Система отопления с естественной циркуляцией. Как она работает

Как работает такая система

Движение воды в магистрали парового отопления может происходить без использования циркуляционного насоса, в соответствии с базовыми физическими законами. Знание основ подобных процессов дает возможность правильно рассчитать систему отопления на все случаи жизни.

Главное качество жидкости– это снижение коэффициента плотности при повышении количества градусов. Чем вода сильнее нагревается, тем ниже ее плотность. Генерируется дифференциация напряжения между холодной и нагретой жидкостью. Первая течет самопроизвольно к теплообменнику, при этом вытесняя горючую воду, она движется по магистрали.

При такой циркуляции существует различия в давлении между различными жидкостям. Любой такой контур можно дифференцировать по блокам:

1. Вода поднимается, нагревая трубы.
2. По холодным трубам она движется вниз.

Разграничивающий элемент – это крайние точки общего контура (верх и низ).

При создании системы с простым кругооборотом, решается задача достижения дифференциации между водой, которая имеет разные температуры.

Одним из базовых блоков в подобных системах делается базовый стояк – это перпендикулярно зафиксированная труба, которая проводит воду вверх от теплообменного блока. Коллектор разгона обладает повышенной температурой, его «закутывают» в утеплитель особенно тщательно, если вода подается, минуя несколько этажей.

Как правило, система создается так, чтобы верхняя точка коллектора соответствовала верней точке всей магистрали. Там устанавливают выход на бак, также возможно поставить клапан, который будет управлять отводом лишнего воздуха.

Следует учитывать, чтобы блок с высокой температурой самого контура не соприкасался с элементов, по которому движется остывшая вода. Нижня точка магистрали соприкасается с теплообменником, инсталлируется в нагревающий агрегат.

О расчете параметров системы отопления с естественной циркуляцией для одноэтажного дома

Ввиду отсутствия в гравитационных системах отопления одноэтажного здания дополнительных механизмов, обеспечивающих стабильно высокое давление, любое из возможных нарушений при установке трубопровода может обернуться проблемами с подачей тепла. К таким нарушениям можно отнести:

• пренебрежение необходимостью в соблюдении углов наклона;
• неверный выбор труб;
• избыток поворотов при монтаже системы.

Уровень уклона при установке трубопровода для отопления частном доме регламентируется положениями СНиПов. В соответствии с ними, для каждого погонного метра необходим наклон, величиной в 1 см. Это обеспечивает нормальное продвижение теплоносителя по трубопроводу. При нарушении указанного норматива возможно завоздушивание системы и снижение общего уровня ее КПД.

О расчете давления и мощности отопления

Исходя из положений СНиП, каждый кВт тепловой мощности предназначен для обогрева площади в 10 кв.м дома. При расчете уровня мощности для регионов с жарким или холодным климатом, следует воспользоваться специальными коэффициентами. В первом случае он составит от 0,7 до 0,9, во втором – от 1,5 до 2.

Однако способ расчета, пренебрегающий высотой потолочных перекрытий, не всегда идеален. Поэтому существует еще один вариант – на основе объема помещения. В этом случае в основу расчетов ложатся показатели тепловой мощности (40 ватт) для каждого кубического метра. При этом наличие окон увеличивает полученное в итоге число на 100 ватт (для каждого окна), а двери – на 200 ватт (для каждой). При этом для одноэтажных частных домов применяется коэффициент 1,5.

Собственно, стандартный объем мощности, закладываемый в проекте частных одноэтажек, предполагает необходимость в мощности обогрева не менее чем в 50 ватт на 1 кв.м

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Диаметр труб в гравитационных системах рассчитывают исходя из:

• потребности здания в объеме тепловой энергии (+20%);
• определение требуемого типа материала изготовления трубы (например, диаметр трубы из стали должен составлять не менее 0,5 см);
• данных СНиП относительно отношения мощности и внутреннему диаметру трубы.

Стоит учитывать, что при выборе труб с неоправданно большим сечением могут увеличиться расходы на отопление при снижении теплоотдачи. Расчет диаметра труб для систем с самоциркуляцией предполагает выполнение еще одного простого правила, предполагающего сужение диаметра трубы на размер после каждого разветвления.

Преимущества гравитационной системы

Система отопления с естественной циркуляцией обладает рядом преимуществ, из которых следует выделить

• Полная энергонезависимость системы. Если вы испытываете постоянные перебои со светом, возможно стоит смотреть в сторону отопления с естественной циркуляцией
• Отсутствие сложных систем в виде насоса, предохранительной арматуры и тд;
• Идеальная система для твердотопливных котлов
• Максимально простая обвязка котельной
• Доступная по цене

Во время монтажа необходимо скрупулезно рассчитать все показатели и выбрать схему контура правильно.

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.

Ленинградка

«Ленинградка» имеет базовый недостаток: есть большие тепло потери на магистралях, их всегда учитывают специалисты при проектировании отопления. Достоинства этой системы: с использованием вентилей отопление можно отключать, делая профилактический ремонт. «Ленинградка» нередко используется в квартирах, выглядят трубы эстетично и не привлекают внимания.

Трудности заключаются в том, что отключение одной из секций приводит к остановке циркуляции теплоносителя во всем контуре. Нередко применяют метод с монтажом «байпаса», когда батареи можно «обходить» с использованием боковых ответвлений у которых присутствуют шаровые краны (2 шт.).

Для двухэтажных объектов (и одноэтажных) используют схемы с одной трубой и перпендикулярными стояками. При таких обстоятельствах жидкость распределяется более равномерно. Вертикальные трубы боле эстетично выглядят, их легко замаскировать в угловых нишах.

Выбор труб

Также, на выбор материала большое влияние оказывает котел, поскольку в случае с твердотопливным предпочтение следует отдать стальным, оцинкованным трубам или же изделиям из нержавейки, в связи с высокой температурой рабочей жидкости.

Однако, металлопластиковые и армированные трубы предполагают использование фитингов, что значительно сужает просвет, армированные полипропиленовые трубы будут идеальным вариантом, при рабочей температуре 70С, и пиковой – 95С.

Изделия из особого пластика PPS имеют рабочую температуру 95С, и пиковую – до 110С, что позволяет использовать в открытой системе.

Паук

При такой схеме емкость расположена в чердачном помещении, точно в центре периметра здания. К ней присоединены стояки определенного сечения (от батарей, радиаторов). Вода, которая уже остыла, течет обычным способом и попадает в горизонтальную магистраль.

Принцип простой:

1. Вода нагревается в котле.
2. Поднимается в бак.
3. Затем расходится самотеком по трубам меньшего диаметра.

Такая схема идеально подходит для объекта с небольшим количеством этажей

Достоинства «паука» равномерное и простое распределение теплоносителя, нет также горизонтальной разводки по разным помещениям.

На подаче присутствует только стояк крупного размера, он ведет от котла к емкости. Трубы при этом могут быть диаметром до 25 мм. На ответвления нередко используют трубы ПВХ или металлопластик.

Из недостатков этой системы с естественной циркуляцией можно вспомнить:

1. Наличие большого числа стыков.
2. Применяется много труб разных диметров.
3. Требуется много утеплителя.
4. Обязательно в здании должно присутствовать чердачное помещение.

Уклон

Для правильной работы отопительной системы с естественной циркуляцией огромное значение имеет уклон труб. Согласно принятым строительным нормам, этот параметр должен находиться в пределах 1% (1 сантиметр превышения на метр длины трубы), причём наклон выставляется по движению воды. В данном случае энергия подъёма теплоносителя сможет преодолеть трение, что будет способствовать эффективному перемещению жидкости по трубам отопительной системы.

Обратите внимание! Высота потолка и уровень чистого пола могут отличаться в разных комнатах одного загородного дома, поэтому для правильного определения уклона труб необходимо использовать строительный уровень или гидроуровень.

В одно- или двухтрубных отопительных системах, в которых перемещение теплоносителя проводится при помощи циркуляционного насоса, соблюдать уклон не обязательно. Такие трубопроводы монтируются в горизонтальном положении или с минимальным уклоном в сторону слива. В подобном случае хозяин дома может быстро слить воду для предупреждения разморозки системы в зимнее время.

Какие нужны диаметры труб

При расчете системы особое внимание уделяется местоположению нагревательного элемента, емкости и радиаторов. Диаметр труб также очень важен, должно существовать давление, которое позволит эффективно функционировать всей отопительной системе.

Критерии выбора диаметра труб для отопления с естественно циркуляцией:

1. Можно ли использовать для горячей воды.
2. Сложно ли монтировать.
3. Сроки использования.
4. Гарантии от производителя.

При монтаже естественного кругооборота воды используются трубы с большим сечением. Для обогрева объекта общей площадью 220 кв. метра, сечение трубы при входе обратки в теплообменник равняется приблизительно двум дюймам.

Обусловлено это тем, что скорость жидкости уменьшается, что может вызвать такие вопросы:

1. Уменьшение теплоотдачи за определенную единицу времени.
2. Возникновению «пробок» воздуха.

Потому важно, при монтаже контура, чтобы в него не попадал воздух, в противном случае будут возникать пробки.

Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости. Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр.

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.

Основные ограничения

Основные ограничения у систем с естественной циркуляцией – это риск возникновения воздушных пробок. Одна такая пробка способна вывести из строя всю систему. СНИП 41-02-2004 утверждает, что нельзя проводить трубопроводы, если вода в них движется со скоростью менее 25 см в секунду. Во время установки особое внимание уделяется углу наклона магистралей, тогда воздух (если он попадет в систему) сбудет выводиться. Угол наклона составляет порядка трех миллиметров на один погонный метр. В квартирах этот показатель достигает 5,5 мм на один погонный метр.

Также существую ограничения по монтажу радиаторов. Главный недостаток схемы «Ленинградка», например, — это невысокий разгон жидкости при затекании в радиаторы, что неизбежно приводит к снижению КПД. Число батарей ставится в ограниченных количествах, при этом «дальние» батареи имеют существенно более низкую температуру.

Как врезать насос

Для облегчения процесса монтажа насоса в отопительную систему необходимо покупать помпу с разъёмной резьбой. Для качественного выполнения работ нам понадобится следующий инвентарь:

• Шаровые краны, подобранные по диаметру трубопровода;
• Ключи необходимого размера;
• Герметик;
• Крепежи, соединительные элементы;
• Автоматические клапаны.

После подбора всего необходимого оборудования приступаем к выбору участка для установки циркуляционного насоса. Если раньше помпы устанавливали в обратный трубопровод, что позволяло продлить срок службы рассматриваемого прибора, то сейчас это оборудование изготавливают с устойчивыми к воздействию воды деталями. В связи с этим, насос можно устанавливать, как на подающем, так и на обратном трубопроводе.

Обратите внимание! С целью повышения давления в системе, помпу устанавливают на подающей трубе в непосредственной близости к расширительной ёмкости. В системе «Тёплый пол» для исключения образования скоплений воздуха помпу монтируют на участке подачи прогретого теплоносителя.

Во время установки насоса в отопительную систему необходимо обратить внимание на одну важную деталь. Рассматриваемый прибор может выйти из строя после исчерпания моторесурса, поэтому для быстрой замены без сливания воды из системы отопления, с обеих сторон установки монтируют шаровые краны. Для защиты помпы от разрушения перед входом устанавливают сетчатый фильтр, который будет задерживать абразивные частицы, присутствующие в воде.

Для выпуска скопившихся газов, в верхней части байпаса устанавливают ручной или автоматический клапан. Клеммы насоса должны быть ориентированы вверх, что предотвратит возможность короткого замыкания во время стекания воды с прибора. Такое явление часто случается при поломке помпы. Каждое из соединений обмазывают герметиком, а в местах резьбовых соединений устанавливают специальные резиновые прокладки.

Главные минусы

У данного типа отопления есть и существенные минусы:

1. Существует большой перепад температур между точками.
2. Все трубы открыты в комнатах, что выглядит неэстетично.
3. Контур должен время от времени пополняться в течение времени работы.
4. Трубы сечением до 50 мм стоят недешево (обычно в целях экономии ставят ПВХ или сталь). Используются радиаторы, у которых коэффициент сопротивления имеет минимальное значение (чугун, биметалл, сплавы алюминия).
5. Невозможность покомнатного регулирования температуры, что сильно влияет на затраты на отопление.
6. Небалансируемая система. Невозможно сделать так, чтобы все радиаторы грели примерно одинаково

Теплоснабжения за счет естественного оборота теплоносителя может, подойди для объектов, которые имеют 65 кв. метров, при этом длина труб не должна превышать 32 метров. Важно также учитывать: сколько этажей имеет объект, от этого зависит схема устройства разгонного блока. В регионах, где бывают суровые зимы, такая схема отопления объекта не подходит, будет отсутствовать необходимое рабочее давление в контуре.

Схема разводки системы отопления

Для правильного подсчета сопротивления трубопровода, а, следовательно, его диаметра, следует учитывать схему разводки системы отопления. Варианты:

• двухтрубная вертикальная;
• двухтрубная горизонтальная;
• однотрубная.

Двухтрубная система с вертикальным стояком может быть с верхним и нижним размещением магистралей. Однотрубная система за счет экономного использования длины магистралей подойдет для обогрева с естественной циркуляцией, двухтрубная за счет двойного набора труб потребует включения в схему насоса.

Горизонтальная разводка предусматривает 3 типа:

• тупиковая;
• с попутным (параллельным) движением воды;
• коллекторная (или лучевая).

В схеме однотрубной разводки можно предусмотреть обходную трубу, которая будет резервной магистралью для циркуляции жидкости при отключении нескольких или всех радиаторов. В комплекте на каждый радиатор устанавливают запорные краны, позволяющие перекрыть подачу воды, когда это необходимо.

Зная схему системы отопления, можно легко посчитать общую протяженность, возможные задержки потока теплоносителя в магистрали (на изгибах, поворотах, в соединениях), и как следствие – получить численное значение сопротивления системы. По вычисленному значению потерь подобрать диаметр магистралей отопления можно по методике, рассмотренной ниже.