Какими бывают системы отопления с естественной циркуляцией, как их сделать и что нужно учесть

Какими бывают системы отопления с естественной циркуляцией, как их сделать и что нужно учесть

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.

Простейший вариант системы с естественной циркуляцией

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).

Однотрубная система с естественной циркуляцией. Горизонтальная разводка

Виды систем отопления с естественной циркуляцией

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

Двухтрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией. Схема вертикальная

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).

Однотрубная система с естественной циркуляцией. Горизонтальная разводка с разгонным коллектором

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 чугунные радиаторы – у них самое маленькое гидравлическое сопротивление. Хороши в использовании алюминиевые и биметаллические, 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.

Схемы подключения радиаторов

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.

Особенности подключения радиаторов в однотрубных системах

Два последних способа монтажа позволяют регулировать поток теплоносителя через радиатор и байпас — в них стоят устройства регулировки температуры радиатора. 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.

Стальные трубы через несколько лет могут выглядеть так

Предпочтительнее с этой точки зрения металлопластиковые 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. Подробнее о полипропиленовых трубах читайте тут.

Металоопластик и полипропилен также может использоваться для монтажа систем отопления

Но если предполагается установка твердотопливного котла, 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 медных трубах написано тут), 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.

Самотечная система однотрубная с вертикальной разводкой на два крыла (контура)

Вторая особенность – в самой высокой точке системы нужно установить расширительный бак и/или воздухоотводчик. 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 твердотопливные котлы. 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 котел длительного горения (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».

Энергонезависимый котел длительного горения Stropuva

Есть газовые энергонезависимые котлы российского производства, например «Конорд», 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 напольные газовые котлы итальянской фирмы Bertta – модель Novella Autonom 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.

Для стабилизации температуры в системе устанавливают тепловой аккумулятор

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.

Для систем отопления используют специальные антифризы

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 (блок бесперебойного питания и/или генератор). Если же перебои случаются часто – тогда ваш выход – системы с естественной циркуляцией.

Система отопления с естественной циркуляцией: схема частного дома, самотечная вода, однотрубная и двухтрубная, почему

Самый простой контур отопления предполагает прокладку всех труб почти под самым потолком, а также вывод обратных магистралей прямо под полом.

Такую систему чаще всего выбирают, потому что в ней используется очень мало труб и оборудования, а также их совсем не нужно монтировать в стены, что снижает затраты на монтаж.

Отопительная система из одной трубы состоит из:

1. Агрегата нагревания.
2. Магистрали разведения.
3. Расширительного бачка.
4. Трубопроводов специально для вывода обратки.
5. Радиаторов.

В зависимости от того, какие используются приборы в отоплении, необходимо выбирать и объем бачка расширения. Чаще всего выбирают баки с вместимостью до 25 литров, тем не менее, его нельзя наполнять больше, чем на 3/4 объема.

Трубы для уже горячей воды должны быть проложены непосредственно под потолком.

Схемы подключения радиаторов

Для того чтобы вода пополнялась в обогревательной сети, нужно чтобы в крышку бака было врезано отверстие или парубок вместе с краном, который и соединит отопление с водопроводом.

Также, нужно будет сделать еще один парубок, которые будет регулировать слив носителя тепла в канализацию, в том случае, если проводится ремонт.

Таким образом, естественная циркуляция является самым перспективным выбором для практичных владельцев загородных домов, которые умеют считать, а также знают, как лучше сэкономить пространство в своем доме.

Безусловно, она не подойдет для больших домов, но для малогабаритных будет самым лучшим вариантом.

Преимущества естественной циркуляции

Самым главным достоинством данной отопительной системы является ее экономичность — как использования, так и установки.

Для того чтобы запустить движение теплоносителя не требуется установка электро насосов, которые являются причиной разорительных счетов от компаний, снабжающих электричеством.

К тому же, при отсутствие необходимости установки электрических насосов, исключается необходимость дорогостоящего ремонта, сложнейших поломок, шума, а также постоянных вибраций.

Если систему правильно установить и эксплуатировать, то ее контур обогрева будет работать не меньше сорока лет. А с монтажом, да и с возникающими поломками может справиться даже сам хозяин после изучения подробной инструкции.

Устойчивость тепла, которая обусловлена способностью отопительной системы к саморегулированию, является безусловным преимуществом. Так как температура изменяется, также как и плотность воздуха в доме, то и теплоноситель двигается циклически по всему отопительному контуру.

Как рассчитать мощность котла

Данная процедура на самом деле очень ответственна. Ведь от того, насколько правильно будет подобрана мощность котла, зависит эффективность обогрева помещений. Расчеты производятся прежде всего исходя из того, что на 10 м2 площади дома необходим 1 кВт мощности

При этом во внимание берутся также поправочные коэффициенты для регионов:

• для севера – 1,5-2,
• для средней полосы – 1,4,
• для южных районов – 0,8.

Также рассчитать мощность можно, исходя из объема помещения. Этот показатель просто умножают на 40 Вт. Для частного дома на свайном фундаменте принимается поправочный коэффициент в 1,4. На каждую дверь к полученной мощности прибавляется 300 Вт, на каждое окно – 70-100 Вт.

Однотрубная система с естественной циркуляцией

Несмотря на то, что такой системе свойственна невысокая эффективность в тепловом плане, она в некоторых случаях еще пользуется спросом. Принцип работы схемы заключается в том, что основная труба подсоединяется к радиаторам, вследствие чего нагретый поток начинает поступать к верхней части патрубка обогревателя и постепенно направляется к нижнему отводу. Когда переработанная энергия направляется к каждому из последующих узлов отопления, все начинается заново и жидкость возвращается к начальной точке. Данное решение предоставит такие преимущества:

• Нет парных трубопроводов, монтированных под кровлей или на уровне пола.
• Отмечается существенная экономия на приобретении комплектующих элементов, а также реализации выбранной схемы.

Недостатками является неспособность радиаторов обеспечивать долговременное отопление, за счет чего интенсивность нагрева существенно падает со временем. Согласно опыту прошлых лет, система, установленная по такому чертежу, даже при условии соблюдения всех правил быстро выходит из строя и требует установки дополнительного насоса. Главным достоинством, которое имеет схема отопления с естественной циркуляцией частного дома, считается энергонезависимость, а также простота монтажа. Исходя из этого, даже существенная экономия на электричестве не покроет затраты на обеспечение работоспособности источника тепла в процессе независимого движения теплоносителя.

Принцип работы

Схема возникновения циркуляционного давления

Благодаря тому, что теплоноситель постоянно двигается по трубам и радиаторам, а затем отправляется в котел, происходит изменение как массы, так и плотности воздуха в доме из-за понижения или повышения температур.

Таким образом, нагретая вода в генераторе уменьшает как свою массу, так и плотность , а в процессе остывания ее плотность и масса в трубах увеличивается.

Ту воду, которая отдала все свое тепло радиаторам, сменяет другая, благодаря действующим силам гравитации.

Прогретая в котле легкая вода отправляется в главный стояк, поднимается, а затем полностью распределяется по радиаторам специальной разводкой по трубам.

Вода в радиаторах остывает, так как отдает все свое тепло помещению.

Остывая, теплоноситель становится все более тяжелым и совсем остыв опускается вниз , на дно прибора, а в результате поступления в котел горячей воды с более меньшим показателем плотности, а также увеличением объема, жидкость полностью вытесняется из отопительных радиаторов.

Охлажденная и уже тяжелая жидкость, возвращается в котел, вытесняя оттуда горячую и легкую воду в трубопровод отопительных приборов. До тех пор, пока функционирует котел, цикл будет бесконечным.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Гравитационная составляющая циркуляции улучшается сооружением трубопроводов системы с нормативным уклоном, который составляет не менее 2 мм на 1 погонный метр длины. Уклон ориентирован в сторону движения теплоносителя.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Самотечное двухтрубное отопление

в разных направленияхгреются лучше.

При использовании схемы с попутным движением воды все кольца циркуляции получаются одинаковыми по длине, поэтому радиаторы прогреваются одинаково. Но такие схемы используются редко из-за большого расхода трубных материалов. Чаще всего стараются улучшить характеристики тупиковой системы путем монтажа двух или нескольких контуров вместо одного.

Двухтрубная система — это два отдельных трубопровода, проведенные параллельно: один для горячей воды (от котла), второй — для охлажденной (прошедшей через отопительные приборы). Отопление с применением двух контуров можно установить, если использовать верхнюю разводку и трубы с диаметром 32 мм или более.

Вода от котла поднимается в распределительный бак, из которого спускается к отопительным приборам самотеком. Если диаметр трубопровода слишком маленький, создается высокое гидравлическое сопротивление, которое препятствует циркуляции.

Нюансы проведения работ

Чердачное помещение обязательно должно быть теплоизолированным. Если температура в нем будет излишне низкой, то есть вероятность того, что жидкость в трубах замерзнет

Важно придерживаться нескольких правил, одно из которых предполагает расположение верхней трубы с некоторым уклоном, который должен составить примерно 7 градусов. Если есть возможность, то котельное оборудование нужно расположить значительно ниже, чем отопительные приборы

Посетив магазин перед началом работ, вы должны выбрать трубы, выполненные из металлопласта или полимеров. Внутренний диаметр изделий должен составить 32 миллиметра. Балансировку двухтрубного отопления, если трубы были подобраны правильно, производить не придется. Однако установить дросселя на подводках к каждому радиатору нужно будет обязательно.

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

Как работает самотечная система отопления частного дома: схема работы

Почему владельцы небольших коттеджей выбирают систему теплоснабжения с естественной циркуляцией? Самотечная отопительная система считается наименее затратной из всех имеющихся. Она не предполагает установки циркуляционного прибора, так как движение воды по трубам едет естественным путем.

Для проведения системы отопления необходим котел, трубопровод, качественные батареи и расширительный резервуар. Особенность работы самотечной системы заключается в следующем – нагретая в котле вода подымается по трубам и распространяется по системе, выталкивая холодную воду обратно в котел для нагрева.

Наклон труб нужен для того, чтобы облегчить холодной воде движение из радиаторов в нагревательный котел. Чем выше находятся радиаторы по вертикальной оси, и, соответственно, чем ниже котел, тем быстрее будет перемещаться теплоноситель по системе.

В самотечную систему отопления из полипропилена желательно установить резервуар – расширительный бачок, который создаст дополнительное давление и укорит движение воды по трубам. Циркуляция теплоносителя будет непрерывной, пока работает нагревательный агрегат.

Двухтрубная схема отопления частного дома с естественной циркуляцией

Двухтрубная гравитационная система обогрева на порядок сложнее и дороже однотрубной. Данная отопительная конструкция предполагает установки двух линий – по одной циркулирует горячая вода, по второй идет возврат остывшего теплоносителя в котел. Перед тем, как монтировать систему, нужно сделать расчет материалов.

1. Вверх от котла идет труба, которая состыковывается с расширительным бачком. Бак можно разместить под потолком или на чердаке.
2. Внизу к баку подключается труба для контура с горячим теплоносителем, которая ведет к разводке по всему дому. С другой стороны к баку подсоединяется труба, ведущая в канализацию – для отвода лишнего теплоносителя.
3. Подключаются разводящие трубы по всему дому, подсоединяются к радиаторам.
4. С нижней части радиатора выводится труба-обратка, по которой остывший теплоноситель будет возвращаться в нагревательный котел. Обратка располагается параллельно трубам с горячей водой.

При установке двухтрубной системы отопления с непринужденной циркуляцией следует принять во внимание, что чердачное помещение, на котором располагается расширительный бак, настоятельно рекомендуется утеплить. Таким способом исключить остывание или частичное замерзание теплосистемы

Правильное планирование размещения котла и расширительного бака – залог эффективной работы всей системы отопления. При этом нагревательный котел должен находиться как можно ниже, в идеале – в подвальном помещении, специально оборудованном под агрегат.

Разводка, при которой вода подается на каждую батарею индивидуально при естественной циркуляции теплоносителя, называется паук.

При такой схеме емкость расположена в чердачном помещении, точно в центре периметра здания. К ней присоединены стояки определенного сечения (от батарей, радиаторов). Вода, которая уже остыла, течет обычным способом и попадает в горизонтальную магистраль.

1. Вода нагревается в котле.
2. Поднимается в бак.
3. Затем расходится самотеком по трубам меньшего диаметра.

Такая схема идеально подходит для объекта с небольшим количеством этажей

На подаче присутствует только стояк крупного размера, он ведет от котла к емкости. Трубы при этом могут быть диаметром до 25 мм. На ответвления нередко используют трубы ПВХ или металлопластик.

Из недостатков этой системы с естественной циркуляцией можно вспомнить:

1. Наличие большого числа стыков.
2. Применяется много труб разных диметров.
3. Требуется много утеплителя.
4. Обязательно в здании должно присутствовать чердачное помещение.

Особенности построения

Для организации движения жидкости самотёком выполняют следующее:

Располагают котёл отопления как можно ниже – на первом этаже или в полуподвале. Раздаточный коллектор поднимают выше – под потолок или на чердак строения.

Таким образом, вода получает максимально допустимую для данной постройки высоту подъёма. Что создаёт максимально возможный гравитационный напор теплоносителя в трубах.

Монтируют устройства с широкими внутренними просветами. Трубы увеличенного диаметра – не меньше 40 мм в сечении. Радиаторы с широким внутренним проходом – традиционные чугунные батареи. При необходимости установки запорных устройств – ставят шаровые краны, которые в открытом положении минимально сужают внутренний просвет.

• Прокладывание труб выполняют с минимальным количеством поворотов, углов, без змеевиков и без спиралей.
• Магистрали подачи и обратки прокладывают с уклоном.

Внимание! Перечисленные выше принципы позволяют организовать естественный напор воды и её движение с необходимой скоростью. Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

• Нагревательный котёл – может работать на различных видах топлива – на газу, дровах, угле, электричестве.
• Радиаторы – устройства непосредственного обогрева – излучают тепло в пространство помещения.
• Магистральная труба подачи и обратного тока.
• Раздающий коллектор – располагается над котлом. В него поступает нагретая в котле вода, затем движется (раздаётся) в магистральную трубу.
• Расширительный бачок – для временного хранения теплоносителя, который при нагреве расширяется и увеличивается в объёме. Располагается в самой верхней точке системы, выполняется в открытом виде.
• Поворотные шаровые краны – на входе и выходе из радиаторов отопления.
• Кран для слива воды (также шаровый) – в самой нижней точке системы.

А теперь рассмотрим подробнее, как обеспечивают максимально возможный напор.

Уклон трубы

Для естественной циркуляции теплоносителя принимается ряд мер, которые облегчают его передвижение внутри радиаторов и труб. Одна из таких мер – прокладывание труб подачи и обратки под небольшим уклоном. Размер уклона выбирают – 2-3 ° на погонный метр.

Указанные градусы уклона визуально не нарушают геометрию прокладывания труб, но обеспечивают движение воды самотёком. Они также позволяют сливать жидкость из системы при необходимости замены батареи, ремонта.

Гравитационное давление

Гравитационное давление возникает как разница давлений воды в различных сегментах трубопровода.

В системе с естественным движением теплоносителя гравитационное давление создаётся нагревом воды и подъёмом её на высоту чердака или второго этажа дома. Так обеспечивается самотёк и работа отопления.

Величина гравитационного давления определяется высотой подъёма воды и разницей температур.

Внимание! Чем сильнее нагрев теплоносителя в котле, тем больше будет разница в давлении, и тем скорее вода будет двигаться по трубам

Возможные препятствия

Для эффективной естественной циркуляции стараются уменьшить количество факторов, которые препятствуют гравитационному давлению.

Схему организовывают с минимальным количеством углов и поворотов. Вместо изгибов труб под прямым углом, по возможности, делают плавные повороты. Для того чтобы вода не встречала препятствий, убирают сужения просветов и вентили.

Внутренние сечения радиаторов должны быть достаточно большими. Следствием широких просветов становится увеличенный объём теплоносителя, а также инертность работы отопления.

Как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему

Основные этапы расчета водяного отопления:

• расчет необходимой мощности котла
• расчет мощности всех отопительных приборов, которые будут подключены к системе
• подбор диаметра труб

Рассчитываем мощность котла

Мощность котла рассчитывается с учетом будущих показателей потери тепла через стены, полы, крышу здания

При определении показателей мощности следует брать во внимание площадь указанных поверхностей, материал изготовления, а также разницу в показателях температуры внутри и снаружи помещения в период, когда планируется обогрев дома

Теплопотери стандартного частного дома

Схема расчета мощности котла: Wк = Wуд х S/10, где

• S – суммарная площадь помещения
• Wуд – удельная мощность, которая требуется на каждые 10 кв.м. помещения
• Wк – показатели мощности котла

Как определить необходимую мощность радиаторов и диаметр труб

Для расчета мощности радиаторов в отопительной системе с естественной циркуляцией используется приведенная выше формула с небольшой поправкой: вместо суммарной площади дома подставляются значения площадей каждой комнаты.

Расчет отопительной системы

Расчет необходимого диаметра труб проводится следующим образом:

1. Определяется циркуляционное давление, которое зависит от длины и высоты труб, а также разницы температуры воды на входе/выходе из котла.
2. Вычисляются потери давления на поворотах, прямых участках и в каждом отопительном приборе.

Произвести такие подсчеты человеку без специальных знаний, как и рассчитать всю отопительную схему с естественным типом циркуляции, очень сложно. Малейшая ошибка чревата огромными теплопотерями. Поэтому расчеты и последующий монтаж отопительной системы целесообразно поручить специалистам.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

1. Котел следует размещать в нижней точке системы;
2. Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
3. Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

Другие полимерные трубопроводы – металлопластик, трубы из сшитого полипропилена – применять не рекомендуется. Фитинги этих систем значительно снижают проходное сечение и создают излишнее гидравлическое сопротивление, препятствующее естественной циркуляции.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Котлы для отопительной системы

Ни одна отопительная система, даже дровяное отопление с водяным контуром, не сможет работать без такого элемента, как нагревательный котел. Это наиболее важный и, соответственно, – дорогостоящий элемент системы.

Однако его использовать можно только в том случае, если есть возможность подключения непосредственно к газовой магистрали. Электричество также может стать топливом для вашего нагревательного котла. Но следует учесть – в случае перебоев с энергоснабжением вы будете мерзнуть. Да и цена топлива довольно высока, что делает его не самым подходящим для большинства.

Существуют модели котлов, которые работают на твердом и на жидком топливе – то есть, это водяное печное отопление. Будь то водяное отопление от буржуйки, или водяное отопление на дровах, — сложности могут возникнуть из-за необходимости постоянно контролировать количество топлива в котле. Кроме того, порой доставка топлива, которое использует водяное отопление от печи, к дому может быть весьма затруднена. Да и не у всех найдется место для хранения большого запаса угля или солярки.

Выбор труб

Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:

• диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
• диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
• диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.

В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2 нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.

Чем отличается двухтрубная версия?

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

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

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

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

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

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

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

Куда ставить котёл?

В частном доме, в помещении одноэтажного дома отопительные котлы лучше всего монтировать ниже уровня приборов для прогрева помещений. В квартирах ситуация обстоит несколько иначе. Здесь котлы часто ставятся на одном уровне с радиаторами, что не совсем эффективно. Поэтому монтаж лучше произвести как бы в яму, то есть поставить оборудование на перекрывающие плиты.

Для этого вокруг котла обычно выпиливается пол. «Яму» следует делать, соблюдая правила противопожарной безопасности. Они предполагают разравнивание основания тонкой стяжкой и укладку листов, изготовленных из железа и асбеста. Котёл в «яме» нагоняет лучший циркуляционный напор.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Работа выстроена на физических законах. При нагревании плотность и вес воды снижаются, а при остывании показатели возвращаются к стандартным параметрам. Давление в системе почти отсутствует – в формулах теплотехнических расчетов принимается соотношение 1 атм. на 10 м напорного водяного столба. Таким образом, при обустройстве отопительной системы в 2-х этажном строении расчет гидростатического давления показывает не более 1 атм., в одноэтажных не более 0,7 атм. на 10 м напорного водяного столба.

Из-за увеличения объема прогретой жидкости самотечная система отопления частного дома дополняется расширительным баком, который устанавливается на трубе подачи теплоносителя вверху системы. Задача емкости – компенсировать повышение объема воды.

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

1. К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
2. К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Физические свойства воды помогают транспортировке жидкости по трубопроводам – при нагревании жидкость устремляется вверх самотеком по разгонному участку трубопровода, а после остывания перемещается от радиаторов обратно в котел

Важно выложить трубопровод с определенным углом наклона, иначе гравитационная циркуляция не будет работать

Виды гравитационных систем

Самотечные системы монтируются в квартирах с автономным отоплением и небольших домах. Они не требуют использования электроэнергии или применения дорогого оборудования.

Самотечная отопительная система может быть однотрубная или двухтрубная.

• котла;
• контура (расширительного бака, труб, соединительных элементов, вентилей);
• теплоносителя (воды или антифриза);
• отопительных приборов (конвекторов, радиаторов, теплых полов).

Основное преимущество естественной циркуляции — независимость от остальных коммуникаций

Если в доме установлен котел на дровах, отопление получается полностью независимым даже от поставок электроэнергии (нет насоса), что совсем немаловажно в некоторых регионах. Но подобные схемы пригодны только для небольших площадей, так как общая длина контура не может быть больше, чем 30 м

Когда котел работает на полную мощность, вода получается очень горячая, с невысокой плотностью. В отопительных приборах температура теплоносителя снижается, плотность повышается. Таким образом, скорость потока зависит от температуры воды на выходе из котла и скорости ее остывания в радиаторах. Если в помещении очень холодно, вода остывает быстро, поток ускоряется. При повышении температуры воздуха вода остывает медленнее, скорость потока снижается.

Можно смонтировать как однотрубную, так и двухтрубную самотечную отопительную систему, но только с вертикальной разводкой.

2 Уменьшение гидравлического сопротивления воды

Также это важно для предотвращения закипания воды, особенно если используется печное отопление. Если это произойдёт, то ремонт или замена теплообменника может обойтись в круглую сумму

Если говорить об отоплении с установкой циркуляционного насоса, то от его мощности зависит скорость движения воды. При естественной схеме эти показатели увеличиваются за счёт таких факторов:

• внутреннего сопротивления;
• отличия в давлении на входе и выходе устройства.

Сопротивление системы отрегулировать непросто. Это связано со сложными математическими расчётами, огромным количеством факторов, входных данных, которые нужно учитывать. Но есть и общие правила расчётов, которые применяются и позволяют (хотя и приблизительно) отрегулировать необходимое сопротивление системы.

Основными факторами, из-за которых снижается скорость движения воды, являются:

• сопротивление труб и стенок;
• уменьшение самого контура, появление сужений за счёт установки фитингов и кранов.

Если скорость движения теплоносителя небольшая, то и сопротивление от стенок водяного контура и труб практически нулевое. Исключением из правила являются тонкие и длинные трубы, которые применяются для тёплого пола. Для него устанавливают отдельный циркуляционный насос.

Отопление с естественной циркуляцией из полипропиленовых труб делать нежелательно, поскольку они соединяются фитингами с намного меньшим диаметром. То есть, выбирая трубы для такой схемы, необходимо учитывать фактор наличия технических сужений при монтаже системы.

Какие нужны диаметры труб

При расчете системы особое внимание уделяется местоположению нагревательного элемента, емкости и радиаторов. Диаметр труб также очень важен, должно существовать давление, которое позволит эффективно функционировать всей отопительной системе

Критерии выбора диаметра труб для отопления с естественно циркуляцией:

1. Можно ли использовать для горячей воды.
2. Сложно ли монтировать.
3. Сроки использования.
4. Гарантии от производителя.

При монтаже естественного кругооборота воды используются трубы с большим сечением. Для обогрева объекта общей площадью 220 кв. метра, сечение трубы при входе обратки в теплообменник равняется приблизительно двум дюймам.

Обусловлено это тем, что скорость жидкости уменьшается, что может вызвать такие вопросы:

1. Уменьшение теплоотдачи за определенную единицу времени.
2. Возникновению «пробок» воздуха.

Потому важно, при монтаже контура, чтобы в него не попадал воздух, в противном случае будут возникать пробки. Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости

Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр

Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости. Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр.

Создание подходящего уклона для самотёка

Основные требования, нормы, применяемые к созданию отопительных систем, представлены в СНиП 41-01-2003.

Чтобы снизить факторы, противодействующие нормальному току теплоносителя в трубах (изгибы контура, воздушные пробки), соблюдают рекомендации по уклону труб системы. Уклоны делают по ходу тока жидкости из расчёта от 1 до 5% в зависимости от длины трубопровода. Благодаря правильному уклону, воздух, накопившийся в трубах, пройдёт к расширительному баку, где получит выход.

Важно! Независимо от уклона труб, в системе гравитационного отопления открытого типа устанавливают краны для стравливания воздуха. Для двухтрубных конструкций монтаж производят с учётом уклона обеих частей контура

Источник https://teplowood.ru/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html

Источник https://oboiman.ru/teplo/shema-otoplenia-castnogo-doma-s-estestvennoj-cirkulaciej.html

Источник

Источник