Система отопления с естественной циркуляцией

Основные схемы трубной разводки – выбираем оптимальный вариант

Отопительные контуры, предполагающие естественную циркуляцию теплоносителя, имеют два основных варианта (схемы) устройства:

• однотрубный, когда подача и отведение жидкости от батарей происходит по одной трубе;
• двухтрубный – подача теплоносителя и его отведение от радиаторов осуществляется различными трубопроводами.

Однотрубную систему проще монтировать

Однотрубный контур прост в монтаже. От котла отходит стояк, который поднимают как можно выше в пределах помещения. От верхней точки стояка отходит и спускается почти до уровня пола разгонная труба, плавно переходящая в подающий трубопровод. К коммуникации по ее ходу поочередно присоединяются батареи с помощью двух патрубков меньшего диаметра (при двухдюймовом трубопроводе обычно используют отводы на ¾ дюйма). «Обслужив» все радиаторы, трубопровод превращается в «обратку», которая уходит к котлу. Однотрубная система разводки хороша только простотой устройства и относительной эстетичностью (трубы на виду, но расположены низко). Дальше одни недостатки.

Из-за того, что остывший теплоноситель от батарей впадает в ту же трубу, из которой приходит горячая жидкость, температура воды после прохождения каждого радиатора довольно быстро падает. Если к первой батарее коммуникация доставит теплоноситель температурой 85 градусов (например), то крайнему от котла обогревателю можно рассчитывать только на 60 градусов. Отсюда неравномерный обогрев, который приходится компенсировать добавлением секций батареям, удаляющимся от котла, поэтому крайние радиаторы часто громоздкие и тяжелые (особенно, если чугунные).

Подключить батареи при однотрубной разводке можно только снизу (вход и выход), а это самый неэффективный способ подключения радиаторов (прогреваются неравномерно, что сказывается на качестве обогрева). Диагональное подключение радиаторов возможно, если подающая труба проложена выше батарей, но это уже двухтрубная схема.

При двухтрубной разводке от стояка отходит подающая труба, расположенная под потолком. От нее опускаются патрубки к каждой батарее (подключаются в верхнем положении). Внизу расположена вторая, обратная труба, в которую впадают отводящие патрубки от радиаторов (присоединяются к батареям отопления в нижнем положении по диагонали). С точки зрения эстетики картина не очень, но по эффективности такая система намного лучше. К каждой батарее подходит жидкость одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный обогрев всех комнат, плюс есть возможность подключения большего количества обогревателей.

Схема с естественной циркуляцией

Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.

Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:

1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
2. Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
3. Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
4. Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

Принципиальная схема самотечной разводки с циркуляционным насосом

В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

• из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
• чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
• здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
• затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
• схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
• увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.

Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

Watch this video on YouTube

Советы по проектированию

Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
4. Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
7. Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.

Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

1 Принцип действия

Основной физический принцип для отопления гравитационного типа — способность любого теплоносителя (воды или антифриза) уменьшать плотность за счёт увеличения температуры. Из-за этого и возникает разница в гидравлическом давлении. Холодная вода, имея более высокую плотность, опускается по трубе, вытесняя вверх горячую.

Систему отопления дома можно условно разделить на несколько ключевых элементов. Верх контура функционирует для движения горячей воды, а нижняя часть — холодной

Самой важной задачей при конструировании системы является создание максимально возможной разницы между давлением в верхнем столбе (горячем) и нижнем (холодном)

Также одним из ключевых элементов является коллектор разгона теплоносителя. Это стояк, направленный напрямую от котла вверх. Теплоноситель в трубе должен иметь самую высокую температуру, поэтому стояк максимально утепляют. С другой стороны, если протяжённость коллектора небольшая, то можно и не утеплять его, поскольку вода в нём не успеет остыть.

Нижняя точка водяного контура, по которой движется остывшая вода, должна совпадать с нижней точкой котла. Хотя и необязательно так делать всегда, но в большинстве случаев крайне желательно, так как верхняя часть системы не должна сочетаться с нижней.

Для части, где протекает остывший теплоноситель в системе с естественной циркуляцией воды, тоже есть свои правила обустройства:

• при увеличении расстояния между верхом и низом системы, где подключается непосредственно батарея, будет увеличиваться длина столба воды с самым низким градусом и самым высоким давлением;
• от количества потерь тепла на нижнем участке будет зависеть функционирование системы, поскольку оно возможно только при хорошей теплоотдаче.

Высота системы не должна превышать более десяти метров. Если расстояние между входом и выходом будет больше, то она не будет достаточно прогреваться. Возможна даже ситуация, когда нагреваться будет только котёл и нижняя часть коллекторной трубы.

Также имеется и противоположная сторона такой схемы отопления с естественной циркуляцией, когда высота будет недостаточной. Таким образом, давление в горячей части упадёт незначительно, и процесс не будет запущен.

Недостатки и преимущества

Приходится долго ждать

Вначале поговорим о недостатках. Такой подход поможет определиться, подойдет ли вам такая система отопления.

• Если в системе нет насоса, то нужно довольно долго ждать, пока горячая вода достигнет батарей и пройдет по ним.
• Неравномерный разогрев радиаторов отопления. Связано это с тем же нюансом – сверху горячая вода, а снизу холодная.
• Монтаж выполняется более дорогими трубами большого диаметра.
• Необходима установка открытого расширительного бачка, вследствие чего вода испаряется и ее периодически нужно доливать в систему. Установка расширительного бачка закрытого типа может ухудшить работу системы.
• Страдает дизайн помещения.
• Нельзя нарушать уклон труб, даже если нужно обойти двери.
• В системе должно быть как можно меньше поворотов.
• При планировании системы отопления без насоса, нужно правильно определить уровень расположения батарей, расширительного бачка и котла, который должен быть установлен в самой нижней точке.

Преимущества

• Электронезависимость. Даже если установлен насос, то при отключении электроэнергии (или при выходе насоса из строя), система отопления продолжает работать.
• Монтаж и дальнейшее обслуживание не требует особых навыков.
• Бесшумность работы.

Куда ставить

Устанавливать циркуляционный насос рекомендуют после котла, до первого ответвления, а вот на подающем или обратном трубопроводе — все равно. Современные агрегаты делают из материалов, которые нормально переносят температуры до 100-115°C. Мало найдется систем отопления, которые работают с более горячим теплоносителем, потому соображения более «комфортной» температуры несостоятельны, но если вам так спокойнее, ставьте в обратке.

Можно ставить в обратном или прямом трубопроводе после/перед котлом до первого ответвления

Нет разницы и по гидравлике — котлу, да и остальной системе, абсолютно все равно, в подающей или обратной ветке стоит насос. Что имеет значение — это правильность установки, в смысле обвязки, и правильная ориентация ротора в пространстве

Остальное неважно

По месту установки есть один важный момент. Если в системе отопления две отдельные ветки — на правое и левое крыло дома или на первый и второй этаж — имеет смысл на каждой поставить отдельный агрегат, а не один общий — непосредственно после котла. Причем на этих ветках сохраняется то же правило: сразу после котла, до первого разветвления в этом отопительном контуре. Это даст возможность задавать требуемый тепловой режим в каждой из частей дома независимо от другого а также в двухэтажных домах экономить на отоплении. Как? За счет того, что на втором этаже обычно значительно теплее, чем на первом и там требуется намного меньше тепла. При наличии двух насосов в ветке, которая идет наверх, скорость движения теплоносителя задается намного меньше, а это позволяет сжигать меньше топлива, причем без ущерба для комфортности проживания.

Есть два типа систем отопления — с принудительной и естественной циркуляцией. Системы с принудительной циркуляцией работать без насоса не могут, с естественной — работают, но в таком режиме имеют более низкую теплоотдачу. Тем не менее, меньшее количество тепла, это все-таки намного лучше, чем его полное отсутствие, потому в местностях, где электричество отключают часто, проектируют систему как гидравлическую (с естественной циркуляцией), а затем в нее врезают насос. Это дает высокую эффективность и надежность отопления. Понятное дело, что установка циркуляционного насоса в этих системах имеет отличия.

Все системы отопления с теплым полом принудительные — без насоса через такие большие контура теплоноситель не пройдет

Принудительная циркуляция

Так как система отопления с принудительной циркуляцией без насоса неработоспособна, его устанавливают прямо в разрыв подающей или обратной трубы (по вашему выбору).

Большинство проблем с циркуляционным насосом возникают из-за наличия в теплоносителе механических примесей (песка, других абразивных частиц). Они способны заклинить крыльчатку и остановить мотор. Потому перед агрегатом обязательно ставят сетчатый фильтр-грязевик.

Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией

Также желательно с двух сторон установка шаровых кранов. Они дадут возможность заменить или отремонтировать устройство без слива теплоносителя из системы. Перекрываете краны, снимаете агрегат. Сливается только та часть воды, которая была непосредственно в этом куске системы.

Естественная циркуляция

Обвязка циркуляционного насоса в гравитационных системах имеет одно существенное отличие — необходим байпас. Это перемычка, которая делает систему работоспособной при неработающем насосе. На байпасе ставят один шаровый отсечной кран, который закрыт, все время, пока работает перекачка. В таком режиме система работает как принудительная.

Схема установки циркуляционного насоса в системе с естественной циркуляцией

Когда пропадает электричество или агрегат выходит из строя, кран на перемычке открывают, кран, ведущий на насос, перекрывают, система работает как гравитационная.

Особенности монтажа

Есть один важный момент, без которого установка циркуляционного насоса будет требовать переделки: требуется разворачивать ротор так, чтобы он был направлен горизонтально. Второй момент — направление потока. На корпусе есть стрелка, указывающая в какую сторону должен течь теплоноситель. Вот так и разворачивайте агрегат, чтобы направление движения теплоносителя было «по стрелке».

Сам насос может быть установлен как горизонтально, так и вертикально, только при подборе модели смотрите, чтобы он мог работать в обоих положениях. И еще один момент: при вертикальном расположении мощность (создаваемый напор) падает примерно на 30%. Это надо учитывать при выборе модели.

Водяное отопление с естественной циркуляцией – принцип работы

Данную систему называют по-разному: термосифонной, гравитационной или самотечной. Состоит она из следующих компонентов:

• теплогенератор (котел или печь/камин с водяной рубашкой);
• замкнутый контур из труб и радиаторов, заполненный жидким теплоносителем (вода, масло или антифриз);
• расширительный бак;
• запорная и регулирующая арматура;
• контрольно-измерительные приборы.

Нагреваясь в теплообменнике котла или печи, рабочая среда движется по контуру, передавая тепловую энергию радиаторам, а те уже греют воздух в помещениях. Способ, которым обеспечивается движение теплоносителя в системе, как раз и определяет основную ее особенность.

Сбои в отопительной системе влекут за собой колоссальные неудобства. Для того чтобы стабилизировать данную систему, придумали такое устройство как байпас. Байпас в системе отопления: что это такое? Рассмотрим конструкцию и функции механизма.

Принцип работы теплового насоса разберем здесь.

В то время как в квартирах имеется централизованное отопление, жители частного дома должны организовать отопительную систему самостоятельно. В этой теме https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/vidy-otopleniya-chastnogo-doma.html рассмотрим, какие виды отопления можно реализовать в загородном доме. Системы с котлом и альтернативные источники отопления.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.

Естественная циркуляция

Примерная схема системы

Основным вопросом системы естественной циркуляции является вопрос, который определяет силу движения теплоносителя к отопительным приборам и обратно в котёл. Сила движения нагретого теплоносителя появляется по той причине, что теплоноситель нагревается в тепловом генераторе, тогда, как в приборах отопления данный теплоноситель остывает и его выдавливает нагретый теплоноситель. Другими словами, теплоноситель, который нагрелся в тепловом генераторе до определённой температуры, имеет меньшую массу, чем теплоноситель в холодном состоянии.

Итак, нагретая до нужной температуры вода поднимается по определённому направлению в главном стояке и распределяется трубной разводкой по всем отопительным приборам, то есть радиаторам. Через некоторое время теплоноситель в радиаторах остывает, отдавая своё тепло металлу, что делает его отяжелевшим. По специально подведённым трубам обратного направления остывший теплоноситель транспортируется обратно к нагревательному котлу, где своей массой вытесняет горячую воду из теплового генератора.

Такой цикл движения теплоносителя в отопительной системе будет повторяться до того момента, пока нагревательный котёл будет работать, вследствие чего теплоноситель будет циркулировать по трубной магистрали. Системы отопления с естественной циркуляцией имеют разную силу давления, что приводит к разной интенсивности циркуляции и нагрева отопительных приборов. Сила движения теплоносителя в отопительной системе зависит от разных плотностей и весов холодного и горячего теплоносителя.

Из этого можно сделать вывод, что давление в отопительной системе и сила движения воды зависит от общей разницы горячего и холодного теплоносителя. Другими словами, чем больше эта разница, тем больше сила движения теплоносителя в системе отопления, циркуляция теплоносителя в которой осуществляется естественным путём. Кроме всего прочего, давление в системе отопления и сила движения нагретого теплоносителя зависит от того, на какой высоте располагается отопительный прибор относительно генератора тепловой энергии.

Как правило, теплоноситель в простой системе отопления водяного типа нагревается до 95 градусов, тогда, как остывший теплоноситель имеет температуру не выше 70 градусов. Из таких показателей можно определить общее давление в системе отопления и силу движения теплоносителя к верхним и нижним отопительным приборам. Для того, чтобы визуально представить себе распределение между верхними и нижними радиаторами в системе отопления необходимо нарисовать некое подобие схемы.

По центру обозначаем нагревательный котёл, от которого идёт разводка к верхним и нижним радиаторам, замыкающаяся напротив самого котла. Проведя линию между верхними и нижними нагревательными приборами (радиаторами), мы получим границу перепада температуры от 95 до 70 градусов. Далее рассмотрим отопительный процесс.

Схема системы

Отопительный котёл нагревает теплоноситель, в нашем случае воду, который из-за образовавшегося давления начинает своё движение от одного отопительного прибора к другому. Когда теплоноситель пересечёт проведённую нами линию и отправится в отопительные приборы нижнего этажа, его температура будет значительно ниже, а из последнего радиатора и вовсе выйдет теплоноситель с температурой всего в 70 градусов. При осуществлении движения теплоносителя от радиатора к радиатору не стоит забывать о том, что часть температуры отдаётся и самим трубам, вследствие чего температура теплоносителя постоянно снижается.

Из этого можно сделать смелый вывод, что нагревательные приборы, которые находятся выше линии разделения системы будут нагреваться больше, чем те, которые располагаются на нижнем этаже.

Всё это приводит к тому, что использование данной отопительной системы для двухэтажных домов неактуально, ведь первый этаж будет постоянно холоднее, чем второй. Кроме того, при использовании двухтрубной отопительной схемы, когда радиаторы будут располагаться ниже самого котла или на одном с ним уровне, добиться правильной циркуляции теплоносителя без использования вспомогательных механизмов практически невозможно.

По этим очевидным причинам расположение нагревательного котла должно быть таким, чтобы приборы отопления находились на уровень выше самого котла. Для этого нагревательные котлы располагают в небольшом углублении, а систему отопления немного поднимают под определённым углом, чтобы добиться должного давления и правильной естественной циркуляции теплоносителя. Таких явных недостатков лишены стандартные однотрубные схемы отопления.