Важным пунктом расчета системы отопления является выбор диаметра труб. Учитывается ряд факторов, зависящих от типа подключения отопительных элементов, необходимой мощности системы, параметров котла и т.п. Начинать рассчитывать диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией необходимо с выбора конкретного способа подключения системы и ее основных параметров. В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о целесообразности применения того или иного диаметра или же корректировать параметры системы, исходя из экономических, технологических или даже эстетических соображений.

Что учитывается при расчете

Основные критерии, которые важно учесть:

• объем теплоносителя, достаточного для заполнения системы;
• длина отопительного контура;
• номинальная скорость потока теплоносителя;
• требуемая продуктивность, кВт;
• циркуляционное давление;
• сопротивление труб и фитинга в отопительном контуре.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий оптимальные параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры отопления, используемые для расчета диаметра труб

• объем контура отопления;
• скорость движения теплоносителя;
• теплоемкость;
• перепад давления горячего и остывшего теплоносителя;
• высота контура.

Объем жидкости в системе с естественной циркуляцией, сам по себе, не играет ключевой роли. Чем больше теплоносителя, тем больше тратится топлива для нагрева, однако за счет увеличенного объема повышается давление циркуляции, что способствует росту КПД отопления.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией выбирается по возможности большим. Особенно, когда нет возможности повысить общую высоту контура.

Нужно распределять трубы и радиаторы таким образом, чтобы сократить путь от котла к радиатору. Слишком длинные линии на подаче, хоть и обеспечат больший напор в системе, однако снизят эффективность обогрева в дальних ее точках. При этом влияние оказывает только высота участка.

Скорость жидкости ограничивается в пределах 0,4-0,6 м/с, что позволит снизить до минимума сопротивление в трубах. Желательно поддерживать переходной тип движения воды в трубах между ламинарным (равномерным) и турбулентным (с завихрениями).

Требуемая мощность рассчитывается по формуле:

Qt = V*dт*k/860,

где V – объем помещения в метрах кубических, dt – перепад температуры на улице и в помещении, k – коэффициент теплопотерь для ограждающих конструкций помещения. Это приближенная формула расчета.

При естественной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость движется исключительно под действием сил гравитации. Горячий теплоноситель поступает в трубы, расположенные выше котла, например под потолком или на чердаке. В радиаторах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения. Холодная вода имеет большую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая естественный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образуя неразрывный цикл

Основная формула напора естественной циркуляции:

Δpт= h*g*(ρот – ρпт),

где h – высота в метрах, g – ускорение свободного падения, ρпт и ρот – плотность воды в среднем значении в подающем трубопроводе и обратном.

Схема для расчета высоты уровня воды

Основной параметр, влияющий на эффективность отопления – это высота уровня воды в системе, разница между уровнями подвода и отвода воды от радиатора. Именно она задает необходимый циркуляционный напор под действием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подключения высота считается между средней линией радиатора и средней линией котла, потому логично, что котел должен располагаться значительно ниже. Для одноэтажного дома это означает расположение котла в подвальном помещении.

Высота при вертикальном распределении обозначает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условии, что котел находится именно на уровне отводящей линии или немного ниже. Однако часто технически невозможно распределить котел и радиаторы на достаточной разнице высот, потому следует уменьшать сопротивление контура, в том числе увеличивать диаметр труб.

Иногда достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту контура отопления. Формировать его следует непосредственно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому радиатору в контуре.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход. Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм. После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

• Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

H = λ(Lк/Dт)(V2/2g),

где H – условная высота равная сопротивлению контура, λ – коэффициент шероховатости, Lк – длина контура, Dт – внутренний диаметр канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность. Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора. Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов определяется оптимальный размер трубы. Однако следует учитывать, что окончательное проектирование должно выполняться профессионалам и с применением значительно более сложных формул и схем. Учитываются и количество колен, способ подключения, оптимизация по затратам, экономической целесообразности и даже эстетического вида. При выборе диаметра учитывается разделение труб на основные и подводящие, наличие запорной арматуры и регулирующих приборов, с помощью которых настраивается обогрев в отдельных комнатах.

Удалось ли Вам самостоятельно выполнить подбор диаметра трубы для отопления? Как вариант, можно попробовать пересчитать параметры своего существующего отопления и определить его эффективность. Возможно, стоит пересмотреть некоторые моменты для достижения лучших показателей, особенно в экономии. Свои результаты, а также мнение о данной инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Частая ошибка старых систем отопления с естественной циркуляцией связана с разводкой труб. Колена формировались слишком угловатым и с заужением сечения, что приводит к существенному повышению гидродинамического сопротивления. Для снижения сопротивления необходимо соблюсти правильный радиус разворота (для стальных труб это 2-2,5D) и использовать трубогиб для сохранения профиля труб.

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.

Систему отопления с естественной циркуляцией водяного теплоносителя запантетовал в 1832 г. российский ученый-металлург П.Г. Соболевский. В наш век стремительно изменяющихся технологий эту схему (называемую также гравитационной или самотечной) теплоснабжения частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность. Самотечная система отопления по-прежнему широко используется в строительстве своими руками собственного дома и считается оптимальным технико-экономическим решением. Небольшое давление в сети ограничивает область ее применения, но для одноэтажного жилого здания данная схема весьма эффективна и часто рассматривается в качестве альтернативы отоплению с использованием насосных агрегатов.

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

Схема движения водяного теплоносителя в системе отопления с естественной циркуляцией

В схеме приняты следующие обозначения:

• поз. 1 – котел отопления;
• поз. 2 – бак расширительный;
• поз. 3 – радиаторы отопления;
• Т1 – нагретый теплоноситель, красными стрелками показано направление его движения;
• Т2 – остывший теплоноситель, синие стрелки указывают на его движение в контуре.

В автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается применение специальных незамерзающих составов-антифризов, но в системах с естественной циркуляцией теплоносителя использовать антифризы не рекомендуется.

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

• В схеме отопления с естественной циркуляцией в конструкциях расширительных баков предусмотрен контакт с окружающим атмосферным воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую экологию;
• Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодическом пополнении;
• У антифризов низкая теплоотдача, способствующая малому съему тепла радиаторами от теплоносителя при его циркуляции. Это приводит к перегреву антифриза в контуре и самого котла;
• Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающих проходное сечение в трубках.

Наиболее оптимальным носителем тепла в контуре гравитационного типа для отопления одноэтажного или двухэтажного жилого здания является водяной теплоноситель благодаря своей дешевизне и доступности.

Естественная циркуляция в контурах отопления

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого здания являются:

• Котел, нагревающий водяной теплоноситель;
• Расширительный бак, представляющий собой емкость для сброса излишков воды, появляющихся при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагреве;
• Трубопроводы подачи из котла горячей воды в отопительные радиаторы и возврата остывшей жидкости из радиаторов обратно в котел (за что возвратная часть теплосети в обиходе получила название обратки). Вместе они составляют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
• Отопительные радиаторы.

Схема теплосети отопления с естественной циркуляцией для обогрева частного дома

При разогреве теплоносителя его объем увеличивается, излишки нагретой воды поднимаются вертикально вверх к расширительному баку, в системе создается гидростатическое давление, зависящее от разности весов водяных столбов горячей (линия подачи) и холодной (линия обратки) воды.

Под этим давлением горячая вода поступает с верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления. Остывшая в радиаторах вода поступает по обратке (синяя линия) на вход котла. Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна лишь в том случае, если при монтаже обеспечены уклоны горизонтальных участков трубопроводной теплотрассы в сторону движения жидкости. Тогда теплоноситель сможет перемещаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Другим фактором, влияющим на перемещение жидкости, является циркуляционный напор, обозначенный на рисунке буквой Н. Чем выше перепад уровней размещения радиаторов и котла, тем быстрее движение воды в контуре.

В гравитационных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому нередко данную систему называют открытой. Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, там и устанавливают бак, открытый для контакта с атмосферой. Систему, использующую герметичные баки, называют закрытой. В ее составе используется насос, по принципу действия она уже принудительного характера.

Скорость движения воды

При цикличных изменениях температуры горячая вода находится в верхней части теплосети, холодная влага движется в нижних трубах. Основной побудительной силой для естественного (без принуждения от насоса) движения жидкости в контуре является циркуляционный напор, зависящий от соотношения высот расположения котла и самого нижнего радиатора. На рисунке ниже представлена графическая схема возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянную величину для данной схемы и не изменяется во время работы системы отопления.

Схема возникновения циркуляционного напора

Для создания оптимального напора отопительный котел устанавливается с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь, расширительный бак необходимо установить повыше. Довольно часто его ставят на чердаке дома.

Скорость циркулирования воды в контуре при монтаже своими руками гравитационной отопительной системы частного дома определяется следующими факторами:

1. Величиной циркуляционного напора. Чем он больше, тем выше скорость протекания воды в теплотрассе;
2. Диаметрами труб отопительной разводки. Малые размеры внутреннего сечения трубы будут оказывать большее сопротивление водяному потоку, чем трубы с диаметром побольше. Для однотрубной или двухтрубной самотечных систем под разводку намеренно завышают размеры труб до Д у 32-40 мм;
3. Материалами изготовления труб контура. У современных полипропиленовых труб сопротивление потоку в несколько раз ниже, чем у поврежденных коррозией и покрытых отложениями стальных трубопроводов;
4. Наличием поворотов в сети теплотрассы. Идеальный вариант – прямой трубопровод;
5. Обилием арматуры, переходников, подпорных шайб. Каждый вентиль снижает величину напора.

Процессы естественной циркуляции весьма инертны и протекают медленно. Время между растопкой котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Монтажные схемы контуров

По способу присоединения радиаторов отопления принято выделять две схемы монтажа контуров отопительных систем: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение обогревающих приборов на подающем контуре. Пройдя от верхней точки сквозь все радиаторы (линия красного цвета), вода возвращается по обратке (линия синего цвета) к котлу.

Однотрубная схема самотечной системы отопления

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных контура циркуляции. По одному протекает горячий теплоноситель, подводящий тепло к радиаторам, по другому контуру – остывшая вода отправляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже показана двухтрубная система отопления двухэтажного дома. Раздача теплоносителя (линия красного цвета) по радиаторам начинается с максимальной высоты Н, обеспечивающей требуемый циркуляционный напор. Остывший теплоноситель (линия синего цвета) собирается в обратке и направляется на вход котла.

Двухтрубная схема самотечной системы отопления

Схема циркуляции. Видео

О том, что из себя представляет схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, можно узнать из видео ниже.

Гравитационные системы обогрева частного дома импонируют своей простотой устройства, легкостью обслуживания и энергонезависимостью. В них отсутствуют насосные агрегаты, своим шумом создающие дискомфорт проживающим, нет вибраций, сопровождающих их работу. Срок безаварийной службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, поскольку в них отсутствуют электрические насосы и средства автоматики. В целом самотечные схемы проигрывают принудительным системам отопления по ряду пунктов:

• излишняя инерционность вынуждает ждать несколько часов, пока контур выйдет на требуемый тепловой режим;
• сложность монтажа, вызванная необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
• отсутствие насоса ограничивает общую протяженность теплотрассы;

Как работает система водяного отопления с естественной циркуляцией? Каковы основные принципы ее монтажа?

Какие основные схемы можно реализовать, не прибегая к помощи циркуляционного насоса? Давайте постараемся выяснить.

Что это такое

Если для системы с принудительной циркуляций нужен перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом или обеспеченный подключением к теплотрассе, то здесь картина иная. Отопление естественной циркуляцией использует простой физический эффект — расширение жидкости при нагреве.

Если отбросить технические тонкости, принципиальная схема работы такова:

• Котел нагревает некий объем воды. Так, понятное дело, расширяется и, благодаря меньшей плотности, вытесняется более холодной массой теплоносителя вверх.
• Поднявшись в верхнюю точку отопительной системы, вода, постепенно остывая, самотеком описывает круг по системе отопления и возвращается к котлу. При этом она отдает тепло отопительным приборам и к тому моменту, когда снова оказывается у теплообменника, имеет большую плотность, чем вначале. Далее цикл повторяется.

Полезно: понятное дело, ничто не мешает включить в схему циркуляционный насос. В штатном режиме он будет обеспечивать более быструю циркуляцию воды и равномерный прогрев, а при отсутствии электричества отопительная система будет работать с естественной циркуляцией.



На фото видно, как решена проблема взаимодействия насоса и системы естественной циркуляции. При работе насоса срабатывает обратный клапан, и вся вода идет через насос. Стоит его выключить — клапан открывается, и по более толстой трубе вода циркулирует за счет теплового расширения.

Общая информация

Основные моменты

• Отсутствие циркуляционного насоса и вообще подвижных элементов и замкнутый контур, в котором количество взвесей и минеральных солей конечно, делает срок службы системы отопления этого типа весьма продолжительным. При использовании оцинкованных или полимерных труб и биметаллических радиаторов — не менее полувека.
• Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Именно поэтому рекомендованный радиус интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Понятно, это не означает, что при радиусе в 32 метра вода застынет — граница довольно условна.
• Инерционность системы будет довольно большой. Между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котлу предстоит прогреть теплообменник, и лишь тогда вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
• Все горизонтальные участки трубопроводов делаются с обязательным уклоном по ходу движения воды. Он обеспечит свободное движение остывающей воды самотеком с минимальным сопротивлением. Что не менее важно — в этом случае все воздушные пробки будут вытеснены в верхнюю точку отопительной системы, где монтируется расширительный бачок — герметичный, с воздушником, или открытый.



Саморегуляция

Отопление дома с естественной циркуляцией — саморегулирующаяся система. Чем холоднее в доме, тем быстрее циркулирует теплоноситель. Как это работает?

Дело в том, что циркуляционный напор зависит от:

• Разницы в высоте между котлом и нижним отопительным прибором. Чем ниже котел относительно нижнего радиатора — тем быстрее вода будет переливаться в него самотеком. Принцип сообщающихся сосудов, помните? Этот параметр стабилен и неизменен в процессе работы отопительной системы.



Любопытно: именно поэтому отопительный котел рекомендуется устанавливать в подвале или просто как можно ниже внутри помещения. Однако автору доводилось видеть прекрасно функционирующую систему отопления, в которой теплообменник в топке печи был заметно выше радиаторов. Система была полностью рабочей.

• Разницы в плотности воды на выходе из котла и в обратном трубопроводе. Которая, понятно, определяется температурой воды. И вот именно благодаря этой особенности естественное отопление делается саморегулирующимся: как только температура в помещении падает, отопительные приборы остывают.

С падением температуры теплоносителя его плотность увеличивается, и он начинает быстрее вытеснять нагретую воду из нижней части контура.

Скорость циркуляции

Помимо напора, скорость циркуляции теплоносителя будет определяться рядом других факторов.

• Диаметром труб разводки. Чем меньше внутреннее сечение трубы, тем большее сопротивление она будет оказывать движению жидкости в ней. Именно поэтому для разводки в случае естественной циркуляции берутся трубы с намерено завышенным диаметром — ДУ32 — ДУ40.
• Материалом трубы. Сталь (особенно поврежденная коррозией и покрытая отложениями) оказывает потоку в несколько раз большее сопротивление, чем, к примеру, полипропиленовая труба с тем же сечением.
• Количеством и радиусом поворотов. Поэтому основную разводку по возможности лучше делать максимально прямой.
• Наличием, количеством и типом запорной арматуры , разнообразных подпорных шайб и переходов диаметра трубы.



Именно из-за обилия переменных точный расчет системы отопления с естественной циркуляцией выполняется крайне редко и дает весьма приблизительные результаты. На практике же достаточно воспользоваться уже приведенными рекомендациями.

Расчет мощности

Эффективная тепловая мощность котла рассчитывается теми же способами, что и во всех других случаях.

По площади

Простейший способ — рекомендованный СНиП расчет по площади помещения. 1 КВт тепловой мощности должен приходиться на 10 м2 площади помещения. Для южных районов берется коэффициент 0,7 — 0,9, для средней полосы страны — 1,2 — 1,3, для районов Крайнего Севера — 1,5-2,0.

Как и любой грубый подсчет, этот способ пренебрегает многими факторами:

• Высотой потолков. Она далеко не везде составляет стандартные 2,5 метра.
• Утечками тепла через проемы.
• Расположением помещения внутри дома или у внешних стен.



По объему с учетом дополнительных факторов

Более точную картину даст другой способ расчета.

• За основу берется тепловая мощность в 40 ватт на кубический метр объема воздуха в помещении.
• Районные коэффициенты действуют и в этом случае.
• Каждое окно стандартного размера прибавляет к нашим подсчетам 100 ватт. Каждая дверь — 200.
• Расположение комнаты у внешней стены даст в зависимости от ее толщины и материала коэффициент 1,1 — 1,3.
• Частный дом, у которого внизу и вверху — не теплые соседние квартиры, а улица, рассчитывается с коэффициентом 1,5.

Однако: и этот расчет будет ОЧЕНЬ приблизительным. Достаточно сказать, что в частных домах, построенных по энергосберегающим технологиям, в проект закладывается мощность обогрева в 50-60 ватт на КВАДРАТНЫЙ метр. Слишком многое определяется утечками тепла через стены и перекрытия.

Схемы разводки

Конкретных примеров и схем того, как может быть реализовано отопление с естественной циркуляцией своими руками, ОЧЕНЬ много. Мы приведем по одному примеру простейших решений для двухтрубной и однотрубной разводки.

Двухтрубная



Обозначения на схеме:

1. Отопительный котел.
2. Расширительный бак, который служит для компенсации изменения объема теплоносителя при колебаниях температуры и собирает вытесненный воздух.
3. Отопительные приборы — конвектора или радиаторы.

Т1 — нагретая котлом вода, Т2 — остывшая. Красными и синими стрелками показано направление движения теплоносителя.

Здесь при разводке актуальны те же основные принципы, которые были перечислены выше:

• Котел устанавливается по возможности ниже радиаторов.
• По току воды делается уклон в 5-7 градусов.
• Розливы там, где от них запитаны несколько радиаторов, выполняются трубой не ниже ДУ32 мм. Желательно — полимерной или металлопластиковой. Подводки к радиаторам традиционно выполняются трубой ДУ20.

Важно: не путайте ДУ, примерно равной внутреннему сечению трубы, с ее внешним диаметром. В случае полипропилена внешний диаметр 32 миллиметра соответствует всего-то ДУ20.

Двухтрубное отопление частного дома с естественной циркуляцией при правильно подобранных диаметрах труб не требует балансировки, однако дроссели на подводках к радиаторам не помешают.

Наличие двух контуров по всему периметру дома будет довольно накладным: цена полипропиленовых армированных труб не так уж мала, да и сам монтаж займет значительное время. Поэтому для большинства одноэтажных домов применяется однотрубная разводка.

Однотрубная



Простейшая однотрубная схема барачного типа — Ленинградка.

Уклон и диаметр труб здесь такие же. Есть несколько нюансов, важных именно для этой схемы.

• Радиаторы не разрывают основное кольцо, а врезаются параллельно ему. Не переживайте, что в отопительных приборах не будет циркуляции — опыт доказывает обратное.
• Помимо расширительного бачка, воздушником снабжается каждый радиатор. Собственно, если не стравливать воздух полностью из одного отопительного прибора — без расширительного бачка и вовсе прекрасно можно обойтись. Если, конечно, система отопления закрытого типа (изолированная от атмосферного воздуха).
• Дроссели или термоголовки помогут выровнять температуру ближних к котлу и дальних радиаторов.



Заключение

Дополнительная информация о системах отопления с естественной циркуляцией, как всегда, в видео в конце статьи. Теплых зим!

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты .

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы , прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы .

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Справка! Сконструировать систему отопления с естественной циркуляцией можно самостоятельно. Правильный расчёт параметров, выбор схемы контура и грамотная установка всех компонентов гарантирует срок работы конструкции до 35 лет.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м 2 , имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков , ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов , особенно если используется насос.

Внимание! Основной минус конструкции — необходимость установки большого бака, для которого нужно место. Длительные перебои с электричеством приведут к снижению эффективности схемы с насосом.

Вам также будет интересно:

Открытый тип

Система отопления открытого типа включает в себя открытый, негерметичный расширительный бачок. Такую конструкцию чаще используют в старых помещениях. Несмотря на то что она теряет популярность, открытая схема остаётся надёжной и работоспособной.

Схема работы

Схема отопления с естественной циркуляцией открытого типа отличается от закрытого только устройством бачка и отсутствием необходимости установки электрозависимого агрегата.

Фото 2. Открытый тип циркуляционной отопительной системы, оснащен негерметичным расширительным бачком, без электрического насоса.

Отличие конструкции

Бак для открытого устройства можно сделать из подручных материалов и небольшого размера. Располагать ёмкость не обязательно в самой верхней точке.

Положительные и отрицательные стороны

К плюсам конструкции можно отнести простоту её монтажа, безопасность и независимость от внешних источников питания. Отрицательные стороны систем открытого типа связаны с попаданием в контур воздуха , что является причиной образования пробок, испарение воды и необходимость контроля её количества, а также невозможность использования антифриза из-за его вредного влияния.

Однотрубная

Однотрубная конструкция использует только одну линию трубопровода. Обладает низкой эффективностью, поэтому используется для обогрева маленьких помещений.

Контур

Трубы от нагревающего котла проходят по всему периметру комнаты, последовательно соединяясь с регистрами.

Вход горячей воды в батарею осуществляется через верхнее соединение, а слив - через нижнее. От последнего регистра остывшая жидкость самотёком направляется обратно к котлу.

Описание конструкции

Чтобы система хорошо функционировала, контур устанавливают под потолком , а трубы, несущие остывшую жидкость к котлу - под поверхностью пола. При выборе однотрубной схемы котёл с батареями допустимо располагать на одном уровне. Расширительный бак устанавливают в высшей точке контура.

Достоинства и недостатки

Несомненным достоинством конструкции является простота её установки и экономичность из-за минимального количества труб. К недостаткам однотрубного контура относят потерю тепла от регистра к регистру. Для обогрева двухэтажных строений использование подобной системы не рекомендуется.

Двухтрубная

Для создания двухтрубной системы прокладывают трубопровод прямой подачи и обратного тока жидкости.

Планирование и монтаж конструкции довольно сложны , но обеспечивают эффективный обогрев.

Принцип работы

Контур должен быть тщательно продуман и сконструирован следующим образом:

• Основной стояк, выходящий от котла, соединяют с расширительным бачком на расстоянии примерно 1/3 от общей высоты контура.
• После бака основная труба соединяется с разводкой труб, по которым подаётся горячий теплоноситель.
• Для удаления лишней жидкости бак оснащают трубой перелива , соединяя её с канализационной системой.
• Трубы, по которым остывшая вода будет двигаться к котлу, устанавливают в нижней части регистров параллельно трубам, содержащим горячий теплоноситель.

Особенности строения

Основной стояк, а также помещение, в котором располагается бак, утепляют, что предотвратит потерю тепла и замерзание системы. Нагревающий котёл располагают ниже всего в углублении или в подвале.

Преимущества и слабые стороны

Главные преимущества двухтрубной самотечной системы отопления являются равномерное распределение тепла между узлами контура, простота регулировки, возможность использования труб меньшего диаметра.

Конструкция позволяет исправлять погрешности расчётов и монтажа без снижения теплоэффективности.

Недостатков у системы практически нет, за исключением длительных подготовительных мероприятий. Но ради создания отлично функционирующего отопительного контура стоит потратить время и силы.

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.