Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Для частных загородных домов и дач, часто устанавливается система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Данное решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. Схему выполняют четырьмя различными способами.

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:

Простой монтаж и обслуживание.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

Подача и обратка проходят по разным трубам.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

Равномерное распределение тепла.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

Минимальный угол уклонов.

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Естественная циркуляция воды в системе отопления одноэтажного дома во многом зависит и от выбранной схемы подачи теплоносителя непосредственно к радиаторам. Принято классифицировать все типы подключения или розлива на две категории:

Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

Как устроена система отопления с естественной циркуляцией – какие бывают схемы подключения

Для владельцев частных домов можно назвать актуальным вопрос, касающийся устройства системы отопления с естественной циркуляцией. Кроме того их интересует, в каких системах можно не использовать циркуляционный насос, а когда это устройство является необходимым. Для начала важно разобраться, что представляют собой системы подобного типа.

Основные характеристики и принцип работы

Хотя и схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией достаточно эффективна, но у нее есть и минусы. В отличие от систем с принудительным движением воды, в которых основную работу выполняет дополнительное оборудование, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией более простая и доступная. В ее основе лежит способность воды расширяться при нагревании.

Функционирует такая отопительная система по следующему принципу:

• В котле нагревается определенное количество воды. Согласно законам физики более теплая вода поднимается вверх и самотеком движется по системе, отдавая тепло батареям и радиаторам.
• В процессе подъема к верхнему уровню системы теплоноситель остывает и в таком состоянии вновь поступает в котел. Система отопления частного дома с естественной циркуляцией не исключает врезку специального устройства, которое способствует быстрому перемещению воды и более равномерному прогреву всех батарей и радиаторов. При аварийном отключении электричества система может работать в естественном режиме.

Особенности устройства системы отопления в частном доме

Системы подобного типа имеют некоторые особенности, в частности речь идет о следующем:

• Отсутствуют подвижные элементы, в том числе и устройства для принудительной циркуляции рабочей среды, и контур замкнутого типа, в котором соли, минералы и различные взвеси присутствуют в определенном количестве. Эти факторы способствуют продлению срока службы системы. А использование труб из оцинкованной стали или современных полимерных материалов и биметаллических приборов отопления способствует увеличению эксплуатационного периода до 50 лет.
• Радиус открытой системы отопления с естественной циркуляцией должен составлять 30 метров. Это объясняется довольно небольшим перепадом давления, характерного для подобных систем. Кроме того со стороны труб и радиаторов отопления теплоноситель также испытывает определенное сопротивление. Однако это не является запретом для использования большего радиуса системы, указанные значения являются условными.
• Система с естественной циркуляцией теплоносителя характеризуется большой инерционностью. От запуска или растопки котла до достижения комфортной температуры в помещении проходит несколько часов. Это происходит из-за некоторых особенностей системы: вначале прогревается теплообменник, а затем вода, которая начинает довольно медленно циркулировать по системе.
• Горизонтально расположенные участки трубопровода должны располагаться с определенным уклоном. Только в этом случае обеспечивается минимальное сопротивление свободно перемещающейся остывающей воде. Для отвода воздушных пробок в системе монтируют расширительный бачок, который может быть полностью герметичным, как в схеме закрытой системы отопления с естественной циркуляцией, или открытым.

Отопление с естественной циркуляцией можно назвать саморегулирующей системой, с понижением температуры воздуха теплоноситель циркулирует быстрее.

На циркуляционный напор оказывают влияние следующие факторы:

• Расстояние по высоте между котлом и нижним радиатором. Здесь работает принцип сообщающихся сосудов: вода быстрее переливается в котел, расположенный ниже по отношению к самому нижнему прибору отопления. Этот параметр остается неизменным на протяжении всего времени работы системы.
• Разная плотность воды на выходе из котла и в обратной трубе, определяющаяся температурой воды. Благодаря этому фактору происходит саморегулирование: с понижение температуры воздуха в помещении остывают и радиаторы. Это приводит к увеличению плотности теплоносителя и более быстрому вытеснению нагретой воды.

Факторы, определяющие скорость циркуляции

Скорость движения теплоносителя по системе отопления зависит не только от напора, на это оказывают влияние следующие факторы:

• Диаметральное сечение труб системы отопления. По тонкой трубе теплоноситель движется с большим сопротивлением, поэтому следует собирать систему из труб с завышенным диаметром.
• Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления. Гладкая внутренняя поверхность полипропиленовых труб оказывает меньшее сопротивление движению теплоносителя, чем внутренние стенки стальной трубы, особенно имеющие признаки коррозии или известковые отложения.
• Количество поворотов и их радиус. Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя должна характеризоваться меньшим количеством поворотов.
• Наличие и количество запорной арматуры. Различные краны, шайбы и переходники служат препятствием на пути свободно двигающейся воды.

Производя расчет системы отопления с естественной циркуляцией, важно учитывать большое количество переменных. Это приводит к тому, что получить точные результаты практически невозможно.

Правила расчета мощности котла

Рассчитать требуемую мощность котла для системы водяного отопления с естественной циркуляцией можно следующими способами:

• По площади отапливаемого помещения. Санитарные Нормы и Правила рекомендуют использовать 1 кВт мощности котла для обогрева площади в 10 м 2 . В этом случае следует применять коэффициент, который в южных регионах равен 0,7-0,9, в северных районах – 1,5-2, а в средней части – 1,2-1,3. Применение этого способа позволяет не принимать во внимание высоту потолков в помещении, потери тепла через дверные и оконные проемы, а также расположение комнаты относительно внешних стен.
• По объему воздуха в помещении. Этот способ позволяет получить более точные результаты расчетов. Исходным значением является 40 Вт мощности на 1 м 3 объема воздуха в комнате, также применяются приведенные выше коэффициенты. На каждый оконный проем добавляется по 100 Вт, на дверной проем – по 200 Вт. Если комната расположена у внешней стены, то следует применить коэффициент 1,1-1,3. В этом случае следует учитывать материал и толщину стен. Для схемы отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяют коэффициент 1,5.

Схемы, используемые для разводки труб

Система отопления с естественной циркуляцией может собираться по разным схемам. Для самостоятельного монтажа лучше использовать самые простые варианты двухтрубной и однотрубной системы отопления с естественной циркуляцией.

Схема двухтрубной разводки с естественной циркуляцией

Схема отопления такого типа предполагает наличие следующих элементов в системе:

• Отопительный котел, в котором происходит непосредственное нагревание теплоносителя.
• Расширительный бак, который компенсирует изменения объема теплоносителя и служит своеобразным накопителем для вытесненного воздуха.
• Приборы отопления, к которым относятся конвектора и радиаторы.

Монтаж двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией предполагает применение перечисленных выше условий:

• Установка котла на более низком уровне относительно приборов отопления.
• Соблюдение определенной степени уклона системы отопления с естественной циркуляцией для свободного течения теплоносителя. Чаще всего это значение составляет 5-7 градусов.
• Основной трубопровод, к которому подключаются несколько радиаторов, монтируется из полимерной или металлопластиковой трубы диаметром не меньше 32 миллиметра. Для изготовления подводов к приборам отопления следует использовать трубы ДУ20. При этом следует знать, что ДУ примерно равна внутреннему сечению трубы, а не внешнему. К примеру, полипропиленовая труба, внешний диаметр которой равен 32 мм, соответствует ДУ20.

При правильном подборе диаметра труб система отопления с естественной циркуляцией двухтрубного типа не нуждается в балансировке. При этом использование дросселей на отводах к приборам отопления даст положительный эффект.

Однако стоит учесть, что двухтрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, установленная по всему периметру дома, требует достаточно больших финансовых вложений. Это объясняется высокой ценой на пропиленовые армированные трубы, а также долгим и трудоемким монтажом. Поэтому в большинстве случаев владельцы частных строений применяют однотрубную разводку.

Особенности монтажа однотрубной системы

В процессе монтажа системы отопления по однотрубной схеме важно учитывать следующие моменты:

• Использование трубных изделий определенного диаметра.
• Соблюдение уклона трубы отопления при естественной циркуляции по всему периметру системы.
• Врезка радиаторов параллельно основному трубопроводу, не разрывая его. В этом случае не стоит беспокоиться об отсутствии циркуляции в приборах отопления, многолетние исследования доказали эффективность работы системы, собранной по однотрубной схеме.
• Расширительный бачок и каждый отопительный прибор должен оснащаться устройством для спуска воздуха. Особенно это касается систем закрытого типа, которые изолированы от атмосферного воздуха. Однако существует еще одна особенность таких систем: при неполном стравливании воздуха с одного из радиаторов расширительный бак можно исключить из системы.
• Установка на отопительные приборы дросселей и терморегуляторов помогает равномерно распределить тепло между радиаторами, расположенными в непосредственной близости к котлу и самыми дальними приборами отопления.

Источник https://avtonomnoeteplo.ru/armatura/696-sistema-otopleniya-s-estestvennoy-cirkulyaciey.html

Источник https://teplospec.com/montazh-remont/kak-ustroena-sistema-otopleniya-s-estestvennoy-tsirkulyatsiey-kakie-byvayut-skhemy-podklyucheniya.html

Источник

Источник