Естественная циркуляция в системе отопления

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

Особенности системы отопления с естественной циркуляцией

Любая отопительная схема включает несколько обязательных элементов:

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки системы

Естественная циркуляция обеспечивает систему отопления следующими преимуществами:

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

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

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

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

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

Виды систем отопления

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

Однотрубные

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

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

Различают 2 схемы однотрубного варианта:

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

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

Двухтрубные системы

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

Выполняют как верхнее, так и нижнее подключение:

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

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

Как появляется циркуляционный напор

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

Основная задача при организации системы – добиться максимального перепада давления.

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

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

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

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

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

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

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

Чтобы улучшить КПД системы, соблюдают рекомендации:

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

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

Схема самотечной системы отопления с естественной циркуляцией

В небольших одноэтажных частных домах нередко применяют самотечные отопительные системы. Это значит, что теплоноситель циркулирует за счет разницы температуры жидкости. Самотечная система отопления имеет свои плюсы и минусы. Существует четыре разных схемы устройства контуров с естественной циркуляцией. Для надежной и эффективной работы отопительной сети нужно правильно подобрать трубопроводы, определиться с видом теплоносителя и вариантом подключения подачи.

Принцип работы отопительных систем с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома организована с учетом физических законов. Разность между плотностью и весом нагретой и охлажденной жидкости способствует естественному току теплоносителя в сети. Давление в контуре практически отсутствует и составляет всего 0,5-0,7 атмосфер.

Поскольку в процессе нагревания объем жидкости увеличивается, в контуре устанавливается расширительный бак. Главное его назначение в уравновешивании давления в системе. Излишек расширившейся жидкости поступает в эту емкость, а при снижении давления в сети вода из бака переходит обратно в трубопроводы. Расширительный бак устанавливается в самой верхней точке сети после разгонного вертикального стояка.

К самотечному контуру можно подключать теплые полы. При этом требуется установить насосное оборудование только на трубопровод в полу, а в разводке отопительных приборов теплоноситель будет циркулировать естественным образом.

Также гравитационную схему можно использовать в комплексе с бойлером косвенного нагрева. Это оборудование устанавливают в наивысшей точке разводки, но ниже расширительного бака. При этом не придется использовать насосное оборудование. Если такую схему применить не получается, то насос монтируется только на накопительную емкость. В этом случае обязательно устанавливают обратный клапан для защиты от рециркуляции теплового носителя.

Важно! В самотечных контурах обязательно делают уклон трубопровода с обраткой в сторону котла, чтобы обеспечить движение охлажденной жидкости.

Плюсы и минусы самотечной системы

Преимущества гравитационного тока:

1. Простота монтажа, эксплуатации и обслуживания сети.
2. Не нужно монтировать циркуляционное оборудование и систему безопасности.
3. Это полностью энергонезависимая схема, которая может работать при отключении подачи электроэнергии.

Недостаток контуров с естественным током в том, что они не подходят для больших и многоэтажных домов, потому что из-за низкой скорости движения теплоносителя не смогут эффективно и равномерно обогревать постройку.

Разновидности гравитационных схем

Существует четыре схемы монтажа контуров с гравитационной циркуляцией. Выбор определенной разновидности делают с учетом особенностей постройки и требуемой производительности. Для выбора схемы выполняют гидравлический расчет, оценивают параметры котла и определяют диаметр трубопровода.

Закрытая

Принцип работы контуров закрытого типа следующий:

• Нагретый и расширившийся теплоноситель вытесняет воду из отопительного контура.
• Вытесненная вода попадает в расширительный бак закрытого типа. Это емкость с эластичной мембранной перегородкой, разделяющей газовую и водяную камеры.
• Поступившая под давлением жидкость продавливает мембрану и сжимает газ в воздушной камере. При остывании теплоносителя давление снижается, и газ выдавливает жидкость из емкости в трубопроводы.

Главный недостаток такой схемы в зависимости работы сети от объема расширительного бака. В доме большой площади с протяженным контуром придется устанавливать вместительную емкость.

Открытая

Если используется отопление самотеком, схема открытого типа отличается от предыдущей разновидности только конструкцией расширительного бака. В этом случае расширительную емкость можно изготовить самостоятельно из подходящих материалов. Бачок небольшого размера устанавливают на чердаке или высоко под потолком.

Главный минус открытого контура в том, что через расширительную емкость в сети попадает кислород, который способствует коррозии трубопроводов и радиаторов. Еще один недостаток в завоздушивании системы, поэтому на каждый прибор монтируют кран Маевского.

Двухтрубная

Двухтрубная схема системы отопления частного дома с естественной циркуляцией делается с использованием подающего и отводящего трубопровода, то есть все радиаторы подключаются к разводке параллельно, что способствует равномерному прогреву каждой комнаты и всего дома.

Преимущества двухтрубной разводки:

1. Тепло равномерно распределяется по всему строению.
2. Не нужно устанавливать дополнительные секции для регулировки теплоотдачи приборов.
3. Отрегулировать работу сети с двухтрубной разводкой намного проще.
4. Можно использовать трубы меньшего диаметра, чем при использовании однотрубной разводки.
5. Эффективность и простота конструкции.

Главный недостаток в высокой материалоемкости системы. Перед монтажом нужно провести расчеты. От правильности их проведения и соблюдения технологии монтажа зависит эффективность отопительной сети.

Однотрубная

Однотрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяется редко, потому что не отличается эффективностью. В такой сети каждый отопительный прибор последовательно подключается к трубопроводу. Из-за этого в каждую последующую батарею поступает жидкость с меньшей температурой, чем в предыдущий. Для компенсации тепловых потерь приходится увеличивать количество секций в дальних радиаторах.

Преимущества однотрубной разводки:

• Простота монтажа и использования. Не нужно проводить сложные расчеты для прокладки сети.
• Экономия на материалах, потому что прокладывается только один трубопровод, к которому подключаются все приборы. Обратка поступает от последнего радиатора к котлу.

Главный недостаток однотрубной разводки в необходимости увеличения количества секций в дальних радиаторах, а также в неравномерном прогреве постройки. Удаленные от котла комнаты отапливаются хуже.

Какая схема лучше, принудительная или естественная?

Естественная система лучше в том случае, если нужно организовать отопление небольшого одноэтажного частного дома. В этом случае нет смысла тратиться на насосное оборудование, когда и естественного тока теплоносителя будет достаточно для обогрева всей постройки.

Контуры с принудительной циркуляцией лучше использовать в больших одноэтажных или многоэтажных домах. Благодаря быстрому движению теплового носителя в сети постройки значительных размеров будут хорошо и равномерно прогреваться. Контуры с естественной циркуляцией с этой задачей не справятся.

Правила монтажа контура без насоса

Теперь поговорим, как сделать циркуляцию воды без насоса. Любая разновидность гравитационной схемы имеет общий минус, который заключается в отсутствии давления в сети. Именно поэтому работоспособность системы снижается из-за повышенного количества поворотов трубопроводов, неправильного уклона и других погрешностей во время монтажа.

Для правильной организации контуров без насоса придерживайтесь следующих требований:

1. Соблюдайте минимально необходимый уклон обратного трубопровода в сторону нагревательного оборудования.
2. Для устройства разводки выбирайте трубы подходящего диаметра и типа.
3. Учитывайте используемый тип теплоносителя и особенности его подачи.

Важно! Чтобы обеспечить уклон обратного трубопровода в сторону котла, нагревательное оборудование устанавливают в подвале или цокольном этаже либо делают пониженный уровень пола в котельной на первом этаже.

Подбор трубопроводов и их уклона

Чтобы обустроить водяное отопление в частном доме без насоса, нужно правильно подобрать диаметр трубопровода и рассчитать его уклон.

Для организации самотечной сети можно использовать следующие виды труб:

• Стальные трубопроводы стоят недорого, достаточно прочные, выдерживают высокое давление. Главный недостаток в низкой коррозионной стойкости, особенно в завоздушенных сетях.
• Металлопластиковые конструкции благодаря гладкой внутренней поверхности не так быстро засоряются. Они мало весят, не подвержены коррозии и имеют небольшое линейное расширение.
• Полипропиленовые трубопроводы обладают высокой герметичностью, прочностью. Они просто монтируются, служат долго и устойчивы к замерзанию. Для монтажа трубопровода понадобится специальное паяльное оборудование.
• Медные трубы стоят очень дорого, поэтому применяются редко. Это самые долговечные и красивые трубопроводы с хорошей теплоотдачей.

Важно! Минимальный уклон обратной магистрали при естественном токе теплоносителя составляет 0,5% на погонный метр. При неправильном уклоне сети быстро завоздушиваются, дальние радиаторы плохо прогреваются.

Выбор диаметра трубопровода производится на основе теплотехнического расчета. При превышении сечения магистрали увеличиваются расходы на отопление, а теплоотдача снижается. Диаметр стального трубопровода не должен быть меньше 50 мм.

Выбор теплоносителя

Естественная циркуляция в системе отопления частного дома может быть организована с использованием жидкого теплоносителя – воды или антифриза. Чаще используют воду, потому что меньшая теплоотдача и большая плотность антифриза повышают расходы топлива и времени на обогрев дома.

Антифриз стоит выбрать в том случае, если дом в холодный сезон будут надолго покидать либо посещать его с определенной периодичностью, а постоянно сливать воду из системы не хочется. В пользу антифриза говорит его лучшая текучесть, облегчающая циркуляцию теплоносителя, а также устойчивость к замерзанию.

Выбор нижнего или верхнего подключения подачи

Отопление самотеком можно организовать с нижним и верхним подключением подачи теплоносителя к отопительным приборам.

Особенности каждой подачи следующие:

1. При нижней подаче теплоносителя трубопроводы прокладываются на уровне пола, поэтому не портят интерьер помещения. Однако однотрубные системы с нижней разводкой отличаются низкой тепловой эффективностью, поэтому такое подключение используют при высоком давлении в сети.
2. Верхняя подача теплоносителя более всего подходит для устройства в частном доме с естественной циркуляцией. Трубопроводы прокладываются под потолком. Поскольку жидкость в радиаторы подается сверху, через краны Маевского легко стравливается воздух. Однотрубная разводка с верхней подачей более эффективная, чем с нижним подключением.

Ошибки при подборе способа подачи могут привести к низкой эффективности системы. Решить проблему получится только установкой циркуляционного насоса для создания лучшего тока теплового носителя.

Источник https://strojdvor.ru/otoplenie/estestvennaya-cirkulyaciya-v-sisteme-otopleniya/

Источник https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/sistemy-otopleniya/samotechnaya-sistema-otopleniya.html

Источник

Источник