Система отопления с естественной циркуляцией

Вам нужно надежное отопление при небольших затратах на его устройство? Выбирайте отопление с естественной циркуляцией – простое, но надежное и экономичным решение для отопления дома.

Как работает система отопления на основе естественной циркуляции (самотека)?

Жидкостная система теплоснабжения нуждается в обеспечении движения жидкости по трубам теплоносителя. Жидкость, нагреваясь в котле отопления, должна проходить по батареям или радиаторам, обеспечивая тепло в строении. Жидкостная теплоснабжающая система на основе самотека функционирует по такому же принципу.

Прохождение теплоносителя (воды) обеспечивается разностью ее плотности: температура окружающей среды и нагретое состояние. Попадая в котловой теплообменник, вода нагревается, и плотность ее уменьшается. В холодном состоянии плотность воды намного выше, и она вытесняет уже нагретый теплоноситель. Такое явление называется движением масс.

Принимая решение установить водяную отопительную систему на основе естественной циркуляции, желательно знать ее технические возможности и эксплуатационные особенности.

1. Отменные показатели по надежности обеспечиваются отсутствием крыльчатки, которым оснащается циркуляционный насос (лишний фактор поломки);
2. Отсутствие перепадов и высокого давления способствуют длительному эксплуатационному сроку функционирования отопительной системы в частном, загородном или дачном доме;
3. Минимальная скорость поступления теплоносителя к приборам отопления;
4. Уклон магистральных трубопроводов необходим в обязательном порядке. Это обеспечит соответствующее норме функционирование системы. Для этого магистральные трубы монтируются от котла, а для «обратки» – к котлу. Только такой порядок монтажа обеспечит оптимальный режим функционирования системы.
5. Протяженность отопительной системы на основе естественной циркуляции не должна превышать 30 метров погонных. Это связано с тем, что больший объем остывшей воды (теплоносителя) будет снижать скорость.

Система отопления с естественной циркуляцией может устанавливаться на любые виды котлов, которые предлагают производители: от газового до твердотопливного. Но должен присутствовать в конструкции обогревательного прибора – элемент защиты от возможности перегрева, в ситуациях обратного движения воды или при «завоздушенности».

Какой план отопительных систем применяются для самотека?

Установка системы теплоснабжения, вне зависимости от вида циркуляции (естественная или принудительная) начинается с проектирования системы. Особенно важно подобрать схему размещения трубных магистралей, местонахождение котла и определиться с расположением радиаторов при естественной циркуляции. Для этого составляется план, в котором учитываются все особенности и нюансы.

В первую очередь нужно сделать анализ частного дома, в котором будет устанавливаться теплоснабжение. Для этого учитываются следующие факторы:

• площадь для проживания
• утепление стен снаружи
• вид котельного прибора

Только после такого анализа можно выбирать схему для отопительной системы с естественной циркуляцией. В основном это однотрубная и двухтрубная. Однотрубная система – лучший выбор для помещений небольших размеров. Двухтрубная система больше подходить для домов, которые имеют большую площадь или двухэтажные строения.

Но при этом важно учитывать такой аспект, как длина отопительной магистрали (до 30м) и наличие поворотных элементов (минимальное). Естественная циркуляция не применяется для трехтрубной и коллекторной разводки магистралей, так как в таких системах присутствуют большие гидропотери, что негативным образом складывается на скорости продвижения воды.

ВАЖНО! Отопительные системы с самотеком наполняются только водным теплоносителем. Антифриз для этого не годится, так как имеет высокую плотность, которая не дает возможности получить необходимый напор в трубах.

Система в одну трубу

Если ваш дом не отличается большими размерами, или небольшая дача, отопительная система с самотеком – целесообразное решение. Это экономично и надежно. Особенность такой системы – одна труба, к которой параллельно подключаются батареи и радиаторы. Но обязательно нужно учитывать, что скорость здесь прохождение теплоносителя будет проходить с высокой скоростью, так как тепло передается последовательно. Чтобы оптимизировать тепловой режим нужно применить следующие элементы:

• байпас, ограничивающий поток теплоносителя, но не изменяющий эксплуатационные показатели всей отопительной системы. Применяя байпас, можно отключать батарею, но вся система будет продолжать функционировать;
• терморегулятор с байпасом. Терморегулятор позволяет изменять сечение в проходном патрубке батарее, регулируя ее нагрев;
• краником Маевского должны оснащаться батареи при однотрубной отопительной системе с самотеком. С его помощью можно удалять воздушные пробки, которые могут образовываться.

Основное достоинство однотрубной системы – минимально занимаемое место. Устанавливают систему с учетом предпочтений и возможностей: скрытый или открытый монтаж.

Особенности системы из двух параллельных труб

Дома и дачи, имеющие средние размеры, а длина магистральных труб превышает 30м, применяют двухтрубную систему, которая разделяет теплоноситель – холодная и горячая «ветвь».

При устройстве двухтрубной системы следует помнить, что котел монтируется ниже, чем уровень батарей. Установка котла ниже уровня батарей будет обеспечивать достаточный напор холодной воды, чтобы создавать естественную циркуляцию в системе отопления.

При устройстве системы нужно предусмотреть наличие разгонного стояка, на котором в наивысшей точке будет прикреплен расширительный бак. И уже от него будет отходить раздаточная труба, монтируемая под наклоном.

Чтобы двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией работала с минимальной разницей температур, необходимо принять во внимание следующие факторы:

• местонахождение котла. Он должен устанавливаться в подвале или цокольном этаже, с обеспечением нормальной температуры, вентиляции и освещения
• оснастить расширительный бак контрольным патрубком для пополнения системы
• подпитка и слив – узлы, позволяющие контролировать процесс

Материал для двухтрубной системы выбирается в зависимости от предпочтений или финансовых возможностей.

ВАЖНО! При устройстве двухтрубной системы желательно предусмотреть наличие запорной арматуры, чтобы можно было отключать отдельный радиатор от всей системы.

Как правильно составить схему отопления?

Составляя схему разводки отопительной системы, которая имеет естественную циркуляцию, нужно учесть особенности проектирования и правильно выбрать, и купить комплектующие элементы

1. Магистральные трубы. Оптимальный диаметр для магистральных труб – 32 – 40мм. Это позволит компенсировать трение теплоносителя об их внутреннюю поверхность. Материал, который более всего отвечает этому требованию – полимеры. Трубы из полимеров идеально гладкие, что обеспечивает минимальное трение.
2. Составляя схему разводки нужно максимально избегать поворотных элементов, увеличивающих гидравлическое сопротивление в отопительной системе.
3. Длина разгонного стояка должна превышать высоту последнего потолка в строении, а бачок вообще устанавливается на чердаке.
4. Необходимо подбирать «правильную» запорную арматуру, которая не будет влиять на работу всей системы отопления с естественной циркуляцией.

Почему так важен уклон?

Система теплообеспечения с принудительной циркуляцией и естественной мало отличаются друг от друга. Разводка, применяемые материалы, радиаторы отопления, все это может быть идентичным, но вот наличие уклона – обязательно!

Уклон – расположение подающего трубопровода в наклонном состоянии от разгонного стояка к радиаторам отопления. Соотношение нижней и верхней точки стояка должно быть 1 к 10, что обозначает отклонение каждого метра трубы должно составлять 1 см. Это по отношению к подающей трубе. Для «обратки» применяется уклон в противоположную сторону. То есть, от отопительных радиаторов выполняется уклон к нагревательному прибору (котлу). Это дает возможность создавать гравитационное воздействие на воду, проходящую по обратной магистрали.

Преимущества отопительной системы на основе естественной циркуляции

Чаще всего, владельцы жилья выбирают отопительные системы с естественной циркуляцией по следующим причинам:

1. Легкость монтажа, эксплуатации и обслуживания системы.
2. Не требуется устанавливать дополнительное оборудование, что экономит финансы домовладельца.
3. Экономия электроэнергии. Даже если нет электропитания для котла, система будет продолжать функционировать. Такая энергонезависимость позволяет сохранить тепло в доме при морозах и отсутствии электричества.
4. Ремонтопригодность. В случаях протечки или выхода из строя батареи домовладелец может легко устранить неполадки не вызывая специалистов.
5. При снижении температурных показателей система саморегулируется: поток теплоносителя увеличивается.
6. Возможность самостоятельной установки системы.

Есть ли недостатки в отопительных системах с естественной циркуляцией?

Недостатки тоже присущи системе теплоснабжения, которая функционирует самотеком:

• ограничение по длине магистральных труб и объему помещения для отопления
• высокие показатели по инертности
• необходимость уклона
• желательно выполнять открытую разводку
• осуществление постоянного контроля уровня воды в баке расширения
• желательно применять магистральные трубы с увеличенного диаметра
• возможность замерзания при слабом потоке

Выбирайте оптимальный вариант для теплоснабжения дома, который будет вам выгоден!

Основные принципы работы систем отопления частного дома с естественной циркуляцией

Вариант с использованием системы отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома (гравитационной или самотечной системы) по-прежнему популярен, несмотря на достигнутый уровень технического прогресса. Объясняется это просто: системы естественной циркуляции жидкости (ЕЦ) работают автономно и не нуждаются в подключении к источникам тока.

Поэтому сложно переоценить значение подобной системы отопления с естественной циркуляцией для одноэтажного дачного дома, расположенного на участке, где нет возможности подключения электричества установки циркуляционных насосов. Либо в местах, где наблюдаются частые перебои с электроснабжением.

О принципе работы систем с самотечной циркуляцией

В основе работы гравитационной системы заложен знакомый со школьных времен принцип расширения жидкости при нагревании. То есть в результате нагрева вес и плотность воды уменьшаются, а при остывании – возвращаются к прежним значениям.

Процесс естественной циркуляции в системе отопления выглядит следующим образом: при нагреве котлом некоего объема жидкости, жидкость расширяется и, за счет уменьшения плотности, поднимается к верхней точке отопительной самотечной системы, вытесняемая более плотными холодными слоями. Делая круг по отопительной системе, жидкость постепенно остывает и сама вновь возвращается к источнику нагрева. Далее данный цикл повторяется.

То есть основной принцип обогрева циркулированием теплой воды основан на использовании разницы уровней гидростатического давления холодного и горячего столбов жидкости. Когда горячая вода вытесняется холодной, стекающей в направлении теплообменника, нагретая поднимается по трубе. Величина циркуляционного напора находится в непосредственной зависимости и от размещения середины котла и самого нижнего из имеющихся в доме радиаторов. С увеличением перепада высот, увеличивается скорость перемещения жидкости по трубам. Так и работает схема с естественной циркуляцией жидкости.

Условно отопительный контур здания может быть разделен на отдельные фрагменты: «горячие» с жидкостью, направляющейся вверх и «холодные» – с водой, направляющееся вниз. Роль границ между фрагментами будут выполнять нижняя и верхняя точки отопительного контура.

В ходе моделирования самотечных систем важно обеспечить максимум разницы между уровнями давления столбов жидкости в «холодном» и «горячем» контурах.

Как правило, система проектируется таким образом, чтобы обеспечить предельное совпадение верхних крайних точек коллектора разгона (основного стояка, отходящего от теплообменника) и остального контура. На уровне верхней точки устанавливается и выход к баку-расширителю или воздухоотводящему клапану (при использовании мембранного бака). Это помогает сделать «горячий» фрагмент общего контура минимально коротким. Благодаря этой мере циркуляция воды в системе отопления на данном отрезке будет осуществляться с минимальными теплопотерями.

Приемлемая скорость продвижения жидкости по контуру возможна при наличии температурной разницы выходящего (от котла) и входящего контура – не меньшей чем 25 0 С градусов. При этом с увеличением длины трубопровода, разница в температурах должна возрастать.

О видах и схемах данных систем

Различают два способа установки контуров гравитационной системы отопления. Речь идет об однотрубном и двухтрубном контурах. В первом случае вода от радиатора отводится и подается по одной и той же трубе, во втором – за отвод и вхождение жидкости «отвечают» две разных трубы. Также используются открытая и закрытая системы циркуляции.

Однотрубная

Выгодно отличается простотой монтажа низким (практически по уровню пола) размещением трубопровода. Однотрубная система отопления представлена стояком с отходящей от его верхней точки и направленной максимально вниз разгонной трубой, которая заканчивается подающим контуром. Подсоединение системы (входа и выхода воды) к батареям осуществляется снизу с использованием пары патрубков, имеющих меньший диаметр (если имеется в виду двухдюймовый трубопровод, целесообразно применение ¾-дюймовых отводов). Далее теплоноситель от батарей движется в направлении котла.

Минусом подобной схемы с естественной циркуляцией теплоносителя остается ее низкий КПД: остывая, жидкость попадает в тот же трубопровод, по которому теплая вода движется к следующей батарее. Таким образом, потеря тепла каждого последующего радиатора заметно отличается, что становится причиной неравномерности обогрева дома. Чтобы решить эту проблему, приходится увеличивать число секций каждой последующей батареи.

Закрытая

Одна из наиболее популярных в Европе. От обычных самотечных схем отопления она выгодно отличается присутствием расширительного бака. Этот процесс можно разделить на этапы:

• За счет увеличения температуры, нагретый теплоноситель вытесняется холодными слоями и покидает контур нагрева;
• Разогретая жидкость оказывается в закрытом расширительном мембранном баке (в емкости, разделенной пополам при помощи разделительной мембраны, при этом одна половина заполняется водой, а во второй содержится газ – чаще всего азот);
• Нагрев воды ведет к увеличению давления, в результате чего газ во второй половине емкости сжимается, охлаждение теплоносителя ведет к обратному процессу – газ, расширяясь, выталкивает жидкость из бака.

Ее недостатком, при необходимости в обогреве значительных площадей, может стать потребность в установке достаточно объемного бака.

Открытая система

Отличается от предыдущей схемы устройством расширительного бачка. В этом случае его изготавливают самостоятельно и устанавливают на чердаке или под самым потолком. Обычно открытая система используется для обогрева небольших помещений.

Минусом остается частое «заглатывание» воздуха и попадание его в батареи, что негативным образом сказывается на работе всей системы, а также приводит к досрочному износу батарей и металлических труб за счет усиления коррозионных процессов. Для борьбы с завоздушиваним батареи рекомендуется кранами Маевского.

Двухтрубная

Обеспечивает более рациональное использование тепла за счет строгого разделения холодного и теплого контуров и обеспечивает возможность подключения значительного числа батарей.

От размещенной у самого потолка и отходящей от коллектора подающей трубы опускаются (по одному к каждому радиатору) несколько патрубков (с верхним подключением). По полу проходит труба-обратка, в которой собирается остывший теплоноситель, поступающий из батарей (нижнее диагональное подключение). В результате остывшая и горячая жидкости не смешиваются, что обеспечивает равномерный обогрев всех помещений в доме.

Недостатком можно считать изобилие в помещении труб, что нередко не сочетается со стилем оформления интерьеров.

Лучевая

Является гибридом, объединившим принципы работы двухтрубной схемы отопления и теплого водяного пола. От распределительного коллектора отходят подающий и обратный контуры. При этом обратка прокладывается под полом. Используется прямое соединение с радиаторами с минимумом поворотов.

О преимуществах и недостатках гравитационной системы теплоснабжения

При перечислении достоинств систем отопления с естественной циркуляцией теплоносителя стоит упомянуть о:

• простоте монтажа, запуска и обслуживания;
• независимости от наличия доступа к источникам тока;
• неплохой тепловой отдаче;
• экономичности (при условии хорошей теплоизоляции стен и оконных проемов здания);
• бесшумном функционировании, поскольку нет необходимости в использовании насоса, часто создающего неблагоприятный для отдыха и работы звуковой фон;
• долговечностьи (минимальный срок службы – от 30-35 лет, при условии монтажа из новых качественных труб).

Говоря о минусах подобного вида теплообеспечения частных домов, нельзя ничего не сказать об:

• ограниченном радиусе действия системы (не более 30 метров);
• низкой продуктивности при установке в зданиях площадью более 100 м 2 ;
• необходимости наличия чердаков для установки систем с расширительным баком;
• значительном количестве времени, требующемся для прогрева всех помещений в здании;
• необходимости в утеплении труб, проложенных в не отапливаемых помещениях;
• увеличении затрат на приобретение труб значительного диаметра, используемых для снижения сопротивления при прохождении воды.

О расчете параметров системы отопления с естественной циркуляцией для одноэтажного дома

Ввиду отсутствия в гравитационных системах отопления одноэтажного здания дополнительных механизмов, обеспечивающих стабильно высокое давление, любое из возможных нарушений при установке трубопровода может обернуться проблемами с подачей тепла. К таким нарушениям можно отнести:

• пренебрежение необходимостью в соблюдении углов наклона;
• неверный выбор труб;
• избыток поворотов при монтаже системы.

Уровень уклона при установке трубопровода для отопления частном доме регламентируется положениями СНиПов. В соответствии с ними, для каждого погонного метра необходим наклон, величиной в 1 см. Это обеспечивает нормальное продвижение теплоносителя по трубопроводу. При нарушении указанного норматива возможно завоздушивание системы и снижение общего уровня ее КПД.

О расчете давления и мощности отопления

Исходя из положений СНиП, каждый кВт тепловой мощности предназначен для обогрева площади в 10 кв.м дома. При расчете уровня мощности для регионов с жарким или холодным климатом, следует воспользоваться специальными коэффициентами. В первом случае он составит от 0,7 до 0,9, во втором – от 1,5 до 2.

Однако способ расчета, пренебрегающий высотой потолочных перекрытий, не всегда идеален. Поэтому существует еще один вариант – на основе объема помещения. В этом случае в основу расчетов ложатся показатели тепловой мощности (40 ватт) для каждого кубического метра. При этом наличие окон увеличивает полученное в итоге число на 100 ватт (для каждого окна), а двери – на 200 ватт (для каждой). При этом для одноэтажных частных домов применяется коэффициент 1,5.

Собственно, стандартный объем мощности, закладываемый в проекте частных одноэтажек, предполагает необходимость в мощности обогрева не менее чем в 50 ватт на 1 кв.м

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Диаметр труб в гравитационных системах рассчитывают исходя из:

• потребности здания в объеме тепловой энергии (+20%);
• определение требуемого типа материала изготовления трубы (например, диаметр трубы из стали должен составлять не менее 0,5 см);
• данных СНиП относительно отношения мощности и внутреннему диаметру трубы.

Стоит учитывать, что при выборе труб с неоправданно большим сечением могут увеличиться расходы на отопление при снижении теплоотдачи. Расчет диаметра труб для систем с самоциркуляцией предполагает выполнение еще одного простого правила, предполагающего сужение диаметра трубы на размер после каждого разветвления.

Как сделать своими руками отопление частного дома с естественной циркуляцией

Качественная система отопления частного дома с естественной циркуляцией может быть смонтирована самостоятельно, без привлечения специалистов. Для этого следует выполнить необходимые расчеты и неукоснительно следовать подробным указаниям специальных пособий, пошагово описывающих весь процесс монтажа систем водяного отопления с естественной циркуляцией в частном доме.