Принцип работы парового отопления с естественной циркуляцией. Двухтрубная самотечная отопительная система. Вариант с применением обратной трубы

Обустраивая отопление небольшого загородного домика или коттеджа, в первую очередь задумываются об экономичности, простоте и максимальной надежности. Чаще других встречается система отопления с естественной циркуляцией, удовлетворяющая всем вышеназванным критериям.

Подробнее о естественной циркуляции

Принудительная циркуляция теплоносителя по трубным магистралям осуществляется посредством , который устанавливается на участке теплотрассы. Благодаря такому взаимодействию обеспечивается постоянное и более быстрое перемещение жидкости. Недостатком становятся затраты на дополнительное оборудование.

Чтобы обустроить отопительную систему с естественной циркуляции, в насосе нет никакой необходимости. Плотность нагретой воды ниже чем у холодной, за счет чего происходит выталкивание одной жидкости другою. Теплоноситель, двигаясь по магистрали, отдает часть тепла радиаторам и постепенно остывает, возвращаясь обратно и вытесняя более теплую и легкую воду в трубы. Цикл повторяется снова.

Данный процесс нельзя будет остановить до тех пор, покуда котел греет. Систему с естественной циркуляцией можно в любой момент времени оснастить насосом и запускать его по мере необходимости для равномерного и быстротечного прогрева помещений.

Вводное видео

Основные плюсы

Одно из достоинств, которыми обладают подобные системы, является экономичность. Затраты на обустройство и обслуживание сводятся к минимуму.

Присутствие насоса повлечет за собой дополнительные траты за электроэнергию. Его отсутствие наоборот даст возможность сэкономить. Такие системы абсолютно бесшумны и не вызывают лишних вибраций.

Среди других преимуществ можно выделить:

• Способность к саморегулированию
• Тепловая устойчивость
• Продолжительный срок безотказной работы – 30 лет
• Высокая ремонтопригодность

Типовая схема

Если рассматривать более подробно контур с естественной циркуляцией теплоносителя, он будет содержать следующий набор элементов:

1. Расширительный бачок, который располагают в самой верхней точке
2. Отопительные радиаторы
3. Трубопровод (двойной, одинарный)
4. Котельное оборудование, нагревающее теплоноситель

Сила и скорость, с которыми теплоноситель будет циркулировать по отопительной системе, зависят от веса, объема и плотности горячей жидкости. Немаловажную роль оказывают внутренние поверхности труб, от которых зависит коэффициент сопротивления, и высота расположения относительно котла.

Особые требования предъявляются к горизонтальным трубопроводам. Они должны иметь обязательный уклон около 5 мм на метр по направлению движения. Только в этом случае остывшая жидкость будет стремиться обратно к котлу.

Необходимо постараться, чтобы на пути теплоносителя было меньше элементов, способных увеличить сопротивление. Многочисленную запорную арматуру, разветвления и изломы приходится компенсировать большим диаметром трубы.

Возможно вас так же заинтересует оригинальный способ отопления

Рассчитываем мощность своими силами

Начиная обустраивать систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо определить мощность устанавливаемого котла отопления. Провести расчеты можно одним из двух методов:

1. По объему
2. По площади

Следует сказать, что оба варианта расчета дают приблизительные результаты при идеальных условиях. Если дом не утеплен, необходимо приобретать оборудование с небольшим запасом. В свою очередь для энергосберегающих построек достаточно принять значение мощности 60 Вт на квадрат.

Рассчитываем мощность по объему

Наиболее точным является расчет по объему отапливаемого помещения. Вначале необходимо высчитать данную величину и умножить на 40 Вт. Далее вводятся поправочные коэффициенты:

1. Для частного дома , граничащего с улицей сверху и снизу, рекомендуется умножать результат на 1.5
2. Если комната располагается около утепленной стены , значение умножается на 1.1, около неутепленной – 1.3
3. Для каждой двери , выводящей на улицу, прибавляется 150-200 Вт
4. Для каждого окна прибавляется 70-100 Вт в зависимости от его размера

Рассчитываем мощность по площади

Необходимо принимать во внимания коэффициенты для различных территориальных районов:

• Крайний Север – 1.5-2
• Средняя полоса – 1.2-1.4
• Южные районы страны – 0.8-0.9

Выбираем схему разводки для систем с естественной циркуляцией

Существует огромное множество схем, согласно которым можно реализовать естественную регуляцию. Но все они делятся на 2 категории:

• Двухтрубная

Двухтрубная схема

Несмотря на более сложный монтажный процесс, распространение получила именно двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Жидкость транспортируется по двум трубам: одна прокладывается вверху и по ней течет разогретая вода, вторая внизу и течет остывшая вода.

Чтоб самостоятельно соорудить простой двухтрубный контур, можно придерживаться следующей инструкции:

• Вначале выбирается место, в котором будет размещаться накопительный агрегат
• Над котлом устанавливается расширительный бачок, вместе они соединяются вертикальной трубой, которую оборачивают в теплоизоляционный материал
• На уровне 1/3 расширительного бочка происходит врезание верхней трубы для транспортировки разогретого теплоносителя

• Замеряв расстояние от пола до самой верхней точки, необходимо на высоте примерно 2/3 сделать врезание к разводке
• Ближе к верху расширительного бачка врезается вторая труба – переливная, посредством которой в канализацию будет происходить удаление излишков
• Затем необходимо пустить трубы к радиаторам
• Батареи соединяются с нижним водопроводом, прокладка которого должна вестись параллельно верхнему

Необходимо постараться максимально точно расположить трубы в системе отопления с естественной циркуляцией и обеспечить оптимальную разницу высот между радиаторами и котлом. Последний следует располагать ниже батарей, поэтому предпочтение отдается напольным устройствам, которые размещают в специальном углублении или подвале.

Чердачное помещение придется утеплить. Если в нем будет слишком холодно, возможно замерзания жидкости в трубах.

Рассмотрим еще несколько правил, которых следует придерживаться:

1. Верхнюю трубу рекомендуется пускать с незначительным уклоном – 6-7 градусов
2. По возможности, котел устанавливают значительно ниже отопительных приборов
3. Нужно выбирать трубы из металлопласта или на основе полимеров с внутренним диаметром 32 мм

Балансировать двухтрубное отопление, если трубы подобраны правильно, не требуется. Тем не менее установить на подводках к каждой батарее дроссели следует в обязательном порядке. Также стоит отметить высокие первоначальные затраты на прокладку сразу двух контуров и продолжительность затраченного времени на проведение работ.

Однотрубная схема

Чтобы сократить монтажные затраты, выбирают вариант с прокладкой всего одной трубы. В этом случае получается циклический замкнутый контур, соответствующий следующим условиям:

1. Радиаторы должны врезаться параллельно основному кольцу, а не разрывать его в определенных точках
2. Необходимо снабдить воздушником каждую из батарей. Такое решение предоставит возможность стравливать воздух на одном конкретном участке
3. Для выравнивания температуры рекомендуется устанавливать термоголовки и дроссели

Популярностью пользуется закрытая однотрубная система отопления с естественной циркуляцией. В конкретном случае можно будет пренебречь расширительным бачком, полностью изолировав теплоноситель.

Что влияет на скорость циркуляции?

Если в принудительной системе скорость циркуляции теплоносителя по трубам зависит от производительности насоса, здесь дела обстоят иначе. Чтобы ее увеличить, необходимо придерживаться ряду правил:

• Следует оптимально подбирать запорную арматуру и следить за переходами диаметров труб
• Многообразные повороты могут становиться непреодолимым препятствием, поэтому их количество сводят к минимуму, стараясь сделать все участки прямолинейными

1. Наиболее подходящий внутренний диаметр труб – 32-40 мм
2. Внутренняя поверхность труб должна быть идеально ровной и не скапливать на себе отложения, стальные изделия рассматривать не стоит

Видео рабочей системы

В заключении

Обустройство отопительных систем с естественной циркуляцией требует определенной подготовки, умений и знаний. Но чтоб оставаться уверенным в ее работоспособности, стоит осуществить врезание насоса, включение которого будет происходить в случае необходимости.

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. 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 Д у 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

Вконтакте

Система отопления с естественной циркуляцией хороша тем, что работает вне зависимости от наличия электричества, что в некоторых районах очень важно. Другое дело, что получить комфортные условия при такой схеме чрезвычайно сложно, а в некоторых случаях невозможно. Потому часто отопление делают самотечным (одно из названий) для использования такого режима в качестве аварийного, а все остальное время работает насос. Но в некоторых случаях, например, на неэлектрофицированных дачных участках, система отопления без насоса – единственный возможный вариант.

Система с естественной циркуляцией (ЕЦ) называется иногда гравитационной из-за того, что работает на принципе гравитации. Еще одно название – самотечная. Все эти термины обозначают один принцип построения – без использования насоса.

Принцип работы системы ЕЦ

Теплоноситель в самотечных системах движется из-за разности температур теплоносителя и, соответственно, разной их плотности: из котла выходит горячая вода, плотность и вес которой гораздо меньше, чем у холодной. Потому горячая вода вытесняется вверх. Отсюда и главная особенность таких систем – котел должен располагаться ниже радиаторов. Далее теплоноситель движется по трубе с небольшим уклоном. От основной магистрали отходят трубы меньшего диаметра, ведущие к радиаторам/регистрам.

Проще такая система реализуется в системах с верхней раздачей воды – это когда от котла труба поднимается под потолок и оттуда уже опускается к радиаторам. В системах с нижней раздачей гравитационная система может быть реализована только при наличии разгонного контура – создается искусственный перепад высот: от котла труба поднимается почти под полоток, там, в верхней точке устанавливается расширительный бачок. После него труба опускается до уровня выше радиаторов, но не под потолком, а на уровне окон. Оттуда уже идет разводка на радиаторы. При устройстве разгонного контура помешать вам может только низкий потолок – желательно, чтобы от вершины котла труба отходила выше, чем на 1,5метра (а еще бачок).

Виды систем отопления с естественной циркуляцией

Отопление ЕЦ в духэтажных и более домах может быть реализовано как в однотрубных, так и в .

При этом принцип сохраняется – от котла поднимается вверх труба на максимальную высоту, и лишь затем идет раздача теплоносителя по элементам отопления. Разница лишь в том, что в двухтрубной системе остывшая вода собирается в другую магистраль, и она заводится на вход обратки котла. В однотрубной же на этот вход котла идет труба от выхода последнего радиатора.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

Все представленные выше схемы однотрубных разводок – с вертикальными стояками. Они более затратные по количеству материалов, но удобны тем, что к каждому стояку можно присоединить отопительные приборы на каждом из этажей. В принципе, в двухэтажном доме с большой площадью выгоднее реализовать водяное отопление с естественной циркуляцией с горизонтальной разводкой. Примерно выглядеть это может так (смотрите схему ниже).

В данном проекте реализована схема отопления с естественной циркуляцией «ленинградка». Для более активной циркуляции на втором этаже устроен разгонный коллектор, после которого два контура расходится по второму этажу – горизонтальное последовательное подключение радиаторов. Еще один контур опускается на первый этаж, где также разделяется на две ветки. Также дополнительно на первый этаж опускаются стояки от последних в контуре радиаторов в каждой из веток второго этажа.

Радиаторы отопления ЕЦ

Для гравитационных систем главное – минимальное сопротивление водяному потоку. Потому, чем шире будет просвет радиатора, тем лучше через него будет течь теплоноситель. Практически идеальны с этой точки зрения – у них самое маленькое гидравлическое сопротивление. Хороши в использовании и , но нужно смотреть, чтобы их внутренний диаметр был не менее 3/4”. Можно использовать стальные трубчатые батареи, однозначно не рекомендуются стальные панельные или любые другие с маленьким сечением и высоким гидравлическим сопротивлением – через них или не будет протекать вода или будет очень слабо, что, например, при однотрубной системе может привести к отсутствию циркуляции вообще.

Системы с естественной циркуляцией (кликните по картинке для увеличения масштаба)

Есть в подключении радиаторов свои тонкости. Особенно большое значение способ монтажа играет в однотрубной системе: только при помощи разных типов подключения можно добиться лучшей работы отопительных элементов.

На рисунке, расположенном ниже показаны схемы подключения радиаторов. Первое – нерегулируемое последовательное подключение. При таком способе будут проявляться все недостатки «ленинградки»: разная теплоотдача радиаторов без возможности компенсирования (регулирования). Чуть лучше дело обстоит, если поставить обычную перемычку из трубы. При такой схеме возможность регулирования также отсутствует, но при завоздушивании радиатора система функционирует, так как теплоноситель проходит через байпас (перемычку). Установив дополнительно за перемычкой два шаровых крана (на рисунке нет) мы получаем возможность при перекрытом потоке снять/отключить радиатор без останова системы.

Два последних способа монтажа позволяют регулировать поток теплоносителя через радиатор и байпас — в них стоят . При таком включении схема уже может быть компенсирована (на каждом отопительном приборе выставляется теплоотдача).

Не менее важным является и тип подключения: боковой, диагональный или нижний. Оперируя этими подключениями можно облегчить/улучшить компенсацию системы.

Трубы для систем с естественной циркуляцией

При подборе диаметра труб играют роль не только размеры системы и количество радиаторов, но и материал, из которого они сделаны, вернее, гладкость стенок. Для гравитационных систем это очень важный параметр. Хуже всего дело обстоит у обычных металлических труб: внутренняя поверхность шероховатая, а после использования она становится еще более неровной из-за процессов коррозии и накопившихся отложений на стенках. Потому такие трубы берут самого большого диаметра.

Предпочтительнее с этой точки зрения и армированные полипропиленовые. Но в металлопластиковых используются фитинги, значительно заужающие просвет, что для самотечных систем может стать критичным. Потому более предпочтительными выглядят армированные полипропиленовые. Но они имеют ограничения по температуре теплоносителя: рабочая температура 70 о С, пиковая – 95 о С. У изделий из особого пластика PPS рабочая температура 95 о С, пиковая – до 110 о С. Так что в зависимости от котла и системы в целом можно использовать эти трубы, с условием, что это качественные фирменные изделия, а не подделка.

Но если предполагается установка , то никакой полипропилен таких тепловых нагрузок не выдержит. В этом случае или все-таки использовать стальные, или оцинковку и нержавейку на резьбовых соединениях (сварку при монтаже нержавейки не использовать, так как швы очень быстро протекают). Подойдет и медь (о ), но она также имеет свои особенности и с ней нужно обращаться осторожно: не со всеми теплоносителями она будет нормально себя вести, а уж с алюминиевыми радиаторами ее в одной системе лучше не использовать (они быстро разрушаются).

Особенность систем с естественной циркуляцией – их невозможно рассчитать из-за образования турбулентных потоков, которые расчетам не поддаются. Проектируют их основываясь на опыте и усредненных, опытным путем выведенных, нормах и правилах. В основном действуют правила:

• поднять как можно выше точку разгона;
• не заузить трубы подачи;
• поставить достаточное количество секций радиаторов.

Потом применяют еще одно: от места первого разветвления и каждое последующее ведут трубой меньшего на шаг диаметра. Например, от котла идет 2-х дюймовая труба, далее от первого разветвления 1 ¾, потом 1 ½ и т.д. Отбратку собирают от меньшего диаметра к большему.

Есть еще несколько особенностей монтажа гравитационных систем. Первая – трубы желательно делать под уклоном в 1-5% в зависимости от протяженности трубопровода. В принципе при достаточном перепаде температур и высоты, можно сделать и горизонтальную разводку, главное чтобы не было участков с отрицательным уклоном (наклоненных в обратную сторону), которые из-за образования в них воздушных пробок перекроют движение потока воды.

Вторая особенность – в самой высокой точке системы нужно установить расширительный бак и/или . Расширительный бак может быть открытого типа (система тоже будет открытой) или мембранного (закрытая). При установке открытого отводить воздух нет необходимости он собирается в наивысшей точке – в бачке и выходит в атмосферу. При установке бака мембранного типа требуется также установка автоматического воздухоотводчика. При горизонтальной разводке не помешают краны «маевского» на каждом из радиаторов – с их помощью легче убрать все воздушные пробки в ветке.

Котел для гравитационных систем

Так как в основном такие схемы нужны для устройства независимого от электричества отопления, то и котлы должны работать без использования электричества. Это могут быть любые неавтоматизированные агрегаты, кроме пеллетных и электрических.

Чаще всего в системах с естественной циркуляцией работают . Всем они хороши, но во многих моделях прогорает топливо быстро. А если за окном сильные морозы, а дом не утеплен в достаточной мере, то чтобы ночью удержать приемлемую температуру приходится вставать и подкидывать топливо. Особенно такая ситуация часто встречается там, где топят дровами. Выход – купить (энергонезависимый, конечно). Например, в литовских твердотопливных котлах Stropuva, при определенных условиях дрова горят до 30 часов, а уголь (антрацит) до нескольких суток. На котлы Сandle заявлены чуть хуже характеристики: минимальное время горения дров 7 часов, угля – 34 часа. Есть котлы без автоматики и насосов и у немецкой кампании Buderus, чешских Viadrus и у польско-украинских Wikchlach, а также у российских производителей: «Энергия», «Огонек».

Есть , которые производят в Ростове-на-Дону. Их можно использовать в системах с естественной циркуляцией. На том же заводе выпускают энергонезависимые универсальные котлы «Дон», которые также подходят для работы без электричества. Работают в системах с естественной циркуляцией и некоторые другие агрегаты евопейских и азиатских производителей.

Второй способ, который поможет увеличить время между топками, – повысить инерционность системы. Для этого устанавливают теплоаккумуляторы (ТА). Работают они хорошо именно с твердотопливными котлами, у которых нет возможности регулировать интенсивность горения: излишек тепла отводится на теплоаккумулятор, в котором энергия накапливается и расходуется по мере остывания теплоносителя в основной системе. Подключение такого устройства имеет свои особенности: его нужно располагать на подающем трубопроводе внизу. Причем для эффективного отбора тепла и нормальной работы — максимально близко к котлу. Впрочем, для гравитационных систем это решение далеко не самое лучшее. Они достаточно медленно выходят на нормальный режим циркуляции, но зато являются саморегулируемыми: чем холоднее в помещении, тем сильнее остывает теплоноситель, проходя по радиаторам. Чем больше разница в температурах, тем больше получается перепад плотности и быстрее движется теплоноситель. А установленный ТА делает отопление более инерционным, и времени, и топлива на разгон требуется намного больше. Правда, и отдается тепло дольше. В общем, решать вам.

Примерно те же проблемы у печного отопления с естественной циркуляцией. Тут роль аккумулятора тепла играет сам массив печи и также требуется много энергии (топлива) на разгон системы. Но в случае использования ТА обычно предусматривается возможность его исключения, а в случае с печью это нереально.

Теплоноситель для систем с естественной циркуляцией

Лучшим теплоносителем для таких систем является вода. Использование антифризов возможно, но при планировании нужно учесть этот момент и увеличить площадь радиаторов – или выбирать их большего размера, или увеличивать количество секций. Все дело в том, что эти составы имеют меньшую теплоотдачу, из-за чего хуже отнимают и передают тепло, что часто приводит к перегреву и котла и теплоносителя.

Повышение температуры незамерзающей жидкости выше рабочей — очень неприятное явление, так как начинается обильное образование осадков и отложений. За два месяца эксплуатации антифриза с постоянным перегревом теплообменник котла забивается наглухо, система почти зарастает. Так что если планируете использовать незамерзающую жидкость, позаботьтесь о том, чтобы она могла отдавать тепло и не перегревалась.

Нужно учесть, что в системах отопления можно использовать только специализированные составы. Общего назначения или автомобильные абсолютно непригодны, особенно для схем открытого типа, которые контактируют с атмосферой. Планируя использовать антифризы, при выборе материалов обращайте внимание на их совместимость с незамерзающими жидкостями. Далеко не все котлы и трубы «дружат» с ними. О возможности использования незамерзающих жидкостей сообщается обычно в паспортных данных, если такой записи нет, нужно уточнить у продавца, а лучше – у производителя.

Заключение

Система с естественной циркуляцией не самый лучший по эффективности метод отопления, но иногда – единственно возможный – в тех местностях, где нет электроснабжения. В тех же регионах, где электроэнергия есть, на случай перебоев, схему можно создавать как самотечную, но встраивать при этом насос для штатной работы. Правда и такое решение не самое лучшее: увеличивается объем системы, она становится более инерционной и требует больших затрат на нагрев теплоносителя. Если перебои – исключение из правил, можно обезопасить себя установив резервное электропитание ( /или генератор). Если же перебои случаются часто – тогда ваш выход – системы с естественной циркуляцией.

Использование систем отопления с естественной циркуляцией насчитывает много десятилетий. Их внедрение началось практически одновременно с появлением парового отопления. Существует несколько актуальных на сегодня схем отопления с естественной циркуляцией для частного дома, и каждая из них может с успехом применяться при высоком КПД в наиболее комфортных для нее условиях.

Конструкционные особенности

Основное отличие схемы отопления самотеком заключается в том, что в цепи, по которой перемещается теплоноситель, отсутствует принудительно толкающий воду насос циркуляционный.

Популярными аргументами, которые приводятся в пользу самотечной системы отопления, являются следующие пункты:

• полная независимость от наличия электроэнергии в помещении;
• высокая степень инертности, при которой минимизировано воздействие сторонних факторов на перераспределение тепла.

Необходимо учитывать, что увеличение диаметра труб отопления в такой ситуации положительно сказывается на эксплуатации системы. Однако, стоит придерживаться определенных ограничений в габаритах.

Принцип действия

Во время работы отопления с естественной циркуляцией используются физические принципы, при которых более теплая жидкость поднимается, перемещаясь от высшей точки по созданному для нее монтажному уклону из магистральных труб.

1. При такой схеме необходимо устанавливать котел ниже уровня секций с радиаторами.
2. При движении от верхней точки вода перемещается к секциям. Патрубки, соединяющие с магистралью радиаторы, должны быть значительно меньше по диаметру, чем основная магистраль. Востребованной данная схема отопления частного дома с естественной циркуляцией окажется с верхним видом раздачи.
3. Для нижней раздачи понадобится предусмотреть некоторый разгонный контур. Его формируют при монтаже трубопровода, идущего вверх к установленному там расширительному бачку. После этого осуществляется понижение на горизонталь окна, от которой ведется дальнейшая разводка.

У систем отопления без насоса снижается эффективность в помещениях с низкими потолками, так как желательно отводить трубу с верхней точкой магистрали системы на 1,5-1,6 м выше котла, а над ней должен еще монтироваться расширительный бачок.

За счет того, что перемещение в отоплении осуществляется без насоса, то за время достижения дальних участков магистрали теплоноситель успевает отдать достаточное количество тепловой энергии. Такой принцип действия подразумевает работу в небольших по площади помещениях. Считается, что для магистралей с длиной контура более 30 м схема с самотечной системой отопления частного дома теряет свою эффективность.

ВИДЕО: Расчет отопления с естественной циркуляцией

Особенности монтажа

Котлы с естественной циркуляцией могут иметь подключение магистралей двух типов:

• однотрубные;
• двухтрубные.

Оба варианта разводок имею индивидуальные особенности монтажа, но по эффективности использования с гравитационной системой отопления они слабо отличаются. Важно соблюдать уклон труб отопления при естественной циркуляции, чтобы обеспечить бесперебойное перемещение и отсутствие завоздушенных участков. В открытых системах выход газовых образований осуществляется естественным путем через расширительный бачок.

При монтаже своими руками магистралей отопления с естественной циркуляцией, выдерживается уклон, обеспечивающий падение высоты на каждый метр длины в 5-10 мм.

Развиваемые в условиях системы гидродинамические силы, определяющие скорость перемещения потока, напрямую зависят от уровня подъема контура. Важно монтировать радиаторы выше уровня установки котла, а сопротивление трубопровода зависит от диаметров магистралей.

Когда монтаж системы отопления с естественной циркуляцией осуществлен с многочисленными разветвлениями и частыми преломлениями, то это способствует повышению гидросопротивления. Кроме этого неоправданно высокое количество вмонтированной запорной арматуры также увеличивает это значение. Минимизация подобных участков плюс увеличение разумное диаметра магистралей способствует повышению давления в системе.

Монтаж двухтрубной системы

Естественная циркуляция в системе отопления может быть предусмотрена в двухтрубных контурах. Первая трубу (подача) направляет поток горячего теплоносителя от котла, а вторая труба (холодная) возвращает в котел остывшую воду. Во время монтажа осуществляются следующие действия:

• вверх от теплогенератора отводится ветка, которая выходит на расширительный бачок;
• монтаж бочка может быть осуществлен как под потолком, так и на уровне утепленного чердачного помещения;
• к нижней части бачка монтируется трубопровод, уходящий в помещение, опускаясь на уровень 2/3 высоты от потолка;
• разводка ведется к ближайшей секции радиаторов;
• второй патрубок секции монтируется к обратке;
• возвратная магистраль монтируется параллельно подаче, но уклон обеспечивается к котлу.

Как определить объем расширительного бачка

Объем расширительного бачка открытого типа определяется очень просто - 10% от общего объема теплоносителя, циркулирующего по водяному контуру. Определение десятой доли считается универсальным способом вычисления объема экспанзомата, при котором он работает идеально.

Определение объема бачка закрытого типа уже несколько сложнее, но и его вполне одолеть неспециалисту. Для подсчета вам нужно знать следующие вводные данные:

• процент увеличения объема теплоносителя при нагревании (ОВ) - стандартные 5% для воды и 10% доя антифриза;
• общее количество воды или антифриза в водяном контуре (ВК) - если нет таких данных, придется весь теплоноситель сливать и замерять ведрами или другими приборами. Задача - определить максимально точный объем;
• давление контура и котла (ДК) - эта информация отражена в техпаспорте на котел. Если его нет - спасет интернет;
• предельное давление в экспанзомате (ДБ) - тоже вся информация отражена в техпаспорте.

Применяем формулу:

ОВ х ВК х (ДК + 1) / ДК - ДБ

Полученное значение округляем до целого числа и получаем расчетный объем расширительного бачка.

Это значение всегда больше метода «на глаз - 10%», но это не является нарушением. Если объем экспанзомата больше, чем требуется для водяного контура, необходимо его правильно настроить.

Монтаж однотрубной системы

Данный тип циркуляции воды в системе отопления, в отличие от двухтрубной схемы не зависит от уровня расположения радиаторных секций. Расширительный бочок подбирается объемом 25-32 л. Его заполнение должно быть на 2/3 объема.

Расположение котла также как и в однотрубной должно быть ниже уровня радиаторов, чтобы обеспечить естественный отток. Обеспечивается монтажный уклон для магистралей в 5-70. Запитка радиаторов осуществляется трубами не ниже 32 мм диаметром. Предпочтительным материалом для разводки является полимерный трубопровод. Для подводки к патрубкам радиатора используют диаметр труб до 20 мм.

Если диаметры подобраны правильно, то балансировка не требуется. Однако, желательно установить запорные краны на подводе/отводе теплоносителя к радиаторам. Это обеспечит легкость демонтажа секций для профилактических либо ремонтных работ.

Двухтрубная система стоит дороже, так как приходится использовать удвоенную магистраль. В связи с этим часто для небольших помещений с естественной подачей отопления актуально использовать однотрубные схемы.

ВИДЕО: Схема отопления с естественной циркуляцией

Система отопления частного дома способна работать, не потребляя никакой дополнительной энергии, кроме как на работу отопительного котла. Такая система отопления с естественной циркуляцией называется еще самотечной или гравитационной. Все эти названия обозначают принцип, по которому работает такая схема – без применения циркуляционного насоса.

Принцип работы

Как и все вещества, вода при нагревании расширяется, а плотность ее становится меньше. После нагрева в отопительном котле вода попадает в систему, где стремится подняться вверх, вытесняя собой уже охлажденный объем. Постепенно остывая, она самотеком проходит по сети отопления через весь дом и возвращается в котел. Там она повторно нагревается, и циркуляция повторяется снова.

Основные моменты

Схема с естественной циркуляцией не содержит механических элементов, что гарантирует ее длительный срок службы

• Схема не содержит механических и электронных элементов, которые могут выйти из строя, что гарантирует ее длительный срок службы. При использовании труб, не подверженных коррозии, отопление будет работать не менее 50 лет.
• Общий принцип при разработке систем с естественной циркуляцией теплоносителя – в нижней части системы, ниже радиаторов.
• Отсутствие насоса, перекачивающего теплоноситель, означает, что естественный перепад давления в системе невелик. Для надежной работы необходимо учесть, что длину петли отопления не стоит делать больше, чем 30-50 метров, иначе не будет обеспечена циркуляция. Это ограничивает возможную отапливаемую площадь.
• Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией имеет большую инерцию при запуске. Нормальная работа отопления может начаться только через несколько часов после запуска котла, после того, как он прогреет весь объем теплоносителя. А циркуляция теплоносителя поначалу из-за невысокой температуры будет происходить достаточно медленно.
• Горизонтальные участки системы монтируются с учетом обязательного наклона по ходу движения остывающего теплоносителя. При этом обеспечивается естественный сбор воздушных пробок наверху сети. Там устанавливается расширительный бак для его сбора.
• Отсутствие электронасоса гарантирует энергонезависимость системы.

Саморегуляция

Правильно смонтированная схема отопления с естественной циркуляцией – система саморегулирующаяся. Чем ниже в доме температура, тем быстрее работает отопление. Чем больше разница в температуре поступающего в котел теплоносителя и выходящего из него, чем больше разница в высоте между последним в цепочке радиатором и котлом, тем быстрее происходит , тем качественнее происходит отопление дома.

Поэтому для эффективной работы отопления котел часто располагают в подвальных помещениях или цокольных этажах.

Скорость циркуляции

Кроме упомянутых уже факторов, циркуляция теплоносителя, а значит, скорость прогревания дома, будет зависеть еще от ряда показателей:

• Диаметр теплоснабжающих труб. С уменьшением диаметра трубы замедляется естественный ход теплоносителя. Поэтому для систем с самотечной циркуляцией используются трубы достаточно большого диаметра – 32-40 мм.
• Материал труб. Различные материалы оказывают разное сопротивление протекающим в них жидкостям. Так, у стали этот показатель больше, у полипропилена меньше. Кроме того, осадки и коррозия, возникшие даже в незначительных размерах, сильно препятствуют плавному течению теплоносителя, завихряя и замедляя его.
• Количество и диаметр изгибов труб. При каждом изменении направления движения скорость теплоносителя падает. Поэтому количество поворотов необходимо минимизировать, а их диаметр делать как можно большим.
• Тип и количество запорной аппаратуры. Каждое препятствие на пути теплоносителя замедляет его естественный ход, поэтому запорную аппаратуру необходимо устанавливать только там, где она действительно необходима.

Выбор котла

На практике схема с естественной циркуляцией часто работает в комплекте с котлами, не требующими для своей работы электричества.

Газовые энергонезависимые котлы «Конорд» (Ростов-на-Дону)

В продаже можно найти газовые энергонезависимые котлы, в том числе и российского производства, например «Конорд» (Ростов-на-Дону) или универсальные энергонезависимые котлы «Дон» того же производителя, которые успешно работают без электроэнергии. Многие зарубежные производители тоже выпускают котлы, подходящие для работы в самотечных системах. Так, модель Novella Autonom итальянской фирмы Bertta прекрасно зарекомендовала себя при работе в отечественных условиях.

Требуемая для эффективной работы тепловая мощность котла вычисляется так же, как и для других систем.

По площади

Самый распространенный способ – расчет по величине площади, которую требуется обогреть. Если высота потолков не превышает 2,7 метра, дом надежно утеплен, то можно исходить из простого соотношения – каждый киловатт мощности котла должен обогревать не более 10 квадратных метров помещений. В южных регионах эту величину можно безболезненно уменьшить на 10-20%, в северных придется увеличить на 20-30%, а для районов Крайнего Севера – увеличить в полтора-два раза.

По объему с учетом дополнительных факторов

Более точный расчет основан на учете отапливаемого объема:

Учитывая объем отапливаемого помещения можно сделать более точный расчет

• Расчет ведется для каждой комнаты и коридора отдельно, а затем результаты складываются.
• На каждый кубический метр объема комнаты берется 40 Ватт мощности котла.
• Коэффициенты, учитывающие регион нахождения дома, берутся такими же, как и в расчете по площади.
• Каждый оконный проем стандартной величины добавляет к расчету 100 Ватт, а каждая дверь – 200 Ватт.
• Если комната находится у внешней стены дома, то требуемую мощность для ее отопления необходимо увеличить на 10-30% в зависимости от материала и толщины стены.
• Контакт потолка или пола комнаты с неотапливаемым пространством добавляет еще 40% к требуемой мощности.

Выбор схемы разводки

Самотечная система с естественной циркуляцией может быть выполнена в двух вариантах:

• однотрубная схема;
• двухтрубная схема.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией является самой простой – теплоноситель проходит по единственной трубе через все радиаторы ветви, возвращаясь в тепловой котел.

В двухтрубной системе естественный поток теплоносителя происходит по двум контурам. По теплоснабжающему контуру он попадает в каждый радиатор отдельно и из него переходит в общий возвратный контур, ведущий обратно к котлу.

Выбор радиаторов

Главное в монтаже систем с естественной циркуляцией – обеспечить минимальное сопротивление движению теплоносителя. Поэтому циркуляция будет хорошей только при установке радиаторов с большим просветом:

Чугунный радиатор Панельный радиатор

• Самое маленькое сопротивление – у классических , с которыми самотечная система работает практически идеально.
• Алюминиевые и биметаллические радиаторы показывают хорошие результаты только при внутреннем диаметре не менее, чем в три четверти дюйма.
• Можно устанавливать с достаточным внутренним проходным диаметром.
• Нельзя использовать панельные батареи. В любой своей модификации они имеют небольшой внутренний диаметр и сильно замедляют естественный поток теплоносителя.

Подключение радиаторов

Важным элементом качества работы системы является тип подключения радиаторов:

• вертикальный или боковой;
• диагональный;
• горизонтальный или нижний.

Боковое подключение

Диагональное подключение

Нижнее подключение

Меньшее количество тепловых потерь обеспечивает диагональное подключение, когда циркуляция происходит между верхним патрубком радиатора и его диагонально противоположным нижним. Чуть менее эффективно работает боковое подключение, когда теплоноситель поступает в верхний патрубок радиатора, а выходит из расположенного под ним же нижнего. Самое большое количество теплопотерь получается при нижнем подключении, при котором циркуляция происходит через нижние патрубки радиатора.

Наибольшее влияние на качество отопления имеет и , особенно если выбрана однотрубная система отопления с естественной циркуляцией:

• прямое;
• с байпасными линиями.

При прямом соединении теплоноситель проходит все радиаторы по цепочке один за другим, все больше остывая на каждом из них. На последнем радиаторе температура теплоносителя уже значительно отличается от первого, и для эффективного отопления дальних комнат приходится наращивать количество секций в приборах.

Значительно уменьшен этот недостаток в том случае, если вход и выход на каждом радиаторе соединен байпасом – трубой, позволяющей части потока протекать мимо радиатора и меньше остывать при движении вдоль сети отопления.

В системе с естественной циркуляцией игольчатый клапан должен быть открыт

Если установить в байпасной линии регулируемый игольчатый клапан, то можно управлять потоками теплоносителя через радиатор и через байпас. Чем больше теплоносителя будет проходить через радиатор, тем быстрее он нагреется, однако, такая настройка влечет за собой все указанные выше недостатки в виде неравномерного прогрева системы. Обычно этот клапан оставляют полностью открытым. Тогда самотечная система самостоятельно распределяет потоки нужным образом, циркуляция нормализуется, и большая часть теплоносителя приходит к последним радиаторам лишь незначительно остывшей.

Кроме того, для того чтобы получить возможность отключения радиаторов для их ремонта, замены или регулировки температуры в комнате, перед радиатором и после него необходимо установить запорные краны.

Выбор труб

Как уже было сказано ранее, выбор труб имеет большое значение при проектировании самотечной системы:

• Наиболее предпочтительными оказываются трубы из армированного полиэтилена. Но они не приспособлены к работе с высокими температурами, предельная температура для них 95 градусов Цельсия.
• Металлопластиковые трубы хорошо переносят высокую температуру, но соединяются между собой при помощи фитингов, которые значительно заужают просвет и оказывают большое сопротивление движению теплоносителя.
• Трубы из PPS-пластика имеют более высокую предельную температуру, чем полиэтиленовые – до 110 градусов Цельсия, но они стоят дороже.

Выбор труб зависит и от типа котла, который обеспечивает отопление дома. Твердотопливные котлы выдают настолько высокую температуру, что надежно работать в такой системе смогут только металлические трубы: стальные, нержавеющие или медные.

Выбор теплоносителя

В системах с естественной циркуляцией можно применять в качестве теплоносителя воду или низкозамерзающие составы – .

Применение в качестве теплоносителя антифризов имеет ряд предостережений

Если планируется использовать антифриз, то необходимо предусмотреть следующие моменты:

• Теплоотдача антифризов ниже, чем у воды. Поэтому для эффективного отопления размер радиаторов необходимо предусмотреть больший, чем получается при расчете системы с водой, на 10-15%.
• Антифризы при перегреве образуют обильные отложения и осадки. Если схема отопления частного дома с естественной циркуляцией длительно вынуждена работать при больших температурах теплоносителя, то велик риск полного зашлаковывания теплообменника.
• Составы, предназначенные для работы в системах охлаждения автомобилей, абсолютно не пригодны для применения в системах отопления. Необходимо использовать специальные составы: Термотраст, Dixis, Hotpoint и им подобные.
• Антифризы не могут применяться в сетях с открытым расширительным баком.
• При проектировании системы следует уточнить, может ли выбранный котел работать с антифризом.

Вода в качестве теплоносителя имеет лишь один серьезный недостаток – более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания, что при отсутствии контроля за работой системы может привести к ее перемерзанию и разрывам труб и радиаторов.

У воды более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания

Заключение

Самотечная система отопления частного дома – не самый эффективный способ обеспечить отопление дома, но порой единственно возможный. Если в местной электросети возможны отключения, при полном отсутствии электроснабжения ей нет никакой альтернативы. Даже если пропадание электричества происходит редко, то будет правильным решением выстроить сеть теплоснабжения по этой схеме и снабдить ее электронасосом. Тогда вы точно гарантируете себе надежное автономное отопление, не зависящее ни от каких внешних факторов.

Самые интересные статьи из рубрики.