Отопление с естественной циркуляцией: устройство, принцип работы, особенности монтажа

С естественным отбором знаком каждый, а ведь это актуально и по отношению к многочисленным изобретениям человечества. С течением времени нечто подобное они тоже проходят.

Некоторые технологии канут в бездну, оставаясь навсегда забытыми, другие же становятся классикой, которая бессмертна и находится вне конкуренции. Что касается последнего, то сюда можно отнести и систему отопления с естественной циркуляцией (СО с ЕЦ).

Несмотря на наличие более совершенных и функциональных решений, технология до сих пор остается востребованной, она с успехом прошла испытание временем.

Особенности естественной циркуляции

Данная система имеет и другие названия: термосифонная, гравитационная, самотечная.

В нее включены несколько составляющих:

• Теплогенератор (котел, печь или камин с водяной рубашкой).
• Замкнутый контур – трубы, радиаторы, заполненные жидким теплоносителем (вода, масло, антифриз).
• Расширительный бак.
• Запорная и регулирующая арматура.
• Контрольно-измерительные приборы.

Нагретый теплоноситель от печи или котла движется по замкнутому контуру, нагревая радиаторы. А те, в свою очередь, передают энергию окружающему воздуху в помещении. Основная особенность данной системы как раз кроется в особом способе, который обеспечивает движение теплоносителя.

Жителям жилых домов заметно легче, поскольку в квартирах налажено центральное отопление. Владельцам же объектов частной недвижимости приходится налаживать водяное отопление с естественной циркуляцией для своего жилища самостоятельно. Но как работает рассматриваемая система? Об этом рассказано далее.

Принцип действия

Как мы знаем еще со школьной скамьи, если среду подвергнуть нагреванию, ее объем увеличится согласно известным законам физики. Причем со стороны более холодного участка на нее начинает действовать сила Архимеда, заставляющая ее подниматься.

У данного явления тоже есть свое название – конвекция. Именно оно и выступает в качестве «силового агрегата» теплоносителя, где фигурирует понятие «естественная циркуляция». А так как конвекция тесно связана с гравитацией, то система еще зовется гравитационной.

Мощность конвекционного потока во многом зависит от разницы температур между теплоносителем, нагретым в котле или печи и на участке поступающей среди (обратка).

А это подразумевает, что система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией не нуждается в электроэнергии, то есть она энергонезависима. И раз нет электрического прибора, то экономия очевидна.

Иными словами при нагревании вода (обычно в качестве теплоносителя используется именно она) теряет свою плотность и поднимается по центральному стояку, толкаемая холодным потоком, который возвращается в котел.

После этого горячая вода направляется к радиаторам через подающие трубопроводы.

Отдавая тепло, она охлаждается и самотеком направляется обратно в теплогенератор (обратка) и цикл повторяется бесчисленное количество раз.

К тому же раз нет насоса, то и избыточного давления не будет возникать. Поэтому в качестве расширительного бака достаточно открытой емкости. Ее наличие обусловлено тем, чтобы в системе отопления поддерживалось постоянное давление.

Значимые факторы

Но что влияет на скорость воды в системе отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома? Как правило, это обусловлено следующими факторами:

• Величина циркуляционного напора – чем он больше, тем лучше.
• Диаметр трубопроводов – малое сечение будет создавать большее сопротивление водяному потоку, нежели больший диаметр. В связи с этим размеры под разводку обычно составляют от 32 до 40 мм.
• Материал изготовления трубопроводов – современные полипропиленовые решения отличаются меньшим сопротивлением, если сравнивать их с металлическими трубами.
• Повороты контура – в идеале, когда трубопровод прямой.
• Количество арматуры, переходников, подпорных шайб – тут существуют свои ограничения, поскольку каждый вентиль понижает степень напора.

По теме:  Прихожая «белый глянец»: особенности мебельных гарнитуров

Чтобы создать оптимальный напор в системе отопления с ЕЦ, котел необходимо помещать максимально ниже системы контура. Как правило, это подвальное помещение. По понятным причинам расширительный бак устанавливается как можно выше и в большинстве случаев располагается на чердаке.

При этом стоит учесть, что система отопления дома с естественной циркуляцией обладает инертным характером, а значит, протекает довольно медленно. Продолжительность от растопки котла до полной стабилизации температурного режима занимает несколько часов.

Варианты теплоносителя

Как правило, в качестве теплоносителя принято использовать воду либо антифриз. Но поскольку последний обладает большей плотностью и низкой теплоотдачей, то на его нагрев будет уходить гораздо больше времени, следовательно, и топлива. В связи с этим в разы выгоднее использовать именно воду.

Помимо этого, при нагреве антифриза, он расширяется намного сильнее. В результате при выборе этого теплоносителя расширительный бак должен быть еще больше, чем с водой.

Преимущества системы отопления с ЕЦ

Ключевыми достоинствами отопления дома с естественной циркуляцией являются:

• Невысокая стоимость в силу отсутствия дорогостоящего циркуляционного насоса.
• Отсутствие шума. Даже самые современные насосы производят тихий гул – днем его не слышно на фоне окружающего шума, но вот в ночное время гудение можно расслышать, что вызывает дискомфорт.
• Неисправности насоса приводят к дополнительным расходам.
• Количество поломок минимальное – здесь ломаться практически нечему, за исключением котла. Протечки возникают довольно редко и их можно легко устранить самостоятельно.

Но основное преимущество системы отопления с ЕЦ как раз заключается в ее энергонезависимости. В тех районах, где случаются постоянные перебои электроснабжением, это оптимальный вариант.

Явные минусы

Да, и такая, казалось бы, совершенная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, работающая по всем законам физики, обладает рядом недостатков.

К явным минусам можно отнести:

• Малый радиус действия теплоносителя.
• Невозможность регулировать температурный режим в каждом помещении по отдельности.
• Вода циркулирует по контуру под небольшим давлением, что обуславливает заметное понижение температуры – чем дальше радиатор от котла, тем она ниже.
• Длительный промежуток для выхода системы в полный режим работы.
• Так как расширительный бак находится в холодном чердачном помещении (которое часто не отапливается), то есть вероятность замерзания теплоносителя.

Несмотря на все эти отрицательные стороны, отопление с ЕЦ по-прежнему остается актуальной. Возможно, это связано с тем, что для многих людей имеющиеся преимущества перевешивают все приведенные выше недостатки.

Разновидности контуров отопления

Система водяного отопления с естественной циркуляцией может быть выполнена по одной из нескольких схем:

• однотрубная;
• двухтрубная;
• лучевая.

При этом общие параметры вроде длины контура, количества батарей и ряд прочих особой роли не играют. Тем не менее, конкретных схем может быть гораздо больше. Однако ниже мы рассмотрим только самые простые из них.

Однотрубная магистраль

Это самая простая схема, где используется одна труба для подачи воды в радиаторы. Однако в некоторых случаях можно обойтись и без них, так как тепло обеспечивается за счет площади самих трубопроводов.

Если схема все же подразумевает наличие радиаторов, то необходимо провести правильные расчеты количества батарей (секций). Оптимальное количество – не более 5.

Ведь по мере того как вода проходит каждую точку, она остывает. Помимо этого, в системе отопления в частном доме с естественной циркуляцией следует использовать как можно меньше запорной арматуры.

При этом саму длину контура не нужно сильно уменьшать.

По теме:  Китайская шапка вязаная спицами.

Идеальный вариант в данном случае – диагональное расположение. Иными словами, теплоноситель будет поступать в радиаторы сверху, перенаправляясь к каждой точке. После последней батареи остывшая вода будет возвращена обратно в котел по отводящей трубе именуемой обраткой. При этом весь трубопровод один и тот же, в чем собственно и заключается вся суть однотрубной магистрали.

Двухтрубная система

Эта схема устроена немного сложнее, но и имеет свои плюсы. Здесь горячий теплоноситель разносится по батареям по одному трубопроводу, а в остывшем состоянии возвращается к котлу по другой магистрали.

В результате повышается эффективность теплопередачи от батарей, соединенных с одной горизонтальной ветвью. Как правило, подающая магистраль тянется вдоль потолка или располагается на чердаке.

Что касается обратки, то она находится над полом.

Несмотря на очевидное преимущество одинарной магистрали (минимум материалов, следовательно, минимум затрат), двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома (или одноэтажного) все же будет оптимальным решением. Причем разделенная на две ветви с идентичным количеством радиаторов.

При этом каждая батарея получает теплоноситель с одинаковой температурой, что уже плюс, причем очень важный! Помимо этого, есть возможность для автоматического ее регулирования, поскольку приборы не зависят друг от друга. Исходя из упомянутого преимущества однотрубной схемы, вытекает недостаток двухтрубной системы – повышенный расход материалов. В особенности это касается двухэтажных домов.

Особенности лучевой схемы

В этом случае подводящая и отводящая магистраль подключается к специальному коллектору. По сути, это распределительная гребенка, у которой каждый отвод оснащен дросселем. При этом к каждой батареи подводится две трубы.

Если судить с точки зрения регулирования температурного режима, то такая система отопления с естественной циркуляцией наиболее удобная.

В то же время монтажные работы здесь более сложные, так как используется слишком большое количество труб. Поэтому чтобы не портить внешний вид помещения они убираются в пол или прячутся за фальшстенами.

А это уже приводит к значительному увеличению стоимости работ.

Особенности построение СО с ЕЦ

Поскольку работа СО с ЕЦ основывается на естественных физических законах (нагретая среда создает восходящий поток), батареи должны располагаться выше уровня котла. Оптимальное месторасположение – подвал либо цокольный этаж. Если ни того ни другого нет, то в полу делается углубление соответствующих размеров для установки теплогенератора.

Причем это актуально не только в отношении частного дома, но и квартир с автономным отоплением. Срезается небольшой участок пола вместе со стяжкой, чтобы можно было поставить котел отопления с естественной циркуляцией непосредственно на плиту перекрытия.

Для лучшей естественной циркуляции теплоносителя необходим разгонный коллектор или вертикальный участок трубы, который берет свое начала от котла и поднимается до самого потолка. Впоследствии в помещениях делается спуск от основной магистрали к батареям отопления.

А как мы знаем, это обязательный элемент всей системы отопления. Если в доме низкие потолки, то бак как раз убирается на чердак, а это помещения необходимо утеплить.

Можно сделать систему отопления закрытого типа с использованием мембранной расширительной емкости, которую можно ставить в любом удобном месте.

По теме:  Как вырастить лук душистый из семян?

Стоит отметить, что закрытая система отопления с естественной циркуляцией обладает своими плюсами:

• Тепловые потери в значительной степени снижаются через расширительный бак.
• Закрытая система не требует регулярного развоздушивания.
• Объем расширительной емкости также снижается, то же самое касается и тепловой инерции системы.

Как можно понять, присутствие второго этажа в доме заметно повышает эффективность разгонного коллектора.

По этой причине организовать в двухэтажном особняке естественную циркуляцию теплоносителя гораздо легче, чем в одноэтажном доме.

Правила монтажа системы отопления с ЕЦ

Если возникло желание или необходимость в организации системы отопления с ЕЦ, то следует принять к сведению ряд правил:

• Горизонтальные ветви трубопроводов контура в обязательном порядке должны быть под уклоном в направлении движения теплоносителя. До 10 мм на протяженной магистрали и до 50 мм на коротких участках на каждый метр.
• В ходе создания системы отопления с естественной циркуляцией своими руками, следует всеми возможными способами стараться понизить гидравлическое сопротивление контура. Этим правилом нужно руководствоваться при выборе батарей – чугунные радиаторы являются оптимальным выбором в силу небольшого просвета.
• Полимерные трубы обладает самой минимальной степенью гидравлического сопротивления. К тому же они не зарастают накипью. Но металлопластиковые варианты лучше не использовать, так как за счет фитингов заметно уменьшается проходное сечение. Оптимальный выбор – полипропиленовые трубы, у них рабочая температура составляет 70°. Варианты из сшитого полиэтилена еще предпочтительнее – их температурный порог 95 °С.
• Если в отопительном контуре есть разветвления, то после каждого из них диаметр трубы подбирается на размер меньше. Для обратки все наоборот – размер увеличивается.

Так как концепция системы отопления с естественной циркуляцией подразумевает отсутствие использования электроэнергии, то и котел тоже должен быть энергонезависим. И такие модели изготавливаются многими производителями.

Среди зарубежных компаний можно отметить Bertta, Stropuva, Buderus. Но и российские компании могут предложить неплохие варианты – «Энергия», «Огонек», «Конорд».

Заключение

Как можно заметить, система отопления с ЕЦ теплоносителя имеет свои достоинства и недостатки. Кому-то такой вариант придется по душе, и они захотят внедрить именно ее. Другие же видят в ней только минусы. В любом случае, такая схема отопления с естественной циркуляцией устраивает многих домовладельцев.

При этом большинство из них для повышения эффективности системы отопления ставят на трубопроводе-обратке циркуляционный насос. Только располагается он на байпасе. Такая мера позволяет перевести контур на самотек, открыв специальный кран, когда отключают электроэнергию.

• 9 фильмов, которые стоит посмотреть в ноябре
• Как спланировать отпуск, чтобы потратить минимум денег
• Девушки любят забавных парней? Как чувство юмора влияет на вашу привлекательность
• Причины постоянной слабости и усталости
• Силки терьер: описание породы, особенности содержания, фото
• Владельцы этих собак думали, что воспитывают свирепых защитников
• Хостел в Одинцово: обзор и цены
• Корейская республика: символика, история, достопримечательности
• Нелепый поступок — верный способ стать знаменитым
• “Умные” часы для детей – отзывы, модели, характеристики и производители
• Как монетизировать “Инстаграм”: понятие, продвижение аккаунта, рекомендации и советы специалистов
• Атомный маяк на Сахалинском побережье

Источник: https://textman.ru/sovety/2018/12/06/146898/

Система отопления с естественной циркуляцией, схема и принцип работы

Применение такого типа отопления, как система отопления с естественной циркуляцией, является наиболее распространенным для загородных домов и дач. Ее преимущества – доступность, экономичность, простота монтажа и эксплуатации.

Создание системы отопления с естественной циркуляцией не требует использования насосов или дополнительного оборудования, источников питания, поскольку гидростатический напор возникает самопроизвольно во время движения теплоносителя.

Схема отопления с естественной циркуляцией

Многие считают недостатком то, что использование данной системы допустимо лишь в довольно небольших строениях. В частности, радиус системы (горизонтальное расположение) не должен превышать 30 метров. Кроме того, не все предпочитают использовать отопление без насоса, поскольку скорость включения сети также является достаточно низкой.

Преимущества системы с естественной циркуляцией

Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат.

Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум  их работы.

Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.

Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией

Еще одним весомым преимуществом данной системы является то, что теплоноситель циркулирует непрерывно.

Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.

Популярность системы связана еще и с тем, что ее проектировка, монтаж и дальнейшее обслуживание не требуют специальных навыков.

То есть, для того чтобы создать качественную отопительную  систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно.

Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками.

Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.

Как работает данная система?

Движение теплоносителя (воды) по трубам обусловлено тем, что при повышении и понижении температуры изменяется масса и плотность жидкости.

Снижение массы и плотности воды происходит, когда она нагревается в котле. В это время в трубах находится уже отдавшая свое тепло более холодная вода, имеющая большую массу и плотность.

При этом под действием гравитационных сил холодная вода в радиаторе замещается водой горячей.

Для того чтобы понять, как именно функционирует гравитационная система отопления, достаточно просто вспомнить курс физики. Нагретая в котле вода, являясь более легкой, свободно поднимается по трубам центрального стояка.

В этот момент тяжелая холодная вода опускается в отопительный котел. Горячая вода, достигнув верхней точки, равномерно распределяется по радиаторам.

В них холодная вода опускается к нижней части батареи, а после и вовсе покидает ее, потому что ее попросту «вытеснила» горячая.

В момент поступления в радиатор горячего теплоносителя происходит процесс отдачи тепла. То есть, постепенно нагреваются материалы радиатора, передавая тепло непосредственно в помещение. Далее – остывший теплоноситель вновь замещается горячим. Этот процесс непрерывен. Жидкость циркулирует  до тех пор, пока идет ее нагрев – то есть, пока работает котел.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома состоит из таких элементов:

• котел. Именно он осуществляет нагрев теплоносителя. Существует большое количество видов котлов, которые работают на различного типа топливе.
• трубопровод. Он может быть как одинарным, так и двойным (для обратного тока).
• отопительные элементы – радиаторы.
• расширительный бак.

При проектировании и монтаже такой схемы, как самотечная система отопления, крайне важно придерживаться обязательного требования – труба, по которой движется теплоноситель, непременно должна иметь уклон.

Он должен составлять минимум 0,005 м на метр погонный трубы и быть направленным в сторону нагревающего бака. То есть, если радиатор и котел расположены на одном этаже, то уровень входа трубы в радиатор должен быть несколько выше. Необходимость наличия уклона объясняется несколькими факторами:

• по трубе, которая имеет уклон, холодная вода значительно быстрее движется к нагревательному баку.
• наличие уклона крайне важно для того чтобы пузырьки воздуха, появившиеся в процессе нагревания теплоносителя, эффективнее поднимались в специальный расширительный бак, а оттуда – удалялись в атмосферу.

Необходимый уклон гравитационной системы отопления

Наличие расширительного бака в такой системе, как гравитационная система отопления из полипропилена, благотворно влияет на создание дополнительного давления в системе, что делает скорость передвижения теплоносителя несколько выше.

Следует отметить, что скорость перемещения теплоносителя в трубе напрямую зависит сразу от нескольких факторов. Прежде всего, это разница таких величин, как плотность, масса,  объем теплоносителя в горячем и холодном состоянии.

Помимо этого, на скорость перемещения теплоносителя влияет также и уровень расположения отопительных элементов (радиаторов) относительно нагревательного котла. Однако гравитационное давление, возникающее во время перемещения теплоносителя, в некоторой степени расходуется в момент, когда жидкость преодолевает сопротивление трубопровода.

Дополнительными препятствиями, на которые также расходуется значительное количество гравитационного давления, являются дополнительные радиаторы, разветвления, повороты, присутствующие в системе.

Для более эффективного обогрева (и достижения максимальной скорости перемещения теплоносителя) следует проектировать отопление с естественной циркуляцией так, чтобы подобных препятствий было меньше.

В случае если подобная «сложность» системы вызвана необходимостью, решением возникшей сложности является использование труб большего диаметра.

Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Более сложная гравитационная схема отопления, предусматривающая наличие сразу двух контуров отопительной системы. По одному происходит передвижение горячей воды, которая движется от котла к радиаторам.

А второй контур предназначен для оттока остывшего теплоносителя от радиаторов к нагревательному котлу.

Данная самотечная система отопления предусматривает более тщательное планирование и использования увеличенного количества материалов (труб).

Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Принцип монтирования двухтрубной системы, предполагающей отопление самотеком, являет собой довольно трудоемкий процесс, который можно разделить на несколько этапов:

• монтаж основного стояка. Отопительная труба (по которой движется горячая вода) поднимается от котла к расширительному баку. Следует отметить, что наилучшее место присоединения стояка к баку – нижняя треть от общей его высоты.
• на уровне примерно трети высоты помещения (отмерять следует от уровня пола) отопительная труба соединяется с разводкой. Именно от нее и будут прокладываться трубы к приборам отопления – радиаторам.
• для своевременного удаления излишков жидкости в системе в бак должна быть врезана также труба перелива. Посредством ее использования лишняя жидкость будет направлена в канализацию.
• трубы для отведения уже отработанной (то есть – остывшей) воды следует врезать в нижнюю часть радиатора. По этим трубам вода возвращается к нагревательному котлу. Прокладываются они параллельно трубам подачи горячего теплоносителя.

Планируя естественное отопление дома, следует учитывать некоторые особенности. Прежде всего, труба основного стояка непременно должна быть утеплена – иначе существует вероятность существенной потери тепла.

Кроме того, обязательно следует утеплить помещение, в котором стоит расширительный бак. Чаще всего таким помещением является специальная комната на верхнем этаже или чердак. Если данная комната не будет утеплена, это может привести к тому, что часть теплоносителя попросту замерзнет – а это спровоцирует поломку системы.

Еще одна важная особенность – при планировании системы, перед тем, как сделать отопление без насоса, необходимо тщательно просчитать уровень расположения котла, расширительного бака и радиаторов. При правильном планировании достигается необходимое давление, которое способствует более эффективной работе системы. Следует учитывать, что ниже всего должен располагаться нагревательный котел.

Для него лучше всего оборудовать отдельную комнату на цокольном этаже или в подвале. Если возможности оборудования отдельного помещения нет (или просто нет цоколя, подвала), котел следует располагать в углублении. При правильном расчете, подобной системы достаточно для обогрева строения состоящего из 4-5 комнат с прилегающими бытовыми помещениями.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Однотрубная схема – наиболее простая модель отопительной системы. Такая естественная система отопления предполагает расположение отопительного контура максимально высоко (под потолком). При этом трубы для возвращения отработанного теплоносителя расположены под уровнем пола.

Популярность системы обусловлена тем, что для ее создания используется минимальное количество труб. При этом монтаж не отнимает много времени и сил, поскольку нет необходимости вмуровывать их в стены.

При этом следует отметить, что двухтрубная гравитационная система отопления двухэтажного дома при подобном расположении радиаторов и котла работать не будет, поскольку в ней недостаточно будет давления для нормальной циркуляции теплоносителя.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для правильного функционирования системы необходимо наличие в ней расширительного бака. Во многом его объем зависит от количества и размера используемых радиаторов. При этом следует произвести точный расчет гравитационной системы отопления, что максимально бак можно заполнять лишь на ¾ объема.

Следует быть максимально внимательными – уровень теплоносителя не должен опускаться ниже уровня трубы, по которой горячая вода распространяется по трубам к радиаторам.

Если вода не будет достигать уровня разветвителя – подача ее к радиаторам будет прекращена.

Для того чтобы была возможность пополнять количество воды в системе, следует подключить к баку трубу с краном, соединенную с системой подачи воды. В таком случае, вы всегда сможете восполнить количество теплоносителя.

Кроме того, в баке необходимо установить еще один кран – посредством его можно будет спускать всю воду из системы в случае, если потребовался ремонт.

Можно с уверенностью сказать, что гравитационное отопление – идеальный выбор практичного владельца небольшого загородного домика. А для больших строений целесообразнее использовать не самотечные системы отопления, а двухтрубную систему, дополнив ее циркуляционным насосом.

Источник: https://otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html

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).
• 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.

1. «Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.
2. 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.
3. 
4. 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.

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 циркуляцией
Двухтрубная горизонтальная система водяного отопления с естественной циркуляцией
Двухтрубная 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

Источник: https://plusteplo.ru/otoplenie/sistemy-otopleniya/otoplenie-s-estestvennoj-cirkulyaciej-princip-dejstviya-i-osobennosti-sistemy.html

Система отопления с естественной циркуляцией: схемы, устройство, монтаж

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.

Принципы процесса естественной циркуляции

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

Понимание природы этих процессов позволит грамотно разработать проект системы отопления для типовых и нестандартных случаев.

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.

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 бак-расширитель открытого типа 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

В системах отопления с принудительной циркуляцией скорость движения воды в основном зависит от параметров циркуляционного насоса.

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.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией придется учитывать наличие технических сужений при монтаже системы. Поэтому металлопластиковые трубы 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

Выбор между стальными или полипропиленовыми трубами при любой циркуляции происходит по критерию возможности их использования для горячей воды, а также с позиций цены, легкости монтажа и срока эксплуатации.

Стояк подачи монтируют из металлической трубы, так как через него проходит вода самой высокой температуры, а в случае печного отопления или неисправности теплообменника возможен вариант прохождения пара.

При естественной циркуляции необходимо использовать диаметр труб несколько больший, чем в случае применения циркуляционного насоса. Обычно, для обогрева помещений до 200 кв. м, диаметр коллектора разгона и трубы на входе обратки в теплообменник равен 2 дюймам.

Это вызвано меньшей скоростью воды по сравнению с вариантом принудительной циркуляции, что приводит к следующим проблемам:

• снижение объема переносимого тепла за единицу времени от источника к обогреваемому помещению;
• появление засоров или воздушных пробок, с которыми не сможет справиться небольшого напор.

Особенное внимание при использовании естественной циркуляции с нижней схемой подвода подачи необходимо уделить проблеме удаления воздуха из системы. Он не может полностью отводиться из теплоносителя через расширительный бак, т.к. закипающая вода поступает сперва в приборы по магистрали, расположенной ниже чем они сами.

При принудительной циркуляции напор воды сгоняет воздух к установленному в наивысшей точке системы воздухосборнику – устройству с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. С помощью кранов Маевского в основном производится регулировка теплоотдачи.

В гравитационных отопительных сетях с подачей, расположенной ниже приборов, краны Маевского применяются непосредственно для стравливания воздуха.

На всех радиаторах отопления современного типа присутствуют устройства для выпуска воздуха, поэтому для предотвращения образования пробок в контуре можно делать уклон, сгоняя воздух к радиатору

Воздух также может отводиться с помощью воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на воздушной линии, проложенной параллельно магистралям системы. Из-за внушительного количества устройств для отвода воздуха гравитационные схемы с нижней разводкой применяются крайне редко.

При слабом напоре небольшая воздушная пробка способна полностью остановить систему обогрева. Так, согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладывать без уклона трубопроводы систем отопления при скорости движения воды менее 0,25 м/с.

При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому кроме увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для вывода воздуха из системы отопления. Уклон проектируют из расчета 2- 3 мм на 1 метр, в квартирных сетях наклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.

Уклон подачи делают по ходу движения воды, чтобы воздух двигался к баку-расширителю или системе, стравливающей воздух, расположенной в верхней точке контура. Хотя можно сделать и контр-уклон, но в этом случае необходимо дополнительно установить клапан для отвода воздуха.

Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При установке теплого пола 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 варианте однотрубной схемы с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения теплоноситель 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 (+)

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 “байпаса” 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, двухтрубные системы 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.

При нижней подводке возможно удаление воздуха через радиаторы и отсутствует необходимость проведения труб поверху, что хорошо с позиции дизайна помещения.

Однако без коллектора разгона перепад давления будет гораздо меньше, чем при использовании верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции практически не применяют.

Выводы и полезное видео по теме

Организация однотрубной схема на основе электрокотла для небольшого дома:

Работа двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на основе твердотопливного котла длительного горения:

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 возникли вопросы по теме или есть желание поделиться личным опытом по организации и эксплуатации отопительной системы гравитационного типа, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для обратной связи расположен ниже.

Источник: https://sovet-ingenera.com/otoplenie/razvodka-o/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html