Водяное отопление с естественной циркуляцией теплоносителя. Самотечная система отопления с естественной циркуляцией

Современные домовладельцы часто выбирают , функционирующие за счет естественной циркуляции. Современные насосы дороги, а гравитация — дешевая движущая сила, из-за которой происходит естественная и вода движется по трубопроводу. Самотечные схемы используют там, где отсутствует электричество для питания насоса. Иногда насос все же присутствует, а при возникновении аварийной ситуации и отключении под воздействием гравитации. То есть, даже когда электрическое оборудование не работает, отопление с естественной циркуляцией продолжает функционировать.

Такой вариант отопительной системы прекрасно подойдет для коттеджей, площадь которых не превышает 100 кв.м

Минус конструкции — невозможность использовать ее в помещениях с большой квадратурой. Но для коттеджей, имеющих площадь менее сотни кв. м, такой вариант отлично подходит. По этой причине многие домовладельцы решаются сделать отопление с естественной циркуляцией без привлечения посторонней помощи.

Принцип работы самотечной отопительной системы

Принцип работы отопления выглядит просто: вода передвигается по трубопроводу, движимая гидростатическим напором, появившимся вследствие различной массы нагретой и остывшей воды. Еще такую конструкцию называют самотечная или гравитационная. Циркуляция – это перемещение остывшей в батареях и потяжелевшей жидкости под гнетом собственной массы вниз к нагревательному элементу, и вытеснение легкой нагревшейся воды в подающую трубу. Система функционирует, когда котел с естественной циркуляцией располагается ниже радиаторов.

Естественная циркуляция возможна и в закрытой системе отопления, если та оснащена расширительным баком с мембраной. Иногда конструкции открытого типа переоборудуют в закрытые. Закрытые контуры стабильнее в работе, теплоноситель в них не испаряется, но они так же независимы от электричества.
Что влияет на циркуляционный напор

Циркуляция воды в котле зависит от разницы в плотности горячей и холодной жидкости и от величины перепада высоты между бойлером и самым низко расположенным радиатором. Эти параметры просчитываются еще до начала . Естественная циркуляция возникает, т.к. температура обратки в системе отопления низкая. Теплоноситель успевает остыть, двигаясь через радиаторы, становится тяжелее и своей массой выталкивает из котла разогретую жидкость, заставляя ее продвигаться по трубам.

Схема циркуляции воды в котле

Высота уровня батарей над котлом усиливают напор, помогая воде легче преодолевать сопротивление труб. Чем выше расположены радиаторы по отношению к котлу, тем больше высота столба охлажденной обратки и с тем большим давлением она выталкивает нагретую воду вверх, когда достигает котла.

Плотность также регулирует напор: чем сильнее прогревается вода, тем меньше становится ее плотность в сравнении с обраткой. В результате она выталкивается с больше силой и напор увеличивается. По этой причине самотечные отопительные конструкции причисляют к саморегулирующимся, ведь если изменить температуру нагрева воды, поменяется и давление на теплоноситель, а значит, изменится его расход.

При монтаже следует располагать котел в самом низу, ниже всех других элементов, чтобы обеспечить достаточный напор теплоносителя.

Схема монтажа самотечных систем отопления

Поскольку циркуляция воды в системе отопления происходит без участия насоса, для беспрепятственного течения жидкости по магистралям, они должны иметь диаметр больше, чем в схеме, где циркуляция воды обеспечивается принудительно. Самотечная система функционирует за счет снижения сопротивления, которое приходится преодолевать воде: чем дальше труба от котла, тем она шире.

Чем выше располагается нагревательный прибор, тем выше давление внутри трубопровода. Поэтому батареи верхних этажей часто прогреваются лучше, чем те, что на нижних. Соответственно, если естественной циркуляцией двухтрубным, батареи, размещенные на одном уровне с котлом или ниже, прогреваются недостаточно.

Чтобы избежать такой ситуации, котельную основательно заглубляют, обеспечивая достаточно высокое давление для прохода теплоносителя по трубам с требуемой скоростью. Котел помещают в подвальном помещении, приблизительно на 3 метра ниже центра самого нижнего отопительного элемента. Трубы с горячей водой, наоборот, поднимают максимально вверх, располагая в высшей точке конструкции расширительный бачок, а затем вода от подающей трубы спускается к радиаторам.

Однотрубная система для дома: расчет диаметра труб

Однотрубная система отопления популярна, так как очень проста

К отличительным чертам, которыми обладает однотрубная система отопления с естественной циркуляцией, можно отнести:

• Отсутствие обратной магистрали: охлажденная обратка поступает обратно в нагревательный элемент по той же трубе.
• Радиаторы нижних этажей прогреваются хуже, т.к. поступающая вниз вода уже охладилась в радиаторах, расположенных выше. Поэтому чем дальше батарея от котла, тем большим количеством секций она должна обладать, чтобы обеспечивать равномерный нагрев всех помещений.
• Вода циркулирует по трубам, движимая разницей в температуре. На каждом радиаторе можно установить кран, который будет варьировать количество поступающей воды, отправляя остальную в другие радиаторы и регулируя обогрев помещения.
• Если вода поступает последовательно из одного радиатора в другой, охлаждаясь по пути, не стоит размещать на радиаторах запорные краны, т.к. это может привести в замедлению движения теплоносителя по трубам.

Системы отопления с естественной циркуляцией с последовательным подключением радиаторов монтируют, применяя верхнюю разводку. Соответственно, использовать одноконтурную схему можно только в доме с чердаком, где будет располагаться подающая магистраль. Несмотря на это, такая схема отопления с естественной циркуляцией пользуется популярностью, т.к. ее просто монтировать, а труб требуется меньше, чем для двухтрубной.

Как регулировать температуру в принудительной закрытой системе подачи воды для отопления

Чтобы контролировать микроклимат в помещении, можно разместить на радиаторах замыкающие участки. Разогретый теплоноситель, достигая радиатора, будет разделяться на два потока. Один проходит через радиатор, нагревая помещение, а второй протекает , обводной трубе, направляющей часть потока теплоносителя мимо радиатора дальше по направлению движения. Добавляя в схему отопления обводные контуры, следует помнить, что они не должны быть равного диаметра с подводящей трубой, иначе в радиатор не будет поступать достаточного количества воды для обогрева. Обычно диаметр обводящего участка делают на один размер меньше диаметра подводящей трубы, чтобы избежать этой проблемы. Между обводным контуром и входным отверстием радиатора размещается вентиль, который регулирует поступление воды в батарею, меняя тем самым температурный режим. Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией способна обогреть ваш дом без проблем.

Помимо ручного вентиля можно использовать для контроля температуры радиаторные терморегуляторы. С их помощью задается желаемая температура в помещении, и термостат поддерживает ее самостоятельно, без постороннего вмешательства, ослабляя или усиливая поток теплоносителя. Терморегуляторы бывают со встроенными и выносными датчиками. Первые располагаются непосредственно на батарее отопления, а выносные или, как их еще называют, дистанционные вынесены за пределы отопительного прибора и соединяются с ним при помощи капилляра. Плюс выносных датчиков — точное измерение комнатной температуры, тогда как встроенные могут давать ложные показания под влиянием внешних факторов: расположения батареи в нише, влияние температуры самой батареи, декоративных элементов, закрывающих радиатор.

Как проектировать двухтрубную систему под уклоном в частном одноэтажном доме с трубами из полипропилена

В двухтрубной схеме есть подающая и обратная магистрали. Горячая вода поступает в радиаторы из верхнего трубопровода, а затем, остыв, утекает в бойлер через нижний. Расширительный бачок монтируется сразу после котла, его соединяет с контуром вертикальная труба. Устанавливают его таким образом, чтобы он находился в самой высокой точке конструкции. Каждый отопительный элемент системы соединяется с обратным трубопроводом, по которому холодный теплоноситель поступает в котел.
Плюсы и минусы обустройства отопления такого типа

Отопление самотеком с вертикально расположенным стояком подразумевают обогрев здания с несколькими этажами. Такой вариант дороже, но защищен от образования воздушных пробок.

Горизонтальный стояк – экономичный вариант, но при перемещении теплоноситель перемешивается с воздухом. Этот нюанс легко устранить: монтируя отопление с естественной циркуляцией своими руками, нужно добавить в систему воздухоотводчики.

Преимущества системы отопления с естественной циркуляцией

Плюсы естественной циркуляции:

1. Простота монтажа и использования
2. Высокая тепловая устойчивость контура
3. Отсутствие шума во время работы (т.к. нет громко работающего насоса)
4. Экономичный расход энергии (при должном утеплении труб и здания)
5. Автономность: система легко сможет работать без электричества
6. Долговечность и износостойкость: при должном уходе самотечная система отопления частного дома может работать, не требуя ремонта, на протяжении 30-ти лет.

Минусы однотрубной естественной циркуляции с насосом

Слабые стороны гравитационной схемы отопления:

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

• Площадь строения, которое отапливает одно- или двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией, не должна превышать 100 кв.м
• Длина контура в горизонтальной плоскости – в пределах 30 м (иначе не хватит напора)
• Невозможно установить отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией в здании без чердака, т.к. на чердаке размещается расширительный бачок.
• Высокая вероятность замерзания воды, из-за которой трубы вне жилых помещений приходится тщательно утеплять.

Система отопления с естественной циркуляцией проста и очень надежна.

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:

1. Однотрубная;
2. 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:

1. Принудительное, с помощью запорной арматуры;
2. 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

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.

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:

1. Полная энергонезависимость;
2. Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

1. Сложность регулирования;
2. Неравномерное распределение тепла;
3. Непривлекательный внешний вид;
4. Ограничения по тепловой мощности;
5. 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 отопления с естественной циркуляцией теплоносителя устраивается в частных домах чаще всего. Такие конструкции имеют множество преимуществ, а их монтаж предельно прост. Однако некоторые правила при сборке такого оборудования соблюдать все же необходимо.

Особенности конструкции

Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя очень проста. Конструкция включает в себя котел отопления, который может быть как газовым, так и электрическим или твердотопливным, магистрали для воды, радиаторы и расширительный бак. В системах отопления с принудительной циркуляцией ток теплоносителя обеспечивает специальный насос. Это увеличивает стоимость оборудования и усложняет его монтаж.

В системах с естественной циркуляцией теплоноситель движется по трубам самотоком. Дело в том, что плотность у нагретой воды выше, чем у холодной. Проходя по магистралям и радиаторам, нагретый котлом теплоноситель постепенно остывает. Холодную воду в отводящей трубе при этом вытесняет новая порция горячей - в подающей. В результате остывший теплоноситель снова проходит через котел, после чего цикл повторяется.

Расширительный бак в такой системе необходим для регулировки давления воды в магистралях. При его повышении излишки теплоносителя поступают в бак, частично заполняя его. При снижении давления вода стекает обратно в трубопровод.

Достоинства и недостатки

К плюсам таких конструкций, как система отопления с естественной циркуляцией, можно отнести в первую очередь дешевизну. Оборудования закупать приходится не так уж и много. Кроме того, к преимуществам подобных систем относят высокую степень ремонтопригодности. Благодаря простоте конструкции заменить пришедшие в негодность элементы при желании можно в том числе и своими силами.

Надежность - еще одно неоспоримое достоинство подобных систем. К плюсам можно отнести и долгий срок их службы - около 30 лет.

Недостатками конструкций этого типа считаются:

• Низкий КПД. Топлива для функционирования системы с естественной циркуляцией нужно сравнительно много.
• Большая инертность. Работать система начинает лишь тогда, когда теплоноситель достаточно хорошо прогреется.
• Невозможность скрытой проводки труб. С помощью такой системы может быть устроено достаточно эффективное отопление частного дома. Естественная циркуляция, однако, предполагает довольно-таки высокую степень охлаждения теплоносителя при движении по магистралям. Поэтому проходить трубы должны на открытом воздухе.

Использовать системы отопления этого типа можно лишь в домах небольшой площади. Дело в том, что при увеличении количества поворотов и колен значительно возрастает сопротивление теплоносителю. В результате система начинает работать крайне неэффективно.

Однотрубная и двухтрубная конструкции

Различают всего две разновидности систем отопления с естественной циркуляций. Двухтрубная состоит из двух контуров: подводящего и отводящего. По первому теплоноситель подается к радиаторам, по второму - отводится обратно к котлу. В частных домах, однако, чаще используется однотрубное отопление с естественной циркуляцией. Такая система проще в монтаже и достаточно эффективна. В этом случае теплоноситель движется по одной трубе, к которой подсоединены радиаторы, по кругу.

Проектирование

Выполняя расчет системы отопления такого типа, нужно определиться с:

• количеством необходимых радиаторов;
• мощностью котла;
• диаметром и материалом труб;
• объемом расширительного бака.

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 м 2 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.

Сколько должно быть радиаторов

Продолжают расчет системы отопления определением количества необходимых батарей. Радиаторы в этом случае можно выбирать любые. Чаще всего владельцы загородных домов монтируют недорогие и достаточно надежные биметаллические модели. Их количество рассчитывается, исходя из площади помещения. На каждые 10 м 2 необходимо 1 кВт мощности радиатора. Полученную в результате расчетов цифру умножают еще 1,5. Этот запас нужен для восполнения утечек тепла через окна и двери. Мощность одной секции батареи той или иной марки указывается производителем в техническом паспорте.

Магистрали

Внутренняя поверхность труб, выбранных для системы отопления с естественным током воды, должна быть максимально гладкой. Это позволит свести сопротивление к минимуму. Помимо этого, в магистралях не должны скапливаться отложения и ил. Наиболее полно всем этим требованиям отвечают металлопластиковые трубы. Также часто в системах с естественной циркуляцией используются полипропиленовые магистрали. Стальные в таких конструкциях устанавливать не рекомендуется.

Что касается диаметра, то он должен быть достаточно большим. Конкретная цифра зависит прежде всего от количества в магистрали колен и разного рода запорной арматуры. Обычно в частных домах устанавливаются трубы диаметром в 32-40 мм (внутренний). Для подводки к радиаторам используют отрезки диаметром в 20-24 мм. Можно применять для этой цели и трубы того же номера, что и магистральные.

Выбор расширительного бака

Обычно система отопления с естественной циркуляцией оборудуется расширительным баком открытого типа. Такие модели могут выполнять сразу три основные функции:

• клапана безопасности при избыточном давлении,
• пункта снабжения системы дополнительными порциями теплоносителя,
• отвода избыточных газов, образующихся при нагревании воды.

При подборе расширительного бака нужно учитывать следующие факторы:

• Общий объем теплоносителя (С). От этого показателя зависит емкость бака. Определяется он путем сложения объемов котла, подводящих труб, радиаторов и других элементов конструкции, если они имеются.
• Коэффициент расширения теплоносителя (Е).
• Начальное давление в баке (Рмин.).
• Максимально допустимое давление (Pmax).
• Коэффициент заполнения при заданных условиях работы (Кзап). Определить его можно по специальным таблицам.

Расчет объема бака производится по формуле V = (E x C / 1 - Рмин. / Pmax) / Кзап.

Основные правила монтажа

Для того чтобы отопление дома с естественной циркуляцией теплоносителя в системе было эффективным, при сборке в обязательном порядке необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Трубы должны быть установлены с уклоном по направлению тока воды не менее 6-7 гр. Это обеспечит лучшую циркуляцию.
• Котел устанавливается ниже уровня расположения магистралей. Обычно его размещают в подвале. Если такового нет, устраивается подсобное помещение с приямком.
• Расширительный бак монтируют на чердаке. Трубу, соединяющую его с котлом, теплоизолируют.
• Радиаторы монтируются параллельно трубам (на байпасе). Врезать их в сами магистрали нельзя.
• Размещать батареи следует по возможности выше.

Порядок сборки

Монтаж систем отопления этого типа выполняется следующим образом:

• Устанавливается котел. На настоящий момент в загородных домах чаще всего используются газовые модели. Монтаж дымохода можно произвести самостоятельно. Для подключения котла к магистрали придется вызывать специалистов. Своими силами это делать запрещено нормативами.
• Подвешиваются радиаторы отопления. Лучше всего размещать их под окнами. Это обеспечит естественную циркуляцию воздуха в помещении. Расстояние от радиатора до стены должно быть не менее 2,5 см, до пола - 8 см.
• Монтируется магистраль (с соблюдением уклона).
• Подсоединяются радиаторы. В однотрубной системе используется нижнее подключение.
• Монтируется расширительный бак. Чаще всего его подсоединяют к отводящей магистрали. На трубе бачка устанавливается дополнительный отвод в канализацию.
• Магистраль с двух сторон присоединяется к патрубкам котла.
• Устанавливаются краны Маевского. Они необходимы для отвода воздуха из теплоносителя, к примеру, при опрессовке.
• Монтируется другая необходимая запорная арматура: дроссели, термоклапаны и т. д.
• В самой нижней точке магистрали врезается сливной кран.

Как видите, монтаж систем отопления с естественным током - дело не особенно сложное. Собрать подобную конструкцию, в особенности однотрубную, можно буквально за день.

Водяное отопление с естественной циркуляцией достаточно эффективно. Однако стоит все же дополнить конструкцию специальным насосом. Им можно пользоваться время от времени, повышая эффективность работы системы. Монтируется он на отводную трубу. Дело в том, что в подводящей температура теплоносителя очень высока, а это может привести к выходу из строя его конструктивных элементов.

Устанавливается циркуляционный насос на байпасе, оборудованном кранами. Непосредственно перед ним монтируется специальный фильтр. Последний предотвращает попадание в насос грязи, ила и т.д.

При монтаже радиаторов следует проследить за тем, чтобы располагались они на одном уровне. Это обеспечит оптимальную циркуляцию теплоносителя. Перед каждой батареей стоит установить запорный кран. Он пригодится в случае необходимости аварийного отключения.

Пробный запуск системы

Итак, мы с вами выяснили, как сделать естественную циркуляцию отопления (системы). После того как все элементы конструкции будут смонтированы, следует произвести пробный запуск. Заполнение может производиться или при помощи насоса, или посредством крана подпитки, подключенного к водопроводу. Напор поступающей в систему воды не должен быть слишком сильным. Иначе внутрь магистралей попадет очень много воздуха.

После заполнения следует выждать с полчаса. За это время из системы выйдет лишний воздух. Далее можно запускать котел. Если система через некоторое время заработает - значит, все в порядке. Но иногда случается так, что теплоноситель по магистралям циркулировать не начинает. В этом случае нужно:

• проверить все трубы на предмет герметичности;
• замерить угол наклона магистралей.

При необходимости недочеты устраняются.

Иногда причиной неполадок являются обычные воздушные пробки. Поэтому дополнительно стоит попробовать их удалить. Порядок действий в этом случае будет таким:

• открываются воздушники на всех радиаторах;
• включается подпитка системы слабым напором;
• открывается слив и выполняется длительный прогон теплоносителя.

Нередко причиной бездействия системы являются забитые радиаторы. В этом случае батареи придется снять и промыть.

Если ничего из вышеперечисленного не помогает, то причина, скорее всего, в слабости котла или его неисправности.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя - оборудование надежное и при этом недорогое. При правильном подборе комплектующих и соблюдении всех рекомендаций по монтажу можно получить долговечную и очень эффективную конструкцию, а следовательно, значительно и надолго повысить комфортность проживания в доме.

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.

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

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Главная задача водяной отопительной системы – это заставить теплоноситель циркулировать по трубам. Чтобы дом прогревался, горячая вода из котла должна поступать в трубы и радиаторы. Система отопления с естественной циркуляцией работает по принципу гравитации. Жидкость перемещается по трубам гравитационным способом без использования насоса. Плотность и вес жидкости становится меньше при нагревании, а после остывания приходит в первичное состояние.

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

Достоинства и недостатки обогрева с естественной циркуляцией

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

Минусы системы:

Типы систем с естественной циркуляцией

Перед тем как создать схему для обогрева частного дома, вначале рассчитывают количество тепла, требуемого для помещений. В расчет входят данные о котле , размещении и диаметре труб, а также уровень теплоизоляции наружных стен. Даже самые маленькие погрешности в расчетах могут повлиять на качество обогрева дома. Поэтому лучше, если все расчеты проведут специалисты. Отопительные системы бывают нескольких видов:

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

Открытая система

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

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

Закрытая система

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

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

Однотрубная система

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

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

В такой системе есть свои недостатки. Чем дальше подающий стояк, тем температура радиаторов меньше. Увеличить производительность помогут байпасы . Чтобы установить равномерный прогрев дома, в местах, где подключены радиаторы, ставят перемычки. Даже сделав точные расчеты , однотрубный тип системы будет неэффективен, если одноэтажный дом имеет более трех комнат. Проблему можно решить, если модернизировать систему циркулярным насосом.

Схема двухтрубного водяного отопления для частного дома с естественной циркуляцией

Двухтрубный тип отопления подходит для обогрева двухэтажного дома. Если сравнивать однотрубную и двухтрубную систему, то во второй - жидкость подается во все радиаторы горячей. Двухтрубный контур имеет особую конструкцию, состоящую из двух труб. Одна для подачи, другая – для обратки. К каждому отопительному устройству подсоединяется труба подачи. Подключение делают через отдельный входной отвод. А труба обратки подключается отдельно. Достоинства системы отопления с верхней и нижней разводкой в том, что ее монтаж очень прост, а эксплуатационные характеристики эффективны. С такой системой:

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

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

Схема расчета системы отопления с естественной циркуляцией

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

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

Какой материал для труб лучше?

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

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

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

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

Угол наклона труб отопления

На участках трубы с углами и поворотами, теплоноситель будет двигаться слабо. Здесь, на его движение отрицательно влияет гидравлическое сопротивление. Поэтому составляя схему и делая расчеты нужно придерживаться строительных норм, которые указаны в СНиП 41–01-2003. Чтобы в систему не попадал воздух, а дальние радиаторы хорошо прогревались, трубы должны устанавливаться с наклоном: на 1 метр длины делается наклон не меньше 10 мм.

Виды теплоносителя

В качестве теплоносителя можно использовать воду или антифриз. Так как антифриз имеет большую плотность и маленькую теплоотдачу, на его нагрев будет уходить много топлива. Поэтому для системы с естественной циркуляцией выгоднее использовать воду. К тому же при нагреве антифриз сильнее расширяется, поэтому выбрав такой теплоноситель мембранный бак должен быть большего объема.

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

Вывод

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