Самотечная система отопления с естественной циркуляцией. Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы? Самотечная система отопления одноэтажного дома

При отсутствии ли нестабильной подаче электроэнергии системы отопления частных домов часто организуют на базе схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. Такая схема является полностью энергонезависимой, способна обеспечить нужды отопления небольших домов площадью до 60 – 70 м 2 . Материал статьи описывает принцип работы, устройство и виды системы с гравитационной циркуляцией, дает рекомендации по выбору материалов и монтажу.

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.

Устройство системы с естественной циркуляцией

Базовый элемент системы отопления – котел – располагается в нижней точке системы. От теплогенератора поднимается вертикальный разгонный коллектор. Рекомендуемая высота коллектора – от 2,5 метров, диаметр трубопровода – не менее 50 мм.

На верхней точке разгонного коллектора, в месте поворота трубопровода к радиаторам, располагают расширительный бак открытого типа. Расширительный бак по желанию оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. Через нее излишки воды, образовавшиеся при нагреве и расширении, переливаются в канализацию.

Расширительный бак может оборудоваться линией подпитки, соединенной с системой водопровода. В отсутствии линии подпитки пополнение системы водой производится вручную. Расширительные баки при размещении в неотапливаемом помещении должны качественно утепляться.

Экспанзомат, кроме функций компенсации теплового расширения и подпитки, выполняет функцию естественного воздухоотводчика. Трубопроводы монтируются с уклоном таким образом, что пузырьки воздуха не уносятся в систему, так как вода имеет малую скорость, а поднимаются в верхнюю точку, на которой установлен РБ.

Из верхней точки разгонный коллектор меняет направление на горизонтальное и с нормативным уклоном прокладывается к радиаторам отопления. Система отопления в части обвязки радиаторов имеет 2 разновидности:

Однотрубная;
Двухтрубная.

Однотрубная система с естественной циркуляцией обладает свойством снижения температуры на каждом последующем радиаторе в ряду.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Сооружение байпасов для улучшения качества регулирования создает излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому система чаще всего сооружается по простейшему принципу – радиаторы подключают к трубопроводу подачи последовательно, с последнего радиатора выходит обратный трубопровод и подсоединяется к котлу.

Наиболее эффективным по теплоотдаче считается диагональное подключение радиатора, менее качественными – боковое (при вертикальной разводке) и нижнее. Несовершенство однотрубной системы – снижение температуры на радиаторах – можно частично компенсировать увеличением числа секций на последних радиаторах.

Двухтрубная схема системы отопления более удобна в регулировании. Здесь радиаторы подключены к подающему и обратному трубопроводу параллельно.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для монтажа системы этого типа требуется большее количество трубы, соответственно схема имеет большее гидравлическое сопротивление. Регулирование температуры на радиаторах производится 2 методами:

Принудительное, с помощью запорной арматуры;
Естественное, за счет поэтапного изменения диаметра трубопроводов.

Принудительное регулирование можно производить шаровыми кранами, имеющими полнопроходное сечение. Регулирующие вентили малопригодны для этой задачи, так как обладают высоким гидравлическим сопротивлением и имеют сниженное проходное сечение.

Поэтапное изменение диаметра производится по принципу постепенного уменьшения диаметра подачи к последнему радиатору и постепенному расширению обратки от него к котлу. Выполнение такой схемы требует тщательного расчета, выполнить самостоятельно который довольно трудно.

Оба метода регулирования в любом случае значительно повышают гидравлическое сопротивление системы в целом, что отрицательно влияет на качество циркуляции и может привести к ее остановке. Поэтому большей популярностью пользуется все же однотрубная система, даже со своим недостатком – разницей температур в начале и в конце контура отопления.

Для систем отопления с естественной циркуляцией, предназначенных для отопления домов площадью не более 70 м 2 , падение температуры на последнем радиаторе может составлять 5 – 10 0 С. Обычно этот недостаток частично нивелируется увеличением числа секций последних в ряду приборов отопления. Кроме того, однотрубные схемы часто модернизируют установкой циркуляционного насоса.

В систему отопления с естественной циркуляцией иногда интегрируется бойлер косвенного нагрева. Его рекомендуется устанавливать в верхней точке разгонного коллектора, трубопровод выхода теплоносителя с бойлера направляют в горизонтальном направлении с уклоном к радиаторам. Работа бойлера в самотечной схеме не отличается высоким качеством – температура воды в нем не регулируется, температура воды напрямую зависит от температуры теплоносителя.

Подключение контуров теплых полов к системам гравитационного типа не производится. Это обусловлено тем, что отдельные контуры водяных теплых полов имеют большое сопротивление, циркуляция возможна только с помощью циркуляционного насоса. Установка насоса в точках подключения полов к системе с гравитационной циркуляцией внесет резкий гидродинамический дисбаланс и может нарушить принципы естественного циркулирования.

Материалы и оборудование системы отопления

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

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.

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

Полная энергонезависимость;
Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

Сложность регулирования;
Неравномерное распределение тепла;
Непривлекательный внешний вид;
Ограничения по тепловой мощности;
Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.

Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.

Система водяного отопления позволяет подавать разогретый теплоноситель к радиаторам, которые могут быть расположены как угодно внутри здания. Это дает возможность очень гибко распределять тепловую энергию по всему дому в зависимости от необходимости. А котел может располагаться в любом подсобном помещении.

Нужно заметить, что водяное отопления весьма сложное, и в его создании должны участвовать специалисты – теплотехники, проектировщики, монтажники… Создание такой системы своими руками возможно, скорее, для небольших частных домов с использованием, так называемых, «народных» рекомендаций.

Принцип работы водяного отопления с самотечным движением теплоносителя

Водяное отопление можно классифицировать по степени сложности.

Простейшая схема основывается на саморецеркуляции теплоносителя. Трубопроводы и радиаторы размещаются таким образом, что бы в них создавался естественных ток воды. Это движение возникает за счет разности масс теплой и холодной жидкости. Как известно теплая жидкость (или газ) легче холодной и поднимается вверх, а холодная – опускается вниз.

Направление циркуляции воды следующее.
Нагретая в котле вода поднимается в самую высокую точку системы, откуда, по подающему трубопроводу опускается в радиаторы. Остывая в радиаторах, она движется по ним вниз к обратному трубопроводу, по которому возвращается снова в котел.

Что бы самотечная система водяного отопления функционировала нормально, необходимо, что бы в ней поддерживалась достаточно большая скорость движения жидкости. Для этого система должна соответствовать нескольким требованиям.

Требование к самотечному водяному отоплению

Известно, что для поддержания нормальной скорости теплоносителя, разница температур между подачей (горячей трубой выходящей из котла) и обраткой (холодной трубой подводящей к котлу остывший теплоноситель) должна быть минимум 25 градусов. Система водяного отопления с самотечной подачей воды является саморегулирующейся. Чем холоднее в доме, и чем быстрее остывает вода, — тем выше ее скорость и больше скорость теплообмена между котлом и радиаторами. Теплоноситель отдает больше энергии в комнаты. Если остывание воды не значительное, — ее скорость движения уменьшиться, а температура поднимется. Это должно в свою очередь приводить к уменьшению энергоотдачи от котла за счет его регулирования автоматикой.
Должно соблюдаться правило соотношения уровней котла и отопительных приборов. Греющая зона котла должна быть ниже центральной оси радиаторов, что бы холодная вода естественным образом стремилась в саму низкую точку, — к входу котла. Что бы выполнить это условие котлы в самотечной системе размещают как можно ниже, — или в приямке, или в подвальном помещении.
Горячий и обратный трубопровод должны иметь разность высот начальной и конечной точек движения воды. Это значение должно быть таким, что бы средний уклон трубопроводов по ходу движения воды был не меньше чем 1:100. Конечно, по длине трубопроводы могут иметь какие угодно уклоны и изгибы, здесь речь идет только о среднем уклоне.
Расстояние от котла до самого удаленного радиатора не должно превышать 30 метров (для уверенной работы системы, — рекомендуется не более 15 метров). Это требование вытекает из наличия сопротивлений движению воды. Только при указанных расстояниях (длинах трубопроводов) гидравлическое сопротивление трубопроводов не будет существенным препятствием для самоциркуляции воды.
Также, с целью уменьшения гидравлического сопротивления, применяются трубопроводы повышенного диаметра и радиаторы с большой пропускной способностью. Рекомендуемые минимумы диаметров трубопроводов:
— на выходе из котла до расширительного бака – 50 мм;
— на разводку группы радиаторов 4 – 8 шт. (подача и обратка) – 40 – 32 мм;
— на подключение одного радиатора – минимум 20 мм.
Вся система должна быть полностью заполненная водой. В ней не должно находиться воздуха. Только в этом случае возможно нормальное движение воды. Для обеспечения работоспособности, в систему вводится расширительный бачок, который устанавливается в самой верхней точке. В этом баке сохраняется резерв воды системы, а также к нему подводится технический трубопровод, через который, в случае превышения уровня воды при нагревании, осуществляется ее сброс в канализацию.
}