Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Гравитационная система отопления двухэтажного дома.

Система отопления с естественной циркуляцией – система, в которой циркуляция теплоносителя осуществляется гравитационным путем без использования циркуляционного насоса.

Область применения

Как правило, монтируется в частных домах площадью не более 150 м², т.к. отсутствие в самотечной системе циркуляционного насоса не позволяет делать ее слишком протяженной.

Преимущества

• Простота.
• Длительный срок службы.
• Частный дом является абсолютно энергонезависимым, если в нем установлена самотечная система отопления на основе дровяного котла. Это один из наиболее подходящих вариантов для районов с частыми отключениями электроэнергии.

Недостатки

• Сложность выполнения монтажных работ. Необходимо точно рассчитать расположение всех элементов системы, в противном случае система просто не будет работать. Несоблюдение уклонов (необходим уклон 10 мм на 1 м трубы) приведет к тому, что после запуска котла теплоноситель останется «стоять» на месте и не попадет в отопительные приборы, либо скорость его движения будет настолько низкой, что разогрева системы придется ждать часами.
• Эффективно функционирует только малой протяженности системы (длина трубопровода не должна превышать 30-35 м).
• Большой объем теплоносителя и низкая скорость его движения не позволяет системе быстро реагировать на изменение температуры.
• При использовании расширительного бака открытого типа существует вероятность его замерзания (в случае, если он расположен на чердаке). Еще одним минусом такого бака является постоянное испарение теплоносителя, поэтому периодически в систему требуется доливать воду. При использовании расширительного бака мембранного типа таких проблем не существует, как правило мембранный бак монтируется на входе котла, либо на обратном трубопроводе рядом с котлом.
• Неприглядный внешний вид. Расположенные под потолком трубы большого диаметра понравятся не каждому.

Схема системы отопления самотеком.

Система отопления с естественной циркуляцией состоит из следующих элементов:

1. Источник тепла (различные виды котлов). Рекомендуется подбирать котел, который будет обладать высокими гидравлическими характеристиками, в первую очередь это касается входа и выхода котла, которые должны быть большого диаметра (от 40 мм и выше). Также необходимо обратить внимание на внутренние патрубки котла. Для обеспечения необходимого давления рекомендуется, по возможности, устанавливать котел ниже радиаторов;
2. Радиаторы отопления;
3. Расширительный бак открытого или закрытого типа;
4. Подающий и обратный трубопровод большого диаметра. Большие трубы являются обязательным условием самотечной системы отопления. На трубы большого диаметра приходиться тратить больше средств, чем на трубы для системы с принудительной циркуляцией.

Помимо этого, теплоноситель на своем пути должен встречать как можно меньше препятствий. Повороты должны быть плавными и выполнены не под прямыми углами (не рекомендуется использовать углы 90° или Т-образные тройники), только в этом случае при прохождении поворотов скорость движения теплоносителя не будет снижаться.

Как работает система отопления с естественной циркуляцией?

Принцип действия самотечной системы отопления основан на явлении теплового расширения воды, когда при нагреве меняются ее физические свойства (плотность), и на разнице давлений между подающим и обратным трубопроводом. Нагретая вода легкая, т.к. обладает меньшей плотностью, холодная вода, напротив более тяжелая, т.к. обладает более высокой плотностью. Такая разница плотности создает естественную циркуляцию воды (холодная вода давит вниз и выдавливает горячую наверх).

Гравитационная система отопления работает следующим образом:

• Теплоноситель нагревается в котле (в это время он расширяется и становится легче), в результате чего самостоятельно (без циркуляционного насоса) поднимается вверх по основному стояку, при этом более холодная, тяжелая вода остается в нижней части котла. Над основным стояком находится расширительный бак открытого типа, в котором скапливается «избыточный» теплоноситель;
• Далее, нагретый теплоноситель двигается по подающему трубопроводу (который прокладывается под потолком или на чердаке) и поступает в радиатор через верхний вход;
• Отдавая тепло радиатору теплоноситель становится холоднее и тяжелее, в результате чего опускается в нижнюю часть радиатора, после этого поступает в обратный трубопровод и возвращается в котел;
• В котле цикл повторяется, охлажденный теплоноситель нагревается до требуемой температуры, расширяется, становиться легче и под давлением холодной воды поднимается наверх.

Видео

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты.

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы, прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы.

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Справка! Сконструировать систему отопления с естественной циркуляцией можно самостоятельно. Правильный расчёт параметров, выбор схемы контура и грамотная установка всех компонентов гарантирует срок работы конструкции до 35 лет.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м 2 , имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков, ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов, особенно если используется насос.

Внимание! Основной минус конструкции — необходимость установки большого бака, для которого нужно место. Длительные перебои с электричеством приведут к снижению эффективности схемы с насосом.

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией

Необходимо отметить, что система отопления с естественной циркуляцией используется в частных домах достаточно давно – с начала прошлого века. По сути, она появилась одновременно с водяным отоплением и не теряет популярности по сей день. Цель данной статьи – описать, за счет чего функционирует такая схема и рассказать интересующимся домовладельцам о существующих разновидностях подобных систем.

Принцип работы и особенности самотечных систем

Как явствует из названия, в нашем случае теплоноситель движется по трубопроводам самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия с помощью насоса. Подобный способ циркуляции применялся изначально во всех системах водяного отопления. В нынешнее время, когда появились циркуляционные насосы, владельцы частных домов интересуются самотечными схемами с одной целью: быть независимыми от внешних источников электроэнергии.

В основе самостоятельного движения теплоносителя лежит явление конвекции. Одна и та же среда (в данном случае – вода), имеющая разную температуру, различается и по удельному весу. Простыми словами, куб холодной воды весит больше, чем 1 м3 горячей из-за различной плотности. Внутри замкнутого пространства труб это приведет к тому, что остывающая среда станет постоянно выталкивать вверх более легкую горячую воду. Типовая схема такой системы показана на рисунке:

Вследствие разности плотностей и масс воды внутри самотечной системы отопления возникает небольшое избыточное давление, преодолевающее гравитацию и силу трения, в результате чего возникает естественная циркуляция теплоносителя. Отсюда и второе название – гравитационная.

Поскольку величина возникающего избыточного давления невелика, для естественной циркуляции воды в системе отопления нужно создать благоприятные условия. Этому способствуют следующие мероприятия:

• применение труб увеличенных диаметров, рассчитанных на медленное течение воды (0.1—0.3 м/с);
• соблюдение уклонов горизонтальных магистралей. Величина уклона – не менее 3 мм на 1 м трубопровода;
• значительная разница температур теплоносителя в подающей и обратной магистрали (не менее 25 °С);
• монтаж в самой верхней точке сети расширительного бака открытого типа, сообщающегося с атмосферой;
• установка котла таким образом, чтобы его патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа.

Для справки. На практике при устройстве самотечных систем своими руками магистральные трубопроводы прокладываются из труб диаметром не менее 50 мм (2 дюйма), а подводки к радиаторам – 20 мм (3/4 дюйма).

Часто домовладельцы задаются вопросом – а можно ли сделать систему с естественной циркуляцией закрытой, поставив расширительный бак мембранного типа? Ответ очевиден: при расширении жидкость должна будет преодолеть сопротивление мембраны бака, а избыточное давление в сети и так невелико. Скорость движения теплоносителя снизится до минимума, а то и до нуля. Поэтому схемы, использующие гравитационный принцип работы, всегда делаются открытыми.

Важное преимущество, которое дает самотечная система отопления, — независимость от электроэнергии, что очень актуально в районах с ненадежным электроснабжением. Но за это приходится расплачиваться более дорогим монтажом и большими трубами, идущими через все помещения. Схема не может быть реализована в частных домах большой площади и этажности из-за низкой эффективности и экономической нецелесообразности. В таких коттеджах применяется система закрытого типа с насосом и средствами бесперебойного электропитания.

Схема однотрубной системы отопления

В подобных схемах раздача горячего теплоносителя радиаторам и отбор остывшего осуществляется по одной и той же трубе. Если разводка – горизонтальная, то магистраль представляет собой замкнутый контур, идущий от подающего патрубка котла к обратному. Батареи же присоединяются к нему обоими подводками. Примером может служить популярная однотрубная система отопления ленинградка, могущая работать с естественной циркуляцией теплоносителя. Ее схема для одноэтажного дома показана ниже:

Непременным условием нормальной подачи воды в радиаторы здесь является наличие петли разгонного коллектора. К его верхней точке подключается открытый расширительный бак. Нагретая вода из котла поднимается по коллектору, после чего по принципу сообщающихся сосудов затекает во все батареи. Если их количество не превышает 5, то отопление будет работать без проблем, это проверено на практике.

Дело в том, что каждый последующий отопительный прибор получает смесь горячего и остывшего теплоносителя из предыдущей батареи. Поэтому теплоотдача его снижается, если не нарастить количество секций. Когда число радиаторов превышает 5, то последние из них будут слишком холодными, сколько секций ни добавляй. При такой необходимости нужно монтировать двухтрубную гравитационную систему, о чем пойдет речь далее.

Для двухэтажного частного дома площадью до 200 м2 хорошо подойдет однотрубная система отопления с вертикальными стояками и естественной циркуляцией. Городить на каждый этаж горизонтальную ленинградку, подключенную к вертикальному коллектору, не имеет смысла, да и работать это будет плохо. Правильнее провести подающую магистраль по чердаку или под потолками второго этажа и опустить от нее стояки, как изображено на схеме:

Нагрузка на стояки небольшая – всего по 2 отопительных прибора, так что их температура будет почти одинаковой. Чтобы батареи не зависели друг от друга, между подачей и обраткой можно поставить перемычки – байпасы.

Совет. Для балансировки или отсечения в самотечных системах необходимо использовать арматуру с наименьшим сопротивлением – полнопроходные краны и специальные термостатические вентили.

Схема двухтрубной системы

Здесь тепло переносится к радиаторам по одной трубе, а остывшая вода возвращается по другой. Это позволяет обеспечить эффективную работу большего количества батарей, подключенных к одной горизонтальной ветви. В одноэтажном доме подающий коллектор размещают на чердаке или под потолком, обратный – над полом. Разгон тут не требуется, труба и так поднята на достаточную высоту, что и показано на изображении:

Как видно по схеме, оптимальное решение для хорошей естественной циркуляции – это двухтрубная система отопления, разделенная на 2 ветви с одинаковым количеством радиаторов на каждой. В противном случае из-за уклонов на большой длине монтаж трубопроводов будет затруднен. Что касается двухэтажного дома, то здесь опять же уместна вертикальная разводка, но с разделением на магистрали подачи и обратки. Как это правильно сделать, отражено на схеме:

При двухтрубной системе все батареи получают теплоноситель с одинаковой температурой, это важный плюс. Также становится проще осуществлять автоматическое регулирование, так как приборы не зависят друг от друга. Недостаток состоит в большем расходе материалов для вариантов горизонтальной разводки, например, в двухэтажном здании:

Для справки. Большинство домовладельцев для улучшения работы системы все же устанавливают на обратном коллекторе циркуляционный насос. Но ставят его на байпасе, чтобы в случае отключения электричества всегда можно было перейти на самотек, открыв соответствующий кран.

Заключение

Естественная циркуляция в системах водяного отопления хоть и дает независимость от электричества, но требует тщательного подхода в расчетах и монтаже. Особенно это касается однотрубных схем с горизонтальной разводкой, где нужно тщательно подбирать мощность батарей. Не всех устроят и большие трубы, проходящие через помещения. Даже если подачу упрятать на чердак, а обратку – в подпольный канал, то все равно на виду останутся подводки к радиаторам.

Естественная циркуляция в системе отопления

В небольших частных домах и квартирах ценится обогрев, независимый от электричества. Для маленьких городов и сел типична ситуация, когда по разным причинам подстанция выходит из строя, повреждена проводка и прочее. Система отопления с естественной циркуляцией не включает ни одного модуля, который работал бы от электросети.

Особенности системы отопления с естественной циркуляцией

Любая отопительная схема включает несколько обязательных элементов:

• Котел, нагревающий воду – газовый, дровяной, торфяной. Обязательное условие – пьезорозжиг, иначе запустить аппарат без электричества будет невозможно.
• Подающий трубопровод поставляет нагретую воду радиаторам. Размещают трубы с некоторым уклоном – 0,5–1 см на 1 м, чтобы вода могла двигаться самотеком. «Горячие» водоводы размещают с уклоном по направлению к радиаторам.
• Обогревательные приборы – батареи любого типа. Через них происходит основная передача тепла.
• Обратный трубопровод – по нем остывший теплоноситель возвращается в котел. «Холодные» трубы монтируют с уклоном в 0,5–1 см на 1 м по направлению к котлу.
• Расширительный бачок – размещается в самой верхней точке системы. Когда вода нагревается, она увеличивается в объеме. Бачок компенсирует этот избыток.

Функционирует система так: вода нагревается в котле, расширяется, плотность ее уменьшается, и жидкость поднимается по центральному стояку. Расширительный бачок заполняется, чтобы выровнять давление между холодной и горячей водой. Затем сверху вода спускается по подающему трубопроводу к каждой батарее, где охлаждается, отдавая тепло воздуху и поверхностям. Остывшая жидкость по обратным трубам перемещается к котлу. Поскольку плотность остывшей воды ниже, вернувшись в котел, она выдавливает менее плотную нагретую жидкость, заставляя ее подниматься.

Помимо функции компенсации давления, расширительный бачок выполняет и другую роль. Вместе с водой в трубы попадает воздух. При его накоплении возникает воздушная пробка, которая не позволяет теплоносителю перемещаться по трубам. Однако в конвективных системах пузырьки воздуха из-за расположения трубопровода под уклоном поднимаются в расширительный бачок. Так как это устройство открытое и контактирует с воздухом, пузырьки покидают систему.

Конструкция проста, но требует очень точных расчетов. Вода, двигаясь по трубе, создает трение, замедляется и отдает тепло быстрее. При изменении направления – повороты, ответвления, каналы в батареях – трение усиливается. Если не учесть водяное сопротивление в расчетах, система работать не будет.

Конвективное отопление отлично действует на небольших площадях. Таким образом можно обгореть одно- или двухэтажный частный дом или квартиру. Для 9-этажного здания такой вариант не годится.

Преимущества и недостатки системы

Естественная циркуляция обеспечивает систему отопления следующими преимуществами:

• Главное достоинство – независимость от электричества. Конвективное отопление работает в любых условиях.
• При грамотном монтаже и уходе самотечный вариант функционирует дольше 30 лет.
• Монтаж очень прост, профилактический осмотр и ремонт тоже не вызывают затруднений.
• Высокая тепловая инерция – здесь циркулирует большой объем воды. Она медленнее остывает и дольше отдает тепло.

Встроить в циркуляционную схему насос не составляет труда. Сделать это можно во время монтажа или позднее. Когда есть электричество, отопление работает в режиме принудительной циркуляции, а при его отсутствии автоматически переходит в режим естественного перемещения воды.

У самотечного варианта есть существенные недостатки, что заметно ограничивает применение:

• Обслуживает система лишь небольшие одноэтажные или двухэтажные коттеджи.
• Чтобы снизить гидравлическое сопротивление, используют трубы с максимально большим допустимым диаметром. Это затрудняет монтаж, также стоимость водоводов с большим диаметром больше.
• Рекомендуется использовать только стальные трубы. Допускается применять полипропиленовые. Остальные неметаллические модели запрещены.
• Регулировать температуру в каждом помещении вручную или автоматически невозможно.
• В схему нельзя включать бойлеры косвенного нагрева, что увеличивает расходы на получение горячей воды.
• Невозможно обустроить теплый пол.

На работу конвективного отопления значительно влияют сужения. Нельзя использовать металлопластиковые трубы, поскольку они соединяются фитингами, диаметр которых меньше.

Виды систем отопления

Обогревательная схема может включать 1 или несколько контуров разной длины, с разными радиаторами. Однако любой вариант, является модификацией только двух моделей – однотрубной или двухтрубной.

Однотрубные

Устройство максимально простое. Одна и та же труба по очереди подводит теплоноситель к каждому радиатору и возвращается в котел. Самый дешевый вариант и самый беспроблемный – обогрев только трубами, без радиаторов. Если же батареи включены в схему, труб и запорной арматуры должно быть минимум.

Вода, последовательно двигаясь к последнему радиатору, все больше остывает. Эту особенность учитывают при расчете числа секций.

Различают 2 схемы однотрубного варианта:

• С верхним подключением – вода попадает в батарею сверху через верхний патрубок, выходит через нижний. КПД системы максимально для водяного отопления.
• С нижним подключением – теплоноситель поступает в радиатор снизу и выходит тоже через нижний патрубок. Путь прохождения воды увеличивается, поэтому теплоотдача системы заметно ниже. Здесь нельзя ставить радиаторы с большим числом секций. Однако несмотря на меньшую эффективность, такую схему предпочитает монтировать в квартирах, так как она более эстетична.

Классический вариант можно модернизировать, установив байпас – ответвления с трехходовым краном и ответвлениями с кранами. С их помощью можно регулировать подачу воды к разному радиатору и отключать при надобности.

Двухтрубные системы

Вариант с обратной трубой носит название двухтрубный. Горячая вода подается к радиатору под одной трубе, а остывшая, от каждого обогревательного прибора отводится по обратной трубе. Система куда эффективнее: каждый радиатор получает практически одинаковое количество тепла. Степень нагрева можно регулировать на каждой батарее, при необходимости исключить ее из обогревательного контура. Большой плюс – более простой расчет параметров трубопровода и батарей.

Выполняют как верхнее, так и нижнее подключение:

• В первом случае трубы расположены выше радиаторов.
• Во втором подающая труба размещается ниже батареи. Такой вариант эстетичнее, однако перепад давления получается слишком низкий, поэтому используется схема очень редко.

При расчетах учитывают направление отвода воды. Если оно совпадает с направлением горячей жидкости, попутная схема, длина циклов равная. При этом радиаторы нагреваются одинаково. Если используется тупиковая, холодная и горячая вода двигаются в разных направлениях, быстрее нагреваются те батареи, у которых цикл круговорота оказывается меньше.

Как появляется циркуляционный напор

Перемещение воды в конвективном отоплении обеспечивает только разница в плотности горячей и холодной воды. При нагреве плотность теплоносителя снижается и он поднимается; при охлаждении – увеличивается, и он вытесняет более теплую жидкость. Чем больше разница в гидростатическом давлении столба холодной и горячей воды, тем выше циркуляционный напор, тем лучше работает отопление.

Основная задача при организации системы – добиться максимального перепада давления.

• Обязательный элемент схемы – коллектор разгона или главный стояк. Это вертикальная труба, которая поднимается от теплообменника до верхней точки системы. Здесь монтируют расширительный бак – открытый или закрытый мембранный с воздушным клапаном для отвода воздуха.
• Главный стояк должен иметь максимальную температуру, поэтому коллектор утепляют. Высота его не более 10 м. В идеале стояк не соприкасается с обратными трубами.
• Чтобы создать достаточный перепад давления, нужно создать большой столб холодной жидкости. Добиваются этого, устанавливая котел в самой нижней точке системы. В частном доме аппарат размещают в подвале, в квартире – в углублении. Чем выше уровень батарей над уровнем котла, тем большее давление образует холодная вода и тем активнее вытесняет горячую.

Чтобы улучшить циркуляционный напор, подбирают батареи с максимально большой рабочей поверхностью. Чем лучше теплоноситель отдает тепло и чем более холодная вода поступает в котел, тем лучше работает отопление.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Главные параметры обогрева с естественной циркуляцией – циркуляционный напор и гидростатическое сопротивление. Первый показатель рассчитывают так:

• P – давление в системе;
• h – разница высот между центром самой нижней батареи и центром котла;
• p0 – плотность нагретой жидкости;
• p1– плотность холодной воды.

Чем больше разница в высоте, тем выше перепад давления. Однако показатель имеет ограничение – не более 3 м.

Рассчитать значение второго фактора – гидравлического сопротивления – практически невозможно. Описывающая его модель крайне сложна и включает множество переменных. Здесь ограничиваются приблизительными вычислениями.

Чтобы улучшить КПД системы, соблюдают рекомендации:

• Подбирают трубы с максимально большим диаметром. При этом несколько уменьшается скорость потока, но сопротивление падает сильнее.
• Устанавливают как можно меньше запорной арматуры. Следят за тем, чтобы схема включала минимум поворотов и сужений.
• При нижнем подключении радиаторы обязательно снабжают кранами Маевского, чтобы стравливать лишний воздух.
• Для коллектора используют металлическую трубу, так как важно добиться максимального нагрева для создания перепада давления. Трубы, обслуживающие батареи, могут быть из полипропилена.

Грамотная теплоизоляция улучшает работу отопления. Изолируют коллектор разгона, подводящие и обратные трубы, если они проходят через неотапливаемые помещения.

Система отопления с естественной циркуляцией

При отсутствии или нестабильной подаче электроэнергии системы отопления частных домов часто организуют на базе схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. Такая схема является полностью энергонезависимой, способна обеспечить нужды отопления небольших домов площадью до 60 – 70 м 2 . Материал статьи описывает принцип работы, устройство и виды системы с гравитационной циркуляцией, дает рекомендации по выбору материалов и монтажу.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Устройство системы с естественной циркуляцией

Базовый элемент системы отопления – котел – располагается в нижней точке системы. От теплогенератора поднимается вертикальный разгонный коллектор. Рекомендуемая высота коллектора – от 2,5 метров, диаметр трубопровода – не менее 50 мм.

На верхней точке разгонного коллектора, в месте поворота трубопровода к радиаторам, располагают расширительный бак открытого типа. Расширительный бак по желанию оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. Через нее излишки воды, образовавшиеся при нагреве и расширении, переливаются в канализацию.

Расширительный бак может оборудоваться линией подпитки, соединенной с системой водопровода. В отсутствии линии подпитки пополнение системы водой производится вручную. Расширительные баки при размещении в неотапливаемом помещении должны качественно утепляться.

Экспанзомат, кроме функций компенсации теплового расширения и подпитки, выполняет функцию естественного воздухоотводчика. Трубопроводы монтируются с уклоном таким образом, что пузырьки воздуха не уносятся в систему, так как вода имеет малую скорость, а поднимаются в верхнюю точку, на которой установлен РБ.

Из верхней точки разгонный коллектор меняет направление на горизонтальное и с нормативным уклоном прокладывается к радиаторам отопления. Система отопления в части обвязки радиаторов имеет 2 разновидности:

1. Однотрубная;
2. Двухтрубная.

Однотрубная система с естественной циркуляцией обладает свойством снижения температуры на каждом последующем радиаторе в ряду.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Сооружение байпасов для улучшения качества регулирования создает излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому система чаще всего сооружается по простейшему принципу – радиаторы подключают к трубопроводу подачи последовательно, с последнего радиатора выходит обратный трубопровод и подсоединяется к котлу.

Двухтрубная схема системы отопления более удобна в регулировании. Здесь радиаторы подключены к подающему и обратному трубопроводу параллельно.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для монтажа системы этого типа требуется большее количество трубы, соответственно схема имеет большее гидравлическое сопротивление. Регулирование температуры на радиаторах производится 2 методами:

1. Принудительное, с помощью запорной арматуры;
2. Естественное, за счет поэтапного изменения диаметра трубопроводов.

Принудительное регулирование можно производить шаровыми кранами, имеющими полнопроходное сечение. Регулирующие вентили малопригодны для этой задачи, так как обладают высоким гидравлическим сопротивлением и имеют сниженное проходное сечение.

Поэтапное изменение диаметра производится по принципу постепенного уменьшения диаметра подачи к последнему радиатору и постепенному расширению обратки от него к котлу. Выполнение такой схемы требует тщательного расчета, выполнить самостоятельно который довольно трудно.

Оба метода регулирования в любом случае значительно повышают гидравлическое сопротивление системы в целом, что отрицательно влияет на качество циркуляции и может привести к ее остановке. Поэтому большей популярностью пользуется все же однотрубная система, даже со своим недостатком – разницей температур в начале и в конце контура отопления.

Для систем отопления с естественной циркуляцией, предназначенных для отопления домов площадью не более 70 м 2 , падение температуры на последнем радиаторе может составлять 5 – 10 0 С. Обычно этот недостаток частично нивелируется увеличением числа секций последних в ряду приборов отопления. Кроме того, однотрубные схемы часто модернизируют установкой циркуляционного насоса.

Подключение контуров теплых полов к системам гравитационного типа не производится. Это обусловлено тем, что отдельные контуры водяных теплых полов имеют большое сопротивление, циркуляция возможна только с помощью циркуляционного насоса. Установка насоса в точках подключения полов к системе с гравитационной циркуляцией внесет резкий гидродинамический дисбаланс и может нарушить принципы естественного циркулирования.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

1. Котел следует размещать в нижней точке системы;
2. Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
3. Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

1. Полная энергонезависимость;
2. Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

1. Сложность регулирования;
2. Неравномерное распределение тепла;
3. Непривлекательный внешний вид;
4. Ограничения по тепловой мощности;
5. Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.

Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.

Устройство системы отопления с естественной циркуляцией в частном доме

Как известно, система отопления с естественной циркуляцией в частном доме работает за счёт расширения жидкости во время нагрева. Принцип работы такой коммуникации заключается в следующем. Отопительный прибор (котёл) нагревает определённый объём теплоносителя, способствуя движению нагретой жидкости вверх. В это же время холодная жидкость через обратку направляется к котлу.

Во время перемещения по трубопроводам вода отдаёт определённую порцию тепла в окружающее пространство. При движении теплоноситель постепенно охлаждается и обратно попадает в котёл. С этого момента начинается новый цикл нагревания и перемещения жидкости. В нашей статье ознакомимся с нюансами установки отопительной системы с естественной циркуляцией.

1. Уклон
2. Закрытая и открытая
3. Однотрубная Ленинградка
4. Двухтрубная
5. Одноэтажного дома
6. Двухэтажного дома
7. Как врезать насос

Уклон

Для правильной работы отопительной системы с естественной циркуляцией огромное значение имеет уклон труб. Согласно принятым строительным нормам, этот параметр должен находиться в пределах 1% (1 сантиметр превышения на метр длины трубы), причём наклон выставляется по движению воды. В данном случае энергия подъёма теплоносителя сможет преодолеть трение, что будет способствовать эффективному перемещению жидкости по трубам отопительной системы.

В одно- или двухтрубных отопительных системах, в которых перемещение теплоносителя проводится при помощи циркуляционного насоса, соблюдать уклон не обязательно. Такие трубопроводы монтируются в горизонтальном положении или с минимальным уклоном в сторону слива. В подобном случае хозяин дома может быстро слить воду для предупреждения разморозки системы в зимнее время.

Закрытая и открытая

Открытая система отопления с естественной циркуляцией на данный момент считается самым популярным видом. Схему работы этой коммуникации мы описывали выше. Из котла нагретый теплоноситель попадает в трубы, при нагревании он расширяется, что способствует движению холодной жидкости по системе к отопительному прибору.

Одним из основных приборов, используемых в данной схеме, считается расширительный бак. Во время расширения излишки жидкости собираются именно в этой ёмкости. Верхняя часть такого резервуара открытая, что способствует испарению нагретой воды, поэтому в процессе работы отопления жидкость необходимо постоянно доливать. В открытой системе не предусмотрен циркуляционный насос. Её схема состоит из следующих приборов:

• Котёл;
• Трубопровод;
• Отопительные приборы (радиаторы);
• Расширительный бачок.

Теперь ознакомимся с отопительной системой закрытого типа. Подобные трубопроводы герметичны, перемещение теплоносителя здесь происходит с использованием циркуляционного насоса. Перечень основных приборов тот же, но расширительный бачок в данном случае выполнен в виде герметичного резервуара со специальной мембраной для регулирования давления. Кроме этого в закрытой отопительной системе присутствует циркуляционный насос, что позволяет подводить к потребителям равномерно прогретый теплоноситель.

Многие из владельцев загородной недвижимости пытаются понять, какая из отопительных систем лучше. Разница между этими двумя видами заключается в следующих деталях:

• В открытой системе расширительный бачок монтируется наверху, в закрытой системе этот прибор может устанавливаться на любом участке контура;
• В закрытую систему не попадает атмосферный воздух, её работа происходит при определённом давлении. В таком случае становится минимальной возможность возникновения воздушных пробок, что повлияет на продолжительность эксплуатации отопления;
• Для монтажа отопительной системы открытого типа используются металлические трубы большого диаметра, причём весь контур должен выставляться под определённым уклоном. Большие трубы не всегда вписываются в дизайн помещений.
• Закрытая система отопления не нуждается в устройстве труб большого диаметра, здесь нет необходимости соблюдать 1%-й уклон, да и стоимость контура окажется намного дешевле аналога открытого типа. При правильной установке циркуляционный насос не создаст много шума.

Однотрубная Ленинградка

Как утверждают эксперты, простота устройства отопительной системы считается залогом её надёжности. Это можно сказать и о «Ленинградке». Подобная схема может применяться для отопления частного дома с естественной циркуляцией. Оптимальным вариантом считается использование ленинградки в одноэтажных зданиях, хотя при правильном расчёте диаметров труб её можно установить и в двухэтажном жилом доме.

Расположение отопительных приборов по контуру дома

В подобной системе все отопительные приборы располагаются по контуру дома. Сердцем коммуникации считается котёл, который через подающий стояк присоединяется к первой батарее. Далее теплоноситель попадает в остальные радиаторы (второй, третий, четвёртый…). От последнего радиатора отопления вода через обратку поступает обратно в котёл, где и проходит её повторный нагрев.

К преимуществам ленинградки относятся:

• Простота монтажа системы, возможность быстрого восстановления при возникновении аварийных ситуаций;
• Небольшая стоимость оборудования и материалов. Из основных приборов здесь используется котёл, расширительный бачок, циркуляционный насос, батареи отопления, трубы, термостатические клапана.

Схема однотрубной Ленинградки

• При использовании естественной циркуляции теплоносителя максимальный прогрев помещения будет осуществляться с первого отопительного прибора (радиатора);
• При выборе горизонтальной разводки подключение второго контура (тёплого пола) будет проблематичным;
• Для увеличения эффективности системы необходим циркуляционный насос.

Двухтрубная

Как можно понять из названия, двухтрубная система отопления состоит из двух труб. Прогретый теплоноситель передвигается от котла к отопительным приборам по первой трубе. Вторая магистраль служит для транспортирования отдавшей тепло воды обратно в котёл.

К преимуществам такой системы следует отнести:

• Равномерное прогревание всех отопительных приборов. Для регулирования температуры в каждом отдельно взятом помещении на батареи устанавливают термостаты, что приводит к экономии энергоресурсов;
• Возможность использования маломощных циркуляционных насосов.

Система отопления с естественной циркуляцией с двухтрубной верхней разводкой

• Увеличенный расход материалов при монтаже отопления, но трубы здесь имеют меньший диаметр, чем в ленинградке;
• Ремонт отопительных приборов невозможен без слива воды из системы за исключением случаев, когда доступ теплоносителя к каждой из батарей перекрывается специальным краном.

Одноэтажного дома

Основным видом теплоносителя одноэтажного загородного дома может быть вода или антифриз. В последнем случае владелец загородной недвижимости может не сливать жидкость из отопительной системы, если она не работает зимой. Самым популярным видом отопления здесь считается однотрубное с естественной циркуляцией жидкости.

Монтаж отопления начинается с устройства контура из трубы диаметром не меньше 32 миллиметров, причём трубопроводы располагаются по периметру здания. Это необходимо для того, чтобы всё выделяемое тепло попадало во внутреннее пространство дома и расходовалось на обогрев помещений. Радиаторы отопления врезаются в систему при помощи труб меньшего диаметра. Для возможности ремонта отопительных приборов к каждому из них устанавливают кран, в верхней пробке батарей монтируют воздушник.

Радиатор в однотрубной отопительной системе с естественной циркуляцией

По мнению экспертов, монтаж однотрубной отопительной системы нужно начинать с установки котла и только после этого начинают прокладывать трубы. Для отопления загородного дома лучше выбирать металлические трубы, пластиковые изделия здесь не устанавливают, ведь они могут разрушиться через сильное нагревание теплоносителя. Подающая магистраль должна выполняться из 50-миллиметровой трубы, диаметр обратки аналогичен.

При установке контура необходимо соблюдать рекомендованный уклон (1 сантиметр на каждый метр трубопровода). Отопительные приборы монтируют под окнами, их подключают к магистрали при помощи трубы ¾ дюйма.

Как мы уже говорили, по рассматриваемой схеме отопления больше всего прогреваются первые от котла отопительные приборы, поэтому для достижения баланса температуры в доме, перед этими радиаторами монтируют краны для регулирования величины потока теплоносителя. Запорную арматуру можно устанавливать с обеих сторон батарей, что позволит проводить их ремонт без слива теплоносителя из системы.

Двухэтажного дома

В двухэтажных загородных домах рекомендовано использовать закрытую отопительную систему с циркуляционным насосом. В перечень необходимого оборудования здесь входят: котёл, расширительный бак, система трубопроводов, а также необходимое количество радиаторов отопления.

Медные трубы соединяют между собой при помощи специального припоя на основе серебра. Минусом подобного материала считается высокая цена, но он отличается высокими показателями качества и надёжности. Металлические трубы тоже хорошо передают тепло, но они часто разрушаются под воздействием коррозии.

Двухтрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией с верхней разводкой

В двухэтажных зданиях может использоваться три вида разводки: коллекторная, двухтрубная или однотрубная. При подключении отопительных приборов по однотрубной схеме, регулировать температуру в помещениях достаточно сложно, ведь максимальное количество теплоты будет попадать на первые от котла радиаторы, последние батареи будут нагреваться гораздо меньше остальных.

Более подходящим вариантом для двухэтажного загородного дома считается двухтрубная система отопления. Здесь к каждому из отопительных приборов подсоединяется две трубы: по одной из них идёт горячая вода из котла, в другую стекает отдавшая тепло жидкость. Температура теплоносителя в главной подающей магистрали будет одинаковой.

Это достигается за счёт использования циркуляционного насоса. Хозяин дома может регулировать температуру в помещении после монтажа терморегулятора (вентиля), при помощи которого можно устанавливать необходимую интенсивность потока горячей воды.

Как врезать насос

Для облегчения процесса монтажа насоса в отопительную систему необходимо покупать помпу с разъёмной резьбой. Для качественного выполнения работ нам понадобится следующий инвентарь:

• Шаровые краны, подобранные по диаметру трубопровода;
• Ключи необходимого размера;
• Герметик;
• Крепежи, соединительные элементы;
• Автоматические клапаны.

После подбора всего необходимого оборудования приступаем к выбору участка для установки циркуляционного насоса. Если раньше помпы устанавливали в обратный трубопровод, что позволяло продлить срок службы рассматриваемого прибора, то сейчас это оборудование изготавливают с устойчивыми к воздействию воды деталями. В связи с этим, насос можно устанавливать, как на подающем, так и на обратном трубопроводе.

Во время установки насоса в отопительную систему необходимо обратить внимание на одну важную деталь. Рассматриваемый прибор может выйти из строя после исчерпания моторесурса, поэтому для быстрой замены без сливания воды из системы отопления, с обеих сторон установки монтируют шаровые краны. Для защиты помпы от разрушения перед входом устанавливают сетчатый фильтр, который будет задерживать абразивные частицы, присутствующие в воде.

Для выпуска скопившихся газов, в верхней части байпаса устанавливают ручной или автоматический клапан. Клеммы насоса должны быть ориентированы вверх, что предотвратит возможность короткого замыкания во время стекания воды с прибора. Такое явление часто случается при поломке помпы. Каждое из соединений обмазывают герметиком, а в местах резьбовых соединений устанавливают специальные резиновые прокладки.

Система отопления с естественной циркуляцией: принцип работы и особенности монтажа

Все технологии и изобретения, придуманные человечеством, с течением лет словно бы просеиваются сквозь гигантское сито.

Что-то безвозвратно проваливается в бездну прошлого, превращаясь в архаизм, а что-то – остается и становится «классикой, проверенной временем».

К последней категории относится и система отопления с естественной циркуляцией, которая, несмотря на появление более практичных и функциональных решений, является весьма востребованной среди владельцев частных домов. Ее особенности и способы устройства – тема данной статьи.

Водяное отопление с естественной циркуляцией – принцип работы

• теплогенератор (котел или печь/камин с водяной рубашкой);
• замкнутый контур из труб и радиаторов, заполненный жидким теплоносителем (вода, масло или антифриз);
• расширительный бак;
• запорная и регулирующая арматура;
• контрольно-измерительные приборы.

Нагреваясь в теплообменнике котла или печи, рабочая среда движется по контуру, передавая тепловую энергию радиаторам, а те уже греют воздух в помещениях. Способ, которым обеспечивается движение теплоносителя в системе, как раз и определяет основную ее особенность.

Сбои в отопительной системе влекут за собой колоссальные неудобства. Для того чтобы стабилизировать данную систему, придумали такое устройство как байпас. Байпас в системе отопления: что это такое? Рассмотрим конструкцию и функции механизма.

Принцип работы теплового насоса разберем здесь.

В то время как в квартирах имеется централизованное отопление, жители частного дома должны организовать отопительную систему самостоятельно. В этой теме https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/vidy-otopleniya-chastnogo-doma.html рассмотрим, какие виды отопления можно реализовать в загородном доме. Системы с котлом и альтернативные источники отопления.

Как работает данная система?

Если некоторую часть среды подвергнуть нагреву, ее объем, согласно законам физики, увеличится. При этом со стороны более холодного окружающего вещества на нее начнет воздействовать архимедова сила, заставляя устремляться вверх.

Это явление называется конвекцией. Именно оно выступает в роли двигателя теплоносителя в системах отопления с естественной циркуляцией. А поскольку конвекция обусловлена гравитацией, такие системы часто называют гравитационными.

Отопительная система с естественной циркуляцией

Конвекционный поток будет тем мощнее, чем большей будет разница температур между нагретым в котле теплоносителем и отработанным, поступающим к теплогенератору по так называемой обратке. При этом, очевидно, для перекачивания рабочей среды нет необходимости применять насос, а значит система не нуждается в электричестве, то есть является, как принято в таких случаях говорить, энергонезависимой.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Поскольку работа системы основана на естественном стремлении нагретой среды образовывать восходящий поток, радиаторы следует располагать выше котла.

Наилучшим местом для теплогенератора в этом случае будет подвал или хотя бы цокольный этаж.

За неимением таковых в полу можно сделать углубление для установки котла.

Так поступают не только в частных домах, но и в квартирах с автономным отоплением: срезают небольшой участок напольного покрытия вместе со стяжкой, так чтобы котел можно было установить прямо на плиту.

Наилучшим образом естественной циркуляции способствует так называемый разгонный коллектор – вертикальный участок трубопровода, поднимающийся сразу от котла до самого потолка. Далее труба прокладывается под потолком, а в соседнем помещении делается опуск к радиаторам.

Минимальная высота разгонного коллектора относительно верха котла составляет 1,5 м. При этом необходимо помнить, что между верхней точкой коллектора и потолком должно оставаться пространство для расширительного бачка, если в качестве последнего используется открытая емкость (этот элемент «обязан» располагаться в наивысшей точке контура).

При низких потолках бачок приходится выносить на чердак (он должен быть утеплен, иначе вода замерзнет), либо система делается в закрытом исполнении – с мембранным расширительным баком, который можно устанавливать на любом уровне.

Следует отметить, что закрытая система, хоть и обходится несколько дороже, является более предпочтительной по следующим причинам:

• Значительно сокращаются теплопотери через расширительный бак.
• В отличие от открытой, закрытая система не требует регулярного развоздушивания.
• Уменьшается объем расширителя, а значит и тепловая инерция системы.

Очевидно, что наличие второго этажа позволяет сделать разгонный коллектор особенно эффективным, поэтому обеспечить естественную циркуляцию теплоносителя в двухэтажном доме гораздо проще, чем в одноэтажном.

При монтаже системы следует придерживаться некоторых правил:

1. Горизонтальные участки труб в отопительном контуре обязательно должны иметь уклон по ходу теплоносителя от 1 см (на протяженных участках) до 5 см (на коротких) на 1 м длины
2. При сооружении гравитационной системы отопления следует всеми силами стараться уменьшить гидравлическое сопротивление контура. С учетом этого требования следует выбирать и радиаторы. Наиболее подходящими являются чугунные приборы, имеющие наибольший просвет. Выбирая какой-либо другой тип, следует удостовериться, что диаметр внутреннего канала составляет хотя бы ¾».
3. Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладают полимерные трубы – они имеют гладкую стенку и не зарастают накипью. Но металлопластиковые лучше не применять, так как устанавливаемые на них фитинги существенно уменьшают проходное сечение. Наилучший вариант – полипропиленовые трубы (рабочая температура – 70 градусов) или из сшитого полиэтилена (могут эксплуатироваться при 95 градусах).
4. Если в контуре имеются разветвления, то после каждого из них следует применять трубу на размер меньше. При схождении контуров в обратку диаметр, наоборот, постепенно увеличивают.

Поскольку основная идея данной системы состоит в энергонезависимости, котел также должен обходиться без подключения к электричеству. Такие модели имеются у многих производителей, например, Bertta, Stropuva, Buderus, а также российских «Энергия», «Огонек», «Конорд».

Однотрубная система отопления

В обиходе ее часто называют «ленинградкой». Это самый дешевый вариант – радиаторы просто подключают один за другим, как бы нанизывая их на единственную трубу. За время пути по контуру теплоноситель успевает сильно остыть, что для естественной циркуляции вроде бы и хорошо.

Однако, из-за последовательного подключения приборов система имеет значительное гидравлическое сопротивление, которое может свести на нет преимущество от большого температурного перепада.

Монтаж радиатора к меди (однотрубная система отопления)

По этой причине при устройстве однотрубной системы важно избегать лишних поворотов или сужений, а некоторые радиаторы, например, стальные панельные, вообще могут заблокировать циркуляцию рабочей среды.

Существенным недостатком однотрубной системы является отсутствие возможности сбалансировать контур путем независимого регулирования теплоотдачи на каждом радиаторе.

Поэтому чаще всего применяют усовершенствованный вариант ленинградки, в котором параллельно каждому радиатору устраивается обводной байпас (перемычка) с регулирующей арматурой.

Двухтрубная отопительная система

Для этой системы понадобится больше труб, но зато она гораздо более удобна в эксплуатации, чем однотрубная. По периметру помещения прокладывают две трубы: верхняя (подача) – от котла, нижняя (обратка) – к котлу. Между ними устанавливаются радиаторы: входной патрубок через отвод подключается к трубопроводу подачи, выходной – к обратке.

• снижается гидравлическое сопротивление контура;
• тепло по приборам распределяется равномерно;
• настройку и обслуживание радиатора можно осуществлять независимо от всей системы.

Перед каждым радиатором можно установить управляемый термодатчиком клапан с электроприводом.

При этом система останется энергонезависимой, так как при отключении электричества она полностью сохранит работоспособность (клапаны можно будет подрегулировать вручную).

Многие считают, что оборудовать отопительную систему под силу только профессионалам. На самом деле все можно сделать самостоятельно. Системы отопления частных домов своими руками: виды систем, типы подключения, полезные рекомендации.

Этапы монтажа отопительной системы из полипропилена рассмотрим в этой теме.

Видео на тему

Система отопления с естественной циркуляцией

Систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя называют так же самотечной или гравитационной. Ее функциональность основана на разнице в плотности холодной и горячей воды и разнице по высоте в расположении отопительных приборов и котла. У горячей воды плотность гораздо ниже, поэтому более холодный теплоноситель, поступающий из радиаторов, вытесняет ее из котла и направляет вверх по стояку. После того, как тепло отдано радиаторам, холодная вода перемещается по направлению к котлу под воздействием гравитационных сил, на ее место поступает более горячая вода от стояка.

Виды гравитационных систем

Самотечные системы монтируются в квартирах с автономным отоплением и небольших домах. Они не требуют использования электроэнергии или применения дорогого оборудования.

Самотечная отопительная система может быть однотрубная или двухтрубная.

• котла;
• контура (расширительного бака, труб, соединительных элементов, вентилей);
• теплоносителя (воды или антифриза);
• отопительных приборов (конвекторов, радиаторов, теплых полов).

Основное преимущество естественной циркуляции — независимость от остальных коммуникаций. Если в доме установлен котел на дровах, отопление получается полностью независимым даже от поставок электроэнергии (нет насоса), что совсем немаловажно в некоторых регионах. Но подобные схемы пригодны только для небольших площадей, так как общая длина контура не может быть больше, чем 30 м.

Когда котел работает на полную мощность, вода получается очень горячая, с невысокой плотностью. В отопительных приборах температура теплоносителя снижается, плотность повышается. Таким образом, скорость потока зависит от температуры воды на выходе из котла и скорости ее остывания в радиаторах. Если в помещении очень холодно, вода остывает быстро, поток ускоряется. При повышении температуры воздуха вода остывает медленнее, скорость потока снижается.

Можно смонтировать как однотрубную, так и двухтрубную самотечную отопительную систему, но только с вертикальной разводкой.

Одноконтурная самотечная система отопления

Однотрубное самотечное отопление можно монтировать только с вертикальной разводкой и с последовательно присоединенными радиаторами. В доме с одним этажом подобная схема более эффективна, чем в двухэтажном. Горячая вода из расширительного бака течет сверху вниз и наполняет отопительные приборы. Если этаж один, то разница в температуре в радиаторах незначительная.

В двухэтажном варианте на втором этаже радиаторы более горячие, чем на первом. Чтобы как-то уравновесить температуру, можно на первом этаже установить более объемные отопительные приборы. Такая схема не предусматривает монтаж регулировочных кранов — если перекрыть воду на одном радиаторе, уменьшится ее поток и в других. Это значит, что невозможно в помещениях регулировать температуру. Кроме того, нельзя отключить отопление на одном из этажей.

Эффективность отопления можно повысить, если установить байпас (замыкающий участок). Диаметр у байпаса может быть такой же, как у трубопровода, идущего к радиаторам верхнего этажа, или на 1−2 миллиметра меньше. Если диаметры одинаковые, то в трубопроводе требуется вентиль или трехходовой кран. Эта арматура позволяет регулировать скорость потока в зависимости от потребностей. Например, если нужна одинаковая температура во всех помещениях, то вентиль открывается, и часть воды (мимо радиаторов второго этажа) направляется на первый этаж. В результате она имеет более высокую температуру, чем при отсутствии вентиля.

Трехходовой кран — современный вариант вентиля, который можно оснастить электроприводом и контроллером для определения температуры воздуха или теплоносителя. При малейших изменениях он отдает команду трехходовому крану на увеличение или снижение объема подачи теплоносителя на радиаторы верхнего этажа.

Нормы температуры воздуха и факторы, влияющие на неё, подробно изложены в данном материале: https://teplo.guru/normy/temperatura-v-kvartire.html

Но можно обойтись и без вентиля, и без трехходового крана, если диаметр байпаса на размер меньше, чем у трубы, по которой идет теплоноситель к радиаторам верхнего этажа. Вода, которая поступает сверху, делится на два отдельных потока. Если диаметры одинаковые, вода перестанет поступать в радиаторы верхнего этажа — весь поток направится вниз — по пути меньшего сопротивления.

Особенности монтажа и преимущества однотрубной гидравлической системы отопления:

• низкая стоимость материалов, создания и обслуживания;
• нет необходимости приобретать насос и тратить электроэнергию;
• срок эксплуатации достигает 40 лет;
• простой ремонт (практически все поломки можно устранить самостоятельно);
• система способно саморегулироваться, поэтому достаточно теплоустойчива.

При монтаже следует особое внимание уделить разнице по высоте между радиаторами и котлом, а так же углу уклона контура. Уклон должен быть таким, чтобы на каждый метр приходилось 5−10 мм, что обеспечит надлежащую скорость теплоносителя и выход воздуха из системы. Большое значение имеет и диаметр труб— чем он больше, тем меньше гидравлическое сопротивление и выше скорость потока. Кроме того, желательно при монтаже использовать минимум арматуры (она снижает скорость потока).

Самотечное двухтрубное отопление

По направлению движения теплоносителя двухконтурные системы делятся на: с попутным движением и тупиковые. В тупиковом варианте горячий и остывший теплоноситель движется в разных направлениях. При использовании подобной схемы монтажа длина колец циркуляции получается не одинаковой. Это значит, что для самых дальних отопительных приборов кольцо гораздо длиннее, чем для тех, которые находятся по-близости от котла. Поэтому те радиаторы, которые ближе к стояку, греются лучше.

При использовании схемы с попутным движением воды все кольца циркуляции получаются одинаковыми по длине, поэтому радиаторы прогреваются одинаково. Но такие схемы используются редко из-за большого расхода трубных материалов. Чаще всего стараются улучшить характеристики тупиковой системы путем монтажа двух или нескольких контуров вместо одного.

Двухтрубная система — это два отдельных трубопровода, проведенные параллельно: один для горячей воды (от котла), второй — для охлажденной (прошедшей через отопительные приборы). Отопление с применением двух контуров можно установить, если использовать верхнюю разводку и трубы с диаметром 32 мм или более.

Вода от котла поднимается в распределительный бак, из которого спускается к отопительным приборам самотеком. Если диаметр трубопровода слишком маленький, создается высокое гидравлическое сопротивление, которое препятствует циркуляции.

Особенности монтажа

От котла монтируется труба, соединяющая его с расширительным баком, который установлен на утепленном чердаке или под потолком в одном из помещений верхнего этажа. Для того, чтобы снизить потери тепла, стояк желательно утеплить. От нижней части бака отходит труба с горячей водой, соединенная с радиаторами. В баке так же должен быть отвод, через который уходит в канализацию лишняя вода. От каждого отопительного прибора отводится труба, по которой удаляется охлажденная вода, и присоединяется к отводящему контуру, направленному к котлу. Оба контура (подающий и отводящий) монтируются параллельно.

Существуют так же схемы устройства двухконтурной гравитационной системы с нижней разводкой, но они практически не используются. Во многом они схожи со схемами верхней разводки, поэтому требуют большого количества труб. Стояки приходится монтировать в жилых помещениях, поэтому теряются все преимущества нижней разводки. Кроме того, на радиаторах необходимо устанавливать спускники воздуха. При использовании этих схем в систему монтируются расширительные баки, которые сообщаются с внешней средой и забирают из нее воздух. Поэтому стравливать воздух приходится каждую неделю, а иногда даже чаще.

Преимущества и недостатки

К преимуществам относится:

• энергонезависимость;
• простота и легкость монтажа;
• легкий и быстрый ввод;
• отсутствие вибрации и шума, создаваемого насосом;
• длительный срок эксплуатации;
• простое обслуживание;
• высокая ремонтнопригодность;
• саморегуляция (при понижении температуры воздуха скорость потока увеличивается).

• ограничение объема отапливаемых помещений;
• высокая инертность;
• необходимость соблюдать при монтаже уклон;
• разводка трубопроводов может быть только открытая;
• необходимость постоянно контролировать уровень теплоносителя в расширительном баке;
• невысокий КПД, что увеличивает расходы на отопление;
• необходимость в монтаже трубопровода с большим диаметром;
• опасность замерзания (низкая скорость потока).

Двухконтурную самотечную отопительную систему нельзя установить в доме без подвала достаточной глубины. Если расстояние (по высоте) от центра котла до отопительных приборов первого этажа меньше, чем 3 метра, радиаторы греться не будут. Так же не стоит монтировать сложную систему в небольшом одноэтажном доме, в котором вполне можно обойтись однотрубной самотечной конструкцией.

Перед тем, как выбрать схему разводки отопительной системы, стоит узнать и о преимуществах применения насоса:

• возможность использовать трубы с маленьким диаметром;
• насос предотвращает перепады температуры в системе;
• можно регулировать температуру теплоносителя при помощи регулировки скорости потока.

Но циркуляционный насос сделает отопление зависимым от подачи электроэнергии и создаст определенный уровень шума в доме.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией своими силами

Обустраивая отопление небольшого загородного домика или коттеджа, в первую очередь задумываются об экономичности, простоте и максимальной надежности. Чаще других встречается система отопления с естественной циркуляцией, удовлетворяющая всем вышеназванным критериям.

Принудительная циркуляция теплоносителя по трубным магистралям осуществляется посредством работающего насоса, который устанавливается на участке теплотрассы. Благодаря такому взаимодействию обеспечивается постоянное и более быстрое перемещение жидкости. Недостатком становятся затраты на дополнительное оборудование.

• 1 Подробнее о естественной циркуляции
• 2 Вводное видео
• 3 Основные плюсы
• 4 Типовая схема
• 5 Рассчитываем мощность своими силами
• 6 Выбираем схему разводки для систем с естественной циркуляцией
  • 6.1 Что влияет на скорость циркуляции ?

Подробнее о естественной циркуляции

Чтобы обустроить отопительную систему с естественной циркуляции, в насосе нет никакой необходимости. Плотность нагретой воды ниже чем у холодной, за счет чего происходит выталкивание одной жидкости другою. Теплоноситель, двигаясь по магистрали, отдает часть тепла радиаторам и постепенно остывает, возвращаясь обратно и вытесняя более теплую и легкую воду в трубы. Цикл повторяется снова.

Данный процесс нельзя будет остановить до тех пор, покуда котел греет. Систему с естественной циркуляцией можно в любой момент времени оснастить насосом и запускать его по мере необходимости для равномерного и быстротечного прогрева помещений.

Вводное видео

Основные плюсы

Одно из достоинств, которыми обладают подобные системы, является экономичность. Затраты на обустройство и обслуживание сводятся к минимуму.

Присутствие насоса повлечет за собой дополнительные траты за электроэнергию. Его отсутствие наоборот даст возможность сэкономить. Такие системы абсолютно бесшумны и не вызывают лишних вибраций.

Среди других преимуществ можно выделить:

• Способность к саморегулированию
• Тепловая устойчивость
• Продолжительный срок безотказной работы – 30 лет
• Высокая ремонтопригодность

Типовая схема

Если рассматривать более подробно контур с естественной циркуляцией теплоносителя, он будет содержать следующий набор элементов:

1. Расширительный бачок, который располагают в самой верхней точке
2. Отопительные радиаторы
3. Трубопровод (двойной, одинарный)
4. Котельное оборудование, нагревающее теплоноситель

Сила и скорость, с которыми теплоноситель будет циркулировать по отопительной системе, зависят от веса, объема и плотности горячей жидкости. Немаловажную роль оказывают внутренние поверхности труб, от которых зависит коэффициент сопротивления, и высота расположения отопительных батарей относительно котла.

Особые требования предъявляются к горизонтальным трубопроводам. Они должны иметь обязательный уклон около 5 мм на метр по направлению движения. Только в этом случае остывшая жидкость будет стремиться обратно к котлу.

Необходимо постараться, чтобы на пути теплоносителя было меньше элементов, способных увеличить сопротивление. Многочисленную запорную арматуру, разветвления и изломы приходится компенсировать большим диаметром трубы.

Возможно вас так же заинтересует оригинальный способ отопления производственных помещений

Рассчитываем мощность своими силами

Начиная обустраивать систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо определить мощность устанавливаемого котла отопления. Провести расчеты можно одним из двух методов:

1. По объему
2. По площади

Следует сказать, что оба варианта расчета дают приблизительные результаты при идеальных условиях. Если дом не утеплен, необходимо приобретать оборудование с небольшим запасом. В свою очередь для энергосберегающих построек достаточно принять значение мощности 60 Вт на квадрат.

Рассчитываем мощность по объему

Наиболее точным является расчет по объему отапливаемого помещения. Вначале необходимо высчитать данную величину и умножить на 40 Вт. Далее вводятся поправочные коэффициенты:

1. Для частного дома, граничащего с улицей сверху и снизу, рекомендуется умножать результат на 1.5
2. Если комната располагается около утепленной стены, значение умножается на 1.1, около неутепленной – 1.3
3. Для каждой двери, выводящей на улицу, прибавляется 150-200 Вт
4. Для каждого окна прибавляется 70-100 Вт в зависимости от его размера

Рассчитываем мощность по площади

Самая простая методика рассчитать мощность котла, который рекомендуется в СНиП – по площади. Предполагается, что на каждые 10 кв. м. необходимо 1 кВт мощности. Таким образом общую площадь дома следует умножать на 0.1.

Необходимо принимать во внимания коэффициенты для различных территориальных районов:

• Крайний Север – 1.5-2
• Средняя полоса – 1.2-1.4
• Южные районы страны – 0.8-0.9

Выбираем схему разводки для систем с естественной циркуляцией

Существует огромное множество схем, согласно которым можно реализовать естественную регуляцию. Но все они делятся на 2 категории:

Несмотря на более сложный монтажный процесс, распространение получила именно двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Жидкость транспортируется по двум трубам: одна прокладывается вверху и по ней течет разогретая вода, вторая внизу и течет остывшая вода.

Чтоб самостоятельно соорудить простой двухтрубный контур, можно придерживаться следующей инструкции:

• Вначале выбирается место, в котором будет размещаться накопительный агрегат
• Над котлом устанавливается расширительный бачок, вместе они соединяются вертикальной трубой, которую оборачивают в теплоизоляционный материал
• На уровне 1/3 расширительного бочка происходит врезание верхней трубы для транспортировки разогретого теплоносителя

• Замеряв расстояние от пола до самой верхней точки, необходимо на высоте примерно 2/3 сделать врезание к разводке
• Ближе к верху расширительного бачка врезается вторая труба – переливная, посредством которой в канализацию будет происходить удаление излишков
• Затем необходимо пустить трубы к радиаторам
• Батареи соединяются с нижним водопроводом, прокладка которого должна вестись параллельно верхнему

Необходимо постараться максимально точно расположить трубы в системе отопления с естественной циркуляцией и обеспечить оптимальную разницу высот между радиаторами и котлом. Последний следует располагать ниже батарей, поэтому предпочтение отдается напольным устройствам, которые размещают в специальном углублении или подвале.

Чердачное помещение придется утеплить. Если в нем будет слишком холодно, возможно замерзания жидкости в трубах.

Рассмотрим еще несколько правил, которых следует придерживаться:

1. Верхнюю трубу рекомендуется пускать с незначительным уклоном – 6-7 градусов
2. По возможности, котел устанавливают значительно ниже отопительных приборов
3. Нужно выбирать трубы из металлопласта или на основе полимеров с внутренним диаметром 32 мм

Балансировать двухтрубное отопление, если трубы подобраны правильно, не требуется. Тем не менее установить на подводках к каждой батарее дроссели следует в обязательном порядке. Также стоит отметить высокие первоначальные затраты на прокладку сразу двух контуров и продолжительность затраченного времени на проведение работ.

Чтобы сократить монтажные затраты, выбирают вариант с прокладкой всего одной трубы. В этом случае получается циклический замкнутый контур, соответствующий следующим условиям:

1. Радиаторы должны врезаться параллельно основному кольцу, а не разрывать его в определенных точках
2. Необходимо снабдить воздушником каждую из батарей. Такое решение предоставит возможность стравливать воздух на одном конкретном участке
3. Для выравнивания температуры рекомендуется устанавливать термоголовки и дроссели

Популярностью пользуется закрытая однотрубная система отопления с естественной циркуляцией. В конкретном случае можно будет пренебречь расширительным бачком, полностью изолировав теплоноситель.

Что влияет на скорость циркуляции ?

Если в принудительной системе скорость циркуляции теплоносителя по трубам зависит от производительности насоса, здесь дела обстоят иначе. Чтобы ее увеличить, необходимо придерживаться ряду правил:

• Следует оптимально подбирать запорную арматуру и следить за переходами диаметров труб
• Многообразные повороты могут становиться непреодолимым препятствием, поэтому их количество сводят к минимуму, стараясь сделать все участки прямолинейными

1. Наиболее подходящий внутренний диаметр труб – 32-40 мм
2. Внутренняя поверхность труб должна быть идеально ровной и не скапливать на себе отложения, стальные изделия рассматривать не стоит

Видео рабочей системы

Обустройство отопительных систем с естественной циркуляцией требует определенной подготовки, умений и знаний. Но чтоб оставаться уверенным в ее работоспособности, стоит осуществить врезание насоса, включение которого будет происходить в случае необходимости.

Система водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Процесс отопления происходит по следующей схеме. Вода, нагретая в отопительном котле, как более легкая, поднимается по главному стояку вверх, поступает в разводящие магистральные трубопроводы, а из них через подающие стояки — в нагревательные приборы (радиаторы). Отдавая тепло, вода в радиаторе остывает, становится более тяжелой и через трубы обратной разводки, соединенной со стояком, опускается вниз, поступает в нагревательный котел и своей массой вытесняет нагретую воду из котла вверх — в главный подающий стояк.

Схемы устройства водяного отопления показаны на рис. 2,3. Пока нагревательный котел работает, этот процесс непрерывно повторяется и в результате в системе происходит циркуляция воды. Таким образом, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости. Например, плотность воды при 40 °С составляет 992,24 кг/м3, при 70 °С — 977,8 кг/м3, при 95 °С — 961,9 кг/м3.

Циркуляционное давление зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности горячей и охлажденной воды.

Рис. 1. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с верхней разводкой: 1 — отопительный котел; 2 — главный стояк; 3 — расширительный бак; 4 — переливная труба; 5 — разводящий трубопровод; в — стояки горячей воды; 7 — радиаторы; 8 — вентиль ручной; 9 — обратные стояки; 10 — обратная линия.

Кроме того, циркуляционное давление зависит еще от высоты расположения нагревательных приборов (радиаторов) над котлом. Чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление. Поэтому в системах водяного отопления нагревательные приборы, расположенные на верхнем этаже, прогреваются лучше, чем приборы на нижнем этаже. Ясно, что в двухтрубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с отопительным котлом или ниже его, нагреваться практически не будут. Для таких систем, как показывает практика, наименьшее расстояние между центром нагревательных приборов, расположенных на первом этаже, и центром отопительного котла должно быть не менее 3 м. Поэтому котельная для такой системы должна располагаться в подвале. Указанного недостатка лишены однотрубные системы отопления, так как гидростатический напор, заставляющий циркулировать воду в системе, будет образовываться из-за охлаждения воды в трубопроводах, подводящих нагретую воду к радиаторам, а также отводящих охлажденную воду от радиаторов к отопительному котлу. Охлаждение указанных трубопроводов приносит двойную пользу.

Во-первых, способствует созданию гидростатического напора, а во-вторых, дополнительному обогреву помещения. Поэтому трубопроводы прокладывают открыто и не изолируют. Что касается главного трубопровода (подъемного стояка горячей воды), то его, наоборот, надо тщательно теплоизолировать. Охлаждение воды в этом стояке приводит к снижению температуры и увеличению плотности воды, а это, как мы знаем, приводит к уменьшению гидростатического напора.

Рис. 2. Схема водяного отопления с естественной циркуляцией. Вариант с нижней разводкой: 1 — отопительный котел; 2 — разводящий трубопровод; 3 — стояки горячей воды; 4 — расширительный бак; 5 — переливная труба; 6 — труба отвода воздуха; 7 — радиаторы; 8 — вентиль ручной; 9 — обратные стояки; 10 — обратная линия.

Количество тепла, отдаваемого помещению нагревательными приборами, зависит от количества поступающей в прибор воды и ее температуры. В свою очередь, количество воды, которое может быть пропущено через трубопровод к прибору, зависит от циркуляционного давления, заставляющего воду двигаться по трубе. Чем больше циркуляционное давление, тем меньше может быть диаметр трубы для пропуска определенного количества воды, и наоборот, чем меньше циркуляционное давление, тем больше должен быть диаметр трубы. Чтобы система отопления действовала нормально, требуется еще одно условие: циркуляционное давление должно быть достаточным для преодоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода. Вода при своем движении в системе отопления встречает сопротивления, вызываемые трением воды о стенки труб, а кроме них, еще и местные сопротивления, к которым относятся отводы, тройники, крестовины, краны, нагревательные приборы, вентили и другие элементы системы отопления. Величина местного сопротивления зависит от скорости воды, а скорость воды — от изменения сечений и направления движения воды в разводящих трубопроводах.

Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра и длины трубопровода и скорости воды (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление — в четыре раза). Чем меньше диаметр и больше длина трубопровода и чем выше скорость воды, тем большее сопротивление создается на пути воды, и наоборот. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает. Часто можно заметить, что диаметр трубы дальнего от котла стояка больше, чем ближайшего. Рассчитывая расстояния и диаметры труб, можно уравнять сопротивление и количество перемещаемой в системе воды.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя в малоэтажных домах величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах, следовательно, диаметры трубы должны быть большими. Применение системы с естественной циркуляцией может оказаться экономически невыгодным, они оправданы лишь для небольших домов.