Принципы работы системы отопления с естественной циркуляцией. Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Система отопления с естественной циркуляцией для частного дома: закрытая схема и однотрубная

Какое топливо удобнее?

В случае если в качестве топлива используется газ, то отопление с естественной циркуляцией основано на принципе отбора воздуха из помещения в открытую горелку и отвода продукта сгорания в вентиляционные ходы. В данном случае для котла понадобится помещение от 4м2 с хорошей вентиляцией (окнами и дверью).

Поэтому такая схема не слишком удобна. Намного чаще применяется закрытая или открытая система водяного отопления с естественной циркуляцией, которую можно провести своими руками.

В многоэтажных домах часто используется однотрубная система.  В основном используется схема с замыкающими участками, когда из стояка часть воды идет вверх, часть – вниз, благодаря замыкающему участку, что обеспечивает баланс температур между нижними и верхними этажами. Система работает благодаря разнице в диаметре труб подключения и трубы замыкающего участка (на размер меньше). Двухтрубная система в сравнении с однотрубной – менее компактна и удобна в монтаже.

Варианты разводки

Мы приведем все возможные принципиальные схемы водяного отопления одноэтажного дома; однако автор настойчиво рекомендует отказаться от двух из них в пользу третьей. Обоснование? Давайте все-таки начнем со знакомства.

Полипропиленовые трубы для отопления — технические характеристики, особенности выбора — смотрите здесь.

Двухтрубная

Схема двухтрубной системы отопления одноэтажного дома выглядит так:

  • По периметру дома(под полом или в жилом помещении) проходят два трубопровода — подающий и обратный.
  • Радиаторы, регистры, фанкойлы или конвектора врезаны в них в качестве перемычек, создавая своего рода короткое замыкание.

Понятно, что вода будет стремиться циркулировать через ближние к циркуляционному насосу отопительные приборы. Чтобы дальним тоже досталось тепло, система отопления балансируется: проход воды через часть батарей ограничивается дросселями.

Недостатка у этой схемы видится два:

  1. Неоправданно большой расход труб.
  2. Опасность разморозки без балансировки.

Достаточно любопытному ребенку открыть до отказа ближние дроссели — и через небольшое время циркуляция в дальних батареях уменьшится до нуля. Автору доводилось восстанавливать двухтрубные системы отопления после таких событий: и трубы, и радиаторы были разорваны льдом.

Двухтрубное отопление. Можно и так, но есть более простой и надежный вариант.

Лучевая

Эта схема системы отопления одноэтажного дома выглядит так:

  • На прямом и обратном трубопроводе монтируются коллекторы — гребенки с дросселями на каждом отводе.
  • От каждой пары отводов (одного с подачи и одного с обратки) идет пара труб к батарее.

В плане регулировки, ее возможностей и удобства такая схема выше всяких похвал. А вот с монтажом все хуже: вы столкнетесь с необходимостью прятать в стяжку пола или за фальшстенами не меньше полудюжины труб. Чаще — куда больше. Разумеется, их суммарная стоимость тоже не порадует.

Простой и дешевой лучевую разводку точно не назовешь.

Недостатки

Во-первых, сокращенный радиус: он составляет не больше 30 м относительно горизонтали. Недостаток вызван такими факторами, как низкое давление циркуляционного типа и медленный старт. Последний обусловлен высокой тепловой ёмкостью жидкости и приведенными силами давления. Второй недостаток — вероятность замерзания воды в расширительном бачке.
Системы отопления с естественной циркуляцией не подходят для площадей более 100 м2: не все пространство будет прогреваться должным образом. Поэтому чаще всего она используется для небольшого одноэтажного дома, дачи.

Ленинградка

Одна из популярных и простых в исполнении схема начала массового использоваться в Ленинграде, отсюда и произошло название. Её особенность способ подключения радиаторов – последовательный с байпасами у каждой батареи.

Ленинградка открытого типа
Ленинградка открытого типа.
Ленинградка закрытого типа
Ленинградка закрытого типа.

Схема пригодна для открытых и закрытых систем, с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Конструкция может быть реализована при вертикальной и горизонтальной компоновке.

Таким образом, Ленинградка является универсальной схемой построения однотрубных систем отопления. Ей присущи все описанные достоинства, а недостатки ограничивают применение в больших по площади домах.

Возможное решение! В разветвлённых сетях делают несколько ветвей отопления с 3-5 радиаторами в каждой. Например, разделяют контуры отопления первого и второго этажа. Для домов с большой площадью целесообразнее использовать двухтрубные системы.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

  1. Минимальный угол уклонов.
  2. Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.
  3. Особенности подачи и вид теплоносителя.

самотечная система отопления с возможностью подключения циркуляционного насоса

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Нормы уклона труб при естественной циркуляции теплоносителя указаны в СП 60.13330 (ранее СНиП 41-01-2003) «Прокладка трубопроводов отопления».

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

  • Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
  • Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
  • Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
  • Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

  • Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
  • СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
  • Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Если расчеты диаметра были выполнены верно, и соблюдены уклоны трубопроводов при проектировании и выполнении монтажных работ системы отопления с самотечной циркуляцией, проблемы в работе встречаются крайне редко и в основном происходят по причине неправильной эксплуатации.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Естественная циркуляция воды в системе отопления одноэтажного дома во многом зависит и от выбранной схемы подачи теплоносителя непосредственно к радиаторам. Принято классифицировать все типы подключения или розлива на две категории:

  • Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.схема подключения радиаторов в гравитационной системе с нижним розливом
  • Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.схема подключения радиаторов в самотечной системе с верхним розливом

Ошибки в выборе типа розлива приводят к необходимости модифицировать водяной контур посредством установки циркуляционного оборудования.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

  1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
  2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

О преимуществах и недостатках гравитационной системы теплоснабжения

При перечислении достоинств систем отопления с естественной циркуляцией теплоносителя стоит упомянуть о:

  • простоте монтажа, запуска и обслуживания;
  • независимости от наличия доступа к источникам тока;
  • неплохой тепловой отдаче;
  • экономичности (при условии хорошей теплоизоляции стен и оконных проемов здания);
  • бесшумном функционировании, поскольку нет необходимости в использовании насоса, часто создающего неблагоприятный для отдыха и работы звуковой фон;
  • долговечностьи (минимальный срок службы – от 30-35 лет, при условии монтажа из новых качественных труб).

Говоря о минусах подобного вида теплообеспечения частных домов, нельзя ничего не сказать об:

  • ограниченном радиусе действия системы (не более 30 метров);
  • низкой продуктивности при установке в зданиях площадью более 100 м2;
  • необходимости наличия чердаков для установки систем с расширительным баком;
  • значительном количестве времени, требующемся для прогрева всех помещений в здании;
  • необходимости в утеплении труб, проложенных в не отапливаемых помещениях;
  • увеличении затрат на приобретение труб значительного диаметра, используемых для снижения сопротивления при прохождении воды.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

  • При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
  • Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
  • При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Однотрубная система отопления частного дома: схемы, варианты
Схемы отопления с естественной циркуляцией в частном доме
Система отопления с естественной циркуляцией
Самотечная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией: схема и диаметр труб
Система отопления с естественной циркуляцией для частного дома: закрытая схема и однотрубная
Самотечная система отопления с естественной циркуляцией: схема однотрубной и двухтрубной системы для частного дома
Система отопления с естественной циркуляцией
Самотечная система отопления с естественной циркуляцией
Плюсы и минусы систем отопления с естественной циркуляцией
Система отопления с естественной циркуляцией: какую схему лучше выбрать для изготовления своими руками

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам. Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

  1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
  2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования ).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

  1. Подача и обратка проходят по разным трубам.
  2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
  3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

  1. Равномерное распределение тепла.
  2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
  3. Проще выполнить регулировку системы.
  4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
  5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Главным достоинством двухтрубной системы отопления с нижней и верхней разводкой является простота и одновременно эффективность конструкции, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные в расчетах или во время проведения монтажных работ.

Схема действия

В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, расширительный бачок и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.

Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.

Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.

Защитные механизмы

Уклон труб позволяет отводить из системы воздух в сторону расширительного бачка: попадает в атмосферу, не задерживаясь в трубах и не мешая движению воды.

Важна работа защитных механизмов. Так, обратный гравитационный клапан позволяет избежать циркуляции потока воды в неправильном направлении, что очень необходимо двухтрубным и однотрубным системам с верхней разводкой при нескольких контурах.

Использование бака

Расширительный бак выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.

Процессы в трубопроводах

Процессы в трубах в естественной циркуляции связаны с движением воды. Так, подъём жидкости происходит посредством расширения из-за нагрева и гравитационного давления. Гравитационное давление нужно для преодоления водой трения о трубопровод, которое мешает ее движению. Циркулировать вода начинает благодаря разной плотности холодной и горячей воды: она движется вверх по подающему и вниз по обратному стояку.

Величина гравитационного давления напрямую зависит от возникающих сопротивлений. Чем больше их появляется на пути теплоносителя, тем выше должен быть показатель. Также необходимо предпринять меры, чтобы свести сопротивления к минимуму. Так, трение можно снизить путём применения труб с большим диаметром.

Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Более сложная гравитационная схема отопления, предусматривающая наличие сразу двух контуров отопительной системы. По одному происходит передвижение горячей воды, которая движется от котла к радиаторам. А второй контур предназначен для оттока остывшего теплоносителя от радиаторов к нагревательному котлу. Данная самотечная система отопления предусматривает более тщательное планирование и использования увеличенного количества материалов (труб).

отопление с естественной циркуляцией
Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Принцип монтирования двухтрубной системы, предполагающей отопление самотеком, являет собой довольно трудоемкий процесс, который можно разделить на несколько этапов:

Лучевая система отопления

  • монтаж основного стояка. Отопительная труба (по которой движется горячая вода) поднимается от котла к расширительному баку. Следует отметить, что наилучшее место присоединения стояка к баку – нижняя треть от общей его высоты.
  • на уровне примерно трети высоты помещения (отмерять следует от уровня пола) отопительная труба соединяется с разводкой. Именно от нее и будут прокладываться трубы к приборам отопления – радиаторам.
  • для своевременного удаления излишков жидкости в системе в бак должна быть врезана также труба перелива. Посредством ее использования лишняя жидкость будет направлена в канализацию.
  • трубы для отведения уже отработанной (то есть – остывшей) воды следует врезать в нижнюю часть радиатора. По этим трубам вода возвращается к нагревательному котлу. Прокладываются они параллельно трубам подачи горячего теплоносителя.

Планируя естественное отопление дома, следует учитывать некоторые особенности. Прежде всего, труба основного стояка непременно должна быть утеплена – иначе существует вероятность существенной потери тепла.

Кроме того, обязательно следует утеплить помещение, в котором стоит расширительный бак. Чаще всего таким помещением является специальная комната на верхнем этаже или чердак. Если данная комната не будет утеплена, это может привести к тому, что часть теплоносителя попросту замерзнет – а это спровоцирует поломку системы.

План отопления

Еще одна важная особенность – при планировании системы, перед тем, как сделать отопление без насоса, необходимо тщательно просчитать уровень расположения котла, расширительного бака и радиаторов. При правильном планировании достигается необходимое давление, которое способствует более эффективной работе системы. Следует учитывать, что ниже всего должен располагаться нагревательный котел.

Для него лучше всего оборудовать отдельную комнату на цокольном этаже или в подвале. Если возможности оборудования отдельного помещения нет (или просто нет цоколя, подвала), котел следует располагать в углублении. При правильном расчете, подобной системы достаточно для обогрева строения состоящего из 4-5 комнат с прилегающими бытовыми помещениями.

самотечная система отопления частного дома
Котельная частного дома

Закрытый тип

Закрытая система безнасосной циркуляции теплоносителя с успехом применяется для отопления одноэтажного и двухэтажного дома. Функционирует она следующим образом:

  • при расширении теплоносителя излишки жидкости вытесняются из отопительного контура;
  • жидкость попадает в расширительный бак мембранного типа – это закрытая емкость с эластичной мембраной, которая разделяет предназначенную для теплоносителя часть и секцию бака, заполненную воздухом или азотом;
  • нагретая жидкость растягивает мембрану, сжимая газ во второй секции бака, при остывании теплоносителя газ расширяется и выталкивает жидкость обратно в систему, в результате чего водяной контур постоянно остается заполненным.

Установка мембранного бака в самотечный отопительный контур снижает риск коррозии металлических элементов системы. Но в России такое решение используется относительно редко, так как стоимость мембранного бака в разы превышает затраты на покупку или самостоятельное изготовление емкости открытого типа.

Схема отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляцией частного дома: ее особенности, достоинства и недостатки

В 80-ых годах прошлого века специалисты говорили, что гравитационная отопительная система отжила свое. Однако это оказалось не так.

Насосные устройства принудительного обогрева значительно поднимают его стоимость, кроме этого они зависят от электричества. Поэтому и в наше время часть владельцев домов от такого отопления отказывается.

Так выглядит самотечное отопление.

Обратите внимание!
Гравитационная конструкция обогревательной системы наиболее простая и дешевая.
Она имеет и свои минусы, основной из них – габаритное ограничение.

Вследствие небольшой инерционности такая сеть подходит лишь для зданий площадью до 100 м 2.

В данной статье мы поговорим о том, что представляет собой схема системы отопления с естественной циркуляцией, какие имеет достоинства и недостатки.

Что представляет собой такое отопление

Сеть получается довольно громоздкой.

Есть два вида отопительных схем:

  • система с естественным потоком теплоносителя (гравитационная, самотечная);
  • аналог с принудительной (насосной) циркуляцией.

И те и другие сети могут быть одно- либо двухтрубными.

Теплоносителем в обоих случаях выступают:

  • обыкновенная вода;
  • антифриз (т.е. жидкость-«незамерзайка»)
  • техническое масло.

Обратите внимание!
Если вы планируете применять антифриз, уточните его совместимость с материалом прокладок-уплотнителей отопительных батарей.

В подобных сетях инструкция не рекомендует использовать алюминиевые радиаторы.

Схема естественной циркуляции

Самотечное отопление обладает рядом недостатков:

  • оно морально устарело;
  • имеет низкую производительность;
  • сеть получается громоздкой;

Монтаж системы лучше доверить профессионалам.

  • у нее сравнительно высокая цена монтажа;
  • невозможно отдельно регулировать температуру в каждой из батарей.

Однако оно незаменимо в зданиях, где нет электричества, потому как, оснащенные твердотопливным отопительным котлом, способно работать автономно.

  1. Принцип работы такой системы состоит в образовании температурной разницы теплоносителя на его вытекании из котла и входе.
  2. Вследствие разностей плотности носителя тепла при разбросе температур, он перемещается по системе самотеком, без применения насоса. Иными словами — теплое вещество идет вверх, его место занимает из обратки уже остывший поток.
  3. Последовательно протекая через батареи, носитель тепла теряет температуру, излучая тепловую энергию в помещения. Возвращаясь в котел, он опять греется и все повторяется.

Последовательное однотрубное отопление

На фото однотрубная схема.

  1. Чтобы подобная сеть работала, обязательное условие — достаточное сечение труб. Оно должно составлять не меньше одного дюйма. Это, в первую очередь, касается магистрального стояка. Кроме этого, наклон труб системы должен равняться не меньше 1 см на 1 погонный метр.
  2. Еще одно условие — участок забора носителя тепла из трубы стояка должен быть расположен выше верхней батареи. Отопительный котел при этом следует поместить ниже нижайшего радиатора.
  3. Объем носителя тепловой энергии в подобных системах, при равной обслуживаемой площади, относительно велик (в 3 раза больше, в среднем, чем в принудительных аналогах) и зависит от сечения труб и протяженности сети.

Большой объем воды в трубах увеличивает инерционность системы.

  1. Это преимущество системы — когда котел перестает работать, тепло в сети еще держится определенный период.
  2. Схема отопления с естественной циркуляцией подразумевает, что последовательное течение носителя тепла через батареи ведет к его охлаждению.
  3. Значит, те отопительные приборы, которые расположены в начале системы, разогреваются сильнее, чем аналоги, установленные в конце сети.
  4. Следует отметить, что регулировать уровень нагревания батарей при такой схеме не представляется возможным.

При самотечной циркуляции теплоносителя рекомендуется применять стальные трубы.

Обратите внимание!
Важная особенность подобной системы – ее чуткость к материалу применяемых труб и фитингов.
Монтируя сеть своими руками, учтите, что они должны быть обязательно металлическими.

Трубы из пластика не смогут выдерживать температуры, возникающие при перегревании воды в котле.

  1. Результат подобных ограничений –невысокий уровень КПД отопления, дорогой монтаж (если систему собирают нанятые работники), неэстетичность сети, вследствие большого сечения труб.
  2. Схемы отопления с естественной циркуляцией в обязательном порядке включают в себя открытый расширительный бачок. Его надо размещать на самом верху сети. Этот резервуар должен вмещать в себя не меньше одной десятой части всей воды в системе.
  3. Открытость бачка подразумевает, что система должна обязательно иметь постоянный контакт с давлением атмосферы.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Дзен на каждый день: искусство японского минимализма

Показатели напора

Для создания циркуляционного напора центры радиаторов ставятся выше центральной части котла. Именно эта высота считается основным фактором напора циркуляции. Уклон труб и «обратки» тоже влияют на данный процесс: благодаря им вода лучше преодолевает сопротивления местного типа.

Правила выбора и монтажа труб

Выбор между стальными или полипропиленовыми трубами при любой циркуляции происходит по критерию возможности их использования для горячей воды, а также с позиций цены, легкости монтажа и срока эксплуатации.

Стояк подачи монтируют из металлической трубы, так как через него проходит вода самой высокой температуры, а в случае печного отопления или неисправности теплообменника возможен вариант прохождения пара.

При естественной циркуляции необходимо использовать диаметр труб несколько больший, чем в случае применения циркуляционного насоса. Обычно, для обогрева помещений до 200 кв. м, диаметр коллектора разгона и трубы на входе обратки в теплообменник равен 2 дюймам.

Это вызвано меньшей скоростью воды по сравнению с вариантом принудительной циркуляции, что приводит к следующим проблемам:

  • снижение объема переносимого тепла за единицу времени от источника к обогреваемому помещению;
  • появление засоров или воздушных пробок, с которыми не сможет справиться небольшого напор.

Особенное внимание при использовании естественной циркуляции с нижней схемой подвода подачи необходимо уделить проблеме удаления воздуха из системы. Он не может полностью отводиться из теплоносителя через расширительный бак, т.к. закипающая вода поступает сперва в приборы по магистрали, расположенной ниже чем они сами.

При принудительной циркуляции напор воды сгоняет воздух к установленному в наивысшей точке системы воздухосборнику – устройству с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. С помощью кранов Маевского в основном производится регулировка теплоотдачи.

В гравитационных отопительных сетях с подачей, расположенной ниже приборов, краны Маевского применяются непосредственно для стравливания воздуха.

Радиатор отопления с краном Маевского
Радиатор отопления с краном Маевского
На всех радиаторах отопления современного типа присутствуют устройства для выпуска воздуха, поэтому для предотвращения образования пробок в контуре можно делать уклон, сгоняя воздух к радиатору

Воздух также может отводиться с помощью воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на воздушной линии, проложенной параллельно магистралям системы. Из-за внушительного количества устройств для отвода воздуха гравитационные схемы с нижней разводкой применяются крайне редко.

При слабом напоре небольшая воздушная пробка способна полностью остановить систему обогрева. Так, согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладывать без уклона трубопроводы систем отопления при скорости движения воды менее 0,25 м/с.

При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому кроме увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для вывода воздуха из системы отопления. Уклон проектируют из расчета 2- 3 мм на 1 метр, в квартирных сетях наклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.

Уклон подачи делают по ходу движения воды, чтобы воздух двигался к баку-расширителю или системе, стравливающей воздух, расположенной в верхней точке контура. Хотя можно сделать и контр-уклон, но в этом случае необходимо дополнительно установить клапан для отвода воздуха.

Уклон магистрали обратки делают, как правило, по ходу движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура будет совпадать с входом обратной трубы в теплогенератор.

Схема уклона труб отопления
Схема уклона труб отопления
Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При установке теплого пола небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо не допустить попадания воздуха в узкие и горизонтально расположенные трубы этой обогревательной системы. Необходимо поставить устройство удаления воздуха перед теплым полом.

Увеличение температур

Другой фактор заключается в разнице между плотностью холодной и горячей воды. Отметим следующий факт – отопление с естественной циркуляцией относится к саморегулирующемуся типу. Таким образом, если увеличить температуру нагрева воды, то меняется ее расход и становится выше циркуляционный напор.

Сильный прогрев жидкости в немалой степени способствует более быстрой циркуляции. Но так происходит только в холодном помещении: когда температура воздуха в них достигнет определённой отметки, батареи будут остывать гораздо медленнее.

Плотность, как прогретой в котле, так и уже попавшей в радиаторы воды практически сравняется. Напор снизится, быстрое обращение воды сменится размеренной циркуляцией внутри системы.

Как только температура помещений частного дома вновь опустится до определённого уровня, это послужит сигналом для увеличения напора. Система попытается выровнять температурные условия. Для этого придётся заново запустить процесс быстрой циркуляции. Отсюда и происходит способность к самостоятельной регуляции.

Вкратце правило следующее – одномоментная смена температуры и объёма воды позволяет получить нужную тепловую отдачу от батарей для отопления помещений.

Как результат, поддерживаются комфортные температурные условия.

Куда ставить котёл?

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

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

Выбор труб

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

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

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

Как выбрать насос для отопления

Лучше всего подходят для установки специальные малошумные циркуляционные насосы центробежного типа с прямыми лопастями. Они не создают избыточно большого давления, а проталкивают теплоноситель, ускоряя его движение (рабочее давление индивидуальной системы отопления с принудительной циркуляцией 1-1,5атм, максимальное – 2атм). Некоторые модели насосов имеют встроенный электропривод. Такие устройства можно устанавливать прямо в трубу, их называют еще «мокрыми», а есть устройства «сухого» типа. Отличаются они только правилами монтажа.

При установке любого типа циркуляционного насоса желательна установка с байпасом и двумя шаровыми кранами, которые позволяют снять насос для ремонта/замены без останова системы.

Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы

Установка циркуляционного насоса позволяет регулировать скорость продвижения теплоносителя по трубам. Чем активнее движется теплоноситель, тем больше тепла он разносит, а значит, помещение нагревается быстрее. После того, как заданная температура достигнута (отслеживается или степень нагрева теплоносителя или воздуха в помещении в зависимости от возможностей котла и/или настроек), задача меняется – требуется поддерживать заданную температуру и скорость потока уменьшается.

Для системы отопления с принудительной циркуляцией недостаточно определиться с типом насоса

Важно рассчитать его производительность. Для этого, прежде всего, нужно знать теплопотери помещений/зданий, которые будут отапливаться

Они определяются исходя из потерь в самую холодную неделю. В России они нормированы и установлены коммунальными службами. Они рекомендуют использовать следующие величины:

  • для одно- и двухэтажных домов потери при самой низкой сезонной температуре -25 о С составляют 173Вт/м 2. при -30 о С потери 177 Вт/м 2 ;
  • многоэтажные дома теряют от 97Вт/м 2 до 101Вт/м 2 .

Исходя из определенных теплопотерь (обозначаются Q) можно найти мощность насоса по формуле:

c – удельная теплоемкость теплоносителя (1,16 для воды или другое значение из сопроводительных документов к антифризу);

Dt – разница температур между подачей и обраткой. Этот параметр зависит от типа системы и составляет: 20 о С для обычных систем, 10 о С для низкотемпературных и 5 о С для систем теплого пола.

Полученную величину нужно перевести в производительность, для чего нужно разделить на плотность теплоносителя при рабочей температуре.

В принципе, можно при выборе мощности насоса для принудительной циркуляции отопления руководствоваться усредненными нормами:

  • с системах, обогревающих площадь до 250м 2. используют агрегаты производительностью 3,5м 3 /ч и создаваемым напором 0,4атм;
  • на площадь от 250м 2 до 350м 2 требуется мощность 4-4,5м 3 /ч и давлением 0,6атм;
  • в системы обогрева площади от 350м2 до 800м2 устанавливают насосы производительностью 11м 3 /ч и давлением в 0,8атм.

Но учесть нужно, что чем хуже утеплен дом, тем большие мощности оборудования (котла и насоса) могут потребоваться и наоборот – в хорошо утепленном доме могут потребоваться половинные от указанных величины. Эти данные – средние. То же самое можно сказать относительно создаваемого насосом давления: чем уже трубы и более шероховатая их внутренняя поверхность (выше гидравлическое сопротивление системы), тем выше должно быть давление. Полный расчет – сложный и муторный процесс, в котором учитывается множество параметров:

Система отопления с естественной циркуляцией
Какими бывают системы отопления с естественной циркуляцией, как их сделать и что нужно учесть
Системы отопления с насосной циркуляцией: схемы устройства и работы
Водяное отопление своими руками: лучшие системы и схемы
Система отопления с естественной циркуляцией: распространенные схемы водяных контуров
Основные схемы водяного отопления | грейпей
Система водяного отопления с принудительной циркуляцией: схемы, варианты реализации, технические тонкости
Система отопления с естественной циркуляцией | грейпей
Принцип устройства водяной системы отопления | отопление дома и квартиры
Водяное отопление частного дома виды, схемы, варианты разводки

Мощность котла зависит от площади отапливаемого помещения и потерь тепла

  • сопротивление труб и фитингов (о том, как выбрать диаметр труб отопления читайте тут );
  • длина трубопровода и плотность теплоносителя;
  • количество, площадь и вид окон и дверей;
  • материал, из которого сделаны стены, их утепление;
  • толщина стен и утепления;
  • наличие/отсутствие подвала, цоколя, чердака а также степень их утепления;
  • тип кровли, состав кровельного пирога и т.д.

Вообще, теплотехнический расчет – один из самых сложных в области. Так что если хотите знать точно, какой мощности вам нужен насос в системе, закажите расчет у специалиста. Если нет – подбирайте основываясь на усредненных данных, корректируя их в ту или другую сторону в зависимости от вашей ситуации. Только нужно учесть, что при недостаточно высокой скорости движения теплоносителя система сильно шумит. Потому в данном случае лучше взять более мощное устройство — расход электроэнергии небольшой, да и система будет более эффективной.

Источники

  • https://x-teplo.ru/otoplenie/sistemy/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
  • https://aniko-gas.ru/montazh/shema-vodyanogo-otopleniya-odnoetazhnogo-doma.html
  • https://GradusPlus.com/organizaciya-otopleniya/v-chastnom-dome/odnotrubnaya-sistema/
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/armatura/696-sistema-otopleniya-s-estestvennoy-cirkulyaciey.html
  • https://gidpotrubam.ru/otoplenie/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-tsirkulyatsiej
  • https://eco-kotly.ru/otoplenie-odnoetaznogo-doma-s-estestvennoj-cirkulaciej-princip-raboty-shemy-preimusestva/
  • https://otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
  • http://teplosten24.ru/shema-otopleniya-odnoetazhnogo-doma-s-estestvennoj-tsirkulyatsiej.html
  • https://ufa-santehnik.ru/sovety/odnotrubnaya-sistema-otopleniya-chastnogo-doma-s-prinuditelnoj-i-estestvennoj-tsirkulyatsiej-2.html
  • https://1-teplodom.ru/otoplenie-odnoetaznogo-doma-s-estestvennoj-cirkulaciej-otoplenie-i-uteplenie-sajt-o-teple-v-vasem-dome/
  • https://sovet-ingenera.com/otoplenie/razvodka-o/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
  • https://kupisantehniky.ru/sistema-vodanogo-otoplenia-s-estestvennoj-cirkulaciej-tipovye-shemy/

[свернуть]