можно заняться сборкой запорно-регулирующей арматуры. Монтировать ее удобнее  на верстаке — с использованием нитей льна и герметика (фото 18). Сборку можно вести и с помощью других материалов: ленты ФУМ, например, или нити Tangit UNI-LOCK. Но профессионалы предпочитают старый добрый лён вкупе с надёжным современным герметиком «Unipak».

Собрав элементы запорно-регулирующей арматуры для всех радиаторов, устанавливаем их на место и монтируем трубы, длину труб определяем по месту. После обрезки калибруем торец трубы специальным инструментом. (На фото 19 показан роликовый резак и калибратор.) При необходимости поворота на 90° трубу изгибаем, вставив внутрь специальный кондуктор (фото 20), который представляет собой сужающуюся к концам пружину. Она обеспечивает неизменное поперечное сечение трубы в месте изгиба и предохраняет последнюю от «залома».

После окончания монтажных работ заполняем систему водой и опрессовываем, создав в системе давление,

Воду для заполнения системы отопления , при отсутствии специальной жидкости, можно взять дождевую, дополнительно пропустив её через универсальный бытовой фильтр-кувшин.

Чтобы обезопасить свою систему отопления от замерзания и разрушения, можно оснастить свой дом системой автоматического извещения о критическом понижении температуры. Она собрана на основе устройства ВМ8038 из набора «Мастер КИТ», старого мобильного телефона и простейших биметаллических датчиков температуры.

Литература
1. «Отопление дома», 4-е изд., Ростов на Дону: Феникс, М.: Стройинформ, 2008,575 с.
2. «Отопление загородного дома», Серия «Сами», ООО «Аде-лант», 2008,384 с.
3. Пырков В.В. «Особенности современных систем водяного отопления», 2-е изд., переработанное и дополненное, Киев, 2003.
4. Покотилов В,В. «Пособие по расчёту систем отопления», Вена: фирма «HERZArmaturen», 2006.