Отопление с естественной циркуляцией своими руками. Монтажные схемы контуров. Сколько должно быть радиаторов

Одной из самых простых является система отопления с естественной циркуляцией. Однако эта простота при отсутствии надлежащего опыта работ с такими системами может «вылезти боком» в процессе эксплуатации.

Отопление с естественной циркуляцией было широко распространено еще десяток лет назад в загородных небольших домах и некоторых квартирах с индивидуальным отоплением. Сейчас же рынок «завоевывают» системы с принудительной циркуляцией теплоносителя, благодаря возможностям, которые они предоставляют.

Но поговорим все же про водяное отопление с естественной циркуляцией.

Конструкционные особенности системы

Системы отопления с естественной циркуляцией включают в свой состав:

• отопительный котел, нагревающий воду;
• подающий трубопровод, «поставляющий» горячую воду к отопительным приборам (радиаторам);
• обратный трубопровод, по которому вода возвращается в котел;
• нагревательные приборы - радиаторы, отдающие тепло в окружающую среду;
• , предназначенный для компенсации температурного расширения жидкости.

Принцип действия системы

Вода, нагреваясь в котле, поднимается вверх по центральному стояку и по подающему трубопроводу поступает в радиаторы отопления (нагревательные приборы), где отдает часть своего тепла. Далее уже охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел и снова нагревается. Затем цикл повторяется, обеспечивая комфортную температуру в отапливаемом помещении.

Для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя (обычно воды) в системе горизонтальные части трубопровода монтируются с уклоном не менее 1 см на погонный метр длины горизонтального участка системы отопления.

Горячая вода, вследствие уменьшения своей плотности при нагревании, поднимается по центральному стояку вверх, выдавливаемая холодной водой, возвращающейся в котел. Далее самотеком растекается по подающему трубопроводу к радиаторам отопления. После «пребывания» в них вода также самотеком стекает обратно в котел, вновь выдавливая вверх уже нагретую в котле воду.

Воздух, попавший с теплоносителем в систему, может создать воздушную пробку в радиаторах отопления, но, зачастую, в таких системах отопления с естественной циркуляцией пузырьки воздуха благодаря уклонам трубопровода «путешествуют» вверх и выходят в расширительный бачок открытого типа (бак, контактирующий с атмосферным воздухом).

Расширительный бачок предназначен для поддержания постоянного давления в системе отопления, благодаря тому, что он заполняется увеличившимся при нагревании объемом теплоносителя, который затем «отдает» обратно в систему при понижении температуры жидкости.

Делаем выводы!

Итак! Подъем воды в системе (стояке к подающей трубе) осуществляется благодаря разнице между плотностями нагретой и охлажденной жидкости. Движение же (циркуляция) поддерживается еще и благодаря гравитационному давлению (обратная труба).

При движении теплоносителя по трубопроводу в системе отопления с естественной циркуляцией на жидкость действуют силы сопротивления:

• трение жидкости о стенки труб (для снижения используются трубы большого диаметра);
• изменение направления движения жидкостью на поворотах, ответвлениях, каналах отопительных приборов (радиаторов).

Основные физические параметры системы отопления с естественной циркуляцией

Циркуляционный напор Рц - физическая величина, определяемая разностью высот центров котла и самого нижнего отопительного прибора (радиатора).

Чем больше разница высот (h) и разница плотностей нагретой (ρ г) и охлажденной (ρ о) жидкостей в системе, тем более качественная и стабильная будет циркуляция теплоносителя.

Р ц =h(ρ о -ρ г)=м(кг/м 3 -кг/м 3)=кг/м 2 =мм.вод.ст.

«Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.

Если допустить, что температура теплоносителя в системе отопления «делает прыжок» между центрами приборов (котла и радиаторов), то есть верхняя часть системы содержит более горячую воду, чем нижняя часть системы.

Плотность (ρ г)(ρ г).

Отсекаем (мысленно) верхнюю часть на схеме контура и… Что мы видим? Знакомую картину со школы - два сообщающихся сосуда, находящиеся на разном уровне. А это приведет к тому, что жидкость с более высокой точки по действием гравитационной силы будет перетекать в более низкую.

Вследствие того, что отопительная система представляет собой замкнутый контур, то вода не выплескивается, а просто стремиться выровнять свой уровень, что приводит к выталкиванию нагретой воды вверх и к дальнейшему ее «самостоятельному гравитационному» пути по системе отопления.

Вывод таков! Основополагающим показателем циркуляционного напора является разница высот установки котла и последнего (нижнего) в системе радиатора. Поэтому в системах отопления частных домов котлы по возможности располагают в подвалах, соблюдая предельную высоту в 3 м.

В квартирных вариантах котлы стараются «углубить» до плиты перекрытия, соответственно «пожарообезопасив» «гнездо» посадки котла в пол.

Согласно формуле, приведенной выше, на циркуляционный напор существенной влияние оказывает и разница плотностей холодной и горячей воды в системе.

Система отопления с естественной циркуляцией является саморегулируемой системой, то есть, например, при повышении температуры нагрева теплоносителя естественным образом (см. формулу) увеличивается циркуляционный напор и, соответственно, расход воды.

При низкой температуре в отапливаемом помещении разница плотностей воды большая и циркуляционный напор достаточно большой. При прогреве помещения теплоноситель уже не так остывает в радиаторах, и разница плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя уменьшается. Соответственно уменьшается и циркуляционный напор, уменьшая «расход» воды.

Охладился воздух в помещении? Например, кто-то открыл двери на улицу. Разница плотностей опять возросла, увеличив напор воды.

Недостатки и преимущества систем отопления с естественной циркуляцией

К недостаткам с естественной циркуляцией можно отнести:

• Небольшое циркуляционное давление, которое определяет ограниченное использование таких систем отопления - небольшой горизонтальный радиус действия (до 30 м).
• Большая инертность системы отопления, обусловленная большим объемом теплоносителя в системе и низким циркуляционным давлением.
• Вероятность замерзания воды в , который, обычно находится в холодном (неотапливаемом) чердачном помещении.

Основным преимуществом таких систем является энергонезависимость котлов на твердом топливе. То есть такие системы можно использовать в домах, где отсутствует электроснабжение. Большая инертность системы из-за достаточно большого объема теплоносителя в системе может играть как положительную (некое подобие теплового аккумулятора при «потухшем» котле), так и отрицательную роль - значительное время изменения температуры системы, особенно на стадии запуска.

Виды схем отопления с естественной циркуляцией

Какую систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя Вы выберете? Надеемся правильную!

Видео: циркуляция теплоносителя в системе отопления

Система отопления частного дома способна работать, не потребляя никакой дополнительной энергии, кроме как на работу отопительного котла. Такая система отопления с естественной циркуляцией называется еще самотечной или гравитационной. Все эти названия обозначают принцип, по которому работает такая схема – без применения циркуляционного насоса.

Принцип работы

Как и все вещества, вода при нагревании расширяется, а плотность ее становится меньше. После нагрева в отопительном котле вода попадает в систему, где стремится подняться вверх, вытесняя собой уже охлажденный объем. Постепенно остывая, она самотеком проходит по сети отопления через весь дом и возвращается в котел. Там она повторно нагревается, и циркуляция повторяется снова.

Основные моменты

Схема с естественной циркуляцией не содержит механических элементов, что гарантирует ее длительный срок службы

• Схема не содержит механических и электронных элементов, которые могут выйти из строя, что гарантирует ее длительный срок службы. При использовании труб, не подверженных коррозии, отопление будет работать не менее 50 лет.
• Общий принцип при разработке систем с естественной циркуляцией теплоносителя – в нижней части системы, ниже радиаторов.
• Отсутствие насоса, перекачивающего теплоноситель, означает, что естественный перепад давления в системе невелик. Для надежной работы необходимо учесть, что длину петли отопления не стоит делать больше, чем 30-50 метров, иначе не будет обеспечена циркуляция. Это ограничивает возможную отапливаемую площадь.
• Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией имеет большую инерцию при запуске. Нормальная работа отопления может начаться только через несколько часов после запуска котла, после того, как он прогреет весь объем теплоносителя. А циркуляция теплоносителя поначалу из-за невысокой температуры будет происходить достаточно медленно.
• Горизонтальные участки системы монтируются с учетом обязательного наклона по ходу движения остывающего теплоносителя. При этом обеспечивается естественный сбор воздушных пробок наверху сети. Там устанавливается расширительный бак для его сбора.
• Отсутствие электронасоса гарантирует энергонезависимость системы.

Саморегуляция

Правильно смонтированная схема отопления с естественной циркуляцией – система саморегулирующаяся. Чем ниже в доме температура, тем быстрее работает отопление. Чем больше разница в температуре поступающего в котел теплоносителя и выходящего из него, чем больше разница в высоте между последним в цепочке радиатором и котлом, тем быстрее происходит , тем качественнее происходит отопление дома.

Поэтому для эффективной работы отопления котел часто располагают в подвальных помещениях или цокольных этажах.

Скорость циркуляции

Кроме упомянутых уже факторов, циркуляция теплоносителя, а значит, скорость прогревания дома, будет зависеть еще от ряда показателей:

• Диаметр теплоснабжающих труб. С уменьшением диаметра трубы замедляется естественный ход теплоносителя. Поэтому для систем с самотечной циркуляцией используются трубы достаточно большого диаметра – 32-40 мм.
• Материал труб. Различные материалы оказывают разное сопротивление протекающим в них жидкостям. Так, у стали этот показатель больше, у полипропилена меньше. Кроме того, осадки и коррозия, возникшие даже в незначительных размерах, сильно препятствуют плавному течению теплоносителя, завихряя и замедляя его.
• Количество и диаметр изгибов труб. При каждом изменении направления движения скорость теплоносителя падает. Поэтому количество поворотов необходимо минимизировать, а их диаметр делать как можно большим.
• Тип и количество запорной аппаратуры. Каждое препятствие на пути теплоносителя замедляет его естественный ход, поэтому запорную аппаратуру необходимо устанавливать только там, где она действительно необходима.

Выбор котла

На практике схема с естественной циркуляцией часто работает в комплекте с котлами, не требующими для своей работы электричества.

Газовые энергонезависимые котлы «Конорд» (Ростов-на-Дону)

В продаже можно найти газовые энергонезависимые котлы, в том числе и российского производства, например «Конорд» (Ростов-на-Дону) или универсальные энергонезависимые котлы «Дон» того же производителя, которые успешно работают без электроэнергии. Многие зарубежные производители тоже выпускают котлы, подходящие для работы в самотечных системах. Так, модель Novella Autonom итальянской фирмы Bertta прекрасно зарекомендовала себя при работе в отечественных условиях.

Требуемая для эффективной работы тепловая мощность котла вычисляется так же, как и для других систем.

По площади

Самый распространенный способ – расчет по величине площади, которую требуется обогреть. Если высота потолков не превышает 2,7 метра, дом надежно утеплен, то можно исходить из простого соотношения – каждый киловатт мощности котла должен обогревать не более 10 квадратных метров помещений. В южных регионах эту величину можно безболезненно уменьшить на 10-20%, в северных придется увеличить на 20-30%, а для районов Крайнего Севера – увеличить в полтора-два раза.

По объему с учетом дополнительных факторов

Более точный расчет основан на учете отапливаемого объема:

Учитывая объем отапливаемого помещения можно сделать более точный расчет

• Расчет ведется для каждой комнаты и коридора отдельно, а затем результаты складываются.
• На каждый кубический метр объема комнаты берется 40 Ватт мощности котла.
• Коэффициенты, учитывающие регион нахождения дома, берутся такими же, как и в расчете по площади.
• Каждый оконный проем стандартной величины добавляет к расчету 100 Ватт, а каждая дверь – 200 Ватт.
• Если комната находится у внешней стены дома, то требуемую мощность для ее отопления необходимо увеличить на 10-30% в зависимости от материала и толщины стены.
• Контакт потолка или пола комнаты с неотапливаемым пространством добавляет еще 40% к требуемой мощности.

Выбор схемы разводки

Самотечная система с естественной циркуляцией может быть выполнена в двух вариантах:

• однотрубная схема;
• двухтрубная схема.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией является самой простой – теплоноситель проходит по единственной трубе через все радиаторы ветви, возвращаясь в тепловой котел.

В двухтрубной системе естественный поток теплоносителя происходит по двум контурам. По теплоснабжающему контуру он попадает в каждый радиатор отдельно и из него переходит в общий возвратный контур, ведущий обратно к котлу.

Выбор радиаторов

Главное в монтаже систем с естественной циркуляцией – обеспечить минимальное сопротивление движению теплоносителя. Поэтому циркуляция будет хорошей только при установке радиаторов с большим просветом:

Чугунный радиатор Панельный радиатор

• Самое маленькое сопротивление – у классических , с которыми самотечная система работает практически идеально.
• Алюминиевые и биметаллические радиаторы показывают хорошие результаты только при внутреннем диаметре не менее, чем в три четверти дюйма.
• Можно устанавливать с достаточным внутренним проходным диаметром.
• Нельзя использовать панельные батареи. В любой своей модификации они имеют небольшой внутренний диаметр и сильно замедляют естественный поток теплоносителя.

Подключение радиаторов

Важным элементом качества работы системы является тип подключения радиаторов:

• вертикальный или боковой;
• диагональный;
• горизонтальный или нижний.

Боковое подключение

Диагональное подключение

Нижнее подключение

Меньшее количество тепловых потерь обеспечивает диагональное подключение, когда циркуляция происходит между верхним патрубком радиатора и его диагонально противоположным нижним. Чуть менее эффективно работает боковое подключение, когда теплоноситель поступает в верхний патрубок радиатора, а выходит из расположенного под ним же нижнего. Самое большое количество теплопотерь получается при нижнем подключении, при котором циркуляция происходит через нижние патрубки радиатора.

Наибольшее влияние на качество отопления имеет и , особенно если выбрана однотрубная система отопления с естественной циркуляцией:

• прямое;
• с байпасными линиями.

При прямом соединении теплоноситель проходит все радиаторы по цепочке один за другим, все больше остывая на каждом из них. На последнем радиаторе температура теплоносителя уже значительно отличается от первого, и для эффективного отопления дальних комнат приходится наращивать количество секций в приборах.

Значительно уменьшен этот недостаток в том случае, если вход и выход на каждом радиаторе соединен байпасом – трубой, позволяющей части потока протекать мимо радиатора и меньше остывать при движении вдоль сети отопления.

В системе с естественной циркуляцией игольчатый клапан должен быть открыт

Если установить в байпасной линии регулируемый игольчатый клапан, то можно управлять потоками теплоносителя через радиатор и через байпас. Чем больше теплоносителя будет проходить через радиатор, тем быстрее он нагреется, однако, такая настройка влечет за собой все указанные выше недостатки в виде неравномерного прогрева системы. Обычно этот клапан оставляют полностью открытым. Тогда самотечная система самостоятельно распределяет потоки нужным образом, циркуляция нормализуется, и большая часть теплоносителя приходит к последним радиаторам лишь незначительно остывшей.

Кроме того, для того чтобы получить возможность отключения радиаторов для их ремонта, замены или регулировки температуры в комнате, перед радиатором и после него необходимо установить запорные краны.

Выбор труб

Как уже было сказано ранее, выбор труб имеет большое значение при проектировании самотечной системы:

• Наиболее предпочтительными оказываются трубы из армированного полиэтилена. Но они не приспособлены к работе с высокими температурами, предельная температура для них 95 градусов Цельсия.
• Металлопластиковые трубы хорошо переносят высокую температуру, но соединяются между собой при помощи фитингов, которые значительно заужают просвет и оказывают большое сопротивление движению теплоносителя.
• Трубы из PPS-пластика имеют более высокую предельную температуру, чем полиэтиленовые – до 110 градусов Цельсия, но они стоят дороже.

Выбор труб зависит и от типа котла, который обеспечивает отопление дома. Твердотопливные котлы выдают настолько высокую температуру, что надежно работать в такой системе смогут только металлические трубы: стальные, нержавеющие или медные.

Выбор теплоносителя

В системах с естественной циркуляцией можно применять в качестве теплоносителя воду или низкозамерзающие составы – .

Применение в качестве теплоносителя антифризов имеет ряд предостережений

Если планируется использовать антифриз, то необходимо предусмотреть следующие моменты:

• Теплоотдача антифризов ниже, чем у воды. Поэтому для эффективного отопления размер радиаторов необходимо предусмотреть больший, чем получается при расчете системы с водой, на 10-15%.
• Антифризы при перегреве образуют обильные отложения и осадки. Если схема отопления частного дома с естественной циркуляцией длительно вынуждена работать при больших температурах теплоносителя, то велик риск полного зашлаковывания теплообменника.
• Составы, предназначенные для работы в системах охлаждения автомобилей, абсолютно не пригодны для применения в системах отопления. Необходимо использовать специальные составы: Термотраст, Dixis, Hotpoint и им подобные.
• Антифризы не могут применяться в сетях с открытым расширительным баком.
• При проектировании системы следует уточнить, может ли выбранный котел работать с антифризом.

Вода в качестве теплоносителя имеет лишь один серьезный недостаток – более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания, что при отсутствии контроля за работой системы может привести к ее перемерзанию и разрывам труб и радиаторов.

У воды более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания

Заключение

Самотечная система отопления частного дома – не самый эффективный способ обеспечить отопление дома, но порой единственно возможный. Если в местной электросети возможны отключения, при полном отсутствии электроснабжения ей нет никакой альтернативы. Даже если пропадание электричества происходит редко, то будет правильным решением выстроить сеть теплоснабжения по этой схеме и снабдить ее электронасосом. Тогда вы точно гарантируете себе надежное автономное отопление, не зависящее ни от каких внешних факторов.

Самые интересные статьи из рубрики.

Система отопления с естественной циркуляцией на сегодняшний день считается самой простой и популярной среди владельцев квартир и одноэтажных частных домов. Очевидным преимуществом является длительный срок службы: при правильной эксплуатации долговечность достигает 40 лет без необходимости ремонта. Кроме того, есть возможность установить ее своими руками, прибегнув к уже существующим схемам.

Какое топливо удобнее?

В случае если в качестве топлива используется газ, то отопление с естественной циркуляцией основано на принципе отбора воздуха из помещения в открытую горелку и отвода продукта сгорания в вентиляционные ходы. В данном случае для котла понадобится помещение от 4м2 с хорошей вентиляцией (окнами и дверью).

Поэтому такая схема не слишком удобна. Намного чаще применяется закрытая или открытая система водяного отопления с естественной циркуляцией, которую можно провести своими руками.

В многоэтажных домах часто используется однотрубная система. В основном используется схема с замыкающими участками, когда из стояка часть воды идет вверх, часть – вниз, благодаря замыкающему участку, что обеспечивает баланс температур между нижними и верхними этажами. Система работает благодаря разнице в диаметре труб подключения и трубы замыкающего участка (на размер меньше). Двухтрубная система в сравнении с однотрубной – менее компактна и удобна в монтаже.

Недостатки

Во-первых, сокращенный радиус: он составляет не больше 30 м относительно горизонтали. Недостаток вызван такими факторами, как низкое давление циркуляционного типа и медленный старт. Последний обусловлен высокой тепловой ёмкостью жидкости и приведенными силами давления. Второй недостаток - вероятность замерзания воды в расширительном бачке.
Системы отопления с естественной циркуляцией не подходят для площадей более 100 м2: не все пространство будет прогреваться должным образом. Поэтому чаще всего она используется для небольшого одноэтажного дома, дачи.

Схема действия

В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.

Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.

Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.

Защитные механизмы

Уклон труб позволяет отводить из системы воздух в сторону расширительного бачка: попадает в атмосферу, не задерживаясь в трубах и не мешая движению воды.

Важна работа защитных механизмов. Так, обратный гравитационный клапан позволяет избежать циркуляции потока воды в неправильном направлении, что очень необходимо двухтрубным и однотрубным системам с верхней разводкой при нескольких контурах.

Использование бака

Выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.

Процессы в трубопроводах

Процессы в трубах в естественной циркуляции связаны с движением воды. Так, подъём жидкости происходит посредством расширения из-за нагрева и гравитационного давления. Гравитационное давление нужно для преодоления водой трения о трубопровод, которое мешает ее движению. Циркулировать вода начинает благодаря разной плотности холодной и горячей воды: она движется вверх по подающему и вниз по обратному стояку.

Величина гравитационного давления напрямую зависит от возникающих сопротивлений. Чем больше их появляется на пути теплоносителя, тем выше должен быть показатель. Также необходимо предпринять меры, чтобы свести сопротивления к минимуму. Так, трение можно снизить путём применения труб с большим диаметром.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Показатели напора

Для создания циркуляционного напора центры радиаторов ставятся выше центральной части котла. Именно эта высота считается основным фактором напора циркуляции. Уклон труб и «обратки» тоже влияют на данный процесс: благодаря им вода лучше преодолевает сопротивления местного типа.

Увеличение температур

Другой фактор заключается в разнице между плотностью холодной и горячей воды. Отметим следующий факт – отопление с естественной циркуляцией относится к саморегулирующемуся типу. Таким образом, если увеличить температуру нагрева воды, то меняется ее расход и становится выше циркуляционный напор.

Сильный прогрев жидкости в немалой степени способствует более быстрой циркуляции. Но так происходит только в холодном помещении: когда температура воздуха в них достигнет определённой отметки, батареи будут остывать гораздо медленнее.

Плотность, как прогретой в котле, так и уже попавшей в радиаторы воды практически сравняется. Напор снизится, быстрое обращение воды сменится размеренной циркуляцией внутри системы.

Как только температура помещений частного дома вновь опустится до определённого уровня, это послужит сигналом для увеличения напора. Система попытается выровнять температурные условия. Для этого придётся заново запустить процесс быстрой циркуляции. Отсюда и происходит способность к самостоятельной регуляции.

Вкратце правило следующее – одномоментная смена температуры и объёма воды позволяет получить нужную тепловую отдачу от батарей для отопления помещений.

Как результат, поддерживаются комфортные температурные условия.

Куда ставить котёл?

В частном доме, в помещении одноэтажного дома отопительные котлы лучше всего монтировать ниже уровня приборов для прогрева помещений. В квартирах ситуация обстоит несколько иначе. Здесь котлы часто ставятся на одном уровне с радиаторами, что не совсем эффективно. Поэтому монтаж лучше произвести как бы в яму, то есть поставить оборудование на перекрывающие плиты.

Для этого вокруг котла обычно выпиливается пол. «Яму» следует делать, соблюдая правила противопожарной безопасности. Они предполагают разравнивание основания тонкой стяжкой и укладку листов, изготовленных из железа и асбеста. Котёл в «яме» нагоняет лучший циркуляционный напор.

Выбор труб

Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:

• диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
• диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
• диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.

В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2 нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.

Систему отопления с естественной циркуляцией водяного теплоносителя запантетовал в 1832 г. российский ученый-металлург П.Г. Соболевский. В наш век стремительно изменяющихся технологий эту схему (называемую также гравитационной или самотечной) теплоснабжения частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность. Самотечная система отопления по-прежнему широко используется в строительстве своими руками собственного дома и считается оптимальным технико-экономическим решением. Небольшое давление в сети ограничивает область ее применения, но для одноэтажного жилого здания данная схема весьма эффективна и часто рассматривается в качестве альтернативы отоплению с использованием насосных агрегатов.

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

Схема движения водяного теплоносителя в системе отопления с естественной циркуляцией

В схеме приняты следующие обозначения:

• поз. 1 – котел отопления;
• поз. 2 – бак расширительный;
• поз. 3 – радиаторы отопления;
• Т1 – нагретый теплоноситель, красными стрелками показано направление его движения;
• Т2 – остывший теплоноситель, синие стрелки указывают на его движение в контуре.

В автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается применение специальных незамерзающих составов-антифризов, но в системах с естественной циркуляцией теплоносителя использовать антифризы не рекомендуется.

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

• В схеме отопления с естественной циркуляцией в конструкциях расширительных баков предусмотрен контакт с окружающим атмосферным воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую экологию;
• Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодическом пополнении;
• У антифризов низкая теплоотдача, способствующая малому съему тепла радиаторами от теплоносителя при его циркуляции. Это приводит к перегреву антифриза в контуре и самого котла;
• Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающих проходное сечение в трубках.

Наиболее оптимальным носителем тепла в контуре гравитационного типа для отопления одноэтажного или двухэтажного жилого здания является водяной теплоноситель благодаря своей дешевизне и доступности.

Естественная циркуляция в контурах отопления

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого здания являются:

• Котел, нагревающий водяной теплоноситель;
• Расширительный бак, представляющий собой емкость для сброса излишков воды, появляющихся при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагреве;
• Трубопроводы подачи из котла горячей воды в отопительные радиаторы и возврата остывшей жидкости из радиаторов обратно в котел (за что возвратная часть теплосети в обиходе получила название обратки). Вместе они составляют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
• Отопительные радиаторы.

Схема теплосети отопления с естественной циркуляцией для обогрева частного дома

При разогреве теплоносителя его объем увеличивается, излишки нагретой воды поднимаются вертикально вверх к расширительному баку, в системе создается гидростатическое давление, зависящее от разности весов водяных столбов горячей (линия подачи) и холодной (линия обратки) воды.

Под этим давлением горячая вода поступает с верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления. Остывшая в радиаторах вода поступает по обратке (синяя линия) на вход котла. Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна лишь в том случае, если при монтаже обеспечены уклоны горизонтальных участков трубопроводной теплотрассы в сторону движения жидкости. Тогда теплоноситель сможет перемещаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Другим фактором, влияющим на перемещение жидкости, является циркуляционный напор, обозначенный на рисунке буквой Н. Чем выше перепад уровней размещения радиаторов и котла, тем быстрее движение воды в контуре.

В гравитационных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому нередко данную систему называют открытой. Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, там и устанавливают бак, открытый для контакта с атмосферой. Систему, использующую герметичные баки, называют закрытой. В ее составе используется насос, по принципу действия она уже принудительного характера.

Скорость движения воды

При цикличных изменениях температуры горячая вода находится в верхней части теплосети, холодная влага движется в нижних трубах. Основной побудительной силой для естественного (без принуждения от насоса) движения жидкости в контуре является циркуляционный напор, зависящий от соотношения высот расположения котла и самого нижнего радиатора. На рисунке ниже представлена графическая схема возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянную величину для данной схемы и не изменяется во время работы системы отопления.

Схема возникновения циркуляционного напора

Для создания оптимального напора отопительный котел устанавливается с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь, расширительный бак необходимо установить повыше. Довольно часто его ставят на чердаке дома.

Скорость циркулирования воды в контуре при монтаже своими руками гравитационной отопительной системы частного дома определяется следующими факторами:

1. Величиной циркуляционного напора. Чем он больше, тем выше скорость протекания воды в теплотрассе;
2. Диаметрами труб отопительной разводки. Малые размеры внутреннего сечения трубы будут оказывать большее сопротивление водяному потоку, чем трубы с диаметром побольше. Для однотрубной или двухтрубной самотечных систем под разводку намеренно завышают размеры труб до Д у 32-40 мм;
3. Материалами изготовления труб контура. У современных полипропиленовых труб сопротивление потоку в несколько раз ниже, чем у поврежденных коррозией и покрытых отложениями стальных трубопроводов;
4. Наличием поворотов в сети теплотрассы. Идеальный вариант – прямой трубопровод;
5. Обилием арматуры, переходников, подпорных шайб. Каждый вентиль снижает величину напора.

Процессы естественной циркуляции весьма инертны и протекают медленно. Время между растопкой котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Монтажные схемы контуров

По способу присоединения радиаторов отопления принято выделять две схемы монтажа контуров отопительных систем: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение обогревающих приборов на подающем контуре. Пройдя от верхней точки сквозь все радиаторы (линия красного цвета), вода возвращается по обратке (линия синего цвета) к котлу.

Однотрубная схема самотечной системы отопления

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных контура циркуляции. По одному протекает горячий теплоноситель, подводящий тепло к радиаторам, по другому контуру – остывшая вода отправляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже показана двухтрубная система отопления двухэтажного дома. Раздача теплоносителя (линия красного цвета) по радиаторам начинается с максимальной высоты Н, обеспечивающей требуемый циркуляционный напор. Остывший теплоноситель (линия синего цвета) собирается в обратке и направляется на вход котла.

Двухтрубная схема самотечной системы отопления

Схема циркуляции. Видео

О том, что из себя представляет схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, можно узнать из видео ниже.

Гравитационные системы обогрева частного дома импонируют своей простотой устройства, легкостью обслуживания и энергонезависимостью. В них отсутствуют насосные агрегаты, своим шумом создающие дискомфорт проживающим, нет вибраций, сопровождающих их работу. Срок безаварийной службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, поскольку в них отсутствуют электрические насосы и средства автоматики. В целом самотечные схемы проигрывают принудительным системам отопления по ряду пунктов:

• излишняя инерционность вынуждает ждать несколько часов, пока контур выйдет на требуемый тепловой режим;
• сложность монтажа, вызванная необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
• отсутствие насоса ограничивает общую протяженность теплотрассы;
• постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке.

Наиболее подходящей областью применения системы с естественной циркуляцией являются частные дома невысокой этажности (1-2 этажа), площадью до 100 кв. м и горизонтальным радиусом самотечной цепи не более 30 м.

Размещение оборудования системы отопления с естественной циркуляцией в доме

Вконтакте

Реальность и заблуждения.

Гравитационную циркуляцию, в просторечии ещё называют естественной циркуляцией. Система с гравитационной циркуляцией, отличается от системы с принудительной (насосной) циркуляцией тем, что циркуляция , осуществляется не под воздействием силы электрического циркуляционного насоса, а под воздействием силы гравитации.

Может возникнуть вопрос: «За счет чего же гравитация может заставлять циркулировать?».

Попробую объяснить так. Представьте себе, что Вы поставили на левую и правую чаши весов по одинаковой открытой канистре, заполненных водой до краев (и соединенных между собой снизу трубочкой, т.е. сообщающиеся сосуды). А затем стали нагревать воду в левой канистре (даже просто на лучах Солнца). В результате нагрева, вода в левой канистре расширится (при этом уменьшиться её удельный вес, т.е. плотность), станет больше объемом. А так как наша канистра была заполнена до краёв, то часть воды выльется на землю (в отопительной системе эта часть воды не выливается, а выдавливается в расширительный бак, накапливаясь в нём.).

Догадываетесь, что левая канистра станет легче, чем правая? В результате левая чаша весов будет подниматься вверх, а правая чаша будет опускаться.

Если теперь попробовать представить себе, что эти канистры были подвешены тросиком к вращающемуся блоку (колёсику с крюком), подвешенному к потолку. То пока вода в канистрах была одной температуры, обе канистры весили одинаково. Когда же вода в левой канистре нагрелась, то из-за вылившейся на землю из нее воды, эта канистра стала чуть легче правой. Понятно, что при этом левая канистра начнет подниматься вверх, потому, что правая канистра оказалась тяжелее, и перевешивает левую канистру.

Тот же принцип используется и для осуществления гравитационной циркуляции. Представьте себе, что левая канистра – это котел, в котором непрерывно нагревается. А правая канистра – это радиаторы, в которых вода непрерывно остывает. Только канистры соединены между собой трубочками и пОнизу и пОверху в кольцо. Такое кольцо в отоплении называют циркуляционным кольцом. Тогда получается, что правая часть кольца движения , всегда оказывается тяжелее левой части (пока греет котел).

Сила «перевешивания» (величина давления) образующаяся от разницы веса левой и правой «канистры» называется в гидравлике напором. И под воздействием этой силы (гравитационного напора), непрерывно будет циркулировать от котла к радиаторам, доставляя к радиаторам тепло, пока греет котел. Гравитационный напор измеряют в Паскалях или метрах водяного столба или Барах.

Также хочу добавить, что массовый расход (измеряемый в кг/сек), на всем протяжении циркуляционного кольца остаётся неизменным. Т.е. если бы все циркуляционное кольцо было выполнено одним и тем же диаметром, то скорость на всём протяжении циркуляционного кольца оставалась бы одинаковой (на участке трубопровода с меньшим диаметром скорость выше, а на участке с бОльшим диаметром – ниже).

Главное, чтобы система была сконструирована так, чтобы пузырьки могли сами удаляться из тех «карманов» (в которых они могут накапливаться) посредством автовоздухоотводчиков или через главный транзитный стояк вверх в расширительный бак. В тех же воздушных «карманах», где пузырьки не накапливаются постоянно, можно ограничиться установкой кранов Маевского.

Третье заблуждение. В системах с естественной циркуляцией охлажденный вверх двигаться не может, а нагретый не может двигаться вниз.

Для циркуляционной системы важна циркуляция по всему циркуляционному кольцу. Некоторые участки трубопроводов из которых состоит циркуляционное кольцо «разгоняют» , а некоторые тормозят. Напомню, что «разгоняют» циркуляцию вертикальные участки, где опускается, а «тормозят» - где поднимается. Но, если на фоне общего напора в циркуляционном кольце порядка 300 Паскаль, какой-либо участок будет «тормозить» давлением порядка 20 Паскаль, то результирующий напор (побуждающий к циркуляции) все равно будет 280 Паскаль.

Т.е. можно и в гравитационной системе обходить магистралями дверные проемы (и прочее) и пОнизу и пОверху. Но, конечно, надо бы гидравлически рассчитать (какое будет падение давления на этом участке в Паскалях), не будет ли «торможение» критическим в каждом конкретном случае. Также напомню, что при обходе магистралями дверного проема пОверху, поднимающийся участок магистрали очень желательно теплоизолировать, чтобы снизить «тормозящий» эффект. А в верхней части обвода дверного проема установить автовоздухоотводчик или кран Маевского, чтобы из верхнего «кармана» можно было удалять воздух.

Приведу пример схемы, которая при произведенном гидравлическом расчете будет работоспособной с гравитационной циркуляцией. Хотя, конечно, не является оптимальной. В такой схеме также желательно теплоизолировать обратные стояки с поднимающимся для уменьшения «торможения».

Четвертое заблуждение. В гравитационных системах подающая магистраль (рОзлив) должна проходить над всеми ярусами радиаторов.

Да, расположить верхний рОзлив выше всех радиаторов было бы оптимальнее по многим причинам (поднятие центра охлаждения и воздухоудаление через открытый бак наверху транзитного стояка). Но это не является необходимым условием для функционирования гравитационной циркуляции. Рассмотрим пример такой схемы на рисунке №5.

Воздух в такой схеме можно удалять автовоздухоотводчиками (выделены на схеме кружочками). Ну, а расположение центра охлаждения и необходимый напор нужно рассчитать.

Пятое заблуждение. При гравитационной циркуляции центры радиаторов нижнего уровня должны находиться выше центра нагрева (теплообменника котла).

Для одноэтажного дома (особенно с «ленинградской» схемой системы отопления) это действительно почти всегда так и есть. Но в двух и более этажном доме, радиаторы первого этажа (цокольного этажа) могут быть размещены и ниже центра нагрева. Но, конечно, работоспособность при этом должна быть проверена гидравлическим расчетом.

Восьмое заблуждение. Нельзя ставить циркуляционный насос на главном транзитном стояке между и расширительным баком.

Циркуляционный насос имеет смысл поставить. Насос может повысить КПД котла, а также увеличить теплоотдачу радиаторов. Но ставить насос нужно на байпасе транзитного стояка. Также насос должен быть небольшой мощности, например, Wilo Star 25/20, имеющий напор около 2 метров водяного столба. Пример правильной установки насоса на байпасе, показан на фото ниже.

Причем нельзя устанавливать на транзитном стояке ни запорных кранов, ни пружинного обратного клапана (слишком высокое у него гидросопротивления для гравитационной системы). Для автоматического перехода из режима гравитационной циркуляции в принудительную циркуляцию и обратно, нужно устанавливать обратный шаровый поплавковый клапан. Такой клапан обладает очень малым гидросопротивлением в открытом состоянии и не тормозит гравитационную циркуляцию. Принцип действия такого клапана показан на рисунке ниже.

Существуют и другие заблуждения относительно систем с гравитационной циркуляцией:

· Расширительный бак можно устанавливать только над главным транзитным стояком.

Поясню, что это скорее касается гравитационной циркуляции с твердотопливным и без .

· В системах нельзя ставить РБ-экспанзомат.

Поясняю. То же самое, с ТТкотлом без ставить нельзя. Или с газовым старого образца типа АОГВ с плохо работающей автоматикой. Также это связано с тем, что допустимое рабочее давление котла может быть 1,5 Бара, а в неверно сконструированной закрытой системе отопления давление может подняться значительно выше. Что может привести к взрыву котла.

· Нельзя регулировать теплоотдачу радиаторов посредством радиаторных термовентилей с термоголовками.

Объясняю. Связано с тем, что при плохо работающей автоматике газового котла или в системе с твердотопливным без , при закрытии радиаторных термоклапанов (термовентилей) может произойти закипание и взрыв котла (если система закрытая).

Перепечатка не возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.