Как сделать отопление с естественной циркуляцией. Схемы отопления с естественной циркуляцией. Скорость движения воды

Сооружение автономной сети отопления гравитационного типа выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключиться к централизованному электроснабжению. Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить компоненты и обоснованно выбрать схему водяного контура.

Процесс движения воды в контуре отопления без применения циркуляционного насоса происходит в силу естественных физических законов.

Понимание природы этих процессов позволит грамотно разработать проект системы отопления для типовых и нестандартных случаев.

Максимальная разность гидростатического давления

Основное физическое свойство любого теплоносителя (воды или антифриза), которое способствует его движению по контуру при естественной циркуляции – уменьшение плотности при увеличении температуры. Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому возникает разница в гидростатическом давлении теплого и холодного столба жидкости. Холодная вода, стекая к теплообменнику, вытесняет горячую вверх по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является перепад гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости

Отопительный контур дома можно условно разделить на несколько фрагментов. По «горячим» фрагментам вода направляется вверх, а по «холодным» – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точка системы отопления. Главной задачей при моделировании естественной циркуляцией воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в «горячем» и «холодном» фрагментах.

Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является коллектор разгона (главный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника. Коллектор разгона должен иметь максимальную температуру, поэтому его утепляют на всей протяженности. Хотя, если высота коллектора не велика (как для одноэтажных домов), то можно не проводить утепление, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно систему проектируют таким образом, чтобы верхняя точка коллектора разгона совпадала с верхней точкой всего контура. Там устанавливают выход на бак-расширитель открытого типа или клапан для отвода воздуха, если используют мембранный бак. Тогда длина «горячего» фрагмента контура является минимально возможной, что приводит к уменьшению теплопотерь на этом участке.

Также желательно, чтобы «горячий» фрагмент контура не сочетался с длительным участком, транспортирующим остывший теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, помещенного в устройство нагрева.

Чем ниже в системе отопления расположен котел, тем меньше гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура

Для «холодного» сегмента водяного контура тоже есть свои правила, увеличивающие давление жидкости:

• чем больше теплопотери на «холодном» участке отопительной сети, тем ниже температура воды и больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
• чем больше расстояние от нижней точки контура до точек подключения радиаторов, тем больше участок столба воды с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Чтобы обеспечить выполнение последнего правила, часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Таким размещением котла обеспечивают максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагревают только теплообменник и нижнюю часть коллектора разгона. Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то падение давления в «горячем» фрагменте контура будет несущественным и процесс циркуляции не будет запущен.

Использование систем с естественной циркуляции для двухэтажных строений вполне оправдано, а для большей этажности будет необходим циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо учитывать скорость движения теплоносителя по контуру. Во-первых, чем быстрее скорость, тем быстрее будет происходить передача тепла по системе «котел – теплообменник – водяной контур – радиаторы отопления – помещение». Во-вторых, чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше вероятность ее закипания, что особенно важно при печном отоплении.

Закипание воды в системе может обойтись очень дорого – стоимость демонтажа, ремонта и обратной установки теплообменника требует много времени и средств

В системах отопления с принудительной циркуляцией скорость движения воды в основном зависит от параметров циркуляционного насоса. При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:

• разницы давления между фрагментами контура в нижней его точке;
• гидродинамического сопротивления отопительной системы.

Способы обеспечения максимальной разницы давления были рассмотрены выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы не поддается точному расчету по причине сложной математической модели и большого числа входящих данных, точность которых трудно гарантировать. Тем не менее, существуют общие правила, соблюдение которых позволит уменьшить сопротивление отопительного контура.

Основным причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок труб и присутствие сужений, как результат наличия фитингов или запорной арматуры. При небольшой скорости потока сопротивление стенок практически отсутствует, за исключением случаев длинных и тонких труб, характерных для отопления с помощью теплого пола. Как правило, для него выделяют отдельные контуры с принудительной циркуляцией.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией придется учитывать наличие технических сужений при монтаже системы. Поэтому металлопластиковые трубы использовать при естественной циркуляции воды нежелательно по причине соединения их фитингами, со значительно меньшим внутренним диаметром.

Фитинги металлопластиковых труб значительно сужают внутренний диаметр и являются серьезной преградой на пути воды при слабом напоре

Правила выбора и монтажа труб

Выбор между стальными или полипропиленовыми трубами при любой циркуляции происходит по критерию возможности их использования для горячей воды, а также с позиций цены, легкости монтажа и срока эксплуатации. Стояк подачи монтируют из металлической трубы, так как через него проходит вода самой высокой температуры, а в случае печного отопления или неисправности теплообменника возможен вариант прохождения пара.

При естественной циркуляции необходимо использовать диаметр труб несколько больший, чем в случае применения циркуляционного насоса. Обычно, для обогрева помещений до 200 квадратных метров, диаметр коллектора разгона и трубы на входе обратки в теплообменник равен двум дюймам. Это вызвано меньшей скоростью воды по сравнению с вариантом принудительной циркуляции, что приводит к следующим проблемам:

• меньший объем переносимого тепла за единицу времени от источника к обогреваемому помещению;
• небольшой напор не сможет продавить засоры или воздушные пробки.

Особенное внимание при использовании естественной циркуляции с нижней схемой подвода подачи необходимо уделить проблеме удаления воздуха из системы. Он не может полностью отводиться из теплоносителя через расширительный бак, т.к. закипающая вода поступает сперва в приборы по магистрали, расположенной ниже чем они сами.

При принудительной циркуляции напор воды сгоняет воздух к установленному в наивысшей точке системы воздухосборнику — устройству с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. С помощью кранов Маевского в основном производится регулировка теплоотдачи.

В гравитационных отопительных сетях с подачей, расположенной ниже приборов, краны Маевского применяются непосредственно для стравливания воздуха. Воздух также может отводиться с помощью воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на воздушной линии, проложенной параллельно магистралям системы. Из-за внушительного количества устройств для отвода воздуха гравитационные схемы с нижней разводкой применяются крайне редко.

На всех радиаторах отопления современного типа присутствуют устройства для выпуска воздуха, поэтому для предотвращения образования пробок в контуре можно делать уклон, сгоняя воздух к радиатору

При слабом напоре небольшая воздушная пробка способна полностью остановить систему обогрева. Так, согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладывать без уклона трубопроводы систем отопления при скорости движения воды менее 0,25 м/с.

При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому кроме увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для вывода воздуха из системы отопления. Уклон проектируют из расчета 2- 3 мм на 1 метр, в квартирных сетях наклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.

Уклон подачи делают по ходу движения воды, чтобы воздух двигался к баку-расширителю или системе, стравливающей воздух, расположенной в верхней точке контура. Хотя можно сделать и контр-уклон, но в этом случае необходимо дополнительно установить клапан для отвода воздуха.

Уклон обратки делают, как правило, по ходу движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура будет совпадать с входом обратной трубы в теплогенератор.

Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При установке теплого пола небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо не допустить попадания воздуха в узкие и горизонтально расположенные трубы этой обогревательной системы. Необходимо поставить устройство удаления воздуха перед теплым полом.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров, их выполняют по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с использованием одной трубы

Систему отопления с использованием одной и той же трубы для последовательного подвода воды к радиаторам называют однотрубной. Самым простым однотрубным вариантом является отопление металлическими трубами без использования радиаторов. Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решения обогрева дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный значимый минус – внешний вид громоздких труб.

При самом экономном варианте однотрубной схемы с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры. По мере прохождения теплоноситель остывает, поэтому последующие радиаторы получают воду более холодную, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная схема (вверху) требует минимального количества монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант внизу позволяет отключать радиаторы без остановки всей системы

Самым эффективным способом подключения приборов отопления к однотрубной сети считается диагональный вариант. Согласно этой схеме контуров отопления с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после охлаждения отводится через расположенный внизу патрубок. При прохождении подобным образом нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входного патрубка, так и выходного, теплоотдача существенно уменьшается, потому что нагретому теплоносителю надо пройти максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» характеризуется внушительными теплопотерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Плюс ее в том, что при использовании запорных вентилей на входном и выходном патрубке приборы выборочно можно отключать для ремонта без остановки отопительного цикла

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов получили название «Ленинградка». Несмотря на отмеченные потери тепла, им отдают предпочтение в обустройстве систем квартирного отопления, что обусловлено более эстетичным видом прокладки трубопровода.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключить одну из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру. Поэтому, обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой «байпаса» для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до полного его отключения.

Для двух и более этажных строений применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. К тому же вертикальные стояки менее протяженные и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубную схему с вертикальной разводкой успешно применяют при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов

Вариант с применением обратной трубы

Систему отопления, когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, называют двухтрубной. Такую схему подачи и отвода при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную. Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

• происходит более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
• проще выполнить расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значениях температуры;
• проще выполнять регулировку подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, двухтрубные системы подразделяют на попутные и тупиковые. В попутных схемах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах, охлажденная вода движется навстречу горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя отличаются. Так как скорость в системе небольшая, то и время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды меньше, будут нагреты быстрее.

При выборе тупиковой (выше) и попутной (ниже) схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратной трубы

Существует два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхняя и нижняя. При верхней подводке труба, подающая горячую воду, располагается выше радиаторов отопления, а при нижней подводке – ниже.

При нижней подводке возможно удаление воздуха через радиаторы и отсутствует необходимость проведения труб поверху, что хорошо с позиции дизайна помещения. Однако без коллектора разгона перепад давления будет гораздо меньше, чем при использовании верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции практически не применяют.

Видео-примеры схем с естественной циркуляцией

Однотрубная схема на основе электрокотла для небольшого дома:

Двухтрубная система для одноэтажного деревянного дома на основе твердотопливного котла длительного горения:

Комбинированная система на основе твердотопливного котла с наличием теплоаккумулятора:

Использование естественной циркуляции при движении воды в отопительном контуре требует точных расчетов и технически грамотного выполнения монтажных работ. При выполнении этих условий система отопления будет качественно нагревать помещения частного дома и избавит хозяев от шума насоса и зависимости от электроэнергии.

Как работает система водяного отопления с естественной циркуляцией? Каковы основные принципы ее монтажа?

Какие основные схемы можно реализовать, не прибегая к помощи циркуляционного насоса? Давайте постараемся выяснить.

Что это такое

Если для системы с принудительной циркуляций нужен перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом или обеспеченный подключением к теплотрассе, то здесь картина иная. Отопление естественной циркуляцией использует простой физический эффект — расширение жидкости при нагреве.

Если отбросить технические тонкости, принципиальная схема работы такова:

• Котел нагревает некий объем воды. Так, понятное дело, расширяется и, благодаря меньшей плотности, вытесняется более холодной массой теплоносителя вверх.
• Поднявшись в верхнюю точку отопительной системы, вода, постепенно остывая, самотеком описывает круг по системе отопления и возвращается к котлу. При этом она отдает тепло отопительным приборам и к тому моменту, когда снова оказывается у теплообменника, имеет большую плотность, чем вначале. Далее цикл повторяется.

Полезно: понятное дело, ничто не мешает включить в схему циркуляционный насос. В штатном режиме он будет обеспечивать более быструю циркуляцию воды и равномерный прогрев, а при отсутствии электричества отопительная система будет работать с естественной циркуляцией.

На фото видно, как решена проблема взаимодействия насоса и системы естественной циркуляции. При работе насоса срабатывает обратный клапан, и вся вода идет через насос. Стоит его выключить — клапан открывается, и по более толстой трубе вода циркулирует за счет теплового расширения.

Общая информация

Основные моменты

• Отсутствие циркуляционного насоса и вообще подвижных элементов и замкнутый контур, в котором количество взвесей и минеральных солей конечно, делает срок службы системы отопления этого типа весьма продолжительным. При использовании оцинкованных или полимерных труб и биметаллических радиаторов — не менее полувека.
• Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Именно поэтому рекомендованный радиус интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Понятно, это не означает, что при радиусе в 32 метра вода застынет — граница довольно условна.
• Инерционность системы будет довольно большой. Между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котлу предстоит прогреть теплообменник, и лишь тогда вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
• Все горизонтальные участки трубопроводов делаются с обязательным уклоном по ходу движения воды. Он обеспечит свободное движение остывающей воды самотеком с минимальным сопротивлением. Что не менее важно — в этом случае все воздушные пробки будут вытеснены в верхнюю точку отопительной системы, где монтируется расширительный бачок — герметичный, с воздушником, или открытый.

Саморегуляция

Отопление дома с естественной циркуляцией — саморегулирующаяся система. Чем холоднее в доме, тем быстрее циркулирует теплоноситель. Как это работает?

Дело в том, что циркуляционный напор зависит от:

• Разницы в высоте между котлом и нижним отопительным прибором. Чем ниже котел относительно нижнего радиатора — тем быстрее вода будет переливаться в него самотеком. Принцип сообщающихся сосудов, помните? Этот параметр стабилен и неизменен в процессе работы отопительной системы.

Любопытно: именно поэтому отопительный котел рекомендуется устанавливать в подвале или просто как можно ниже внутри помещения. Однако автору доводилось видеть прекрасно функционирующую систему отопления, в которой теплообменник в топке печи был заметно выше радиаторов. Система была полностью рабочей.

• Разницы в плотности воды на выходе из котла и в обратном трубопроводе. Которая, понятно, определяется температурой воды. И вот именно благодаря этой особенности естественное отопление делается саморегулирующимся: как только температура в помещении падает, отопительные приборы остывают.

С падением температуры теплоносителя его плотность увеличивается, и он начинает быстрее вытеснять нагретую воду из нижней части контура.

Скорость циркуляции

Помимо напора, скорость циркуляции теплоносителя будет определяться рядом других факторов.

• Диаметром труб разводки. Чем меньше внутреннее сечение трубы, тем большее сопротивление она будет оказывать движению жидкости в ней. Именно поэтому для разводки в случае естественной циркуляции берутся трубы с намерено завышенным диаметром — ДУ32 — ДУ40.
• Материалом трубы. Сталь (особенно поврежденная коррозией и покрытая отложениями) оказывает потоку в несколько раз большее сопротивление, чем, к примеру, полипропиленовая труба с тем же сечением.
• Количеством и радиусом поворотов. Поэтому основную разводку по возможности лучше делать максимально прямой.
• Наличием, количеством и типом запорной арматуры , разнообразных подпорных шайб и переходов диаметра трубы.

Именно из-за обилия переменных точный расчет системы отопления с естественной циркуляцией выполняется крайне редко и дает весьма приблизительные результаты. На практике же достаточно воспользоваться уже приведенными рекомендациями.

Расчет мощности

Эффективная тепловая мощность котла рассчитывается теми же способами, что и во всех других случаях.

По площади

Простейший способ — рекомендованный СНиП расчет по площади помещения. 1 КВт тепловой мощности должен приходиться на 10 м2 площади помещения. Для южных районов берется коэффициент 0,7 — 0,9, для средней полосы страны — 1,2 — 1,3, для районов Крайнего Севера — 1,5-2,0.

Как и любой грубый подсчет, этот способ пренебрегает многими факторами:

• Высотой потолков. Она далеко не везде составляет стандартные 2,5 метра.
• Утечками тепла через проемы.
• Расположением помещения внутри дома или у внешних стен.

По объему с учетом дополнительных факторов

Более точную картину даст другой способ расчета.

• За основу берется тепловая мощность в 40 ватт на кубический метр объема воздуха в помещении.
• Районные коэффициенты действуют и в этом случае.
• Каждое окно стандартного размера прибавляет к нашим подсчетам 100 ватт. Каждая дверь — 200.
• Расположение комнаты у внешней стены даст в зависимости от ее толщины и материала коэффициент 1,1 — 1,3.
• Частный дом, у которого внизу и вверху — не теплые соседние квартиры, а улица, рассчитывается с коэффициентом 1,5.

Однако: и этот расчет будет ОЧЕНЬ приблизительным. Достаточно сказать, что в частных домах, построенных по энергосберегающим технологиям, в проект закладывается мощность обогрева в 50-60 ватт на КВАДРАТНЫЙ метр. Слишком многое определяется утечками тепла через стены и перекрытия.

Схемы разводки

Конкретных примеров и схем того, как может быть реализовано отопление с естественной циркуляцией своими руками, ОЧЕНЬ много. Мы приведем по одному примеру простейших решений для двухтрубной и однотрубной разводки.

Двухтрубная

Обозначения на схеме:

1. Отопительный котел.
2. Расширительный бак, который служит для компенсации изменения объема теплоносителя при колебаниях температуры и собирает вытесненный воздух.
3. Отопительные приборы — конвектора или радиаторы.

Т1 — нагретая котлом вода, Т2 — остывшая. Красными и синими стрелками показано направление движения теплоносителя.

Здесь при разводке актуальны те же основные принципы, которые были перечислены выше:

• Котел устанавливается по возможности ниже радиаторов.
• По току воды делается уклон в 5-7 градусов.
• Розливы там, где от них запитаны несколько радиаторов, выполняются трубой не ниже ДУ32 мм. Желательно — полимерной или металлопластиковой. Подводки к радиаторам традиционно выполняются трубой ДУ20.

Важно: не путайте ДУ, примерно равной внутреннему сечению трубы, с ее внешним диаметром. В случае полипропилена внешний диаметр 32 миллиметра соответствует всего-то ДУ20.

Двухтрубное отопление частного дома с естественной циркуляцией при правильно подобранных диаметрах труб не требует балансировки, однако дроссели на подводках к радиаторам не помешают.

Наличие двух контуров по всему периметру дома будет довольно накладным: цена полипропиленовых армированных труб не так уж мала, да и сам монтаж займет значительное время. Поэтому для большинства одноэтажных домов применяется однотрубная разводка.

Однотрубная

Простейшая однотрубная схема барачного типа — Ленинградка.

Уклон и диаметр труб здесь такие же. Есть несколько нюансов, важных именно для этой схемы.

• Радиаторы не разрывают основное кольцо, а врезаются параллельно ему. Не переживайте, что в отопительных приборах не будет циркуляции — опыт доказывает обратное.
• Помимо расширительного бачка, воздушником снабжается каждый радиатор. Собственно, если не стравливать воздух полностью из одного отопительного прибора — без расширительного бачка и вовсе прекрасно можно обойтись. Если, конечно, система отопления закрытого типа (изолированная от атмосферного воздуха).
• Дроссели или термоголовки помогут выровнять температуру ближних к котлу и дальних радиаторов.

Заключение

Дополнительная информация о системах отопления с естественной циркуляцией, как всегда, в видео в конце статьи. Теплых зим!

Как ни прочили в восьмидесятых годах инженеры и строители, система отопления с естественной циркуляцией живёт и здравствует в двадцать первом веке, да ещё и наши дома обогревает. Насосное оборудование существенно увеличивает стоимость котла и создаёт зависимость от электросети, поэтому от него многие отказываются. Гравитационная система – самая дешёвая и самая простая по своей конструкции. У неё, конечно, есть свои недостатки, главным из которых является ограничение по площади здания. Из-за небольшой инерционности она подходит для домов площадью до ста квадратных метров.

Как работает принцип естественной циркуляции?

Теплоноситель, чаще всего это обычная вода, перемещается по контурам от котла к радиаторам и обратно благодаря изменению своих термодинамических характеристик. Когда при нагревании плотность жидкости уменьшается, а объём увеличивается, она выдавливается холодным потоком, идущим их обратки, и поднимается по трубам. По мере того, как теплоноситель самотёком распределяется по горизонтальным ответвлениям, температура падает и он возвращается к котлу. Так цикл замыкается.

Схема системы отопления с естественной циркуляцией: 1 - котёл твёрдотопливный, 2 – главный стояк, 3 – разводящие магистрали, 4 – расширительная ёмкость, 5 – бак с водой для пополнения расширителя, 6 – труба, отводящая лишний объём теплоносителя в канализацию (ёмкость), 7 – теплообменники, 8 – шаровые краны, 9 – бойлер, 10 – обратка, 11 – обратный стояк

Если для дома выбрано было водяное отопление с естественной циркуляцией, то все горизонтальные участки труб прокладываются с уклоном, идущим по ходу движения жидкости. Это позволяет эффективно бороться с « » батарей. Воздух легче воды, поэтому он устремляется вверх по трубам, поступает в расширительную ёмкость, а затем, соответственно, в атмосферу.

Бак принимает в себя воду, объём которой увеличивается с ростом температуры, и создаёт постоянное давление.

От чего зависит циркуляционный напор?

Создание нужного циркуляционного напора нужно обязательно просчитывать при проектировании системы отопления. Он зависит от того, как отличаются уровни середины котла и самого нижнего радиатора. Чем больше перепад высот, тем лучше перемещается жидкость по системе. На него влияет и разница плотностей горячей и остывшей воды.

Циркуляционный напор в системе отопления, в первую очередь, зависит от перепада высоты расположения котла и нижнего радиатора. Чем больше эта разница (h), тем больше давление

Характеризуется отопление с естественной циркуляцией цикличным изменением температуры в теплообменниках и в котле, которое происходит по центральной оси приборов. Горячая вода находится в верхней части, холодная – в нижней. Под действием гравитации остывший теплоноситель перемещается вниз по трубам.

Циркуляционный напор напрямую зависит от высоты установки батарей. Его увеличению способствует и угол наклона подающей магистрали, направленный в сторону радиаторов, и уклон обратки, обращённой к котлу. Это позволяет теплоносителю легче преодолевать местное сопротивление труб.

При монтаже в частном доме системы отопления с естественной циркуляцией котёл устанавливают в самой нижней точке так, чтобы все радиаторы находились выше.

В коттедже при монтаже системы отопления с естественной циркуляцией котёл устанавливают в самой нижней точке. Все теплообменники (радиаторы) должны находиться выше

Для квартирных домов схемы отопления с естественной циркуляцией применяются очень редко, так как при установке в квартире котёл опускается в «яму» - непосредственно на плиту перекрытия. Пол вокруг неё выпиливается, а само углубление и периметр вокруг него должен быть защищён пожаробезопасными материалами.

Схемы таких систем отопления

Схема системы отопления независимо от способа циркуляции теплоносителя зависит от нескольких факторов:

• способа соединения радиаторов с подающими стояками. Здесь выделяют однотрубную и двухтрубную системы;
• места прокладки магистрали, подающей горячую воду. Выбирать нужно между нижней и верхней разводкой;
• схемы прокладки магистрали: тупиковая система или попутное движение теплоносителя в магистралях;
• расположения стояков, которое может быть либо горизонтальным, либо вертикальным.

Однотрубная система: как регулировать температуру?

Имеет только один вариант исполнения разводки – верхнюю. В ней нет обратного стояка, поэтому охлаждённый в батареях теплоноситель возвращается в подающую магистраль. Движение жидкости обеспечивается разностью температур жидкости в нижних и верхних радиаторах.

Чтобы обеспечить одинаковый температурный режим в помещениях на разных этажах, поверхность нагревательных приборов на первом этаже должна быть несколько больше, чем на втором и последующих. В нижние радиаторы поступает смесь горячей и охлаждённой в верхних теплообменниках воды.

В однотрубной системе может быть два варианта движения : в первом одна часть идёт в радиатор, другая – дальше по стояку к нижним приборам.

При параллельной однотрубной разводке теплообменники на верхних этажах получают горячую воду, а самые нижние – уже остывшую. Поэтому площадь последних должна быть увеличена, чтобы уравнять обогрев всех помещений

Во втором случае весь объём воды проходит через каждый теплообменник, начиная с самых верхних. Главная особенность такой разводки состоит в том, что радиатора на первом и цокольном этажах получают только охлаждённую воду.

При проточном варианте однотрубной разводки нельзя отключить или ограничить поступление теплоносителя в отдельный радиатор. Перекрытие одного из них привело бы к остановке циркуляции во всей системе

И если в первом случае регулировать температуру в помещениях можно с помощью кранов, то во втором их нельзя применять, так как это приведёт к уменьшению подачи жидкости ко всем последующим теплообменникам. К тому же полное перекрытие крана означало бы остановку циркуляции воды в системе.

При монтаже однотрубной системы лучше остановиться на разводке, которая даёт возможность регулировки подачи воды к каждому радиатору. Это позволит регулировать температуру в отдельных помещениях и, естественно, делает отопительную систему более гибкой, а значит и более эффективной.

Так как однотрубная разводка может быть только верхней, её монтаж возможен только в постройках с чердачным помещением. Именно там должен размещаться подающий трубопровод. Главный недостаток заключается в том, что пуск отопления возможен только по всему зданию сразу. Преимущества у системы, конечно, тоже есть. Главные из них – простой монтаж и меньшая стоимость. С точки зрения эстетики, чем меньше труб, тем проще их спрятать.

Как должна быть устроена двухтрубная система?

Этот вариант схемы отопления предполагает наличие подающей и отводящей магистрали. В верхней части системы циркулирует горячий теплоноситель, в нижней – остывший.

Двухтрубная система отопления более гибкая в отношении регулирования температуры в отдельных помещениях. Однако она требует большего количества материалов, чем однотрубная

От котла отходит труба, соединённая с расширительным баком. От бака идёт труба горячей линии контура, которая потом соединяется с разводкой. В зависимости от размеров емкости и объёма воды в системе, от бака может отходить переливная труба. По ней излишки воды сливаются в канализацию.

Трубы, выходящие из нижней части теплообменников, объединяются в обратную магистраль. По ней остывший теплоноситель снова попадает в котёл. Обратка должна проходить через те же помещения, что и подающий трубопровод.

Горизонтальный или вертикальный стояк в разводке?

Система отопления с вертикальным стояком предполагает подводку к нему радиаторов с разных этажей. Её преимущество: ниже риск «завоздушивания» системы, недостаток – более высокая стоимость.

Когда теплообменники с одного этажа соединены с подающим трубой, - это система с горизонтальным стояком. Такой вариант обойдётся домовладельцам в меньшую сумму, но придётся решать проблему образования воздушных пробок. Как правило, достаточно установить воздухоотводчики.

Плюсы и минусы обустройства отопления такого типа

Что касается преимуществ системы отопления с естественной циркуляцией воды, то их несколько:

• отсутствие сложностей при монтаже, пуске и эксплуатации;
• тепловая устойчивость системы. Основанная на гравитационной циркуляции теплоносителя она обеспечивает максимальную теплоотдачу и поддерживает на заданном уровне микроклимат в помещениях;
• экономичность (при правильном утеплении здания);
• тихая работа. Нет насоса – нет шума и вибрации;
• независимость от перебоев в электросети. Естественно, в случае, когда установленный котёл может работать без электричества;
• большой срок эксплуатации. При своевременном техническом обслуживании без капитального ремонта система может работать 35 лет и более.

Главный минус гравитационной системы отопления – ограничения по площади здания и радиусу действия. Её устанавливают в домах, площадь которых обычно не превышает 100 квадратных метров. Из-за малого циркуляционного напора радиус действия системы ограничивается тридцатью метрами по горизонтали. Обязательным требованием является наличие чердачного помещения в здании, в котором будет устанавливаться расширительный бак.

Существенным недостатком является и медленное прогревание всего дома. При системе с естественной циркуляцией нужно утеплять трубы, проходящие в неотапливаемых помещениях, так как есть риск замерзания воды.

Обычно на такую разводку идёт немного материалов, но, когда местное сопротивление трубопровода нужно уменьшить, затраты вырастают из-за необходимости применения труб большего диаметра.

Несмотря на технический прогресс и постоянно внедряемые инновации, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией себя не изжила. Секрет долголетия такого типа водяного отопительного контура – в простоте монтажа и независимости от других источников энергии (электричества). Статья о том, как работает отопление при самотечном движении жидкости, и какие разновидности схем в себя включает.

Что приводит жидкость в движение – немного о законах физики

Основой для самостоятельного движения жидкости по отопительному контуру без применения нагнетающих устройств (циркуляционных насосов) является конвекция. Это физическое явление основано на том, что любая среда, нагреваясь, теряет плотность, то есть становится легче. Актуально это и для жидкостей, поэтому более холодная вода в замкнутом контуре стремится вниз, выталкивая более горячую вверх. Нагретый в теплообменнике котла теплоноситель устремляется вверх по вертикальному стояку, его место занимает остывшая жидкость, пришедшая по обратной трубе.

Так образуется избыточное давление, достаточное для преодоления гравитации и сопротивления труб. В результате теплоноситель циркулирует самостоятельно, применяя лишь тепловую энергию, выделяемую использующимся для работы котла энергоносителем. Циркуляция воды в системе отопления такого типа не отличается высокой скоростью, поэтому прогрев отапливаемого помещения при первоначальном запуске котла происходит медленно. Увеличить скорость движения воды позволяют такие особенности самотечной отопительной системы, которые учитывают при устройстве контура:

• использование труб большого диаметра (обычно 50 мм или два дюйма) с целью максимально снизить сопротивление трубопровода;
• котел монтируют как можно ниже относительно горизонтальной разводки первого этажа;
• делают разгонную петлю (высокий вертикальный стояк, от которого в верхней точке отходит труба, идущая к батареям);
• горизонтальные участки разводки устаивают под уклоном (3-4 градуса) по направлению к котлу, используя для ускорения циркуляции силу гравитации.

Кроме того, для нормальной скорости движения теплоносителя по трубам должна поддерживаться температурная разница между выходом из котла и входом обратного трубопровода не менее 25 градусов. Чем длиннее контур (больше количество секций батарей), тем разница температур должна быть выше.

Система отопления с естественной циркуляцией имеет еще одну особенность – она не может быть закрытого типа. В самотечном контуре предполагается только открытый расширительный бак, что устанавливается выше верхней точки разгонного стояка. У компенсационного бака две функции – выводить пузырьки образующихся газов из системы и сглаживать перепады давления, которые в самотечном отопительном контуре бывают значительными. Закрытый бачок мембранного типа, что устанавливается в системах, смонтированных по современным схемам с принудительной циркуляцией, не сможет полноценно сглаживать скачки давления, что неизбежно приведет к аварийным ситуациям.

Нужно учитывать, что отопление с естественной циркуляцией из-за большого диаметра труб предполагает гораздо больший объем теплоносителя, который, расширяясь при нагревании, образует значительное количество "лишней" жидкости, она и заполняет открытый компенсационный бак.

Отопление с самотечной циркуляцией – оцениваем преимущества и недостатки

По сути, самотечная система является менее совершенной, чем современные контуры, где движение жидкости обеспечивает циркуляционный насос. Но у рассматриваемых отопительных систем есть бесспорное преимущество – для естественной циркуляции не нужно электричества, от которого работает насос. Какими бы длительными не были перебои с электроснабжением, на обогреве помещений это никак не отразится.

К плюсам самотечных контуров отопления можно отнести и их инерционность. Это актуально, если используется классический твердотопливный котел, для которого характерна такая эксплуатационная особенность, как большие и частые перепады температуры в топке. Большая инерция контура с естественным движением жидкости сглаживает температурные скачки в такой ситуации, делая обогрев помещений более равномерным.

На этом преимущества самотечных систем отопления заканчиваются и начинаются их минусы, которых гораздо больше.

1. 1. Использование труб большого сечения и обязательный их монтаж под уклоном не дают возможности произвести скрытую прокладку отопительных коммуникаций, поэтому все элементы системы будут на виду. На практике для устройства самотечного контура используются только металлические трубы (пластиковые плохо выдерживают высокую температуру и давление, предполагают множество резких переходов, повышающих сопротивление трубопровода). А это сложность монтажа (сварочные работы) и необходимость ежегодной покраски коммуникаций. Кроме того, громоздкие трубопроводы, проложенные на виду, плохо сочетаются с современными интерьерами.
2. 2. Ограниченный выбор батарей отопления. Для естественной циркуляции очень важен диаметр внутренних отверстий радиаторов, их способность выдерживать давление и высокую температуру. Таким требованиям лучше всего соответствуют чугунные изделия, которыми чаще всего и оснащаются самотечные контуры. Алюминиевые "слабые" насчет давления и быстро окисляются (скорость коррозии напрямую зависит от температуры теплоносителя), биметаллические батареи имеют узкие просветы, стальные делаются в виде моноблоков (неразборная конструкция), поэтому тяжело подобрать необходимую тепловую мощность радиатора.
3. 3. Необходимость максимально углублять котел. Для этого приходится делать площадку, расположенную ниже общего уровня пола до полуметра. В результате котел неудобно обслуживать (особенно твердотопливный) и подводить к нему трубы при обвязке теплогенератора. Понятно, что об эксплуатации современных котлов настенной установки речь не идет.
4. 4. Ограничена площадь обогреваемых помещений. Учитывая, что трубы расположены под уклоном, на большую длину проложить их не удастся. К тому же, чем длиннее контур, тем больше его сопротивление, следовательно, меньше скорость циркуляции. При большой протяженности коммуникаций крайние точки (батареи) будут нагреваться плохо, и добиться качественного обогрева не удастся даже добавлением секций.

Система отопления с естественной циркуляцией не отличается совершенством, в том числе эстетическим. Однако возможность не зависеть от электроснабжения привлекает некоторых домовладельцев до сих пор, особенно в регионах, где с электричеством часто случаются проблемы. Для тех, кто предпочитает надежность техническому совершенству, предлагается несколько схем устройства самотечного контура.

Основные схемы трубной разводки – выбираем оптимальный вариант

Отопительные контуры, предполагающие естественную циркуляцию теплоносителя, имеют два основных варианта (схемы) устройства:

• однотрубный, когда подача и отведение жидкости от батарей происходит по одной трубе;
• двухтрубный – подача теплоносителя и его отведение от радиаторов осуществляется различными трубопроводами.

Однотрубный контур прост в монтаже. От котла отходит стояк, который поднимают как можно выше в пределах помещения. От верхней точки стояка отходит и спускается почти до уровня пола разгонная труба, плавно переходящая в подающий трубопровод. К коммуникации по ее ходу поочередно присоединяются батареи с помощью двух патрубков меньшего диаметра (при двухдюймовом трубопроводе обычно используют отводы на ¾ дюйма). "Обслужив" все радиаторы, трубопровод превращается в "обратку", которая уходит к котлу. разводки хороша только простотой устройства и относительной эстетичностью (трубы на виду, но расположены низко). Дальше одни недостатки.

Из-за того, что остывший теплоноситель от батарей впадает в ту же трубу, из которой приходит горячая жидкость, температура воды после прохождения каждого радиатора довольно быстро падает. Если к первой батарее коммуникация доставит теплоноситель температурой 85 градусов (например), то крайнему от котла обогревателю можно рассчитывать только на 60 градусов. Отсюда неравномерный обогрев, который приходится компенсировать добавлением секций батареям, удаляющимся от котла, поэтому крайние радиаторы часто громоздкие и тяжелые (особенно, если чугунные).

Подключить батареи при однотрубной разводке можно только снизу (вход и выход), а это самый неэффективный способ подключения радиаторов (прогреваются неравномерно, что сказывается на качестве обогрева). Диагональное подключение радиаторов возможно, если подающая труба проложена выше батарей, но это уже двухтрубная схема.

При двухтрубной разводке от стояка отходит подающая труба, расположенная под потолком. От нее опускаются патрубки к каждой батарее (подключаются в верхнем положении). Внизу расположена вторая, обратная труба, в которую впадают отводящие патрубки от радиаторов (присоединяются к в нижнем положении по диагонали). С точки зрения эстетики картина не очень, но по эффективности такая система намного лучше. К каждой батарее подходит жидкость одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный обогрев всех комнат, плюс есть возможность подключения большего количества обогревателей.

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.

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 .

Она состоит из:

• 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.

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).

Недостатки самотечности:

• 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.