Содержание
- 1 Система отопления с естественной циркуляцией, схема и принцип работы
- 2 Система отопления частного дома с естественной циркуляцией
- 3 Система отопления с естественной циркуляцией
- 4 Принцип работы и схема отопления частного дома с естественной циркуляцией: особенности расчета
Содержание
Система отопления с естественной циркуляцией, схема и принцип работы
Применение такого типа отопления, как система отопления с естественной циркуляцией, является наиболее распространенным для загородных домов и дач. Ее преимущества – доступность, экономичность, простота монтажа и эксплуатации.
Создание системы отопления с естественной циркуляцией не требует использования насосов или дополнительного оборудования, источников питания, поскольку гидростатический напор возникает самопроизвольно во время движения теплоносителя.
Схема отопления с естественной циркуляцией
Многие считают недостатком то, что использование данной системы допустимо лишь в довольно небольших строениях. В частности, радиус системы (горизонтальное расположение) не должен превышать 30 метров. Кроме того, не все предпочитают использовать отопление без насоса, поскольку скорость включения сети также является достаточно низкой.
Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат.
Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум их работы.
Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.
Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией
Еще одним весомым преимуществом данной системы является то, что теплоноситель циркулирует непрерывно.
Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.
Популярность системы связана еще и с тем, что ее проектировка, монтаж и дальнейшее обслуживание не требуют специальных навыков.
То есть, для того чтобы создать качественную отопительную систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно.
Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками.
Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.
Как работает данная система?
Движение теплоносителя (воды) по трубам обусловлено тем, что при повышении и понижении температуры изменяется масса и плотность жидкости.
Снижение массы и плотности воды происходит, когда она нагревается в котле. В это время в трубах находится уже отдавшая свое тепло более холодная вода, имеющая большую массу и плотность.
При этом под действием гравитационных сил холодная вода в радиаторе замещается водой горячей.
Для того чтобы понять, как именно функционирует гравитационная система отопления, достаточно просто вспомнить курс физики. Нагретая в котле вода, являясь более легкой, свободно поднимается по трубам центрального стояка.
В этот момент тяжелая холодная вода опускается в отопительный котел. Горячая вода, достигнув верхней точки, равномерно распределяется по радиаторам.
В них холодная вода опускается к нижней части батареи, а после и вовсе покидает ее, потому что ее попросту «вытеснила» горячая.
В момент поступления в радиатор горячего теплоносителя происходит процесс отдачи тепла. То есть, постепенно нагреваются материалы радиатора, передавая тепло непосредственно в помещение. Далее – остывший теплоноситель вновь замещается горячим. Этот процесс непрерывен. Жидкость циркулирует до тех пор, пока идет ее нагрев – то есть, пока работает котел.
Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией
Самотечная система отопления частного дома состоит из таких элементов:
- котел. Именно он осуществляет нагрев теплоносителя. Существует большое количество видов котлов, которые работают на различного типа топливе.
- трубопровод. Он может быть как одинарным, так и двойным (для обратного тока).
- отопительные элементы – радиаторы.
- расширительный бак.
При проектировании и монтаже такой схемы, как самотечная система отопления, крайне важно придерживаться обязательного требования – труба, по которой движется теплоноситель, непременно должна иметь уклон.
Он должен составлять минимум 0,005 м на метр погонный трубы и быть направленным в сторону нагревающего бака. То есть, если радиатор и котел расположены на одном этаже, то уровень входа трубы в радиатор должен быть несколько выше. Необходимость наличия уклона объясняется несколькими факторами:
- по трубе, которая имеет уклон, холодная вода значительно быстрее движется к нагревательному баку.
- наличие уклона крайне важно для того чтобы пузырьки воздуха, появившиеся в процессе нагревания теплоносителя, эффективнее поднимались в специальный расширительный бак, а оттуда – удалялись в атмосферу.
Необходимый уклон гравитационной системы отопления
Наличие расширительного бака в такой системе, как гравитационная система отопления из полипропилена, благотворно влияет на создание дополнительного давления в системе, что делает скорость передвижения теплоносителя несколько выше.
Следует отметить, что скорость перемещения теплоносителя в трубе напрямую зависит сразу от нескольких факторов. Прежде всего, это разница таких величин, как плотность, масса, объем теплоносителя в горячем и холодном состоянии.
Помимо этого, на скорость перемещения теплоносителя влияет также и уровень расположения отопительных элементов (радиаторов) относительно нагревательного котла. Однако гравитационное давление, возникающее во время перемещения теплоносителя, в некоторой степени расходуется в момент, когда жидкость преодолевает сопротивление трубопровода.
Дополнительными препятствиями, на которые также расходуется значительное количество гравитационного давления, являются дополнительные радиаторы, разветвления, повороты, присутствующие в системе.
Для более эффективного обогрева (и достижения максимальной скорости перемещения теплоносителя) следует проектировать отопление с естественной циркуляцией так, чтобы подобных препятствий было меньше.
В случае если подобная «сложность» системы вызвана необходимостью, решением возникшей сложности является использование труб большего диаметра.
Монтаж отопления
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).
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:
- 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.
Котельная частного дома
Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией
Однотрубная схема – наиболее простая модель отопительной системы. Такая естественная система отопления предполагает расположение отопительного контура максимально высоко (под потолком). При этом трубы для возвращения отработанного теплоносителя расположены под уровнем пола.
Популярность системы обусловлена тем, что для ее создания используется минимальное количество труб. При этом монтаж не отнимает много времени и сил, поскольку нет необходимости вмуровывать их в стены.
Преимущество данной системы состоит еще и в том, что для ее нормального функционирования допускается расположение радиаторов и нагревательного котла на одном уровне.
При этом следует отметить, что двухтрубная гравитационная система отопления двухэтажного дома при подобном расположении радиаторов и котла работать не будет, поскольку в ней недостаточно будет давления для нормальной циркуляции теплоносителя.
Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией
Для правильного функционирования системы необходимо наличие в ней расширительного бака. Во многом его объем зависит от количества и размера используемых радиаторов. При этом следует произвести точный расчет гравитационной системы отопления, что максимально бак можно заполнять лишь на ¾ объема.
Следует быть максимально внимательными – уровень теплоносителя не должен опускаться ниже уровня трубы, по которой горячая вода распространяется по трубам к радиаторам.
Если вода не будет достигать уровня разветвителя – подача ее к радиаторам будет прекращена.
Для того чтобы была возможность пополнять количество воды в системе, следует подключить к баку трубу с краном, соединенную с системой подачи воды. В таком случае, вы всегда сможете восполнить количество теплоносителя.
Кроме того, в баке необходимо установить еще один кран – посредством его можно будет спускать всю воду из системы в случае, если потребовался ремонт.
Можно с уверенностью сказать, что гравитационное отопление – идеальный выбор практичного владельца небольшого загородного домика. А для больших строений целесообразнее использовать не самотечные системы отопления, а двухтрубную систему, дополнив ее циркуляционным насосом.
Оцените публикацию: (1 3,00 из 5)
Загрузка…
Источник: https://otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Система отопления частного дома с естественной циркуляцией
Система отопления частного дома способна работать, не потребляя никакой дополнительной энергии, кроме как на работу отопительного котла. Такая система отопления с естественной циркуляцией называется еще самотечной или гравитационной. Все эти названия обозначают принцип, по которому работает такая схема – без применения циркуляционного насоса.
Принцип работы
Как и все вещества, вода при нагревании расширяется, а плотность ее становится меньше. После нагрева в отопительном котле вода попадает в систему, где стремится подняться вверх, вытесняя собой уже охлажденный объем. Постепенно остывая, она самотеком проходит по сети отопления через весь дом и возвращается в котел. Там она повторно нагревается, и циркуляция повторяется снова.
Основные моменты
Схема с естественной циркуляцией не содержит механических элементов, что гарантирует ее длительный срок службы
- Схема не содержит механических и электронных элементов, которые могут выйти из строя, что гарантирует ее длительный срок службы. При использовании труб, не подверженных коррозии, отопление будет работать не менее 50 лет.
- Общий принцип при разработке систем с естественной циркуляцией теплоносителя – размещение котла в нижней части системы, ниже радиаторов.
- Отсутствие насоса, перекачивающего теплоноситель, означает, что естественный перепад давления в системе невелик. Для надежной работы необходимо учесть, что длину петли отопления не стоит делать больше, чем 30-50 метров, иначе не будет обеспечена циркуляция. Это ограничивает возможную отапливаемую площадь.
- Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией имеет большую инерцию при запуске. Нормальная работа отопления может начаться только через несколько часов после запуска котла, после того, как он прогреет весь объем теплоносителя. А циркуляция теплоносителя поначалу из-за невысокой температуры будет происходить достаточно медленно.
- Горизонтальные участки системы монтируются с учетом обязательного наклона по ходу движения остывающего теплоносителя. При этом обеспечивается естественный сбор воздушных пробок наверху сети. Там устанавливается расширительный бак для его сбора.
- Отсутствие электронасоса гарантирует энергонезависимость системы.
Саморегуляция
Движение теплоносителя
Правильно смонтированная схема отопления с естественной циркуляцией – система саморегулирующаяся. Чем ниже в доме температура, тем быстрее работает отопление.
Чем больше разница в температуре поступающего в котел теплоносителя и выходящего из него, чем больше разница в высоте между последним в цепочке радиатором и котлом, тем быстрее происходит циркуляция теплоносителя по трубам, тем качественнее происходит отопление дома.
Поэтому для эффективной работы отопления котел часто располагают в подвальных помещениях или цокольных этажах.
Скорость циркуляции
Возникновение циркуляционного напора
Кроме упомянутых уже факторов, циркуляция теплоносителя, а значит, скорость прогревания дома, будет зависеть еще от ряда показателей:
- Диаметр теплоснабжающих труб. С уменьшением диаметра трубы замедляется естественный ход теплоносителя. Поэтому для систем с самотечной циркуляцией используются трубы достаточно большого диаметра – 32-40 мм.
- Материал труб. Различные материалы оказывают разное сопротивление протекающим в них жидкостям. Так, у стали этот показатель больше, у полипропилена меньше. Кроме того, осадки и коррозия, возникшие даже в незначительных размерах, сильно препятствуют плавному течению теплоносителя, завихряя и замедляя его.
- Количество и диаметр изгибов труб. При каждом изменении направления движения скорость теплоносителя падает. Поэтому количество поворотов необходимо минимизировать, а их диаметр делать как можно большим.
- Тип и количество запорной аппаратуры. Каждое препятствие на пути теплоносителя замедляет его естественный ход, поэтому запорную аппаратуру необходимо устанавливать только там, где она действительно необходима.
Выбор котла
На практике схема с естественной циркуляцией часто работает в комплекте с котлами, не требующими для своей работы электричества.
Газовые энергонезависимые котлы «Конорд» (Ростов-на-Дону)
В продаже можно найти газовые энергонезависимые котлы, в том числе и российского производства, например «Конорд» (Ростов-на-Дону) или универсальные энергонезависимые котлы «Дон» того же производителя, которые успешно работают без электроэнергии. Многие зарубежные производители тоже выпускают котлы, подходящие для работы в самотечных системах. Так, модель Novella Autonom итальянской фирмы Bertta прекрасно зарекомендовала себя при работе в отечественных условиях.
Требуемая для эффективной работы тепловая мощность котла вычисляется так же, как и для других систем.
По площади
Самый распространенный способ – расчет по величине площади, которую требуется обогреть.
Если высота потолков не превышает 2,7 метра, дом надежно утеплен, то можно исходить из простого соотношения – каждый киловатт мощности котла должен обогревать не более 10 квадратных метров помещений.
В южных регионах эту величину можно безболезненно уменьшить на 10-20%, в северных придется увеличить на 20-30%, а для районов Крайнего Севера – увеличить в полтора-два раза.
По объему с учетом дополнительных факторов
Более точный расчет основан на учете отапливаемого объема:
Учитывая объем отапливаемого помещения можно сделать более точный расчет
- Расчет ведется для каждой комнаты и коридора отдельно, а затем результаты складываются.
- На каждый кубический метр объема комнаты берется 40 Ватт мощности котла.
- Коэффициенты, учитывающие регион нахождения дома, берутся такими же, как и в расчете по площади.
- Каждый оконный проем стандартной величины добавляет к расчету 100 Ватт, а каждая дверь – 200 Ватт.
- Если комната находится у внешней стены дома, то требуемую мощность для ее отопления необходимо увеличить на 10-30% в зависимости от материала и толщины стены.
- Контакт потолка или пола комнаты с неотапливаемым пространством добавляет еще 40% к требуемой мощности.
Выбор схемы разводки
Самотечная система с естественной циркуляцией может быть выполнена в двух вариантах:
- однотрубная схема;
- двухтрубная схема.
Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией является самой простой – теплоноситель проходит по единственной трубе через все радиаторы ветви, возвращаясь в тепловой котел.
В двухтрубной системе естественный поток теплоносителя происходит по двум контурам. По теплоснабжающему контуру он попадает в каждый радиатор отдельно и из него переходит в общий возвратный контур, ведущий обратно к котлу.
Выбор радиаторов
Главное в монтаже систем с естественной циркуляцией – обеспечить минимальное сопротивление движению теплоносителя. Поэтому циркуляция будет хорошей только при установке радиаторов с большим просветом:
Чугунный радиатор Алюминиевый радиатор Панельный радиатор
- Самое маленькое сопротивление – у классических чугунных батарей, с которыми самотечная система работает практически идеально.
- Алюминиевые и биметаллические радиаторы показывают хорошие результаты только при внутреннем диаметре не менее, чем в три четверти дюйма.
- Можно устанавливать стальные батареи с достаточным внутренним проходным диаметром.
- Нельзя использовать панельные батареи. В любой своей модификации они имеют небольшой внутренний диаметр и сильно замедляют естественный поток теплоносителя.
Подключение радиаторов
Важным элементом качества работы системы является тип подключения радиаторов:
- вертикальный или боковой;
- диагональный;
- горизонтальный или нижний.
Боковое подключение Диагональное подключение Нижнее подключение
Меньшее количество тепловых потерь обеспечивает диагональное подключение, когда циркуляция происходит между верхним патрубком радиатора и его диагонально противоположным нижним.
Чуть менее эффективно работает боковое подключение, когда теплоноситель поступает в верхний патрубок радиатора, а выходит из расположенного под ним же нижнего.
Самое большое количество теплопотерь получается при нижнем подключении, при котором циркуляция происходит через нижние патрубки радиатора.
Наибольшее влияние на качество отопления имеет и способ подключения радиаторов, особенно если выбрана однотрубная система отопления с естественной циркуляцией:
- прямое;
- с байпасными линиями.
Прямое подключение Подключение с байпасом
При прямом соединении теплоноситель проходит все радиаторы по цепочке один за другим, все больше остывая на каждом из них. На последнем радиаторе температура теплоносителя уже значительно отличается от первого, и для эффективного отопления дальних комнат приходится наращивать количество секций в приборах.
Значительно уменьшен этот недостаток в том случае, если вход и выход на каждом радиаторе соединен байпасом – трубой, позволяющей части потока протекать мимо радиатора и меньше остывать при движении вдоль сети отопления.
В системе с естественной циркуляцией игольчатый клапан должен быть открыт
Если установить в байпасной линии регулируемый игольчатый клапан, то можно управлять потоками теплоносителя через радиатор и через байпас.
Чем больше теплоносителя будет проходить через радиатор, тем быстрее он нагреется, однако, такая настройка влечет за собой все указанные выше недостатки в виде неравномерного прогрева системы. Обычно этот клапан оставляют полностью открытым.
Тогда самотечная система самостоятельно распределяет потоки нужным образом, циркуляция нормализуется, и большая часть теплоносителя приходит к последним радиаторам лишь незначительно остывшей.
Кроме того, для того чтобы получить возможность отключения радиаторов для их ремонта, замены или регулировки температуры в комнате, перед радиатором и после него необходимо установить запорные краны.
Выбор труб
Как уже было сказано ранее, выбор труб имеет большое значение при проектировании самотечной системы:
- Наиболее предпочтительными оказываются трубы из армированного полиэтилена. Но они не приспособлены к работе с высокими температурами, предельная температура для них 95 градусов Цельсия.
- Металлопластиковые трубы хорошо переносят высокую температуру, но соединяются между собой при помощи фитингов, которые значительно заужают просвет и оказывают большое сопротивление движению теплоносителя.
- Трубы из PPS-пластика имеют более высокую предельную температуру, чем полиэтиленовые – до 110 градусов Цельсия, но они стоят дороже.
Трубы из армированного полиэтилена Металлопластиковые трубы Трубы из PPS-пластика
Выбор труб зависит и от типа котла, который обеспечивает отопление дома. Твердотопливные котлы выдают настолько высокую температуру, что надежно работать в такой системе смогут только металлические трубы: стальные, нержавеющие или медные.
Выбор теплоносителя
В системах с естественной циркуляцией можно применять в качестве теплоносителя воду или низкозамерзающие составы – антифризы.
Применение в качестве теплоносителя антифризов имеет ряд предостережений
Если планируется использовать антифриз, то необходимо предусмотреть следующие моменты:
- Теплоотдача антифризов ниже, чем у воды. Поэтому для эффективного отопления размер радиаторов необходимо предусмотреть больший, чем получается при расчете системы с водой, на 10-15%.
- Антифризы при перегреве образуют обильные отложения и осадки. Если схема отопления частного дома с естественной циркуляцией длительно вынуждена работать при больших температурах теплоносителя, то велик риск полного зашлаковывания теплообменника.
- Составы, предназначенные для работы в системах охлаждения автомобилей, абсолютно не пригодны для применения в системах отопления. Необходимо использовать специальные составы: Термотраст, Dixis, Hotpoint и им подобные.
- Антифризы не могут применяться в сетях с открытым расширительным баком.
- При проектировании системы следует уточнить, может ли выбранный котел работать с антифризом.
Вода в качестве теплоносителя имеет лишь один серьезный недостаток – более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания, что при отсутствии контроля за работой системы может привести к ее перемерзанию и разрывам труб и радиаторов.
У воды более высокая по сравнению с антифризами температура замерзания
Заключение
Самотечная система отопления частного дома – не самый эффективный способ обеспечить отопление дома, но порой единственно возможный. Если в местной электросети возможны отключения, при полном отсутствии электроснабжения ей нет никакой альтернативы.
Даже если пропадание электричества происходит редко, то будет правильным решением выстроить сеть теплоснабжения по этой схеме и снабдить ее электронасосом.
Тогда вы точно гарантируете себе надежное автономное отопление, не зависящее ни от каких внешних факторов.
Самые интересные статьи из рубрики:
- Ленинградка – система отопления частного дома: схемы, монтаж
- Однотрубная система отопления частного дома
- Двухтрубная система отопления
- Система отопления для индивидуального дома
- Расчет системы отопления частного дома
Источник:
Система отопления с естественной циркуляцией
Система водяного отопления с естественной циркуляцией в удаленном от города частном или дачном доме – решение, востребованное в местности с нестабильным электроснабжением. Кроме того, гидравлическая система не требует финансовых вложений в электрооборудование, без которого не обойтись при обустройстве радиаторного обогрева с подачей теплоносителя насосом.
Энергонезависимая система отопления доступна для самостоятельного расчета и монтажа.
Функционирование самотечной системы
Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией обладает рядом достоинств:
- нет потребности в покупке дорогостоящего оснащения;
- энергонезависимость (подбирается соответствующий котельный агрегат);
- монтаж легко осуществить собственными руками;
- нетребовательность в обслуживании.
Циркуляция в такой системе обеспечивается за счет того, что плотность жидкости в результате нагревания уменьшается (она становится легче), а в ходе остывания плотность возвращается к первоначальной.
В самотечной конструкции практически отсутствует давление – расчеты показывают, что на 10 метров напора водяного столба давление составляет 1 атмосферу. Таким образом, гидростатическое давление в отопительной системе одноэтажного сооружения составит 0,5-0,7 атм., а в трубопроводе двухэтажного дома – не превысит 1 атм.
Гравитационная циркуляция происходит благодаря расширению и уменьшению плотности нагреваемого теплоносителя – он поднимается по вертикальному разгонному участку и с верхней точки перемещается вниз по трубопроводу, смонтированному с уклоном и проходящему через последовательно подключенные приборы отопления, на пути обратно к котлу.
К трубопроводу с самотечным перемещением воды подсоединяется расширительный бак – резервуар для «излишков» теплоносителя, который образуется за счет теплового расширения жидкости. Буферная емкость (мембранная или открытая) монтируется в верхней точке контура на подающую трубу.
Отопительная самотечная система способна функционировать в комплексе:
- С водонагревателем косвенного нагрева. Если бойлер установить в верхней части системы ниже расширительного бака, нагрев воды для ГВС будет осуществляться без использования электрооборудования. При невозможности такого монтажа бойлер комплектуется насосом и ставится обратный клапан, который предотвратит рециркуляцию теплоносителя.
- С теплым полом. На проложенный в полу контур устанавливается циркуляционный насос. При временном отключении электроснабжения комната продолжит обогреваться настенным радиатором.
Виды самотечных систем
Планируя смонтировать отопление частного дома с естественной циркуляцией своими руками схемы подбирают в соответствии с планируемой производительностью системы и особенностями здания.
Отопительные контуры с самотечным движением теплоносителя делятся на типы по разным параметрам:
- по характеристике расширительного бака (открытые и закрытые);
- по принципу подключения радиаторов отопления (однотрубные и двухтрубные).
Чтобы определить оптимальный вариант, необходимо произвести гидравлические расчеты с учетом расположения и диаметра труб, принять во внимание характеристики котельного агрегата и тепловые потребности помещений. Расчет лучше доверить профессионалам, так как даже небольшие неточности негативно повлияют на эффективность обогрева 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.
Открытый тип
Принцип функционирования тот же, что и у закрытого варианта. Но в этом случае излишки теплоносителя вытесняются в бак открытого типа, который монтируется под потолком помещения или на чердаке.
Открытый бак представляет собой резервуар с негерметичной крышкой, который снабжают аварийным переливом – трубой, выведенной за пределы чердака на улицу или подключенной к канализации.
К недостаткам открытой системы относится постоянное поступление кислорода в теплоноситель, что ускоряет коррозию металла, из которого изготовлены элементы контура. Происходит и завоздушивание трубопровода – чтобы избежать этого, радиаторы крепят под небольшим уклоном и в верхней части монтируют автоматические воздухоотводчики – краны Маевского.
Помимо этого, жидкость из бака открытого типа испаряется и требуется регулярно подливать воду, чтобы открытая система могла нормально функционировать. Подливают воду в бак вручную из ведра, либо подводят водопроводную трубу с вентилем.
Преимущества баков открытого типа – доступная стоимость и возможность своими руками изготовить резервуар необходимых габаритов.
Однотрубный контур
Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией не относится к эффективным. Она не подходит для прогрева помещений двухэтажного дома и применяется в одноэтажных зданиях небольшой площади.
Теплоноситель проходит по разгонному участку трубопровода вертикально вверх, затем попадает в трубу, которая ведет к горизонтальному трубопроводу, последовательно соединяющему радиаторы отопления. От крайнего радиатора остывший теплоноситель возвращается напрямую в котел.
При такой схеме подключения приборов отопления температура радиаторов снижается по мере удаления от подающего стояка – это серьезный недостаток системы. Чтобы повысить эффективность, используют байпасы – соединяют перемычками подающую трубу в тех местах, где подключены радиаторы. Это способствует более равномерному прогреву помещений.
К преимуществам однотрубной системы относятся простая конструкция, минимальные финансовые расходы на ее монтаж. Кроме того, не требуется монтировать трубы под потолком, ухудшая интерьер помещения.
Однотрубная горизонтальная схема даже при условии точных расчетов редко оправдывает себя, если речь не идет об отоплении двух-трех небольших помещений одноэтажного дома. В остальных случаях ее модернизируют, добавив циркуляционный насос.
Двухтрубный контур
Конструктивные особенности самотечного двухтрубного контура:
- для подачи и обратки монтируются отдельные трубы;
- труба подачи подключается к каждому прибору отопления через отдельный входной отвод;
- труба обратки подсоединяется к каждому прибору отопления отдельно.
Двухтрубная самотечная система отопления частного дома отличается от однотрубной тем, что во все радиаторы подается не успевший остыть теплоноситель, благодаря чему:
- тепло в доме распределяется равномерно;
- не требуется увеличивать количество секций в радиаторе с целью улучшить обогрев;
- легче регулировать температуру в системе;
- для монтажа трубопровода требуются трубы меньшего диаметра, чем для однотрубного контура;
- отсутствуют жесткие требования к соблюдению уклона при монтаже элементов системы – некоторые отклонения от расчетных значений не критичны.
Двухтрубная система отопления с разводкой верхней и нижней проста в монтаже и эффективна, ее можно использовать для обогрева двухэтажного дома.
Особенности расчета
Расчет системы отопления с естественной циркуляцией значительно сложнее подготовки проекта отопительной системы с принудительной подачей теплоносителя. Так как давление в контуре отсутствует, на работоспособность системы напрямую влияет количество поворотов трубопровода, угол уклона каждого отрезка. Неправильный расчет или погрешности в монтаже отражаются на функциональности контура.
При расчете безнасосного контура принимается во внимание:
- минимально допустимый угол уклона;
- материал изготовления труб и их диаметр;
- принцип подачи теплоносителя;
- разновидность теплоносителя.
Рекомендуемый уклон труб
При расчетах следует опираться на строительные нормы для отопительных систем с самотечной циркуляцией (СНиП 41-01-2003 для гравитационных систем). На перемещение теплоносителя в трубопроводе негативное воздействие оказывает гидравлическое сопротивление в сложных местах – на поворотах, в углах и т.д.
Согласно СНиП, трубы монтируются под уклоном не менее 10 мм на 1 метр длины. Иначе системе грозит завоздушивание, плохой прогрев дальних радиаторов.
Выбор труб
От материала изготовления трубопровода зависит гидравлическая сопротивляемость контура, его устойчивость к коррозии и теплотехнические параметры, технология монтажа. В список востребованных материалов входят:
- Стальные трубы. Доступны по цене, устойчивы к механическим нагрузкам. Недостатки: монтируются со сваркой или большим количеством фитингов, склонность труб к коррозии и зарастанию.
- Металлопластиковые трубы. Внутренняя поверхность идеально гладкая, что препятствует нарастанию отложений, устойчивость к коррозии, небольшой вес, устойчивость к термическому расширению. Недостатки: высокая стоимость, ограниченный срок эксплуатации (около 15 лет), необходимость использовать сварные фитинги или регулярно подтягивать резьбовые соединительные элементы.
- Полипропиленовые трубы. Гладкие внутри, долговечны (срок службы от 25 лет), устойчивы к высоким температурам. Недостатки: высокая стоимость, монтаж при помощи специального инструмента.
- Медные трубы. Максимальная теплоотдача и долговечность (свыше 100 лет), стильный внешний вид. Недостатки: высокая стоимость, необходимость пайки при монтаже.
Диаметр труб
Чтобы рассчитать диаметр труб, требуется:
- Выполнить тепловой расчет помещений и прибавить к результату около 20%.
- Рассчитать сечение трубопровода исходя из соотношения тепловой мощности и внутреннего сечения трубы (значения указаны в таблицах СНиП).
- Подобрать диаметр трубы, базируясь на выполненных теплотехнических расчетах и с учетом материала изготовления труб. Для стальных труб минимальный размер внутреннего сечения составляет 50 мм.
Чтобы самотек был интенсивнее, применяют следующий принцип: диаметр подающей трубы после каждого разветвления должен быть меньше предыдущей на 1 размер. Обратка должна собираться с расширением.
Таким образом, расчет позволяет определить минимальный диаметр подающей и обратной трубы, относительно этого значения определяются параметры труб на разных участках системы согласно подготовленной схеме для одноэтажного или двухэтажного дома.
Вид розлива
Естественная циркуляция воды в системе отопления зависит от принципа подачи теплоносителя от котла к отопительным приборам. Различаются контуры с нижним и верхним розливом.
Нижний розлив дает возможность обойтись без монтажа высоких вертикальных труб – коммуникации прокладывают на уровне пола. Такой вариант пригоден только для однотрубных контуров и относится к малоэффективным без установки циркуляционного насоса.
Верхний розлив – оптимальный вариант, поскольку распределительная труба двухтрубной системы располагается под потолком и обеспечивает активную подачу нагретого теплоносителя в каждый радиатор, из которого остывшая вода уходит в трубу обратки, размещенную вдоль пола. Для однотрубной системы розлив верхнего типа также предпочтительнее.
Двухтрубная система отопления с верхним розливом
Выбор теплоносителя
Теплоносителем может служить вода или антифриз.
Для самотечной системы предпочтительнее использование воды, поскольку у антифриза выше плотность и меньше теплоотдача, для его нагрева требуется больше тепловой энергии – то есть, расход топлива выше.
Если в системе устанавливается мембранная буферная емкость, ее объем должен быть больше, чем у бака для теплоносителя-воды, так как антифриз расширяется сильнее.
Использование «незамерзайки» имеет смысл в том случае, если дом в зимний период отапливается нерегулярно с большими перерывами. В этом случае воду пришлось бы постоянно сливать, чтобы трубы не разорвало при перемерзании.
Заключение
Устройство безнасосной системы отопления позволяет сделать свой отапливаемый дом энергонезависимым на случай перебоев с электропитанием. Такая система подключается к отопительному котлу без электрооборудования для регулировки мощности или к обычной твердотопливной печи с водяным теплообменником в топочной камере.
Источник: https://blog.marisrub.ru/engineering-systems/skhema-otopleniya-chastnogo-doma/
Принцип работы и схема отопления частного дома с естественной циркуляцией: особенности расчета
Естественная циркуляция – это ход теплоносителя в отопительной системе самотёком, без работы циркуляционного насоса.
Такое движение образуется силами гравитации благодаря свойству жидкости расширяться при нагреве.
Естественный самотёк позволяет отоплению работать без насоса и дополнительных трат электричества, в автономном режиме. Из чего собирают гравитационную схему обогрева и как она работает?
ontakte
Odnoklassniki
При нагреве в котле вода расширяется, становится легче, поднимается вверх и освобождает место для притока остывшей жидкости.
На её место в котёл поступает остывшая вода из контура отопления – та, которая прошла радиаторы, отдала часть тепла окружающему пространству и остыла. Она имеет меньший коэффициент расширения, её плотность – больше, а вес – тяжелее.
Остывшая вода вытесняет из котла нагретую. Так образуется постоянный круговорот жидкости в системе отопления, называемый естественной циркуляцией теплоносителя в контуре.
Скорость движения воды самотёком зависит от нескольких факторов:
- разница температур на входе в котёл и на выходе из котла – формирует гравитационное давление жидкости;
- диаметр внутренних проходов в системе отопления – может снизить скорость хода потока;
- непрямое движение теплоносителя в системе – углы, повороты, сужения внутреннего диаметра труб или излучателей – снижают напор воды и замедляют её течение.
Преимущества и недостатки
Естественная циркуляция теплоносителя в частном доме имеет неоспоримые достоинства в виде автономности и незатратной работы. Но также сопровождается недостатками, с которыми приходится сталкиваться при её обустройстве.
Преимущества самотёка:
- Автономная работа отопления, независимая от наличия электричества.
- Доступная цена, один из самых недорогих вариантов обустройства системы.
- Долговечность – использование чугунных радиаторов и чугунных труб большого сечения обеспечивает длительную работу обогрева двухэтажного дома на протяжении 40-50 и более лет.
Недостатки:
- Система отопления имеет громоздкий вид – большие трубы вдоль стен, чугунные радиаторы.
- Невозможно использовать терморегуляторы.
- При обустройстве раздаточного коллектора на чердаке необходима хорошая теплоизоляция – для предупреждения остывания и замерзания воды.
- Достаточно большие теплопотери – в трубах на чердаке и в подвале. А значит – увеличенные расходы на отопление дома.
Особенности построения
Для организации движения жидкости самотёком выполняют следующее:
- Располагают котёл отопления как можно ниже – на первом этаже или в полуподвале. Раздаточный коллектор поднимают выше – под потолок или на чердак строения.
Таким образом, вода получает максимально допустимую для данной постройки высоту подъёма. Что создаёт максимально возможный гравитационный напор теплоносителя в трубах.
- Монтируют устройства с широкими внутренними просветами. Трубы увеличенного диаметра – не меньше 40 мм в сечении. Радиаторы с широким внутренним проходом – традиционные чугунные батареи. При необходимости установки запорных устройств – ставят шаровые краны, которые в открытом положении минимально сужают внутренний просвет.
- Прокладывание труб выполняют с минимальным количеством поворотов, углов, без змеевиков и без спиралей.
- Магистрали подачи и обратки прокладывают с уклоном.
Внимание! Перечисленные выше принципы позволяют организовать естественный напор воды и её движение с необходимой скоростью.
Элементы самотёчной системы: из чего состоит
Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:
- Нагревательный котёл – может работать на различных видах топлива – на газу, дровах, угле, электричестве.
- Радиаторы – устройства непосредственного обогрева – излучают тепло в пространство помещения.
- Магистральная труба подачи и обратного тока.
- Раздающий коллектор – располагается над котлом. В него поступает нагретая в котле вода, затем движется (раздаётся) в магистральную трубу.
- Расширительный бачок – для временного хранения теплоносителя, который при нагреве расширяется и увеличивается в объёме. Располагается в самой верхней точке системы, выполняется в открытом виде.
- Поворотные шаровые краны – на входе и выходе из радиаторов отопления.
- Кран для слива воды (также шаровый) – в самой нижней точке системы.
А теперь рассмотрим подробнее, как обеспечивают максимально возможный напор.
Вам также будет интересно:
Уклон трубы
Для естественной циркуляции теплоносителя принимается ряд мер, которые облегчают его передвижение внутри радиаторов и труб. Одна из таких мер – прокладывание труб подачи и обратки под небольшим уклоном. Размер уклона выбирают – 2-3 ° на погонный метр.
Указанные градусы уклона визуально не нарушают геометрию прокладывания труб, но обеспечивают движение воды самотёком. Они также позволяют сливать жидкость из системы при необходимости замены батареи, ремонта.
Гравитационное давление
Гравитационное давление возникает как разница давлений воды в различных сегментах трубопровода.
В системе с естественным движением теплоносителя гравитационное давление создаётся нагревом воды и подъёмом её на высоту чердака или второго этажа дома. Так обеспечивается самотёк и работа отопления.
Величина гравитационного давления определяется высотой подъёма воды и разницей температур.
Внимание! Чем сильнее нагрев теплоносителя в котле, тем больше будет разница в давлении, и тем скорее вода будет двигаться по трубам.
Возможные препятствия
Для эффективной естественной циркуляции стараются уменьшить количество факторов, которые препятствуют гравитационному давлению.
Схему организовывают с минимальным количеством углов и поворотов. Вместо изгибов труб под прямым углом, по возможности, делают плавные повороты. Для того чтобы вода не встречала препятствий, убирают сужения просветов и вентили.
Внутренние сечения радиаторов должны быть достаточно большими. Следствием широких просветов становится увеличенный объём теплоносителя, а также инертность работы отопления.
Схема однотрубной отопительной системы в частном помещении
Однотрубная схема – самый простой и доступный способ организации естественной циркуляции теплоносителя в трубах. Работает по принципу движения воды самотёком при нагреве в котле. Поток теплоносителя внутри магистральной трубы, проходя последовательно все радиаторы системы. Магистраль отопления начинается и заканчивается в котле отопления.
Существуют два варианта последовательного подключения батарей в однотрубную схему:
- Магистраль проходит непосредственно через каждую батарею помещения.
- Магистраль проходит рядом с батареями, при этом перед каждым радиатором от неё отходит ответвление, подающее горячую воду. И после из радиаторов в магистраль выводится охлаждённый теплоноситель.
Фото 1. Суть однотрубной отопительной системы заключается в движении воды самотеком при нагреве котла.
В обеих схемах вода постепенно охлаждается, двигаясь от первого радиатора к последнему. Оттого первые батареи в контуре будут значительно горячее последних.
При этом в первой схеме разница между температурой жидкости в первом и последнем радиаторе будет больше, чем во второй.
Поэтому вторая схема обеспечивает более равномерный прогрев всех комнат.
Справка!Во второй схеме – больше углов, поворотов, снижающих гидродинамический напор и осложняющих движение теплоносителя.
Преимущества однотрубной схемы с естественной циркуляцией:
- Простота монтажа.
- Самая демократичная цена – монтаж обходится дешевле всех других видов отопления.
- Технологическая доступность – однотрубную систему легче монтировать, чем двухконтурное отопление. Также проще организовать естественную циркуляцию теплоносителя в однотрубной схеме.
Двухтрубная система отопления в двухэтажном доме
Двухтрубная схема отопления выделяется присутствием двух магистралей. Нагретая вода движется из котла по одной магистрали – подачи. А остывшая вода входит в котёл по другой магистрали – обратке.
Двухтрубная схема имеет увеличенное количество углов и поворотов. В ней сложнее организовать самотёк теплоносителя. Часто – приходится встраивать в циркуляционный насос.
Главное преимущество двухтрубной системы – равномерное отопление всех комнат. Недостаток – снижение гравитационного давления и сложность естественной циркуляции жидкости в трубах.
Фото 2. Двухтрубная система отопления имеет две магистрали, большее количество углов и поворотов.
Для непосредственного самотёка в двухтрубной схеме необходима большая температура нагрева воды. Поэтому в зависимости от её величины, самотёк может быть более или менее эффективным. Для движения теплоносителя в магистраль врезают насос по параллельной схеме. Так, чтобы он не создавал преграду и давал возможность самотёка.
В видео представлена одна из схем отопительных систем, основанных на движении воды самотеком, в двухэтажном доме.
Для организации естественной циркуляции теплоносителя лучше других подходит однотрубная схема подключения. Она создаёт минимальные сопротивления движению воды, незначительно сокращает напор. Её обустройство проще, чем в двухтрубной схеме.
Двухтрубная система также может быть с естественной циркуляцией. Однако её монтаж потребует профессиональных знаний, расчётов и опыта.
Оцени статью:
Будь первым!
Средняя оценка: 0 из 5.
Оценили: 0 читателей.
Поделись с друзьями!
ontakte
Odnoklassniki
Источник: https://ogon.guru/otoplenie/v-chastnom-dome/shema.html
