Отопительные системы с естественной циркуляцией. Водяное отопление с самотечным движением жидкости. Как должна быть устроена двухтрубная система

Сооружение автономной сети отопления гравитационного типа выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключиться к централизованному электроснабжению.

Такая система обходится дешевле в обустройстве и полностью независима от электричества. Однако ее работоспособность во многом зависит от точности проектирования.

Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить компоненты и обоснованно выбрать схему водяного контура. Мы поможем в решении этих вопросов.

Мы описали главные принципы работы гравитационной системы, привели советы по выбору трубопровода, обозначили правила сборки контура и размещения рабочих узлов. Отдельное внимание мы уделили особенностям проектирования и функционирования одно- и двухтрубной схемам отопления.

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

Понимание природы этих процессов позволит грамотно для типовых и нестандартных случаев.

Галерея изображений

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 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 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 к подключению 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

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 из-за наличия фитингов или запорной арматуры. При небольшой скорости потока сопротивление стенок практически отсутствует.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . 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 использовать при естественной циркуляции воды нежелательно по причине соединения их фитингами, со значительно меньшим внутренним диаметром.

Фитинги металлопластиковых труб несколько сужают внутренний диаметр и являются серьезной преградой на пути воды при слабом напоре (+)

Правила выбора и монтажа труб

Уклон магистрали 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 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 магистрали

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 с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения 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 “ “. 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 “ ” 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

Когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, такую схему отопления называют двухтрубной. Подобную систему при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную.

Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

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

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, 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 и попутной 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.

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.

Если вы решили обустроить систему отопления для коттеджа или загородного дома, то необходимо подумать об экономичности, максимальной надежности и простоте проведения работ.

Особенности обустройства

Если речь идет о принудительной циркуляции теплоносителя в системе трубопровода, то в процессе проведения работ нужно будет установить насос, который должен располагаться на участке теплотрассы. Благодаря подобному взаимодействию появится возможность обеспечить более быстрое и постоянное перемещение воды. В качестве недостатка в данном случае можно выделить затраты на установку дополнительного оборудования. Если вас интересует схема частного дома, то в установке насоса не будет необходимости. Это обусловлено тем, что плотность горячей воды гораздо ниже, чем у холодной. За счет этого и осуществляется выталкивание одной жидкости другой. Теплоноситель, передвигаясь по магистрали, отдает определенную часть тепла батареям, постепенно остывая. Возвращаясь обратно, холодная жидкость вытесняет горячую и легкую в трубы. Этот цикл повторяется постоянно. Процесс никак нельзя будет приостановить до тех пор, пока котел будет греться. Если есть необходимость, то схема отопления с естественной циркуляцией (частного дома это касается в первую очередь) может быть в любой момент дополнена насосом, который хозяева смогут задействовать при необходимости для быстрого и равномерного нагрева жилища.

Главные положительные характеристики

Присутствие насоса влечет дополнительные затраты на электроэнергию. Тогда как его отсутствие, напротив, позволяет хорошо экономить. Подобные системы являются совершенно бесшумными и не вызывают лишних вибраций. Система (с естественной циркуляцией) «Ленинградка» обладает массой преимуществ, среди них можно выделить уникальную способность к возможности саморегулирования, весьма длительный срок безотказного функционирования, который составляет 30 лет, тепловую устойчивость и высокую ремонтопригодность.

Подготовка к проведению работ

Если вы решили самостоятельно произвести то вами должна быть рассмотрена схема отопления (с естественной циркуляцией) частного дома. Контур будет содержать определенный набор элементов. Помимо прочего, в ней имеются: расширительный бачок, располагаемый в наивысшей точке; трубопровод, который может быть одинарным или двойным; отопительные радиаторы, а также котельное оборудование. Последнее будет нагревать теплоноситель. Перед началом работы важно помнить о том, что скорость и сила, с которыми вода будет передвигаться по отопительной системе, зависят от объема, веса, а также плотности горячей жидкости. Не менее важную роль играет и внутренний диаметр труб, от этого параметра зависит коэффициент сопротивления, а также высота монтажа отопительных радиаторов по отношению к котлу. Мастер должен знать, что особые требования предъявляются к горизонтально ориентированным трубопроводам. Их нужно устанавливать с обязательным уклоном, который составляет 5 миллиметров на метр, обратив трубы по направлению движения. Только так остывшая вода будет стремиться к котлу. Схема отопления (с естественной циркуляцией) частного дома предполагает установка меньшего количества элементов на пути теплоносителя, которые были бы способны увеличить сопротивление.

Расчет мощности перед началом монтажа

Если вами была выбрана схема отопления частного дома с естественной циркуляцией, то перед началом обустройства системы нужно определить мощность котельного оборудования. Осуществить такие расчеты можно любым из приведенных ниже способов. Первый предполагает использование объема, второй - площади. Мастер должен помнить о том, что каждый из этих вариантов позволяет получить лишь приблизительные результаты при самых идеальных условиях. Если постройка не утеплена, следует приобретать оборудование с незначительным запасом. Тогда как для энергосберегающих строений достаточно будет принять в качестве значения мощности на квадратный метр цифру в пределах 60 Вт.

Определение мощности по объему

Если вами будет реализовываться частного дома с естественной циркуляцией, то наиболее точным будет расчет по объему отапливаемой комнаты. Первоначально предстоит определить данную величину, умножив ее на 40 Вт. На следующем этапе предстоит добавить поправочные коэффициенты. Если речь идет о частном доме, а помещение граничит с улицей сверху и снизу, то нужно умножить полученный результат на 1, 5. При наличии помещения, которое располагается возле утепленной стены, значение следует умножить на 1,1. При наличии неутепленной стены умножение производится на 1,3. Что касается каждой двери, которая выходит на улицу, то для них нужно прибавить 200 Вт. Для окна необходимо прибавить 100 Вт, в качестве минимального значения выступает показатель, равный 70, коэффициент в каждом конкретном случае будет зависеть от габаритов проема.

Определение мощности по площади

Если будет обустраиваться закрытая система отопления частного дома с естественной циркуляцией, то можно осуществить и по площади. Наиболее простой методикой считается определение мощности котла по рекомендациям СНиП. Предполагается, что на 10 квадратных метров необходим 1 кВт мощности. Общая площадь дома должна быть умножена на 0,1. Важно принять во внимание разные коэффициенты, каждый из которых используется для определенных территориальных областей. Например, для Крайнего Севера этот показатель может варьироваться в диапазоне от 1,5 до 2. Для средней полосы эти цифры меняются, начиная от 1,2 и заканчивая 1,4. Если речь идет о южных районах страны, то коэффициент может быть равен 0,8-0,9.

Проведение монтажных работ: двухтрубная система

Водяная система отопления частного дома с естественной циркуляцией может быть обустроена по двухтрубной схеме. Несмотря на то что монтажные работы в данном случае являются более сложными, распространение получила именно данная схема. При ее реализации жидкость будет передвигаться по двум трубам, одну из которых предстоит проложить сверху, где будет протекать разогретая вода; тогда как вторую нужно расположить снизу, там будет течь остывшая жидкость.

Технология проведения работ

Если вами рассматриваются схема и особенности монтажа отопления (с естественной циркуляцией) частного дома, то можно использовать двухтрубную систему. Проведение данных работ предполагает соблюдение определенной инструкции. На первом этапе мастер должен выбрать место, где будет располагаться накопительный агрегат.

Над котлом монтируется расширительный бачок, а соединить эти элементы между собой можно вертикальной трубой, которую после монтажа нужно обернуть утеплителем. Примерно на уровне трети расширительного бачка нужно врезать верхнюю трубу, предназначенную для транспортировки разогретой жидкости. Замеряем расстояние от верхней точки до пола, после чего подсоединяемся к разводке. Производятся данные работы на высоте 2/3. Ближе к верхней части расширительного бачка врезается еще одна труба, которая будет являться переливной. С помощью нее в канализацию будут удаляться излишки. На следующем этапе трубы подводятся к радиаторам отопления. Батареи нужно соединить с нижним трубопроводом, монтаж которого осуществляется параллельно по отношению к верхнему.

Когда устраивается система отопления частного дома (с естественной циркуляцией) своими руками, важно постараться расположить трубы максимально точно. При этом должна быть обеспечена оптимальная разница высот между котлом и радиаторами. Первый необходимо монтировать ниже нагревательных приборов, поэтому лучше всего приобрести напольное устройство, которое будет удобно расположить в подвале или специальном углублении.

Нюансы проведения работ

Чердачное помещение обязательно должно быть теплоизолированным. Если температура в нем будет излишне низкой, то есть вероятность того, что жидкость в трубах замерзнет. Важно придерживаться нескольких правил, одно из которых предполагает расположение верхней трубы с некоторым уклоном, который должен составить примерно 7 градусов. Если есть возможность, то котельное оборудование нужно расположить значительно ниже, чем отопительные приборы. Посетив магазин перед началом работ, вы должны выбрать трубы, выполненные из металлопласта или полимеров. Внутренний диаметр изделий должен составить 32 миллиметра. Балансировку двухтрубного отопления, если трубы были подобраны правильно, производить не придется. Однако установить дросселя на подводках к каждому радиатору нужно будет обязательно.

Нельзя не отметить, что на прокладку двух контуров будет затрачено достаточно большое количество денег. У мастера это займет много времени, однако такая система является более эффективной и предпочтительной.

Монтаж однотрубной системы

Если вами будет прокладываться система отопления частного дома (с естественной циркуляцией), фото подобных схем желательно рассмотреть еще до момента начала работ. Если вы решили использовать однотрубную систему, то сможете сократить монтажные затраты. При этом нужно будет проложить всего лишь одну трубу. Система будет иметь циклический замкнутый контур, который предполагает расположение радиаторов параллельно основному кольцу. Разрывать его в определенных точках не потребуется. Можно будет оснастить воздушником каждый радиатор. Подобное решение предоставит возможность избавляться от воздуха на каждом из отдельных участков. Для выравнивания температуры нужно будет монтировать дроссели и термоголовки. Сегодня достаточно популярна однотрубная закрытая система отопления. В некоторых случаях вы можете пренебречь наличием расширительного бачка, изолировав, таким образом, теплоноситель. Как известно, в принудительной системе скорость передвижения теплоносителя по системе трубопроводов зависит от производительности насосного оборудования. С естественной циркуляцией дела обстоят иначе. Для увеличения скорости передвижения воды необходимо придерживаться определенных правил. Запорная арматура должна быть подобрана максимально правильно, важно следить за переходами диаметров. Не стоит снабжать систему многочисленными поворотами, которые могут стать непреодолимым препятствием для теплоносителя. Мастер должен свести к минимуму любые препятствия, стараясь сделать участки максимально прямолинейными.

Подобная система отопления (с естественной циркуляцией) частного дома, схема которой предполагает наличие всего лишь одной трубы, обустраивается с использованием изделий, внутренний диаметр которых может изменяться в пределах от 32 до 40 миллиметров. Внутренняя поверхность труб должна быть максимально ровной, идеальной, только так удастся исключить скапливание отложений, а вот металлические аналоги рассматривать и вовсе не стоит.

Заключение

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией, без радиаторов, позволит вам сэкономить немало денежных средств. Однако перед проведением данных работ стоит рассмотреть целесообразность их осуществления.

Какую именно схему отопления выбрать для частного дома зависит от таких критериев, как:

• тип отопительного котла;
• доступ электроснабжения;
• размер бюджета на обустройство отопления;
• предпочтения эстетического характера.

Циркуляция теплоносителя в каждой отопительной системе может быть как принудительной посредством насоса, включенного в цепь, так и естественной.

Последние называются также гравитационными или самотечными. Они являются наиболее дешевыми и простыми по конструкции. Как следствие этого – схема водяного отопления с естественной циркуляцией является наиболее дешевой.

В них не предусмотрено включение в цепь циркуляционного насоса. Теплоноситель в трубах перемещается под действием естественных сил (силы тяжести, прежде всего). Системы такого типа являются выгодным решением по деньгам, а также оптимальным – с точки зрения инженерного исполнения.

Этот вариант реализации отопления уже не применяется так широко, как раньше. Он относится к морально устаревшим решениям и постепенно заменяется более эффективными схемами. В равной степени это относится и к индивидуальному строительству.

Впрочем, открытое водяное самотечное отопление и сейчас продолжают достаточно широко применять по очевидным причинам, связанным с экономичностью и надежностью. Перемещение теплоносителя в цепи происходит за счет гидростатического давления внутри трубопровода.

Оборудование отопления по такой схеме в небольшом частном доме не связано с приобретением дорогих комплектующих или материалов. Кроме этого, отпадает необходимость в источнике электричества. В некоторых случаях – это довольно важный фактор.

Обычно такие схемы реализуются только в индивидуальном строительстве. Эффективное самотечное отопление можно оборудовать (тем более своими руками) только в невысоком (один – два этажа), а также в небольшом по площади строениия.

Важно! Существует ограничение на горизонтальный радиус самотечной цепи. Длина горизонтальных трубопроводов не должна превышать тридцати метров. Это связано с относительно небольшим циркуляционным давлением в цепи.

Однако в пользу реализации именно такой схемы можно привести несколько весомых аргументов.

Преимущества

• Важнейшее преимущество – цена материалов, оборудования, монтажа, обслуживания и эксплуатации;
• Отпадает потребность в циркуляционных насосах. Следовательно, отсутствует вибрация, шум, дорогой ремонт;
• Средний срок службы таких схем – около 35-40 лет (при условии, что монтаж был проведен грамотно и инструкция по эксплуатации не нарушается);
• Простота ремонта (обычно сам пользователь может устранить почти все поломки в таких системах);
• Схема отопления с естественной циркуляцией имеет способность к саморегуляции. Следствием этого является хорошая тепловая устойчивость. Движение теплоносителя в цепи происходит за счет разницы температуры (следовательно, и плотности) на разных участках контура.

Принцип работы

• Теплоноситель перемещается к нагревательным приборам и обратно к котлу за счет изменения термодинамических характеристик жидкости в контуре. Как это происходит? Вода нагревается в котле, ее плотность уменьшается, проходя по трубам и радиаторам, плотность теплоносителя становится выше. Холодная вода под действием гравитации заменяется теплоносителем, который имеет выше температуру и меньше плотность.
• Вода, которая нагревается в котле, легче холодной и поэтому под действием естественных сил она перемещается выше по стояку. По пути теплоноситель отдает тепло батареям и радиаторам, которые тепло отдают в помещениях, где они расположены. Остывшая вода из радиаторов вытесняется теплой, и под действием гравитации идет вниз, где установлен котел. Этот цикл обеспечивает работа котла.

Основные элементы самотечной схемы

• котел;
• трубопровод;
• отопительные приборы (радиаторы и батареи);
• расширительный бак.

Принцип монтажа

Горизонтальные трубы необходимо монтировать с соблюдением уклона по ходу движения теплоносителя. Это будет стимулировать циркуляцию теплоносителя. Соблюдать углы уклона труб необходимо для отвода в расширительный бак.

Уклон в горизонтальном трубопроводе также обеспечивает выход воздуха из системы и препятствует завоздушенности. При этом расширительный бак получает дополнительную стабилизационную функцию.

Важно! При монтировании горизонтальных труб угол уклона определяется так: на каждый метр длины уклон должен составлять 5-10 мм по высоте. Это обеспечит необходимую циркуляцию.

Гидродинамические силы, за счет которых теплоноситель перемещается по контуру, зависят от высоты всего контура. Особенно имеет значение разница по высоте между котлом и радиаторами, а также сопротивление трубопровода, которое зависит от диаметра труб.

Если контур смонтирован с многочисленными ответвлениями и поворотами, то это – безусловно, увеличит гидравлическое сопротивление. Также многочисленные краны, фильтры и другая арматура, а также трубопровод малого диаметра, будут препятствовать нормальной циркуляции.

Таким образом, чтобы создать внутри контура нормальное давление, нужно сократить влияние всех объектов сопротивления или увеличить диаметр труб.

Двухтрубная самотечная отопительная система

В этой схеме реализуется конструкция, в которой предусмотрено наличие двух отдельных контуров для движения горячей воды. По одной части – циркулирует нагретый теплоноситель, по второй – охлажденный.

Последовательность монтажа двухтрубной системы

• От котла вверх отводится магистраль, которая соединяется с расширительным бачком;
• Расширительный бак устанавливается либо в помещении под потолком, либо на чердаке (который следует утеплить);
• Снизу бачка подводится труба горячего контура, которая соединяется с разводкой трубопровода в помещении на расстоянии в одну треть от пола;
• В бак подводится труба для отвода лишней воды в канализацию;
• От разводки трубопроводы ведутся к радиаторам;
• От нагревательных приборов (с их нижней части) выводятся трубы в обратную магистраль, которая подводится к котлу;
• Обратка должна монтироваться параллельно прямой магистрали через все помещения.

Особенности монтажа однотрубной системы

Преимущество однотрубной схемы отопления с естественной циркуляцией в сравнении двухтрубной заключается в том, что гидродинамическое давление в таком контуре не зависит от высоты расположения обогревательных приборов.

Расширительный бачок следует заполнять всего на три четверти объема, а сам объем бака – 25-30 л.

Видео с последовательностью монтажа однотрубной системы можно увидеть здесь:

Выводы

Простые и практичные схемы отопления с естественной циркуляцией – хороший вариант для частного загородного дома, при необходимости экономии. С отоплением большого дома такие системы вряд ли эффективно справятся, если их не модернизировать добавлением насоса (хотя при этом теряются основные преимущества таких схем).

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!

Система отопления с естественной циркуляцией (с использованием гравитационного давления) применяется в частных домах. Основным достоинством такой системы является практически полная независимость от энергоснабжения дома.

Циркуляция воды (теплоносителя) в такой системе обусловлена гравитационным давлением. Условиями возникновения такого давления являются разность температуры воды и взаимное расположение по высоте котла и приборов отопления (батарей и т.п.).

На примере простейшей системы можно понять принцип работы системы. Нагретая котлом вода, как известно, расширяется и ее плотность (удельный вес) уменьшается. Поскольку она становится легче холодной воды, она, как масло, всплывает наверх. Ее место в котле занимает холодная вода и тоже подвергается нагреву.

Разумеется, что этот процесс возможен только в замкнутой системе. В приборах отопления нагретая вода охлаждается, становится тяжелее, и, как следствие, стремится вниз, активно помогая циркуляции. Система всегда стремится к равновесию. Об этом нельзя забывать, рассматривая те или иные варианты.

Таким образом, гравитационное давление зависит от разности температур. А как влияет расстояние по вертикали? На рисунке мы видим, что батарея находится несколько выше котла. Именно в батарее вода охлаждается, становится тяжелее. Поскольку охлажденная вода находится выше нагретой в котле, она естественным образом стремится вниз и вытесняет из котла нагретую воду, занимая ее место.

В других условиях, когда батарея находится на уровне котла (как правило, уровни определяются по центрам котла и батареи), уровень охлажденной воды в батарее находится на том же уровне, что и холодная вода в котле.

Результат очевиден: гравитационное давление снижается, ухудшается и циркуляция. Ровно настолько, чтобы только поддерживать уровень более холодной воды в батарее на уровне воды такой же температуры в котле.

Однако, система еще остается работоспособной, и батарея продолжает отдавать тепло. Котел продолжает работу, охлажденная вода в батарее еще имеет достаточно высокую температуру, и создается эффект полного прогрева батареи.

Но совсем иначе обстоят дела, когда батарея находится ниже котла. Ее температура невысока, а охлажденная вода не может вытеснить горячую воду из котла, поскольку она уже ниже его. Гравитационное давление на грани исчезновения, циркуляция практически исчезает.

Возникает парадоксальная ситуация: батарея холодная, а поднимать температуру котлом уже нельзя, он и без того на грани закипания. Вот такая зависимость гравитационного давления от высоты расположения батарей относительно котла.

А как выглядит система с естественной циркуляцией с математической точки зрения? Вернемся к нашему первому варианту и рассмотрим давление столба воды высотой H в области котла (P кот) и в области батареи (P бат).

Давление в области батареи будет опреляться формулой:

• p o – плотность охлажденной воды, кг/м3;
• p г – плотность горячей воды, кг/м3;
• g – ускорение свободного падения, 9.81 м/с2;
• h – расстояние по вертикали от центра нагрева до центра охлаждения (от середины высоты котла до середины нагревательного прибора), м.

Исходя из вышеизложенного можно с уверенностью сказать, что от расположения подающей трубы с горячей водой гравитационное давление очень мало зависит, ведь труба не является основным охлаждающим элементом в системе. Она влияет на давление ровно настолько, насколько она способна охлаждать воду.

Поэтому иногда стояки от котла к верхней подающей трубе вместе с нею утепляют, а от подающей трубы к батарее воду подают трубой увеличенного диаметра без изоляции, что вполне оправдано. Таким образом сохраняют высокую температуру по всей длине подающей горизонтальной трубы и создают охлаждение в подающем стояке.

В результате небольшого охлаждения в трубе средняя точка прибора охлаждения несколько повышается, что ведет к некоторому повышению действующего гравитационного давления в системе с естественной циркуляцией.

Надежность работы естественной циркуляции в системе отопления зависит также от общего сопротивления движению воды в системе, а также и от схемы ее построения.