Мелкозаглубленный ленточный фундамент (МЗЛФ) на пучинистых грунтах (глина)

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах

Мелкозаглубленный фундамент на пучинистых грунтах — это строительная несущая конструкция, глубина заложения которой находится выше уровня промерзания грунта. Различают столбчатый, плитный и, самый популярный, мелкозаглубленный ленточный фундамент. Связано это тем, что он обладает рядом преимуществ перед другими видами: простотой строительства и небольшой глубиной заложения. К минусам можно отнести высокую стоимость.

Разновидности оснований

Если говорить о видах ленточного основания, то можно выделить глубокозаглубленные, мелкозаглубленные и незаглубленные. Особенности применения каждого из них описаны в других материалах нашего сайта, однако здесь следует отметить, что строительство того или иного типа в первую очередь зависит от веса будущего дома и особенностей грунта участка, где происходит строительство.

Так, мелкозаземленную основу не стоит использовать для строений из «тяжелых» материалов, а для «легких» — глубокозаземленную, особенно если речь о глинистых грунтах.

Сама же лента основания может быть выполнена в виде монолитного железобетона, либо с помощью промышленных блоков, изготавливаемых промышленным способом.

Некоторые специалисты также рекомендуют проводить усиление ленточного основания мелкого заложения. С этой целью оно делается на сваях, которые служат дополнительным элементом жесткости всей конструкции, повышая тем самым надежность.

Схемы выкладки фундамента на пучинистых грунтах.

Схема ленточного основания

Чтобы правильно сделать мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах своими руками, нужно четко представлять его схему, а также технологию сооружения. Так, каждый фундамент состоит из элементов, без которых он не сможет выполнять возложенные на него функции. Малозаглубленный фундамент не является исключением и имеет свою схему, без элементов которой он не сможет выполнять свои. К таким элементам относятся:

Песчано-гравийная подушка, состоящая из песка и щебня мелкой или средней фракции и служащая для защиты основания и нивелирования воздействия различных колебаний, которые происходят в почве (сезонные колебания).
Гидроизоляция, служащая дополнительным элементом защиты основания от пагубного воздействия грунтовых вод, которые проникают из почвы через песок. При этом, первоначальная защита в виде щебня в подушке не всегда эффективна, особенно в случае резкого увеличения количества воды (таяние снега, обильные дожди).
Монолитный элемент фундамента — лента, которая несет на себе всю нагрузку от дома и равномерно распределяет ее по грунту.
Гидроизоляция, которая накладывается поверх ленты и служит защитой самого дома от влаги.
Слой утеплителя, защищающий стены от холода, идущего с почвы в зимнее время года.
Дренаж для отвода воды.

В случае необходимости усиления конструкции такого фундамента, его схема дополняется еще одним элементом — сваями.

Лента, сооруженная на сваях, получает дополнительное усиление за счет того, что они ввинчиваются в грунт глубже уровня промерзания, давая тем самым еще один элемент жесткости всей конструкции.

Пошаговая инструкция

Устройство мелкозаглубленного ленточного фундамента диктует следующий порядок осуществления строительных работ:

После разметки участка необходимо вырыть траншею. Траншея занимает важное место в строительстве фундамента, поскольку перед тем, как копать, необходимо определится с ее глубиной. По общим правилам, под мелкозаглубленное ленточное основание лучше сделать ее глубиной не более 60 сантиметров.
Следующий элемент — дренаж. Дренаж фундамента для дома нужен для того, чтобы отводить лишнюю воду от основания в специальные колодцы или на поверхность земли. Планирование системы дренажа необходимо делать на первоначальном этапе строительства (рытье траншеи). Дренаж бывает двух видов.

Первый вид предусматривает наличие специальных труб непосредственно под лентой фундамента, а выведение воды и осадков осуществляется непосредственно под ним, в специальные колодцы. Такой дренаж будет располагаться либо под подушкой, либо непосредственно в ней.

Второй вид дренажа предусматривает расположение его вокруг монолитной железобетонной ленты, либо внутри блоков, из которых будет делаться лента. Такой дренаж состоит из труб, которые будут располагаться по всему периметру фундамента.

Чтобы сделать дренаж, необходимо иметь четкое представление о том, что дома из газобетона, дерева или других аналогичных материалов, имеют структуру, которая прекрасно впитывает воду из почвы.

Чтобы этого не произошло, дренаж необходимо делать под лентой фундамента, если строение будет располагаться на сильно пучинистых грунтах. Дренажная система вокруг ленты понадобится, если строение располагается на слабых или грунтах среднего пучения.

Следующий элемент — подушка. Глубина заложения МЗЛФ на глине, как было сказано выше, не должна превышать 60 сантиметров. Высота подушки, в зависимости от того, какова глубина заложения фундамента, может колебаться в пределах 20-30 сантиметров. Чтобы ее правильно сделать, необходимо взять песок и щебень мелкой или средней фракции и уложить в два слоя. На грунтах среднего и высокого уровня пучения наличие слоя щебня обязательно, поскольку он, в отличие от песка, не пропускает и не впитывает грунтовые воды. Высота слоя песка должна быть 15-20 сантиметров, а остальное — слой щебня.
Если здание будет располагаться на слишком пучинистой почве, то необходимо позаботится о слое гидроизоляции, который необходимо расположить между подушкой и лентой основания.
Основное в ленточном фундаменте — это лента. Она может быть изготовлена из специальных бетонных блоков, либо использовать монолитный железобетон. Если с блоками все понятно, то второй требует к себе особого подхода.

Первое, на что необходимо обратить внимание, — это правильное его армирование металлическими прутами, либо арматурой. На сильно пучинистых и подвижных грунтах о блоках необходимо забыть, так как они дадут трещины в местах соединения бетонной стяжкой.

Гидроизоляция и армирование.

Благодаря армированию, монолитный железобетон способен выдерживать различные нагрузки, в том числе и колебания грунта, которые происходят на пучинистых почвах.

Чтобы его изготовить, понадобится качественная опалубка. Опалубку лучше делать из деревянных досок, а их внутренняя сторона застилается целлофановой пленкой, дабы дерево не впитывало воду из бетонного раствора.

Процесс производства ленты из монолитного железобетона на пучинистых грунтах будет следующий:

Сначала ставится опалубка, при этом ее лучше расположить не только на поверхности земли, но и внутри траншеи (опалубка может быть двух видов — сборно-разборная, либо неразборная, идущая идет как дополнительный элемент жесткости к ленте).
Следующий шаг — армирование бетона, которое делается с помощью вязки арматуры или металлических прутов. При этом нужно не забыть, что при армировании отдельные элементы арматуры или прутов соединяются между собой с помощью проволоки, без сварки. Только таким при таком способе соединения армирование даст бетону подвижность и амортизационные свойства, которые позволят ему противостоять колебаниям в почве.
Далее — изготовление бетона из цемента марки не ниже М300, песка, воды и щебня средних фракций.

Приготовление бетона. в

Последнее — это слой гидроизоляции, который должен располагаться между верхней поверхность ленты и стенами постройки.

Схема утепления.

Также необходимо рассказать об утеплении. Без этого нельзя обойтись, поскольку в зимнее время фундамент будет тянуть холод, который будет передаваться на несущие стены дома.

Утепление мелкозаглубленного фундамента должно происходить как в грунте, так и на поверхности земли с внутренней и наружной поверхности. Места крепления утеплителя показаны на схеме справа.

Вообще, для мелкозаглубленной ленты глубина ее заложения не будет иметь большого значения, поскольку конструкция дома из легких материалов не дает большого давления на почву.

Но если для строения из легких материалов сделать большую глубину, то строение начнет плавать в грунте высокого пучения. Именно поэтому для нетяжелых домов используется лента с малой глубиной.

ВВЕДЕНИЕ

На территории СССР широко распространены пучинистые грунты. К ним относятся глины, суглинки, супеси, пески пылеватые и мелкие. При определенной влажности эти грунты, замерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания. Находящиеся в таких грунтах фундаменты также подвергаются подъему, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. Поскольку деформации пучения грунта, как правило, неравномерны, происходит неравномерный подъем фундаментов, который со временем накапливается. В результате этого надфундаментные конструкции зданий и сооружений претерпевают недопустимые деформации и разрушаются. Деформациям, от пучения грунта особенно подвержены легкие сооружения, к числу которых откосится большинство малоэтажных сельских зданий.

В соответствии с нормами по проектированию оснований зданий и сооружений глубина заложения фундаментов в пучинистых грунтах должна приниматься не менее расчетной глубины промерзания. В этом случае подошва фундамента освобождается от воздействия нормальных сил пучения. Однако глубоко заложенные фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют касательные силы пучения. Эти силы превосходят нагрузки, передаваемые легкими зданиями на фундаменты, в результате чего фундаменты выпучиваются.

Таким образом, материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания грунта, не обеспечивают надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.

Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглубленных фундаментов. Такие фундаменты закладываются на глубине 0,2-0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности (незаглубленные фундаменты). Таким образом, на мелкозаглубленные фундаменты действует незначительные касательные силы пучения, а при незаглубленных фундаментах они равны нулю.

Как правило, под фундаментами устраиваются подушки толщиной 20-30 см из непучинистых материалов (песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак и др.). Применением подушки достигается не только частичная замена пучинистого грунта на непучинистый, но и уменьшение неравномерных деформаций основания. Толщина подушек и глубина заложения фундаментов определяется расчетом.

Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.

Для обеспечения совместной работы фундаментных элементов последние жестко соединяются между собой.

Указанные конструктивные мероприятия выполняются при строительстве на среднепучинистых (при интенсивности пучения, большей 0,05) сильно – и чрезмернопучинистых грунтах. В остальных случаях, фундаментные элементы укладываются свободно, не соединяются между собой. Количественным показателем пучинистости грунта является интенсивность пучения, характеризующая пучение элементарного слоя грунта. Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей зданий.

При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб. Надфундаментные конструкции рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.

Передаваемое на грунт давление значительно (иногда в несколько раз) снижает подъем основания при пучении грунта. При подъеме мелкозаглубленных фундаментов действующие по их подошвам нормальные силы пучения резко уменьшаются.

Все конструкции мелкозаглубленных фундаментов и положения по их расчету, приведенные в настоящем документе, прошли проверку при проектировании и строительстве малоэтажных зданий различного назначения – домов усадебного типа, хозяйственных построек, производственных сельскохозяйственных зданий вспомогательного назначения, трансформаторных подстанций и др.

В настоящее время во многих областях Европейской части РСФСР, в районах с глубиной промерзания до 1,7 и, на мелкозаглубленных и незаглубленных фундаментах построено свыше 1500 одно- и двухэтажных зданий из разных материалов – кирпича, блоков, панелей, деревянных щитов. Систематические инструментальные наблюдения за зданиям в течение 3-6 лет свидетельствуют о надежной работе мелкозаглубленных фундаментов. Применение таких фундаментов вместо традиционных, закладываемых ниже глубины промерзания грунтов позволило сократить: расход бетона на 50-80 %, трудозатраты – на 40-70 %.

В настоящих нормах содержатся требования по конструированию, проектированию и устройству мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. Не случайно, поэтому область применения таких фундаментов определена именно для пучинистых грунтов. Мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах рекомендуется применять в массовом порядке при глубине промерзания до 1,7 м. При большей глубине промерзания пучинистых грунтов мелкозаглубленные фундаменты рекомендуется только для экспериментального строительства. Накопление опыта строительства объектов с мелкозаглубленными фундаментами в районах с большой глубиной промерзания позволит в дальнейшей расширить область применения их на пучинистых грунтах.

Хотя область применения мелкозаглубленных фундаментов в иных грунтовых условиях формально выходит за рамки настоящих норм, представляется целесообразным дать некоторые рекомендации по использованию таких фундаментов при строительстве малоэтажных зданий на наиболее распространенных на территории нашей страны грунтах.

В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 глубина заложения фундаментов на непучинистых грунтах не зависит от глубины их промерзания. Поэтому при строительстве малоэтажных зданий на непучинистых грунтах мелкозаглубленные фундаменты рекомендуются к массовому применению.

На основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами, мелкозаглубленные фундаменты могут быть использованы для экспериментального строительства. При этом должны быть предусмотрены мероприятия, направленные на предотвращение недопустимых деформаций оснований, вызванных оттаиванием вечномерзлых грунтов.

Применение мелкозаглубленных фундаментов на естественном основании в грунтовых условиях I типа по просадочности рекомендуется лишь в том случае, если передаваемое на грунт давление меньше начального просадочного давления. В остальных случаях применение таких фундаментов возможно лишь для экспериментального строительства при условии, что суммарные деформации оснований, вызванные просадкой и осадкой грунта, не превосходят предельных деформаций.

В грунтовых условиях П типа по просадочности применение мелкозаглубленных фундаментов на естественном основании не допускается.

Необходимо подчеркнуть, что поскольку основной причиной пучения грунтов является наличие в них воды, способной при промерзании переходить в лед, следует строго соблюдать требование о недопустимости водонасыщения грунта в основании мелкозаглубленных фундаментов в процессе строительства и при эксплуатации зданий. Следует предусматривать надежный отвод с площадки строительства атмосферных и производственных вод путем вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства водоотводов и дренажа. При рытье траншей для фундаментов и инженерных коммуникаций земляные работы следует производить с минимальным объемом нарушения грунтов природного сложения. Не допускается скопление воды от повреждения временного трубопровода на площадке строительства. Вокруг зданий следует устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м и уклоном не менее 0,03. Следует избегать устройства вводов трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания. При эксплуатации зданий не допускается изменять условия, применительно к которым запроектированы мелкозаглубленные фундаменты.

Министерство сельского строительства СССР (Минсельстрой СССР)

Ведомственные строительные нормы

ВСН 29-85
Минсельстрой

Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах

Вводятся впервые

1. Общие положения

1.1. Настоящие ведомственные строительные нормы предназначены для проектирования мелкозаглубленных фундаментов одно- и двухэтажных сельских зданий (жилых, культурно-бытовых, производственных сельскохозяйственных основного и вспомогательного назначения), строящихся на пучинистых грунтах с глубиной промерзания не более 1,7 м. При этом должны соблюдаться требования, предусмотренные соответствующими общесоюзными нормативными документами.

Примечание. ВСН 29-85 могут быть использованы для проведения экспериментального строительства в районах с глубиной промерзания грунтов более 1,7 м.

1.2. При выборе площадок для строительства зданий с мелкозаглубленными фундаментами предпочтение следует отдавать участкам с однородными по составу грунтами, как в плане, так и по глубине той части сезоннопромерзающего слоя, которая проектируется в качестве основания.

Внесены ЦНИИЭПсельстроем Минсельстроя СССР
НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР

Утверждены
Министерством сельского строительства СССР
14 февраля 1985 г.

Срок введения в действие
1 марта 1985 г.

1.3. Растет оснований зданий, возводимых на пучинистых грунтах, следует производить по деформациям. Деформации основания, вызванные морозным пучением грунта под подошвой фундамента, не должны превосходить предельных деформаций, которые зависят от конструктивных особенностей зданий. При расчете оснований мелкозаглубленных фундаментов помимо настоящих норм необходимо соблюдать требования главы СНиП 2.02.01-83 по проектированию оснований зданий и сооружений.

1.4. При проектировании оснований и фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать мероприятия (инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные, термохимические), направленные на уменьшение деформаций зданий и сооружений.

Выбор типа и конструкции фундамента, способа подготовки основания и других мероприятий по уменьшению неравномерных деформаций здания от морозного пучения должен решаться на основе технико-экономического анализа с учетом конкретных условий строительства.

2. ОЦЕНКА ПУЧИНИСТОСТИ ГРУНТОВ

2.1. По степени пучинистости грунты подразделяются на пять групп (табл.1). Принадлежность пылевато-глинистого грунта к той или иной группе оценивается параметром R_f , определяемым по формуле

, (2.1)

где W – расчетная предзимняя влажность в слое сезонного промерзания грунта, доли един., определяемая в соответствии с приложением 1;

W_p , W_L – средневзвешенные значения (в пределах слоя сезонного промерзания грунта) влажностей, соответствующих границам раскатывания и текучести, доли един.;

W_cr – критическая влажность, доля един, определяемая по графику (рис.1) при средневзвешенных значениях числа пластичности и границы текучести;

М_о – безразмерный коэффициент, численно равный при открытой, оголенной от снега поверхности промерзающего грунта абсолютному значению средней зимней температуры воздуха, определяемой в соответствии с главой СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в ней данных для конкретного района строительства – по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

После вычисления по формуле (2.1) параметра R_f из табл.1 определяется интенсивность пучения f которая в дальнейшем используется при выборе конструкции фундамента и конструктивных мероприятий (п. 3.5).

2.2. Пучинистые свойства крупнообломочных грунтов и песков, содержащих пылевато-глинистые фракции, а также супесей с Jp D ³ 1 (при 1 D 5 – среднепучинистые).

Значение Д определяется по формуле

, (2.2)

Классификация пылевато-глинистых грунтов по степени пучинистости

Устройство мелкозаглубленного ленточного фундамента на пучинистых грунтах

При строительстве любого здания крайне важным этапом является выбор и правильное устройство фундамента. И сложнее всего подобрать подходящий тип фундамента для пучинистых почв. Ведь в зависимости от количества воды в грунте, его объем может увеличиваться на 4-12%. Разумеется, подобная нагрузка может нанести серьезный урон как столбчатому, так и обычному ленточному фундаменту. Именно поэтому мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых грунтах зарекомендовал себя лучше всего.

В чем особенность мелкозаглубленного фундамент?

При устройстве обычного ленточного фундамента котлован имеет довольно большую глубину – почва изымается до самой глубокой точки промерзания. А во многих регионах нашей страны глубина промерзания достигает полутора метров и более.

Котлован для мелкозаглубленного обычно не более полуметра. И если на обычных почвах столь малая глубина не позволяет обеспечить максимальную прочность и надежность, то на пучинистой как раз это обеспечивает многолетнюю комфортную эксплуатацию фундамента.

В то же время, мелкозаглубленный фундамент на пучинистом грунте значительно надежнее, чем заглубленный. Поэтому, если вы начинаете строительство частного дома в местности с проблемным грунтом, он станет для вас идеальным решением.

Плюсы и минусы мелкозаглубленного основания

Для начала перечислим недостатки, благо, их значительно меньше. Главным из них является необходимость строительства дома в сжатые сроки. Проводить строительство мелкозаглубленного фундамента на промерзшем грунте нельзя. Кроме того, ни в коем случае нельзя начинать монтаж фундамента осенью, чтобы возвести на нем дом весной, когда температура окружающего воздуха повысится. Заготовленный с осени фундамент может просто вытолкнуть пучинистым грунтом. Дом следует начинать возводить сразу после того, как фундамент наберет достаточную прочность (если для строительства был выбран бетон, а не готовые ЖБИ или кирпич). Из-за этого для большинства регионов нашей страны максимальный срок, в который должны быть проведены все работы, составляет 5-7 месяцев, не более. Не для всех людей это удобно и приемлемо.

Также, как уже говорилось, прочность мелкозаглубленного фундамента меньше, чем обычного, но в первую очередь это актуально для обычного грунта, а не пучинистого.

Зато достоинства более многочисленны:

Траншея для фундамента имеет сравнительно небольшую глубину (обычно не более 50 сантиметров), что позволяет выполнить земельные работы без привлечения тяжелой техники.
Расход строительных материалов существенно сокращается, благодаря чему финансовые расходы также снижаются.
Большой выбор строительных материалов: бетон, железобетонные блоки или кирпич. Выбирайте тот, который устроит вас по затратам времени и денег.
Подвальное помещение можно легко утеплить.

Процесс строительства мелкозагубленного ленточного фундамента на пучинистом грунте

Начинаем разметку на местности

Когда у вас будет схема дома, можно начинать привязку к местности. Для этого понадобится измерительная лента, уровень, колышки и тонкий, но прочный шнур. Лучше всего начинать измерение с самого низкого угла. Зная толщину будущих стен, увеличьте её на 20 сантиметров – толщина фундамента должна быть немного больше. Вбейте в произвольной точке первые колышки, обозначающие один из углов будущей траншеи. От них, при помощи ленты, отложите нужную длину, отметив все вершины траншеи (внешние и внутренние) и установите в этих местах колышки. Шнур облегчит процесс разметки на почве, поэтому пренебрегать им не следует.

Приступаем к земляным работам

Аккуратно сняв плодородный слой (его лучше всего сложить в тени, чтобы позже использовать на грядках, клумбах или при строительстве альпийской горки), проведите земляные работы. Оптимальная глубина траншеи – 70 сантиметров. Начав с самой низкой точки, продолжайте работать, время от времени пользуясь уровнем, чтобы убедиться в ровности дна – резких перепадов быть не должно, чтобы нагрузка от дома распределялась максимально равномерно. Когда разговор идет про фундамент под пучинистые грунты, это особенно важно.

Также следует внимательно следить за состоянием стенок траншеи – они должны быть вертикальными. Если работа ведется на сыпучем грунте, желательно воспользоваться подпорками.

На дно готовой и выровненной траншеи стелется геотекстиль. Это специальная строительная ткань, через которую свободно проходит вода, но частицы почвы надежно задерживаются. Края геотекстиля должны быть выше, чем песчаная подушка. Поэтому проще всего взять широкий рулон, который закроет дно, а края будут зафиксированы на краях траншеи.

Песчаная подушка и опалубка

В целом устройство мелкозаглубленных фундаментов мало чем отличается от монтажа обычного, ленточного.

Дно траншеи засыпается крупным речным песком. Засыпать его желательно послойно, каждый из слоёв выравнивая, трамбуя и поливая водой для большей плотности. В большинстве случаев достаточна толщина слоя в 20-25 сантиметров. Однако, на самых пучинистых грунтах этот показатель может возрасти до 30 и даже 50 сантиметров. Разумеется, это стоит учитывать при расчете глубины копаемой траншеи.

Когда песок засыпан, выровнен и смочен, в траншею укладываются доски опалубки. Если при заливке обычного фундамента они обычно если и возвышаются над грунтом, то совсем немного, то чтобы устроить мелкозаглубленный фундамент, они должны торчать на 20-30 сантиметров. Их нужно тщательно выровнять и закрепить, чтобы получился качественный, ровный фундамент и при заливке не возникло лишних проблем. Основание фундамента готово. Можно переходить к следующему шагу.

Установка гидроизоляции

На пучинистой почве особенно важно защитить фундамент избытка влаги. Все-таки, бетон, особенно дешевый, используемый при заливке оснований частных домов, имеет поры и сравнительно невысокую морозостойкость. Вода, заполнившая в поры и замерзшая с приходом зимы, быстро приведет фундамент в негодность. Поэтому лучше потратить несколько десятков тысяч рублей и устранить эту проблему до её возникновения.

В качестве гидроизоляционного материала лучше всего подойдет гидроизол. Прочный и долговечный, он легко прослужит вам десятки лет. Увы, здесь есть недостаток – высокая стоимость и большой вес. Из-за этого некоторые владельцы домов предпочитают строительный полиэтилен, куда более легкий, да и расходы на гидроизоляцию он снижает в десятки раз. Но прослужит он значительно меньше из-за сравнительно невысокой прочности.

Застилайте выбранным материалом дно и стенки котлована, надежно фиксируя его на верхних гранях опалубки. Особое внимание уделите швам. Лучше укладывать материал внахлест, на 15-20 сантиметров. Швы полиэтилена не лишним будет укрепить широким скотчем, а гидроизола склеить при помощи горелки.

Для изучения подробной информации о гидроизоляции фундамента своими руками, перейдите по ссылке: https://kakpostroit.by/fundament/gidroizolyaciya-fundamenta-svoimi-rukami.html.

Армирование фундамента

Мелкозаглубленный ленточный фундамент на пучинистых почвах подвергается очень серьезным нагрузкам. Кроме обычной нагрузки на сжатие от дома, основание выдерживает ежегодные нагрузки на изгиб от расширяющейся почвы. Поэтому без армирования никак нельзя обойтись – обычный бетон, легко выдерживающий значительные нагрузки на сжатие, крайне плохо переносит нагрузки на изгиб.

Подготовив достаточное количество продольной и поперечной арматуры (оптимальный диаметр 8-14 миллиметров), можно приступать к вязке. Некоторые предпочитают сварку, но этот вариант нежелателен – при сварке образуются участки, плохо переносящие влажность. Коррозия за несколько сезонов может разрушить арматуру, из-за чего прочность и надежность фундамента серьёзно пострадает. Так же при нагревании в процессе сваривания железо теряет свою прочность, и арматура не способна переносить те нагрузки на которые была рассчитана.

Поэтому вязка проволокой является лучшим решением. Для этого можно использовать специальный вязальный крючок, но если есть возможность, лучше арендовать специальный пистолет для вязки. Он сможет существенно сократить временные затраты – даже арматурный каркас для весьма крупного фундамента будет закончен за считанные часы. А вот покупать его для выполнения одной работы не стоит – его цена колеблется от 30 до 80 тысяч рублей.

Если высота фундамента не превышает 30 сантиметров, достаточно арматурного каркаса из двух “этажей”. Для более крупного лучше подойдет трехъярусный. После завершения работы каркас аккуратно опускается в траншею, параллельно доскам опалубки и ровно посередине, чтобы нагрузка распределялась максимально равномерно.

Бетонирование

Последний этап – заливка бетоном. Разумеется, для этого желательно брать бетон высокой марки. Но из-за высокой стоимости это не всегда возможно, поэтому подойдет бетон М300, как удачный компромисс между ценой и качеством.

Объем цемента и песка следует рассчитать заранее, чтобы в процессе заливки не кончился материал. Кроме того, бетон вам понадобится в очень большом количестве. Поэтому есть смысл арендовать бетономешалку – вручную заготовить достаточное количество раствора просто невозможно. А ведь технология заливки требует, чтобы каждый последующий слой заливался до того, как схватится предыдущий. Использовать перемычки, чтобы залить участки опалубки один за другим, ни в коем случае нельзя – эти швы будут иметь крайне низкую прочность. Желательно привлечь для работы несколько помощников, чтобы управиться быстрее, не позволяя бетону схватываться.

Последний слой будет возвышаться над уровнем земли на 10-15 сантиметров. Когда заливка закончена, рекомендуется присыпать едва схватившийся бетон сухим цементом. Проще всего сделать это при помощи сита. Такой шаг позволит сократить сроки схватывания верхнего слоя, и снизить риск появления трещин.

В целом мелкозаглубленный ленточный фундамент готов. Достаточную прочность он наберет спустя 28 дней. Если вы собираетесь строить баню или каркасный дом, то строительство можно начинать уже через две недели. А вот для строительства кирпичного или бревенчатого дома лучше выждать весь этот срок.

Выбор фундамента для пучинистых грунтов

Строительство дома на частном участке с пучнистой почвой в первую очередь тесно связано с правильным проектированием. И особого внимания здесь заслуживает именно фундамент на пучинистых грунтах, поскольку от основания и его крепости зависит надежность и долговечность всего дома.

Известно, что сезонное пучение грунта оказывает негативное влияние на основание дома, а именно — выталкивает его, что приводит к разрушению сначала стенок каркаса, а затем и стен самого дома. Поэтому стоит очень внимательно подойти к решению вопроса об устройстве основания.

Важно: если вы хоть на каплю сомневаетесь в правильности принятого ранее решения, то следует пригласить специалиста, который проведет анализ грунта, определит степень его пучнистости и спроектирует оптимальный базис для дома.

Особенности пучинистого грунта
Фундамент для пучнистого грунта
Ленточный мелкозаглубленный фундамент
Свайный (столбчатый) фундамент
Фундамент-плита
Мероприятия против пучнистости грунта

Особенности пучинистого грунта

Пучнистые земли представляют собой наличие в почве участка таких составляющих, которые склонны к скоплению большого количества воды. В результате в сезон морозов эта самая вода кристаллизуется (то есть замерзает), увеличиваясь от этого в объеме, а именно — в почве присутствует лёд, которому требуется место.

Особенно пучнистыми являются такие почвы:

Мелкопесчаные с высоким уровнем грунтовых вод;
Глинистые и суглинистые;
Пылеватые почвы.

Грунт, насыщенный в зимнее время года льдом, начинает пучиться, отыскивая себе место. Таким образом происходит смещение фундамента под воздействием пучнистой земли. Причем в зависимости от степени заглубленности основания негативное воздействие грунта может оказываться как снизу, так и на стенки фундамента. То есть, если основание дома не углубляют ниже уровня промерзания почвы, то такой базис находится как бы на поверхности играющей лавы. Его постоянно деформирует, меняя соответственно и первоначальное положение дома. Если же фундамент углубляют ниже уровня промерзания грунта, то здесь пучинистая земля снизу не оказывает влияния на каркас дома, а вот на боковые его стенки изрядно давит. Стоит ли говорить о негативных последствиях для дома в результате такого влияния на фундамент.

Важно: уровень промерзания грунта в средней полосе России достигает отметки 1,5 метра. И углублять фундамент ниже этого уровня очень затратно. Поэтому стоит подобрать один из приведенных ниже типов фундамента, который отлично справится с нагрузкой, оказываемой на него и домом, и почвой.

Стоит отметить, что в момент промерзания и пучения почва может увеличиваться в объеме в диапазоне 4-12%. И объем увеличения полностью зависит от количества воды в грунте.

Профессионалы делят пучнистые земли по степени пучения на такие виды:

Слабопучнистые почвы. Процент увеличения грунта в объеме не превышает 4%.
Среднепучнистые. Здесь земля увеличивается в объеме до 8%.
Сильнопучнистый грунт. Его объем может увеличиться до 12%.

При этом процент вспучивания почвы обусловлен дополнительными факторами, такими как:

Уровень расположения подземных вод;
Глубина промерзания почвы;
Дисперсионные свойства грунта;
Высота капиллярного смачивания слоёв земли на участке.

Фундамент для пучнистого грунта

Чтобы постройка на пучнистой почве была надежной и долговечной, можно использовать три типа фундаментов:

Мелкозаглубленный ленточный;
Свайный;
Плитный монолитный железобетонный.

Какой из них выбрать, разберем ниже.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент

На подвижном грунте можно монтировать мелкозаглубоенный или совсем не заглубленный фундамент. Такой базис подойдет для деревянного или каркасного дома в один этаж.

Важно: основание подобного типа нельзя использовать для каменной постройки. Иначе противодействие сил давления снизу (со стороны почвы) и сверху (со стороны стен) будет плачевным для всей постройки.

Основание ленточного типа для пучнистого грунта имеет толщину 30-50 см, что позволяет сделать силу давления пучнистой земли исключительно касательной. Кроме того эта сила будет сведена практически к нулю.

Для того чтобы мелкозаглубленный или незаглубленный базис еще меньше подвергался силам пучения почвы, под него необходимо уложить слой песка или щебня крупной фракции. Толщина слоя не менее 20 см. Такая прослойка создаст своеобразный природный дренаж грунта под фундаментом и снизит уровень негативного воздействия на основание.

Ленточный фундамент под легкие постройки на пучнистых почвах нужно делать только монолитными железобетонными. Здесь раствор заливают в подготовленную траншею с обязательным его армированием.

Процесс строительства фундамента выглядит таким образом:

Согласно проектной документации на грунте копают траншею заданной глубины. Её дно устилают гидроизоляционным материалом и после засыпают песчаной или гравиевой подушкой. Сыпучие хорошо трамбуют.
Стенки траншеи нужно тщательно теплоизолировать. Впоследствии это будет теплоизоляция для фундамента.
В подготовленную яму монтируют опалубку и ставят арматуру.
Бетонный раствор заливают, обрабатывая его строительным вибратором.

Важно: от полностью готового фундамента необходимо отвести отмостки для оттока дождевой и талой воды.

Совет: смонтированный в тёплое время года мелкозаглубленный фундамент на пучнистом грунте нужно обязательно застроить. То есть, запрещается оставлять его в таком виде на зимний период. В результате пучения почвы он просто сломается. Если де возможности возвести дом сразу нет, то следует хорошенько утеплить базис. Для этого можно использовать большой объем шлака, стекловаты, опилок, соломы или других материалов, которые предотвратят промерзание фундамента со всех сторон.

Свайный (столбчатый) фундамент

Еще один вариант для устройства фундамента на пучнистом грунте — монолитный столбчатый (свайный) базис. В силу того что площадь каждой опоры сравнительно мала, почва в сезоны пучения не может оказать на него полноценного негативного воздействия. К тому же сваи (столбы) можно без ощутимых финансовых затрат углубить ниже уровня промерзания грунта.

Важно: свайный (столбчатый) фундамент можно возводить на пучнистых землях под небольшие и нетяжелые дома.

Опоры для фундамента можно использовать как заводские (монолитные железобетонные забивные сваи), так и лить самостоятельно непосредственно на участке из бетона с его обязательным армированием. При этом железобетонные сваи готового типа требуют применения специальной установки.

Технология монтажа свайного фундамента выглядит так:

На грунт наносят разметку, располагая ямы под будущие опоры таким образом, чтобы они находились под каждым углом дома, под всеми несущими стенами и в местах стыков стен.
Теперь следует подготовить скважины при помощи стандартного бура.
В сформированные ямы насыпают песок толщиной 10-15 см и хорошо уплотняют его.
Далее в яму устанавливают асбестоцементную или металлическую трубу, которая будет играть роль несъемной опалубки.

Важно: стальные трубы необходимо гидроизолировать снаружи битумной мастикой.

В трубы устанавливают арматуру и заливают готовый бетонный раствор.
После того как столбы полностью просохнут, все опоры скрепляют монолитным ростверком, который имеет вид пояса. Именно на него будет ложиться вся масса дома, распределяя таким образом нагрузку между колоннами равномерно.

Фундамент-плита

Такой базис является самым дорогостоящим, однако именно он считается самым оптимальным вариантом фундамента для пучнистых грунтов. Дело в том, что плитный каркас представляет собой железобетонную монолитную подушку толщиной 30-50 см, на которую равномерно распределяется вся нагрузка готового здания. В результате дом на таком фундаменте просто лавирует в грунте, не подвергаясь давлению со стороны пучнистой почвы.

Плитный фундамент используют под любые типы строений и каменные в том числе.

Технология монтажа фундамента-плиты выглядит так:

По периметру всего будущего здания копают котлован, глубина которого будет превышать проектную на 20 см. Это расстояние следует заполнить крупнофракционным песком и хорошо уплотнить.
Затем на песок устанавливают опалубку из крепких досок и стелют слой гидроизоляции таким образом, чтобы его края ниспадали на стенки опалубки. Все стыки обрабатывают газовой горелкой для создания герметичного слоя материала.
Следующий этап — подведение всех коммуникаций. При этом их нужно не только смонтировать, но и проверить методом пролива. Иначе потом будет поздно.
Поверх проведенных коммуникаций монтируют арматуру в виде расположенных друг на другом стальных сеток. Сетки вяжут из прутов сечением 12-16 мм и сечением 6-8 мм.

Важно: сетки должны быть полностью скрыты в бетоне после заливки. Максимальный отступ по бокам фундамента может составлять 1-2 см, сверху и снизу — по 5 см.

Бетон заливают в опалубку за один заход, тщательно усаживая его строительным вибратором.
Плитный фундамент накрывают клеенкой до полного высыхания. Если стоит жаркая и сухая погода, то необходимо увлажнять раствор периодически для его равномерного высыхания.

Мероприятия против пучнистости грунта

Если дом уже построен и при этом фундамент нужно дополнительно защитить, то можно применить такие методы и техники:

Вокруг готового фундамента можно полностью заменить грунт на непучнистый. Для этого придётся проделать большие земляные работы, но результат того стоит.
Можно качественно и надёжно утеплить фундамент со всех сторон. Это снизит процент негативного влияния мёрзлой земли на базис.
Качественные отмостки и ливневая канализация идущие от основания дома помогут отводить воду и тем самым делать количество жидкости в почве меньшим. А значит, и пучение грунта будет снижено.

Все эти способы и технологии строительства вполне позволяют строить долговечные и крепкие дома на прихотливых почвах.

Принцип работы и устройство накопительного водонагревателя (бойлера)

При отсутствии в квартире горячего водоснабжения на помощь приходят бытовые накопительные водонагреватели (или бойлеры, это одно и тоже). Существует множество моделей отличающихся мощностью, емкостью бака, типом нагрева. Самыми востребованными считаются бойлеры накопительного типа, работающие от электричества или газа.

Устройство и общий принцип работы накопительного водонагревателя

Общее устройство водонагревателя накопительного типа одинаково для любых моделей. Бойлер состоит из емкости для воды, которая заключается в декоративный кожух, а между ними проложен утеплитель. Получается подобие термоса. Основное различие накопительных бойлеров в том, какой у них стоит нагреватель: электрический ТЭН или газовая горелка.

Существуют накопительные водонагреватели косвенного нагрева, где подогревателем служит змеевик, подключенный к системе отопления. Такие бойлеры оказались практически не востребованы. Отопление работает не круглый год, а, значит, человек не имеет возможности летом пользоваться горячей водой.

Различаются нагреватели накопительные по типу монтажа. Вертикальные бойлеры занимают много места, из-за чего их ставят в просторном помещении. Для маленькой комнаты больше подходит горизонтальный водонагреватель. Последний вариант неудобен в плане пользования. У горизонтального бойлера происходит быстрое смешивание горячего и холодного слоя воды. В итоге при открывании крана идет кипяток, а примерно через минуту начинает течь более прохладная вода.

Общее устройство бойлера

Давайте рассмотрим, как выглядит схема обычного водонагревателя накопительного типа:

Основой бойлера служит бак. В бытовых моделях его емкость ограничивается 300 л. Производят бак из нержавейки или стали. Чтобы металл не ржавел, в качестве внутреннего покрытия применяют стеклоэмаль, стеклофарфор или титановое напыление.
Бак для воды заключен во внешний декоративный корпус. Он бывает из нержавейки, обычной стали с эмалированным покрытием или пластика.
Между накопительным баком и наружным корпусом пространство заполнено теплоизоляционным материалом – пенополиуретаном.
Лицевая область наружного корпуса водонагревателя оснащена термометром.
Сердцем накопительного бойлера служит нагреватель. Электрический водонагреватель работает от встроенного элемента – ТЭНа (трубчатый электронагреватель). Газовые накопительные водонагреватели комплектуются горелкой и дымоходом.
В нижней части накопительного бойлера выходят патрубки горячей и холодной воды. На патрубке холодной воды устанавливают предохранительный, а также обратный клапан. Первый – открывается от превышения давления воды внутри бака. Второй – не дает уйти воде из бака при отсутствии давления в водопроводе. Патрубок горячей воды соединен с трубкой забора.
Электронный блок предназначен для управления работой накопительного водонагревателя. Он получает сигнал от термостата, датчики которого установлены внутри бака.
Магниевый анод защищает стальной бак бойлера от электрохимической коррозии, отдавая ионы.

Монтаж и эксплуатация любого накопительного водонагревателя не вызывает затруднения у пользователя. Прибор кронштейнами крепят к стене. Подающий трубопровод может быть подключен только к водопроводу с холодной водой. В этом и заключается принцип работы бойлера, так как в нем нагревается именно холодная вода. Если вход накопительного водонагревателя подключить к централизованному ГВС квартиры, то корректное достижение температуры после подачи в бак горячей воды станет невозможным.

Принцип работы

Основной принцип работы накопительного водонагревателя заключается на послойном разделении жидкостей разных температур. По закону физики теплая вода находится вверху, а холодная снизу. Для полного представления, как работает бойлер, рассмотрим по порядку все действия:

При открывании водопроводного крана начинается расход воды. Верхние слои горячей жидкости из бака бойлера через трубку забора направляются в трубопровод.
Давление внутри бака водонагревателя становится меньше, чем в подающем водопроводе. Обратный клапан открывается и начинается подпитка холодной воды. Когда давление водопровода и внутри бака сравняется, обратный клапан закрывается. Во время подпитки холодная вода не смешивается с горячей благодаря рассекателю, установленному на конце подающего патрубка.
О поступлении внутрь бака водонагревателя холодной воды сигнализирует датчик. Он дает команду блоку управления включить подогрев.
На ТЭН подается электроэнергия, и вода греется до заданной температуры. У газового водонагревателя вместо электричества на горелку подается газ. Когда вода нагреется до нужной температуры, термостат отключает нагревательный элемент.

В работе накопительного водонагревателя происходит непрерывный цикл. Забранную горячую жидкость постоянно замещает холодная вода. Теплоизоляция под кожухом предотвращает быстрое остывание. Вода остается теплой в течение 2–3 суток.

Бойлер нужно правильно подобрать по мощности и объему. При большом разборе воды маломощная модель не справится с прогревом. На выходе жидкость не будет соответствовать заданной температуре.

Устройство и принцип работы электрического бойлера

Электрические водонагреватели считаются самыми востребованными у жильцов квартир и частных домов. Популярность обусловлена простотой монтажа и эксплуатации. На схеме в разрезе показано устройство накопительного водонагревателя. Давайте рассмотрим, как выглядит электрический бойлер изнутри:

Рассматривать устройство накопительного электрического водонагревателя начнем с бака. Он бывает круглой или овальной формы. Заключен бак в декоративный кожух. Внутреннее пространство между двумя емкостями заполнено пенополиуретаном.
Особенностью устройства электрического водонагревателя является наличие ТЭНа. Элемент установлен снизу бака бойлера на фланцевом соединении.
Включением и выключением ТЭНа управляет термостат. Любой водонагреватель накопительный работает без превышения максимально допустимой температуры. У электрических бойлеров этот показатель равен 75 о С.
Водонагреватель имеет защиту. В случае выхода из строя термостата ТЭН будет обесточен при достижении критической температуры воды 85 о С.
Забор горячей воды осуществляется через трубку, конец которой выведен к верхней части бака бойлера. Для подпитки холодной воды снизу бака вмонтирован патрубок.
Магниевый анод защищает корпус бака от коррозии. По истечении 2–3 лет элемент разрушается и его нужно менять.
О работе водонагревателя сигнализирует индикаторная лампочка.

Зная, как устроен бойлер, можно разобраться с его работой. Холодная вода поступает внутрь бака бойлера через патрубок. Датчик посылает сигнал блоку управления, который с помощью термостата подает напряжение на ТЭН. Вода нагревается до заданной температуры. Датчик подает новый сигнал, и термостат прерывает подачу напряжения. После забора горячей воды цикл повторяется.

Разновидности ТЭНов

По принципу действия ТЭНы одинаковы. Нагревательным элементом выступает спираль. А вот по исполнению ТЭНы отличаются и делятся на два вида:

Накопительный водонагреватель с сухим ТЭНом стоит дороже, но он безопаснее и отличается длительным сроком эксплуатации. Компактные размеры позволяют вмонтировать в бойлер два нагревателя. Самым надежным считается сухой ТЭН, наборной корпус которого сделан из стеатита.

Устройство и принцип работы газового прибора для нагрева воды

По устройству и принципу работы газовый бойлер немного отличается от своего электрического собрата. Газовому водонагревателю присущ все тот же бак, заключенный в кожух с утеплителем из пенополиуретана. Защитой служит анод. Подача холодной и забор горячей воды происходит через вмонтированные в бак трубки. Включением и выключением подогрева управляет термостат. На этом все сходства заканчиваются. Руководствуясь схемой, более подробно рассмотрим устройство бойлера, чтобы выявить основные отличия газового прибора:

Основным отличием от электрического бойлера является наличие газового устройства для нагрева воды – горелки.
Подключение к газовой магистрали осуществляется через блок. Внутри него установлен редуктор, который соединен трубкой с форсункой горелки.
Конструкция бака накопительного водонагревателя существенно отличается от электрического аналога наличием дымохода. Он состоит из стальной трубы, вертикально вваренной через весь бак. Сверху дымоход соединен с вытяжным колпаком. По нему осуществляется отвод продуктов сгорания на улицу.
Внутри дымохода вмонтирован рассекатель. Его пластины забирают тепло отводящихся газов и отдают воде. Получается двойной обогрев: от горелки и рассекателя.
Из-за разницы температур холодной воды и пламени горелки в дымоходе образуется конденсат. Для его сбора под горелкой установлено кольцо.

Работает газовый водонагреватель по аналогичному принципу, что и электрический бойлер. Отличие только в том, что электронный блок с термостатом управляют работой горелки. При понижении температуры на форсунку подается газ и происходит розжиг. Когда температура воды достигнет заданных параметров, происходит отключение горелки.

Газовые водонагреватели пользуются малым спросом из-за сложности установки. Потребуется составлять проект, а монтаж разрешен только специалистам газовой службы. Однако неоспоримым плюсом является экономия из-за более низкой цены на газ.

Из двух рассмотренных вариантов первое место отдают электрическим накопительным водонагревателям. Прибор можно самостоятельно установить в любом месте. Главное, обеспечить бесперебойную подачу холодной воды под давлением.

Устройство и принцип работы бойлера

В нынешнее время автономное горячее водоснабжение в квартирах и частных домах становится все более популярным. Централизованное ГВС стало дорогим и неэкономичным, оттого оно постепенно уходит в прошлое. На смену ему приходят водонагреватели различных конструкций, самые распространенные из них – аппараты накопительного типа. В данной статье мы как раз и рассмотрим устройство и принцип работы бойлера для нагрева воды.

Виды накопительных водонагревателей

На данный момент существует несколько разновидностей агрегатов для автономного горячего водоснабжения. Все они созданы с одной целью, но достигают ее по-разному, то бишь, с использованием различных энергоносителей. Домовладелец имеет возможность выбрать тот, что оптимально подходит ему по всем параметрам.

Итак, на современном рынке предлагаются нагревательные бойлеры следующих видов:

электрические накопительные нагреватели;
бойлеры косвенного нагрева;
газовые бойлеры;
проточные нагреватели.

Примечание. В прямом переводе с английского слово «бойлер» означает «котел». Это значит, что к ним относятся не только накопительные, но и всяческие проточные водонагреватели. Не принимать их во внимание будет некорректным по отношению к пользователям.

Электрические бойлеры

Это самый распространенный вид аппаратов для ГВС, чаще всего применяющийся в квартирах и небольших частных домах. Причина такой популярности — относительно невысокая стоимость и простота установки, для которой не требуется никаких разрешительных документов. Аппараты довольно надежны в эксплуатации и удовлетворяют большинству требований пользователей. Чтобы понимать принцип действия водонагревателя, рассмотрим его устройство, показанное на рисунке:

Агрегат представляет собой бак, обычно – круглой или овальной формы, заключенный в слой теплоизоляционного материала (как правило – пенополиуретан), прикрытого декоративным кожухом. Сама емкость может быть сделана из таких материалов:

сталь с эмалированным покрытием;
нержавеющая сталь;
пластик.

Электрический ТЭН, размещенный в нижней части бака, нагревает воду до температуры, ограничиваемой термостатом. Ее максимальное значение, принятое во всех электрических бойлерах, равно 75 ºС. Пока нет водоразбора, устройство электрического бойлера предусматривает поддержание установленной температуры в режиме автоматического включения и выключения ТЭНа. Последний имеет дополнительную защиту от перегрева и в нештатной ситуации автоматически отключится при достижении температуры воды 85 ºС.

Примечание. Оптимальный режим работы для бойлера – это нагрев до 55 ºС. В таком режиме аппарат обеспечивает нужное количество воды для ГВС и в то же время экономит электроэнергию. К сожалению, часто накопительный водонагреватель работает на максимальной мощности из-за того, что в зимнее время из водопровода поступает слишком холодная вода и ТЭН в экономичном режиме не успевает ее прогревать.

Водоразбор происходит через трубку, выведенную в верхнюю зону бака, где вода самая горячая. В то же время подпитка холодной водой предусмотрена в нижнюю часть бойлера, где установлен ТЭН. Для защиты стальных баков от электрохимической коррозии устройство водонагревателя включает в себя магниевый анод. С течением времени он разрушается, а потому требует замены приблизительно 1 раз в 2—3 года.

Бойлеры косвенного нагрева

Эти аппараты не производят тепловую энергию самостоятельно, хотя некоторые модели имеют встроенный ТЭН для поддержания температуры воды в разных ситуациях. В обычном режиме бойлер готовит воду для ГВС, подогревая ее змеевиком с протекающим по нему теплоносителем. Ниже на схеме показано устройство бойлера косвенного нагрева:

В утепленный бак большой емкости (бывает до 1000 л) встроен змеевик с подведенным к нему теплоносителем от котла. Как и в электрическом бойлере, подача холодной воды осуществляется в нижнюю часть емкости, отбор горячей – из верхней части. Агрегат способен обеспечить значительный расход горячей воды, а потому применяется в частных домах с большим числом потребителей.

Обычный обмен теплом между средами с разной температурой – это и есть принцип работы бойлера косвенного нагрева. Но чтобы получить воду из крана с температурой 55 ºС, котел должен нагревать теплоноситель минимум до 80 ºС, это один из недостатков данного водонагревателя. Второй недостаток – длительное время загрузки бака большой емкости, так что в случае интенсивного водоразбора проживающим в доме людям надо приспособиться пользоваться ГВС по определенному графику.

Как и электрические бойлеры, водонагреватели косвенного нагрева оснащены магниевым анодом для защиты стального бака от коррозии. Боле сложные и дорогие модели оборудованы двумя змеевиками, через один протекает теплоноситель от котла, а второй можно присоединить к альтернативному источнику тепловой энергии. Им может служить другой котел либо солнечный коллектор. Для поддержания температуры в разных ситуациях в верхнюю зону емкости встраивается ТЭН с термостатом.

Агрегаты косвенного нагрева производятся в настенном и напольном исполнении, могут работать с любыми источниками тепловой энергии. Производители котельного оборудования часто предлагают их в связке с двухконтурными котлами. В этом случае теплогенератор поддерживает температуру отопления и загружает бойлер, поочередно переключаясь между этими двумя системами.

Газовые накопительные водонагреватели

Эти аппараты конструктивно и внешне напоминают электрические бойлеры. Все тот же подвешиваемый на стену бак, покрытый слоем утеплителя, только внизу установлена газовая горелка, а вверху имеется патрубок дымохода. Газовый бойлер работает по такому же принципу, только источником тепла служит горелка, нагревающая емкость с водой. Устройство водонагревателя показано на схеме:

Как видно на рисунке, нагрев осуществляется не только от горелки, но и путем отбора тепла продуктов горения. Это достигается за счет стального газохода с рассекателями, проходящего вертикально сквозь емкость и обменивающегося теплом с водой. Работой горелки управляет электронный блок, чья задача – потушить или разжечь ее при достижении установленной температуры либо ее понижении. Как водится, для защиты корпуса конструкция бойлера предусматривает магниевый анод.

Данный тип водонагревателей не слишком популярен из-за сложностей при оформлении и подключении газоиспользующих установок. Кроме того, для эксплуатации газового бойлера понадобится полноценный дымоход, выполнить это требование не всегда возможно или слишком дорого.

Достоинство накопительных водонагревателей состоит в том, что они сходу могут выдать большой расход воды для ГВС, но в течение ограниченного промежутка времени. После этого им требуется перерыв для приготовления очередной порции воды.

О проточных нагревателях воды

В отличие от накопительных бойлеров принцип работы проточного водонагревателя состоит в том, чтобы не заблаговременно, а быстро прогревать проточную воду по мере необходимости.

Источниками тепла служат те же электрические ТЭНы и газовые горелки, только включаются они после того, как в доме открывается кран горячей воды. К таким нагревателям относятся:

газовые колонки;
проточные электронагреватели.

Примечание. Иногда для обеспечения ГВС частного дома применяется пластинчатый бойлер, представляющий собой водоводяной теплообменник. Как и бойлер косвенного нагрева, он передает энергию теплоносителя воде, только делает это в проточном режиме.

Конструкция газовой колонки довольно сложна, а потому заслуживает отдельной темы. Электрический же водонагреватель прост: в нем проточную воду греет мощный ТЭН. Обладая таким достоинством, как небольшие размеры, аппарат имеет слишком высокую потребляемую мощность и оттого сфера его применения ограничена. Устройство проточного электрического бойлера показана на рисунке:

Преимущество проточных водогрейных аппаратов состоит в том, что нагретую воду они могут подавать без подготовки и в течение неограниченного времени. Зато имеет пределы ее расход, что важно при большом количестве потребителей.

Заключение

Если распределить все перечисленные приборы по популярности, то первое место уверенно займут электрические бойлеры, причины этому понятны. На втором месте находятся газовые колонки, третье остается за бойлерами косвенного нагрева.

Устройство и принцип работы накопительного водонагревателя

Содержание

Накопительный водонагреватель, в отличие от проточного, постоянно содержит в себе заданный объем воды, который нагревается и поддерживается в определенных температурных пределах. Из чего состоит бойлер и как обеспечивает постоянный запас горячей воды, мы расскажем в данной статье.

Конструкция

Накопительные водонагреватели разделяются по способу передачи тепловой энергии к жидкости на модели прямого или косвенного нагрева.

По типу применяемых энергоресурсов выделяют электрическое и газовое оборудование.

Наиболее распространенными в быту являются электрические бойлеры прямого нагрева. Поэтому на его примере мы рассмотрим конструктивные особенности устройства:

Внешний корпус — предотвращает разрушение теплоизоляции и дополнительно защищает бойлер от механических воздействий извне.

Теплоизоляция — замедляет естественное остывание воды в баке за счет теплообмена с окружающей средой.

Внутренний бак — заполняемая водой емкость.

Трубка подачи холодной воды — точка подачи жидкости из центральной или локальной системы к бойлеру.

Трубка отбора горячей воды — узел подключения нагретой жидкости к смесителям и кранам в жилище.

Нагревательный элемент — у электрических моделей представлен тэном.

Магниевый анод — выполняет защитные функции основных элементов от разрушающего воздействия электрохимических процессов.

Термостат — фиксирует и регулирует температуру жидкости.

Блок управления и сигнализации — позволяет регулировать величину нагрева, контролировать текущие процессы, устанавливать режимы работы.

В каталоге накопительных водонагревателей представлены модели различной ценовой категории. Что обусловлено отличиями комплектующих элементов и их характеристиками.

Корпус

Помимо защиты теплоизоляции выполняет декоративную функцию и повторяет форму внутреннего бака водонагревателя. Могут быть из металла или полимерных материалов. Конструктивно изготавливаются плоскими, цилиндрическими, прямоугольными (призмовидными), узкими.

По способу фиксации на стене существуют вертикальные и горизонтальные модели. Первый вариант более востребован за счет высокой энергоэффективности и быстрого нагрева. Второй тип актуален в помещениях с низкими потолками или местах, где размещение стандартного накопительного водонагревателя невозможно. Также существуют универсальные модели, которые допустимо располагать и горизонтально, и вертикально.

Теплоизоляция

Выполняется слоем вспененного полиуретана или поролона, заполняющего пространство между корпусом и баком. Вещество отличается большим количеством воздушных включений.

Чем больше слой теплоизоляции, тем дольше происходит передача тепловой энергии от теплоносителя к окружающей среде. Достаточной толщиной считается теплоизоляция от 3 см и более. Нагретая вода длительно сохраняет заданные тепловые показатели, снижая потребность в повторном включении нагревательного тэна.

Предназначен для наполнения нагреваемой жидкостью, поэтому обязательно должен обеспечить надлежащую прочность и герметичность. Бак, не выдерживающий давления воды, может покрыться трещинами и преждевременно выйти из строя.

Читайте также:

В основе бака используется сварная стальная конструкция, которую изнутри покрывают антикоррозийным составом:

Эмалью.
Стеклокерамикой.
Полимерно-композитными материалами.
Медью.

В зависимости от модели накопительного водонагревателя объем бака варьируется в пределах от 10 до 200 л. Размеры подбираются в соответствии с количеством человек, использующих горячую воду и точек водозабора.

Количество человек, потребляющих горячую воду

Количество человек, потребляющих горячую воду друг за другом

Количество водозаборных точек в доме

Минимальный объем бойлера, л

Нормальный объем бойлера, л

Некоторые производители изготавливают бак полностью из нержавеющей стали. Такие баки защищены от коррозии, устойчивы к воздействиям агрессивных веществ до момента нарушения защитного слоя.

Трубки холодной и горячей воды

Вода из системы подается через специальный патрубок, выведенный в нижнюю часть бака. Дополнительно трубка холодной воды ограничивается рассекателем — барьером, препятствующим смешиванию нагретой и холодной жидкости.

Трубка для отбора горячей воды выведена в верхнюю часть бака, где скапливается наиболее горячий слой.

Если в подключенном накопительном водонагревателе открутить выходной шланг, жидкость вытекать не будет. Максимум выльется 0,3–0,5 л из верхнего слоя, а все, что ниже уровня, останется в баке.

Та же ситуация, если открутить только шланг подачи холодной воды. Перекрытый выход не даст замещения воды воздухом, и движение жидкости будет слабым или вовсе не начнется. Дополнительным препятствием на пути слива воды с бака выступает обратный клапан.

Тэны состоят из нити накала в керамическом или кварцевом наполнителе и электрических выводов. Омическое сопротивление нити определяет мощность нагревателя. Некоторые виды бойлеров могут оснащаться несколькими тэнами для повышения производительности и возможности экономии электроэнергии. Конструктивно все электрические тэны разделяются на мокрые и сухие.

Мокрые погружаются непосредственно в подогреваемую воду. Они дешевле, но в случае пробоя изоляции между нитью и трубкой вся вода оказывается под напряжением. А использующий воду может получить удар электротоком.

Сухие тэны закрыты стеатитовым или керамическим кожухом, внутри которого расположен нагревательный элемент, отделенный от диэлектрической колбы воздушным зазором. В более дорогих моделях зазор заполняется маслом, у которого выше теплопроводность и больше энергоэффективность.

Представлен в виде магниевой трубки в центре бака водонагревателя. Является более активным элементом, чем медь, покрывающая тэн. Поэтому оксид кремния выпадает в виде осадка именно на магниевом аноде, увеличивая продолжительность службы нагревательного элемента.

В накопительных водонагревателях с мокрым тэном и баком из нержавеющей стали участвует в электролитическом процессе. Железо и медь являются гальванической парой и при наличии слабого водного электролита вступают в электрохимическую реакцию. Магний анода принимает удар на себя и разрушается сам, сохраняя основные элементы бойлера.

Термостат

Измеряет температуру воды в текущий момент. В случае нагрева до установленного предела, к примеру, 75°С, отключает цепь питания. В накопительных водонагревателях могут использоваться механические или электронные термостаты.

Механический контролирует температуру за счет биметаллической пластины, которая деформируется от нагрева и перемещает контакты. Электронные модели оснащаются терморезистором, который изменяет свое оммическое сопротивление пропорционально степени нагрева.

Блок управления

Представлен кнопочным или сенсорным модулем в нижней части накопительного водонагревателя. Термометр может выполняться стрелочным или на электронном табло. Позволяет выставлять максимальную температуру нагрева, переключать режимы работы.

Современные модели могут включать в себя дистанционное управление через мобильное приложение. Некоторые оснащены функцией почасового программирования на сутки или неделю.

Принцип действия

Смонтированный и правильно подключенный к системе водоснабжения бойлер работает по следующему принципу:

Открывается горячая вода и происходит забор жидкости из верхних слоев бака.

Давление в емкости снижается, пока не станет меньше напора от патрубка с холодной водой.

Открывается обратный клапан, который не позволяет воде вернуться из накопительного водонагревателя обратно в систему, и обеспечивает подачу новой порции жидкости из трубопровода.

Рассекатель, установленный над патрубком подачи холодной воды препятствует смешиванию с уже нагретой жидкостью. Холодный поток заполняет нижний объем, сохраняя верхний слой теплым.

При достаточном заполнении холодной водой погружной датчик температуры остывает и замыкает контакты цепи питания нагревательного тэна.

Тэн, расположенный в нижней части бака, подогревает холодную воду. За счет конвекции теплая жидкость поднимается вверх, освобождая место для холодного потока.

При заполнении бака давление воды восстановится и перекроет обратный клапан.

Вода постепенно нагреется до установленной температуры. По достижении данной отметки термостат даст сигнал на отключение тэна.

Накопительный водонагреватель останется в таком состоянии до тех пор, пока не начнется повторное использование горячей воды или пока жидкость в баке не остынет естественным способом. За счет теплоизоляции бойлера естественное остывание занимает несколько часов.

Подводя итоги

Накопительный водонагреватель отлично подходит как для квартир, так и для частных домов и дач. Правильно подобранная модель в течении многих лет может обеспечивать горячей водой всю семью.

Слабым местом любого бойлера является нагревательный элемент, страдающий отложениями известкового налета. Жесткая вода может разрушить тэн за несколько лет. Поэтому всем накопительным водонагревателям рекомендуется проводить периодическое техобслуживание с заменой магниевого анода.