Система отопления с естественной циркуляцией: распространенные схемы водяных контуров

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя

Систему отопления с естественной циркуляцией водяного теплоносителя запантетовал в 1832 г. российский ученый-металлург П.Г. Соболевский. В наш век стремительно изменяющихся технологий эту схему (называемую также гравитационной или самотечной) теплоснабжения частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность.

Самотечная система отопления по-прежнему широко используется в строительстве своими руками собственного дома и считается оптимальным технико-экономическим решением.

Небольшое давление в сети ограничивает область ее применения, но для одноэтажного жилого здания данная схема весьма эффективна и часто рассматривается в качестве альтернативы отоплению с использованием насосных агрегатов.

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

Схема движения водяного теплоносителя в системе отопления с естественной циркуляцией

В схеме приняты следующие обозначения:

• поз. 1 – котел отопления;
• поз. 2 – бак расширительный;
• поз. 3 – радиаторы отопления;
• Т1 – нагретый теплоноситель, красными стрелками показано направление его движения;
• Т2 – остывший теплоноситель, синие стрелки указывают на его движение в контуре.

В автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается применение специальных незамерзающих составов-антифризов, но в системах с естественной циркуляцией теплоносителя использовать антифризы не рекомендуется.

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

• В схеме отопления с естественной циркуляцией в конструкциях расширительных баков предусмотрен контакт с окружающим атмосферным воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую экологию;
• Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодическом пополнении;
• У антифризов низкая теплоотдача, способствующая малому съему тепла радиаторами от теплоносителя при его циркуляции. Это приводит к перегреву антифриза в контуре и самого котла;
• Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающих проходное сечение в трубках.

Наиболее оптимальным носителем тепла в контуре гравитационного типа для отопления одноэтажного или двухэтажного жилого здания является водяной теплоноситель благодаря своей дешевизне и доступности.

Естественная циркуляция в контурах отопления

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого здания являются:

• Котел, нагревающий водяной теплоноситель;
• Расширительный бак, представляющий собой емкость для сброса излишков воды, появляющихся при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагреве;
• Трубопроводы подачи из котла горячей воды в отопительные радиаторы и возврата остывшей жидкости из радиаторов обратно в котел (за что возвратная часть теплосети в обиходе получила название обратки). Вместе они составляют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
• Отопительные радиаторы.

Схема теплосети отопления с естественной циркуляцией для обогрева частного дома

При разогреве теплоносителя его объем увеличивается, излишки нагретой воды поднимаются вертикально вверх к расширительному баку, в системе создается гидростатическое давление, зависящее от разности весов водяных столбов горячей (линия подачи) и холодной (линия обратки) воды.

Под этим давлением горячая вода поступает с верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления. Остывшая в радиаторах вода поступает по обратке (синяя линия) на вход котла.

Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна лишь в том случае, если при монтаже обеспечены уклоны горизонтальных участков трубопроводной теплотрассы в сторону движения жидкости.

Обратите внимание

Тогда теплоноситель сможет перемещаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Другим фактором, влияющим на перемещение жидкости, является циркуляционный напор, обозначенный на рисунке буквой Н. Чем выше перепад уровней размещения радиаторов и котла, тем быстрее движение воды в контуре.

В гравитационных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому нередко данную систему называют открытой.

Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, там и устанавливают бак, открытый для контакта с атмосферой. Систему, использующую герметичные баки, называют закрытой.

В ее составе используется насос, по принципу действия она уже принудительного характера.

Скорость движения воды

При цикличных изменениях температуры горячая вода находится в верхней части теплосети, холодная влага движется в нижних трубах.

Основной побудительной силой для естественного (без принуждения от насоса) движения жидкости в контуре является циркуляционный напор, зависящий от соотношения высот расположения котла и самого нижнего радиатора.

На рисунке ниже представлена графическая схема возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянную величину для данной схемы и не изменяется во время работы системы отопления.

Схема возникновения циркуляционного напора

Для создания оптимального напора отопительный котел устанавливается с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь, расширительный бак необходимо установить повыше. Довольно часто его ставят на чердаке дома.

Скорость циркулирования воды в контуре при монтаже своими руками гравитационной отопительной системы частного дома определяется следующими факторами:

1. Величиной циркуляционного напора. Чем он больше, тем выше скорость протекания воды в теплотрассе;
2. Диаметрами труб отопительной разводки. Малые размеры внутреннего сечения трубы будут оказывать большее сопротивление водяному потоку, чем трубы с диаметром побольше. Для однотрубной или двухтрубной самотечных систем под разводку намеренно завышают размеры труб до Ду 32-40 мм;
3. Материалами изготовления труб контура. У современных полипропиленовых труб сопротивление потоку в несколько раз ниже, чем у поврежденных коррозией и покрытых отложениями стальных трубопроводов;
4. Наличием поворотов в сети теплотрассы. Идеальный вариант – прямой трубопровод;
5. Обилием арматуры, переходников, подпорных шайб. Каждый вентиль снижает величину напора.

Процессы естественной циркуляции весьма инертны и протекают медленно. Время между растопкой котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Монтажные схемы контуров

По способу присоединения радиаторов отопления принято выделять две схемы монтажа контуров отопительных систем: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение обогревающих приборов на подающем контуре. Пройдя от верхней точки сквозь все радиаторы (линия красного цвета), вода возвращается по обратке (линия синего цвета) к котлу.

Однотрубная схема самотечной системы отопления

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных контура циркуляции. По одному протекает горячий теплоноситель, подводящий тепло к радиаторам, по другому контуру – остывшая вода отправляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже показана двухтрубная система отопления двухэтажного дома. Раздача теплоносителя (линия красного цвета) по радиаторам начинается с максимальной высоты Н, обеспечивающей требуемый циркуляционный напор. Остывший теплоноситель (линия синего цвета) собирается в обратке и направляется на вход котла.

Двухтрубная схема самотечной системы отопления

Схема циркуляции. Видео

О том, что из себя представляет схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, можно узнать из видео ниже.

Гравитационные системы обогрева частного дома импонируют своей простотой устройства, легкостью обслуживания и энергонезависимостью. В них отсутствуют насосные агрегаты, своим шумом создающие дискомфорт проживающим, нет вибраций, сопровождающих их работу.

Срок безаварийной службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, поскольку в них отсутствуют электрические насосы и средства автоматики.

В целом самотечные схемы проигрывают принудительным системам отопления по ряду пунктов:

• излишняя инерционность вынуждает ждать несколько часов, пока контур выйдет на требуемый тепловой режим;
• сложность монтажа, вызванная необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
• отсутствие насоса ограничивает общую протяженность теплотрассы;
• постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке.

Наиболее подходящей областью применения системы с естественной циркуляцией являются частные дома невысокой этажности (1-2 этажа), площадью до 100 кв. м и горизонтальным радиусом самотечной цепи не более 30 м.

Размещение оборудования системы отопления с естественной циркуляцией в доме

Отопление с естественной циркуляцией: особенности и принцип действия

Одной из самых простых является система отопления с естественной циркуляцией. Однако эта простота при отсутствии надлежащего опыта работ с такими системами может «вылезти боком» в процессе эксплуатации.

Отопление с естественной циркуляцией было широко распространено еще десяток лет назад в загородных небольших домах и некоторых квартирах с индивидуальным отоплением. Сейчас же рынок «завоевывают» системы с принудительной циркуляцией теплоносителя, благодаря возможностям, которые они предоставляют.

Но поговорим все же про водяное отопление с естественной циркуляцией.

Конструкционные особенности системы

Пример схемы системы отопления квартиры с естественной циркуляцией

Системы отопления с естественной циркуляцией включают в свой состав:

• отопительный котел, нагревающий воду;
• подающий трубопровод, «поставляющий» горячую воду к отопительным приборам (радиаторам);
• обратный трубопровод, по которому вода возвращается в котел;
• нагревательные приборы — радиаторы, отдающие тепло в окружающую среду;
• расширительный бачок, предназначенный для компенсации температурного расширения жидкости.

Принцип действия системы

Вода, нагреваясь в котле, поднимается вверх по центральному стояку и по подающему трубопроводу поступает в радиаторы отопления (нагревательные приборы), где отдает часть своего тепла. Далее уже охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел и снова нагревается. Затем цикл повторяется, обеспечивая комфортную температуру в отапливаемом помещении.

Для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя (обычно воды) в системе горизонтальные части трубопровода монтируются с уклоном не менее 1 см на погонный метр длины горизонтального участка системы отопления.

Горячая вода, вследствие уменьшения своей плотности при нагревании, поднимается по центральному стояку вверх, выдавливаемая холодной водой, возвращающейся в котел. Далее самотеком растекается по подающему трубопроводу к радиаторам отопления. После «пребывания» в них вода также самотеком стекает обратно в котел, вновь выдавливая вверх уже нагретую в котле воду.

Воздух, попавший с теплоносителем в систему, может создать воздушную пробку в радиаторах отопления, но, зачастую, в таких системах отопления с естественной циркуляцией пузырьки воздуха благодаря уклонам трубопровода «путешествуют» вверх и выходят в расширительный бачок открытого типа (бак, контактирующий с атмосферным воздухом).

Важно

Расширительный бачок предназначен для поддержания постоянного давления в системе отопления, благодаря тому, что он заполняется увеличившимся при нагревании объемом теплоносителя, который затем «отдает» обратно в систему при понижении температуры жидкости.

Делаем выводы!

Итак! Подъем воды в системе (стояке к подающей трубе) осуществляется благодаря разнице между плотностями нагретой и охлажденной жидкости. Движение же (циркуляция) поддерживается еще и благодаря гравитационному давлению (обратная труба).

При движении теплоносителя по трубопроводу в системе отопления с естественной циркуляцией на жидкость действуют силы сопротивления:

• трение жидкости о стенки труб (для снижения используются трубы большого диаметра);
• изменение направления движения жидкостью на поворотах, ответвлениях, каналах отопительных приборов (радиаторов).

Основные физические параметры системы отопления с естественной циркуляцией

Циркуляционный напор Рц — физическая величина, определяемая разностью высот центров котла и самого нижнего отопительного прибора (радиатора).

Гравитационная схема

Чем больше разница высот (h) и разница плотностей нагретой (ρг) и охлажденной (ρо) жидкостей в системе, тем более качественная и стабильная будет циркуляция теплоносителя.

Рц=h(ρо-ρг)=м(кг/м3-кг/м3)=кг/м2=мм.вод.ст.

«Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.

Если допустить, что температура теплоносителя в системе отопления «делает прыжок» между центрами приборов (котла и радиаторов), то есть верхняя часть системы содержит более горячую воду, чем нижняя часть системы.

Плотность (ρг)(ρг).

Отсекаем (мысленно) верхнюю часть на схеме контура и… Что мы видим? Знакомую картину со школы — два сообщающихся сосуда, находящиеся на разном уровне. А это приведет к тому, что жидкость с более высокой точки по действием гравитационной силы будет перетекать в более низкую.

Вследствие того, что отопительная система представляет собой замкнутый контур, то вода не выплескивается, а просто стремиться выровнять свой уровень, что приводит к выталкиванию нагретой воды вверх и к дальнейшему ее «самостоятельному гравитационному» пути по системе отопления.

Вывод таков! Основополагающим показателем циркуляционного напора является разница высот установки котла и последнего (нижнего) в системе радиатора. Поэтому в системах отопления частных домов котлы по возможности располагают в подвалах, соблюдая предельную высоту в 3 м.

В квартирных вариантах котлы стараются «углубить» до плиты перекрытия, соответственно «пожарообезопасив» «гнездо» посадки котла в пол.

Согласно формуле, приведенной выше, на циркуляционный напор существенной влияние оказывает и разница плотностей холодной и горячей воды в системе.

Совет

Система отопления с естественной циркуляцией является саморегулируемой системой, то есть, например, при повышении температуры нагрева теплоносителя естественным образом (см. формулу) увеличивается циркуляционный напор и, соответственно, расход воды.

При низкой температуре в отапливаемом помещении разница плотностей воды большая и циркуляционный напор достаточно большой. При прогреве помещения теплоноситель уже не так остывает в радиаторах, и разница плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя уменьшается. Соответственно уменьшается и циркуляционный напор, уменьшая «расход» воды.

Охладился воздух в помещении? Например, кто-то открыл двери на улицу. Разница плотностей опять возросла, увеличив напор воды.

Недостатки и преимущества систем отопления с естественной циркуляцией

К недостаткам водяных систем отопления с естественной циркуляцией можно отнести:

• Небольшое циркуляционное давление, которое определяет ограниченное использование таких систем отопления — небольшой горизонтальный радиус действия (до 30 м).
• Большая инертность системы отопления, обусловленная большим объемом теплоносителя в системе и низким циркуляционным давлением.
• Вероятность замерзания воды в расширительном баке открытого типа, который, обычно находится в холодном (неотапливаемом) чердачном помещении.

Основным преимуществом таких систем является энергонезависимость котлов на твердом топливе. То есть такие системы можно использовать в домах, где отсутствует электроснабжение.

Большая инертность системы из-за достаточно большого объема теплоносителя в системе может играть как положительную (некое подобие теплового аккумулятора при «потухшем» котле), так и отрицательную роль — значительное время изменения температуры системы, особенно на стадии запуска.

Виды схем отопления с естественной циркуляцией

Однотрубная горизонтальная система водяного отопления с естественной циркуляциейДвухтрубная горизонтальная система водяного отопления с естественной циркуляциейДвухтрубная система водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней разводкой

Какую систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя Вы выберете? Надеемся правильную!

Если такие Варианты Вам не подходят, рекомендуем обратить внимание на многообразие существующих вариантов применения систем отопления с принудительной (искусственной) циркуляцией.

Видео: циркуляция теплоносителя в системе отопления

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Главная » Отопление » Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Что это такое — однотрубное отопление? Какой должна быть однотрубная система отопления с естественной циркуляцией?

Какие диаметры труб стоит использовать и каким должен быть их материал? Давайте постараемся разобраться.

Способ, которым радиатор на фото подключен к котлу, и есть тема нашей статьи.

Что это такое

Однотрубная схема системы отопления подразумевает отсутствие отдельных труб подачи и обратки. Теплоноситель выходит из элеваторного узла или котла и возвращается туда же по одному кольцу, опоясывающему помещение или несколько помещений по периметру.

В противовес ему существует двухтрубная система, в которой каждый радиатор является перемычкой между двумя нитками отопления.

Какой однотрубная система может быть?

Опрессовка системы отопления — надежная ли гарантия теплоты в помещении? Читайте здесь.

Закрытая и открытая

Что это и в чем разница между схемами?

• Закрытая однотрубная система отопления не сообщается с окружающим воздухом и, соответственно, может иметь довольно большое избыточное давление в контуре. При необходимости стравить воздух это делается вручную; объем воды в системе постоянен.

Полезно: сейчас получили распространение автоматические воздушные клапана, которые без вмешательства человека стравливают воздух и перекрывают путь теплоносителю. Благодаря им однотрубная закрытая система отопления запускается простым поворотом вентилей и включением (или растопкой) котла.

• Открытая, в противовес ей, имеет негерметичный расширительный бак, в который вытесняется воздух. Понятно, что такая схема накладывает отпечаток на разводку отопления. В частности, проходящее по периметру дома кольцо должно располагаться выше отопительных приборов — иначе воздух соберется в них.

Уклон открытой системе отопления нужен с той же целью — чтобы весь воздух был вытеснен в расширительный бак.

Горизонтальная и вертикальная

• Однотрубная горизонтальная система отопления наиболее характерна для коттеджа или частного дома. В общем-то, название интуитивно-понятное: кольцевая разводка расположена в горизонтальной плоскости.
• Однотрубная вертикальная система отопления характерна для двух- трехэтажных домов с небольшой площадью этажа. Кольцо, по которому прокачивается теплоноситель, просто разворачивается в вертикальную плоскость. Каких-то других принципиальных отличий у этой схемы нет.

Вертикальные однотрубные системы могут включать несколько параллельных колец, соединяющихся внизу в общий трубопровод, из-за чего такая система подчас не вполне правильно упоминается как однотрубная вертикальная система отопления с нижней разводкой.

Выглядит эта схема примерно так.

Проточная и с байпасами

В проточной однотрубной системе ВЕСЬ объем теплоносителя проходит только и исключительно через радиаторы или другие отопительные приборы. По скромному мнению автора, такая система осмыслена лишь в том случае, если кольцо опоясывает ОДНО небольшое помещение и снабжает теплом две-три батареи.

Почему именно так?

Слишком уж велики недостатки такой схемы, которые часто при сравнительном анализе систем отопления описывают как характерные для всех однотрубных систем:

• Регулировка отдельных отопительных приборов невозможна. Стоит прижать дроссель на одном — и все остальные тоже перестанут греть.
• Демонтаж одного радиатора требует полной остановки и сброса системы отопления.
• Разница в температуре между первым и последним радиатором очень велика.

Каждый радиатор разрывает закольцовку отопительной системы. Осуждаем.

Система с байпасами использует постоянную циркуляцию основного объема воды через перемычки. Точнее, ОСНОВНОЕ кольцо представляет собой толстую трубу, параллельно которой врезаны, не разрывая ее, отопительные приборы.

Реализованная таким образом, однотрубная схема отопления имеет массу достоинств:

• Циркуляция воды будет быстрой, а перепад температур — небольшим.
• Регулировка отдельного отопительного прибора термоголовкой или дросселем не представляет никаких проблем и никак не повлияет на остальную часть системы.
• Любой радиатор при наличии отсекающих вентилей можно отключить и снять, не останавливая отопления.

Правильно сконфигурированная, такая система крайне отказоустойчива и даже в самые сильные морозы без всякой балансировки не остановится и не будет разморожена. Кроме того, цена материалов минимальна, а все работы по монтажу могут быть легко и в кратчайшие сроки выполнены своими руками.

Как говорится, рекомендации лучших собаководов.

С принудительной и естественной циркуляцией

Принудительная циркуляция — это не обязательно циркуляционный насос. Однотрубная система частного дома, запитанная от подключенного к теплотрассе элеваторного узла, тоже является принудительно циркулирующей: теплоноситель приводит в движение созданный извне перепад давлений.

Естественной принято называть циркуляцию за счет естественного теплового расширения воды. Нагревшись, она устремляется вверх, для чего конструктивной частью самого котла или закольцовки после него делается так называемый разгонный коллектор; а потом самотеком возвращается на повторный цикл нагрева.

Что нужно учесть, когда проектируется однотрубная схема подключения радиаторов отопления в системе с естественной циркуляцией?

• Основное кольцо должно быть большого диаметра. Разумным минимумом будет ДУ32 для дома площадью около 100 м2. Больше — лучше.

Причина в том, что перепад давлений между точками на выходе из котла и на входе в него у нас будет минимальным. Чем меньше диаметр трубы — тем большее сопротивления она оказывает току жидкости в ней.

Внимание: не путайте внешний диаметр трубы и ее ДУ, который примерно равен внутреннему просвету. Просвет трубы с ВНЕШНИМ диаметром в 32 миллиметра, сделанной из полипропилена — всего 20,1 мм, чего явно недостаточно.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой: давайте рассмотрим схему.

Здесь сечение трубы занижено. Но мы не осуждаем автора проекта: котел питает всего два радиатора в одной комнате.

• После разгонного коллектора кольцо должно идти к котлу с постоянным уклоном в 5-7 градусов, благодаря которому остывающая вода сможет транспортироваться самотеком.
• Пластиковые и металлопластиковые трубы имеют намного менее шероховатую поверхность, чем стальные. Что еще важнее — эта поверхность со временем не зарастает отложениями, препятствующими току воды в трубе.

Именно поэтому для систем отопления, где не планируется слишком высокая температура теплоносителя, любая инструкция по самостоятельному монтажу настоятельно рекомендует использовать полипропилен, металлопластик или сшитый полиэтилен.

Как смонтировать однотрубную систему в коттедже

Общая схема уже описана. Давайте еще раз повторим основные моменты, чтобы не осталось неясностей:

• Даже если планируется использование циркуляционного насоса, лучше обеспечить нормальную работу отопления за счет естественной циркуляции. Свет иногда отключают, провода в пургу часто рвутся падающими деревьями, а сидеть без отопления в -30 как минимум неприятно.

Способ сделать это несложен: после котла труба разводки резко идет вверх и потом опускается к котлу по периметру дома с 5-градусным уклоном. Труба должна быть достаточно толстой — ДУ32 — ДУ40 мм.

На схеме соблюдены все необходимые уклоны.

От автора: более точный гидравлический расчет однотрубной системы отопления оперирует огромным количеством переменных, включая материал труб, радиус и количество поворотов, перепад давлений, количество и тип запорной арматуры и так далее. Кроме того, поверьте на слово — используемые в расчете формулы весьма сложны: закон Бернулли описывает лишь самый простой случай движения потока через ПРЯМУЮ трубу без учета шероховатости ее стенок.

Хорошая для нас новость состоит в том, что в реальном мире расчет гидравлический отопления — однотрубной системы или любой другой — нужен при проектировании многоквартирного дома с целью экономии. Разница в затратах в масштабах госстроительства при снижении диаметра трубы на шаг будет исчисляться миллионами рублей.

В случае небольшого частного дома мы можем позволить себе довериться чужой практике и просто поставить трубу с заведомым запасом по диаметру.

• Радиаторы врезаются параллельно основному кольцу. Для врезки обычно используется труба ДУ20 мм. Никаких сужений основной магистрали между точками врезки радиатора не делается: вода и так будет циркулировать через него.
• Каждый отопительный прибор снабжается дросселем или термоголовкой для регулировки. На второй врезке ставится вентиль, позволяющий полностью отсечь его и при необходимости снять и заменить.
• Радиаторы врезаются снизу с обеих сторон. Не переживайте из-за циркуляции в секциях: практика показывает, что любые отопительные приборы при таком подключении ВСЕГДА греют по всему объему и не нуждаются в промывке.
• При нижней разводке (когда она расположена ниже отопительных приборов) каждый из них снабжается автоматическим воздушным клапаном или ручным воздушником: краном Маевского, вентилем или обычным водоразборным краном. Однотрубная система отопления с верхней разводкой в этом не нуждается: весь воздух будет вытеснен вверх, в расширительный бачок.

Образцово установленный радиатор. Виден кран Маевского и отсекающий вентиль на врезке.

• Иногда используется несколько модифицированная схема однотрубной системы отопления проточного типа: вдоль стен укладывается или подвешивается стальная труба большого диаметра (100-150 мм) без врезки каких-либо отопительных приборов.

Она может быть замаскирована декоративным коробом, не препятствующим вентиляции. Схема предельно проста, недорога в реализации и ОЧЕНЬ эффективна в плане обогрева.

Заключение

Дополнительная информация о том, какой может быть и как монтируется горизонтальная однотрубная система отопления — как всегда, в видео в конце статьи. Теплых зим!

Читайте также статью Завоздушивание системы отопления, причины его возникновения и методы устранения.

загрузка…

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией

Систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя часто используют для отопления дач и частных домов, которые расположены вдали от городских коммуникаций. Такая система работает без насоса, а это значит, вне зависимости от электричества, поэтому предпочтение отдается именно ей.

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Главная задача водяной отопительной системы – это заставить теплоноситель циркулировать по трубам. Чтобы дом прогревался, горячая вода из котла должна поступать в трубы и радиаторы.

Система отопления с естественной циркуляцией работает по принципу гравитации. Жидкость перемещается по трубам гравитационным способом без использования насоса.

Плотность и вес жидкости становится меньше при нагревании, а после остывания приходит в первичное состояние.

В таком устройстве давление фактически отсутствует. По расчетам, можно увидеть, что при напоре 10-метрового водяного столба приходится давление в 1 атмосферу. Получается, что в устройстве отопления одноэтажного дома давление составит от 0,5 до 0,7 атм., а в двухэтажном доме – не более 1 атм.

Достоинства и недостатки обогрева с естественной циркуляцией

Как и любое устройство, водяное отопление с естественной циркуляцией имеет свои преимущества, но также и недостатки. Чем хороша система?

1. Простая установка и обслуживание, легкий запуск системы. Весь монтаж можно сделать самостоятельно.
2. Не нужно покупать дорогое оснащение.
3. Система работает стабильно. Теплоноситель дает наибольшую тепловую отдачу и сохраняет нужную температуру в помещении.
4. Нет зависимости от электричества. Устройство продолжит работать, если электричество отключат.
5. Если дом утеплен хорошо, то с такой системой можно хорошо сэкономить.
6. Отсутствие насоса, который создает много шума.
7. Если вовремя проводить техническое обслуживание, то отопительное устройство может проработать свыше 35 лет.

Минусы системы:

• Несмотря на то что отопительная система требует мало материалов, расходы станут намного больше при уменьшении местного сопротивления трубопровода. Потому что, придется устанавливать трубы большего размера.
• Дом прогревается намного медленнее.
• Если трубы проходят через не отапливаемые помещения, то эти участки следует утеплить. Иначе есть риск, что жидкость замерзнет.
• Такая система отопления подходит только для частных домов с площадью не более 100 кв. м., так как она действует в радиусе до 30 метров. Это происходит из-за того, что система имеет маленький циркулярный напор.
• Главное условие – чердак в доме. Именно туда устанавливают расширительный бак.

Типы систем с естественной циркуляцией

Перед тем как создать схему для обогрева частного дома, вначале рассчитывают количество тепла, требуемого для помещений.

В расчет входят данные о котле, размещении и диаметре труб, а также уровень теплоизоляции наружных стен. Даже самые маленькие погрешности в расчетах могут повлиять на качество обогрева дома.

Поэтому лучше, если все расчеты проведут специалисты. Отопительные системы бывают нескольких видов:

• Открытый и закрытый тип (отличаются расширительными баками).
• Однотрубный и двухтрубный тип (радиаторы отопления подключаются разными способами).

Открытая система

В открытое устройство входит резервуар (открытый бак), который оборудован трубой (аварийный перелив). Трубу подключают к канализационной системе или выводят на улицу. Бак устанавливают под потолком, иногда на чердаке. Бак открытого типа можно изготовить любого размера своими руками, что является его главным достоинством. Имеет доступную цену. Недостатки устройства:

• В резервуар открытого типа постоянно нужно доливать воду, так как она быстро испаряется. Чтобы постоянно воду не подливать вручную, к баку можно подвести водопроводную трубу.
• Часто, на металлических элементах контура образуется коррозия. Из-за того, что в открытый бак постоянно поступает кислород.
• В трубопровод попадает воздух. Закрепив радиаторы под небольшим наклоном, и установив, автоматические отводчики воздуха, можно избавиться от проблемы.

Закрытая система

Система с естественной циркуляцией теплоносителя закрытого типа хорошо подходит как для одноэтажных, так и для прогрева двухэтажных домов. В отопительный контур вмонтирован мембранный бак. Благодаря баку, металлические детали устройства меньше подвержены коррозии. Закрытое устройство работает следующим образом:

1. Закрытый резервуар с эластичной мембраной – это расширительный мембранный бак. Мембрана создает в баке две секции. Первая секция предназначена для теплоносителя, в другой находится воздух или азот. Во время расширения теплоносителя, лишняя вода из отопительного контура уходит в бак.
2. Мембрана начинает растягиваться из-за горячей воды, а газ во второй части – сжиматься.
3. Когда вода остывает, газ вновь увеличивается и выталкивает теплоноситель обратно в систему. Таким образом, происходит непрерывное заполнение водяного контура теплоносителем.

Если выбирать между открытой системой и закрытой, то дешевле приобрести или создать своими руками открытый бак. Мембранный бак стоит в несколько раз дороже, поэтому редко используется.

Однотрубная система

Для одноэтажных домов с маленькой площадью, подходит однотрубное отопление. В двухэтажном доме такой тип обогрева будет неэффективным. Плюсы системы — это дешевый монтаж, простая конструкция, трубы не устанавливают под потолком, значит, общий интерьер помещения не испортится. Однотрубный тип отопления работает по следующему принципу:

• По вертикальному участку трубы жидкость поднимается.
• Затем теплоноситель передвигается в трубу, расположенную горизонтально. Эта труба соединяет отопительные радиаторы.
• Остывшая жидкость возвращается обратно в котел от крайнего радиатора.

В такой системе есть свои недостатки. Чем дальше подающий стояк, тем температура радиаторов меньше. Увеличить производительность помогут байпасы.

Чтобы установить равномерный прогрев дома, в местах, где подключены радиаторы, ставят перемычки.

Даже сделав точные расчеты, однотрубный тип системы будет неэффективен, если одноэтажный дом имеет более трех комнат. Проблему можно решить, если модернизировать систему циркулярным насосом.

Схема двухтрубного водяного отопления для частного дома с естественной циркуляцией

Двухтрубный тип отопления подходит для обогрева двухэтажного дома. Если сравнивать однотрубную и двухтрубную систему, то во второй — жидкость подается во все радиаторы горячей. Двухтрубный контур имеет особую конструкцию, состоящую из двух труб. Одна для подачи, другая – для обратки.

К каждому отопительному устройству подсоединяется труба подачи. Подключение делают через отдельный входной отвод. А труба обратки подключается отдельно. Достоинства системы отопления с верхней и нижней разводкой в том, что ее монтаж очень прост, а эксплуатационные характеристики эффективны.

С такой системой:

1. Можно не добавлять в радиатор дополнительные секции, чтобы улучшить обогрев.
2. В отличие от однотрубного контура, для прокладки трубопровода в этой системе, используют трубы меньшего диаметра.
3. Простая регулировка системы.
4. Происходит равномерное распределение тепла.

В настоящее время появилась возможность создать своими руками двухтрубный тип обогрева с естественной циркуляцией. Для ее изготовления используют стальные или полимерные трубы.

Схема расчета системы отопления с естественной циркуляцией

Самое сложное в проектировании отопительной системы – это правильный расчет. Насколько хорошо будет работать устройство, зависит от длины и угла наклона труб, а также от количества поворотов на нем. Это нужно знать, потому что в контуре отсутствует давление. Что нужно учитывать, составляя схему и расчет:

1. Какого диаметра трубы и материал, из которого они изготовлены.
2. Угол наклона труб.
3. Виды теплоносителей.
4. Способы подачи теплоносителя.

Какой материал для труб лучше?

Способ установки контура, защита от коррозии и гидравлическое сопротивление, все эти показатели будут зависеть от материала, из которого изготовлен трубопровод. Для системы отопления можно использовать полипропиленовые, стальные, металлопластиковые и медные трубы.

• Полипропиленовый материал. Трубы из полипропилена хорошо переносят высокую температуру, имеют продолжительный срок эксплуатации (свыше 25 лет), гладкие внутри. Для установки требуются специальные инструменты, дорого стоят.
• Сталь. Несмотря на то что такие трубы довольно прочные и имеют доступную цену, они подвержены коррозии и зарастанию. К тому же для установки требуется сварка или множество фитингов.
• Металлопластик. Легкие трубы, имеют идеально гладкую внутреннюю поверхность. Благодаря этому на них отсутствует коррозия и отложения. Но после установки придется постоянно потягивать резьбовые соединительные детали, что является большим недостатком. Их срок службы составляет около 15 лет, а для труб это очень мало. Имеют высокую стоимость.
• Медные трубы. У медных труб красивый внешний вид и срок эксплуатации более 100 лет. Для установки используют пайку, очень дорогие по стоимости.

Чтобы определить какой диаметр труб подходит для прогрева вашего дома, нужно знать, что:

1. Диаметр трубы выбирается, согласно материалу, из которого изготовлены трубы и из сделанных теплотехнических расчетов.
2. Рассчитать количество тепла необходимого для помещения и к полученному результату прибавить 20%.
3. Пользуясь значениями, указанными в таблицах СНиП, рассчитывается сечение трубопровода. Для расчета берут показания теплоемкости и размер трубы (внутреннее сечение).

Если после каждого разветвления установить подающую трубу на 1 размер меньше предыдущей, то циркуляция теплообменника станет в несколько раз интенсивнее. Обратную трубу монтируют с расширением. Так рассчитывается минимальный диаметр двух труб. Придерживаясь полученных значений, для каждого участка труб, устанавливается свой размер.

Угол наклона труб отопления

На участках трубы с углами и поворотами, теплоноситель будет двигаться слабо. Здесь, на его движение отрицательно влияет гидравлическое сопротивление.

Поэтому составляя схему и делая расчеты нужно придерживаться строительных норм, которые указаны в СНиП 41–01-2003.

Чтобы в систему не попадал воздух, а дальние радиаторы хорошо прогревались, трубы должны устанавливаться с наклоном: на 1 метр длины делается наклон не меньше 10 мм.

Виды теплоносителя

В качестве теплоносителя можно использовать воду или антифриз. Так как антифриз имеет большую плотность и маленькую теплоотдачу, на его нагрев будет уходить много топлива.

Поэтому для системы с естественной циркуляцией выгоднее использовать воду.

К тому же при нагреве антифриз сильнее расширяется, поэтому выбрав такой теплоноситель мембранный бак должен быть большего объема.

Способы подачи теплоносителя

Теплоноситель может циркулировать от котла к отопительному прибору двумя способами. Через нижний или верхний розлив.

• Нижний розлив. Этот способ розлива используют только для однотрубных систем. Трубопровод прокладывают на уровне пола, при этом вертикальные трубы можно не устанавливать. Без циркулярного насоса нижний розлив является малоэффективным.
• Верхний розлив. Используют как для однотрубной, так и для двухтрубной системы. Благодаря тому, что распределительную трубу устанавливают под потолком, горячий теплоноситель активно подается к каждому радиатору. Далее, остывая, вода уходит в обратную трубу, вмонтированную вдоль пола.

Вывод

Систему отопления с естественной циркуляцией можно подключить к простой твердотопливной печи или к отопительному котлу. Благодаря безнасосной системе отопления, обогрев вашего дома не будет зависеть от электроснабжения.

Отопление с естественной циркуляцией: ключевые элементы системы и особенности ее проектирования (85 фото)

Качественное отопление необходимо для любого частного дома, что в особенности актуально для большей части территории России. Из всего разнообразия решения этой задачи отопление с естественной циркуляцией своими руками создается проще всего, и его нельзя отнести к слишком затратному варианту.

Но его правильное создание потребует некоторых навыков и знания основ строительства, чтобы подобрать необходимые компоненты и качественно соединить их в одну рабочую систему.

Как работает такой вид отопления?

Для него используется вода, передвигающаяся по трубам. Именно обеспечение ее правильного движения считается основой создания качественной системы отопления на основе этого принципа. Вода будет нагреваться с помощью котла для последующей отдачи тепла через батареи и радиаторы.

В целом основная структура не отличается от традиционных аналогов. Но вода в этом случае передвигается с помощью разной плотности в обычном состоянии температуры и после нагревания жидкости.

После попадания в теплообменник вода нагревается с помощью котла и ее плотность заметно уменьшается — это приводит к ее вытеснению с помощью холодного теплоносителя. Таков способ передачи воды за счет этой версии отопления. Поэтому ее и назвали естественным отоплением.

Обратите внимание

Теперь перейдем к детальному разбору технических характеристик и особенностей эксплуатации:

Эта система основана на инерционном принципе естественной циркуляции в условиях закрытой версии отопления за счет разницы в давлении. Из-за этого горячая вода очень медленно доходит до радиаторов.

Чтобы эта технология качественно работала необходим правильный наклон магистралей на основе расчетной информации. Трубы устанавливаются с созданием уклона от котла. А обратное движение создается уклоном в его сторону. За счет этого такое отопление можно эксплуатировать годами.

Мы объяснили основные характеристики такой системы, теперь посмотрите фото отопления с естественной циркуляцией, чтобы вы поняли, как это выглядит на основе жилого помещения.

Однако вся длина системы не должна превышать 30 метров по горизонтальному расположению, поскольку в ином случае ее работоспособность будет под вопросом. Это произойдет из-за накопления лишнего объема холодного носителя, что уменьшит скорость циркуляции.

Какие схемы доступны?

Правильная схема отопления дома с естественной циркуляцией очень важна, поскольку без нее такая система не будет работать либо предложит незначительную передачу тепла. Необходимо обеспечить оптимальное расположение коммуникаций трубопровода, расположения радиаторов и котла.

Для этого сначала рекомендуется проработать план, предстоящих работ:

• Первый этап помогает изучить особенности строения дома;
• Анализируется объем жилой площади, качества теплоизоляции ее наружных стен и предполагаемое место для размещения котла.

Было создано несколько подходов для реализации такого вида отопления. Но прижились лишь две из них:

• Однотрубная версия используется для домов либо квартир, обладающих маленькой площадью;
• Двухтрубная используется для средних площадей или зданий с двумя этажами.

Основные принципы однотрубной версии

Такая система отопления с естественной циркуляцией считается оптимальным вариантом для создания комфортной атмосферы в маленьких дачных либо загородных домах.

Она считается, подходящей для них из-за высокого уровня эксплуатационных характеристик и умеренных затрат на ее монтирование.

Рассмотрим ее особенности:

• Формируется одной магистралью;
• Радиаторы с батареями подключаются на основе параллельного принципа в сумме, образовывая целостный контур;
• Для нее требуется минимальный набор комплектующих, расход материалов, что приводит к облегчению монтажных работ;
• Скорость остывания воды на ее основе значительно увеличена, поскольку происходит последовательная передача тепла между радиаторами по образованной цепи.

Чем отличается двухтрубная версия?

Она поможет разделить холодные и горячие потоки воды. Это позволяет формировать водяное отопление с естественной циркуляцией на основе увеличенной эффективности. Но в ее работе имеются существенные отличия:

Котел должен находится ниже расположения радиаторов — это помогает обеспечивать необходимое давление воды для осуществления циркуляции.

Чтобы увеличить уровень давления необходимо смонтировать разгонный стояк сразу после котла.

Важно

Если двухтрубная версия правильно установлена, тогда она сможет эффективно работать даже с учетом незначительной разницы температуры воды. За счет новых технологий ее можно создать на основе стальных либо полимерных труб.

Особенности ее конструкции могут зависеть от наличия средств для создания наиболее оптимальной модификации.

Мы рассказали о самых простых версиях формирования отопления на основе естественно циркуляции. Но, если использовать насос для отопления с естественной циркуляцией возможности системы значительно возрастут.

Однако придется использовать байпас и другие дополнительные приспособления, что приведет к увеличению затрат.

Фото отопления с естественной циркуляцией

Также рекомендуем посетить:

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией – неэстетично, но практично

Системы отопления

02.04.2017

5.4 тыс.

3.6 тыс.

6 мин.

Несмотря на технический прогресс и постоянно внедряемые инновации, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией себя не изжила.

Секрет долголетия такого типа водяного отопительного контура – в простоте монтажа и независимости от других источников энергии (электричества).

Статья о том, как работает отопление при самотечном движении жидкости, и какие разновидности схем в себя включает.

Основой для самостоятельного движения жидкости по отопительному контуру без применения нагнетающих устройств (циркуляционных насосов) является конвекция. Это физическое явление основано на том, что любая среда, нагреваясь, теряет плотность, то есть становится легче.

Актуально это и для жидкостей, поэтому более холодная вода в замкнутом контуре стремится вниз, выталкивая более горячую вверх.

Нагретый в теплообменнике котла теплоноситель устремляется вверх по вертикальному стояку, его место занимает остывшая жидкость, пришедшая по обратной трубе.

В системе отопления с естественной циркуляцией теплоноситель циркулирует самостоятельно за счет разницы в плотности горячей и холодной воды

Так образуется избыточное давление, достаточное для преодоления гравитации и сопротивления труб. В результате теплоноситель циркулирует самостоятельно, применяя лишь тепловую энергию, выделяемую использующимся для работы котла энергоносителем.

Совет

Циркуляция воды в системе отопления такого типа не отличается высокой скоростью, поэтому прогрев отапливаемого помещения при первоначальном запуске котла происходит медленно.

Увеличить скорость движения воды позволяют такие особенности самотечной отопительной системы, которые учитывают при устройстве контура:

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

Система отопления с естественной циркуляцией имеет еще одну особенность – она не может быть закрытого типа. В самотечном контуре предполагается только открытый расширительный бак, что устанавливается выше верхней точки разгонного стояка.

У компенсационного бака две функции – выводить пузырьки образующихся газов из системы и сглаживать перепады давления, которые в самотечном отопительном контуре бывают значительными.

Закрытый бачок мембранного типа, что устанавливается в системах, смонтированных по современным схемам с принудительной циркуляцией, не сможет полноценно сглаживать скачки давления, что неизбежно приведет к аварийным ситуациям.

Система отопления с естественной циркуляцией может быть только открытого типа

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

По сути, самотечная система является менее совершенной, чем современные контуры, где движение жидкости обеспечивает циркуляционный насос.

Но у рассматриваемых отопительных систем есть бесспорное преимущество – для естественной циркуляции не нужно электричества, от которого работает насос.

Какими бы длительными не были перебои с электроснабжением, на обогреве помещений это никак не отразится.

К плюсам самотечных контуров отопления можно отнести и их инерционность.

Обратите внимание

Это актуально, если используется классический твердотопливный котел, для которого характерна такая эксплуатационная особенность, как большие и частые перепады температуры в топке.

Большая инерция контура с естественным движением жидкости сглаживает температурные скачки в такой ситуации, делая обогрев помещений более равномерным.

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

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

Главный плюс отопления с естественной циркуляцией – для него не нужно электричество

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

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

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

Однотрубную систему проще монтировать

Однотрубный контур прост в монтаже. От котла отходит стояк, который поднимают как можно выше в пределах помещения. От верхней точки стояка отходит и спускается почти до уровня пола разгонная труба, плавно переходящая в подающий трубопровод.

К коммуникации по ее ходу поочередно присоединяются батареи с помощью двух патрубков меньшего диаметра (при двухдюймовом трубопроводе обычно используют отводы на ¾ дюйма). “Обслужив” все радиаторы, трубопровод превращается в “обратку”, которая уходит к котлу.

Однотрубная система разводки хороша только простотой устройства и относительной эстетичностью (трубы на виду, но расположены низко). Дальше одни недостатки.

Из-за того, что остывший теплоноситель от батарей впадает в ту же трубу, из которой приходит горячая жидкость, температура воды после прохождения каждого радиатора довольно быстро падает.

Если к первой батарее коммуникация доставит теплоноситель температурой 85 градусов (например), то крайнему от котла обогревателю можно рассчитывать только на 60 градусов.

Отсюда неравномерный обогрев, который приходится компенсировать добавлением секций батареям, удаляющимся от котла, поэтому крайние радиаторы часто громоздкие и тяжелые (особенно, если чугунные).

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

Важно

При двухтрубной разводке от стояка отходит подающая труба, расположенная под потолком. От нее опускаются патрубки к каждой батарее (подключаются в верхнем положении).

Внизу расположена вторая, обратная труба, в которую впадают отводящие патрубки от радиаторов (присоединяются к батареям отопления в нижнем положении по диагонали). С точки зрения эстетики картина не очень, но по эффективности такая система намного лучше.

К каждой батарее подходит жидкость одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный обогрев всех комнат, плюс есть возможность подключения большего количества обогревателей.