Системы водяного отопления с естественной и насосной циркуляцией. Устройство, схемы подключения отопительных приборов. Самотечная система отопления для частного дома: простая и недорогая схема с естественной циркуляцией Водяное отопление дачного дома само

Планирование и монтаж отопления с естественной циркуляцией считается наиболее простым и не затратным способом обогреть дом. Однако для практической реализации подобного проекта следует знать все нюансы и правила выбора компонентов. Поэтому система отопления частного дома с естественной циркуляцией должна быть правильно рассчитана и проработана схема ее установки.

Принцип работы отопления с естественной циркуляцией

Для работы любой водяной отопительной системы необходимо обеспечить циркуляцию теплоносителя по трубам. Нагреваясь в котле, горячая вода должна поступать в батареи и радиаторы для передачи тепла в помещения дома. Водяная система отопления с естественной циркуляцией не является исключением.

Движение теплоносителя происходит за счет разности плотности в нормальном и в нагретом состоянии. При попадании в теплообменник работающего котла происходит повышение температуры воды и как следствие – уменьшение плотности. Так как удельная масса холодного теплоносителя выше – он начитает вытеснять нагретый. В результате этого образуется движение масс.

Перед тем как сделать водяное отопление с естественной циркуляцией своими руками следует внимательно ознакомиться с техническими характеристиками и спецификой эксплуатации:

• Высокая степень надежности . Отсутствие движущихся элементов (крыльчатка циркуляционного насоса) и давление, равное атмосферному, обеспечивают длительную эксплуатацию естественной системы отопления частного дома;
• Инерционность системы . Естественная циркуляция в закрытой системе отопления обеспечивается за счет небольшой разности давления. Поэтому скорость поступления горячей воды к радиаторам будет минимальной;
• Обязательное соблюдение уклона магистралей . Для нормальной работы уклон системы отопления с естественной циркуляцией должен соответствовать расчетным данным. Трубы монтируют с уклоном от котла, а для обратной магистрали – к котлу. Таким образом обеспечивается оптимальная работа системы.

Также следует отметить, что монтаж системы отопления с естественной циркуляцией рекомендуется осуществлять для схем с протяженностью трубопроводов не более 30 м.п. В противном случае большой объем остывшего теплоносителя существенно снизит его скорость.

Традиционная схема может предусматривать монтаж газового, твердотопливного или электрического котла. Важно чтобы в их конструкции была предусмотрена система защиты от перегрева в случае обратного движения теплоносителя или возникновения воздушных пробок.

Схемы отопления с естественной циркуляцией

Прежде всего необходимо правильно подобрать схему расположения трубопроводов, радиаторов и котла. Так как правильно сделать отопление с естественной циркуляцией можно лишь по заранее составленному плану – этому этапу работы нужно уделить максим внимания.

На первом этапе проводится первичный анализ помещения (дома), где планируется обустроить систему теплоснабжения. Учитывается жилая площадь, степень теплоизоляции наружных стен и тип котла для нагрева воды. В настоящее время существует множество схем, с помощью которых можно сделать отопление с естественной циркуляцией своими руками. Наиболее популярными являются:

• Однотрубная . Оптимальный вариант для небольших домов и квартир;
• Двухтрубная . Выбирается для обеспечения нагрева воздуха в домах со средней и большой площадью, двухэтажных зданий.

Однако учитывая принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией следует помнить о главных ограничениях – общая протяженность магистрали, минимальное количество поворотных узлов. Поэтому данную схему нельзя применять для коллекторной или тройниковой разводки труб. Слишком большие гидравлические потери будут негативно сказываться на скорости движения теплоносителя.

Выполняя расчет системы отопления с естественной циркуляцией следует учитывать, что в этой системе можно применять только воду. Антифриз обладает слишком большой плотностью, что не сможет обеспечить должный напор в трубопроводах.

Однотрубная система

Для небольших дачных и загородных домов при расчете системы отопления с естественной циркуляцией учитываются не только технические (эксплуатационные) характеристики, но и общая себестоимость проекта. В итоге должна получиться надежная и недорогая в обслуживании система теплоснабжения. Поэтому чаще всего в этих домах делается однотрубная система отопления с естественной циркуляцией.

Особенностью этой системы является наличие одной магистрали. Радиаторы и батареи подключаются к ней параллельно, образуя единый контур. Основными преимуществами однотрубной система отопления с естественной циркуляцией являются минимальное количество комплектующих, небольшой расход материалов и простота монтажа. Однако нужно учитывать, что скорость остывания теплоносителя в этой системе достаточно велика из-за последовательной передачи тепла каждому радиатору в цепи.

Для оптимизации теплового режима в естественной системе отопления частного дома нужно предусмотреть наличие таких компонентов:

• Байпас в обвязке каждого радиатора . Он даст возможность ограничить приток теплоносителя в батарею, не изменяя параметры всей системы. С его помощью можно полностью отключить отопительный прибор для замены или ремонта, не прекращая работу теплоснабжения;
• Терморегуляторы на батареях. Они монтируются в систему отопления с естественной циркуляцией в паре с байпасом. Автоматический термический элемент будет изменять сечение проходного диаметра патрубка радиатора, тем самым регулируя степень нагрева прибора;
• Кран Маевского . Обязательный компонент в обвязке радиатора. Так как рассчитать систему отопления с естественной циркуляцией получается не всегда точно – следует продумать систему для удаления воздуха. Именно для этого и предназначен кран Маевского.

Еще одним преимуществом однотрубной системы теплоснабжения с естественной циркуляцией является небольшая занимаемая площадь. Монтаж магистрали можно сделать как открытым, так и закрытым способом. Важно лишь обеспечить подключение к ней радиаторов.

Для водяной системы отопления с естественной циркуляцией с одним трубопроводом котел и радиаторы можно располагать на одном уровне, что запрещено для других схем.

Двухтрубная система

Стабильную работу отопления в средних и больших домах можно обеспечить только при разделении горячего и холодного потоков воды. В этом случае оптимальным вариантом будет двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией.

Для нормальной работы системы следует предусмотреть монтаж котла ниже уровня радиаторов. Это необходимо для создания напора остывшей воды, которая и создает естественную циркуляцию в закрытой системе отопления. Для лучшего напора сразу после котла необходимо делать разгонный стояк. На его самой высокой точке устанавливается расширительный бак. От него под наклоном монтируется разливная труба, к которой подключаются радиаторы.

Правильно просчитанная и установленная двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией будет работать даже при минимальной разнице температур между остывшим и нагретым теплоносителем. Для реализации подобного проекта нужно учитывать следующие нюансы:

• Расположение котла водяного отопления с естественной циркуляцией своими руками. Чаще всего он находится в цокольном или подвальном помещении. В нем необходимо обеспечить нормальный температурный режим, вентиляцию и естественное освещение;
• Контрольный патрубок на расширительном баке . Даже если правильно рассчитать систему отопления с естественной циркуляцией – все равно будет вероятность критического снижения объема воды. С помощью контрольного патрубка можно отслеживать этот показатель;
• Узлы подпитки и слива воды . Они находятся в самой низкой точке – на обратной трубе. Для того чтобы правильно сделать отопление с естественной циркуляцией следует заранее предусмотреть способы автоматического (полуавтоматического) пополнения системы, а также оперативного слива воды.

Благодаря появлению новых материалов можно сделать двухтрубную систему отопления с естественной циркуляцией своими руками из стальных или полимерных труб. Все зависит от бюджета, наличия соответствующих инструментов и материалов.

В двухтрубной системе отопления с естественной циркуляцией установка байпасов не обязательна. Важно лишь предусмотреть монтаж запорной арматуры для возможного отключения прибора от общей магистрали.

Расчет мощности отопления с естественной циркуляцией

Для вычисления основных параметров теплоснабжения рекомендуется воспользоваться специализированными программами. С их помощью можно рассчитать систему отопления с естественной циркуляцией максимально точно. Но если такой возможности нет – применяют другие, упрощенные методы.

Самый простой способ – вычислить требуемую мощность котла с помощью соотношения 1 кВт тепловой энергии на 10 м² площади. При этом полученный результат нужно умножить на коэффициент, который зависит от климатических условий региона.

Его значения для водяной системы теплоснабжения с естественной циркуляцией даны в таблице. Эти коэффициенты являются рекомендуемыми и могут быть заменены на другие в зависимости от фактических характеристик дома. Но в любом случае этот метод позволит определить приближенные параметры отопительной системы. Поэтому его применение является обязательным этапом при проектировании теплоснабжения.

Однако при этом не учитывается степень теплоизоляция здания, количество и характеристики оконных и дверных конструкций. Поэтому лучше всего воспользоваться другой методикой расчета системы теплоснабжения с естественной циркуляцией. Этапы проведения вычислений:

1. На 1 м³ жилой здания потребуется 400 Вт тепла. Умножая мощность на объем здания получаем начальное значение тепловой энергии.
2. Для компенсации тепловых потерь через окна количество конструкций умножаем на 100 Вт. Такая же методика применяется для наружных дверей, но с компенсацией 200 Вт на каждую.
3. Если комната имеет внешнюю стену, то для нормальной работы естественной система теплоснабжения частного дома результат умножается на поправочный коэффициент 1,2.
4. Для частных домов тепловые потери через кровлю и пол учитываются с помощью коэффициента 1,5.

Следует отметить, что даже этот расчет будет приблизительным. Планируя монтаж теплоснабжения с естественной циркуляцией своими руками для большого дома рекомендуется обратиться к специалистам для точного вычисления основных характеристик системы.

Для минимизации тепловых потерь в здании необходима хорошая теплоизоляция наружных стен, потолка, кровли. Это снизит текущие затраты на водяное отопление с естественной циркуляцией, сделанное своими руками.

Правила составления схемы отопления с естественной циркуляцией

Зная основные принципы работы системы теплоснабжения с естественной циркуляцией и выбрав оптимальную схему, можно приступать к комплектации. Этот этап не менее важен чем предыдущие, так как от технических параметров компонентов будет зависеть дальнейшая работы отопления.

Нужно учитывать все особенности этой системы. В схемах с принудительной циркуляцией компенсация гидравлических потерь происходит за счет работы циркуляционного насоса. Для систем с естественной циркуляцией в закрытом отоплении подобного механизма не существует. Поэтому для минимизации потерь следует обратить внимание на следующие моменты проектирования и подбора комплектующих:

• Трубы отопления . Их диаметр должен составлять от ДУ32 до ДУ40. Таким образом компенсируется трение воды о внутреннюю поверхность. Также рекомендуется выбрать полимерные изделия с гладкой стенкой. Их фактический наружный диаметр равен от 40 до 50 мм;
• Схема разводки магистралей . Нужно избежать поворотных узлов, которые увеличивают гидравлическое сопротивление в системе;
• Высота разгонного стояка . В схеме отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией он должен быть выше потолка второго этажа. Расширительный бак располагается на чердаке;
• Характеристики запорной арматуры . Ее наличие не должно сказываться на параметрах системы.

Для лучшего понимания принципов работы схемы отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией можно провести аналогию с известными сообщающимися сосудами. В данном случае котел будет находиться ниже уровня радиаторов, следовательно поток жидкости будет циркулировать в его сторону. Именно поэтому при разработке схемы и монтаже системы отопления с естественной циркуляцией его нужно располагать как можно ниже.

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.

Преимущества системы с естественной циркуляцией

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

Преимущество системы отопления с естественной циркуляцией в том, что она работает независимо от электричества. Однако получить комфортные условия при такой схеме весьма сложно, а порой просто нельзя. Поэтому для обеспечения циркуляции теплоносителя чаще всего используется насос. Но иногда, к примеру, на дачных участках, где нет электричества, отопительная система без насоса – единственная возможная версия.

Систему с естественной циркуляцией (ЕЦ) или принудительным перемещением жидкости называют ещё гравитационной из-за того, что она функционирует по принципу гравитации . Ещё её называют самотёчная. Все эти названия означают, что отопительная система работает без использования насоса.

Как работает схема с естественной циркуляцией

В качестве теплоносителя, чаще всего используют обычную воду, которая перемещается по контурам от котла к батареям и обратно за счёт изменения своих термодинамических свойств. То есть при нагревании плотность жидкости понижается и увеличивается объём, её выдавливает холодным потоком, который идёт обратно, и поднимается по трубам. Пока теплоноситель расходится по горизонтальным ответвлениям, его температура снижается и он возвращается к котлу. Так круг замыкается .

Если для частного дома было подобрано отопление водой с естественной циркуляцией, то все горизонтальные трубы прокладывают с уклоном по ходу движения теплоносителя. Это даёт возможность радиаторам не «завоздушиваться». Воздух легче жидкости, потому он уходит по трубам вверх, попадает в расширительную ёмкость, а потом, соответственно, в воздух.

В бак сливается жидкость, объём которой увеличивается с повышением температуры, и создаёт непрерывное давление.

Чтобы создать необходимый циркуляционный напор, нужно обязательно просчитать всю систему отопления при проектировании частного дома. Он зависит от уровня середины котла и самой нижней батареи. Чем больше перепад высоты, тем лучше жидкость перемещается по системе. На него оказывает влияние и разница плотностей горячей и охладившейся жидкости.

Характеризуется система отопления с натуральной циркуляцией изменением температуры в радиаторах и в котле, которая происходит по центральной оси устройств. Горячая вода находится вверху, холодная – снизу. Под воздействием гравитации остывшая жидкость перемещается вниз по трубам.

Передвижение прямо зависит от высоты установки радиаторов. Его повышению содействует и угол наклона подающей линии, которая направлена в сторону батарей, и уклон обратки, направленной к котлу. Это даёт возможность жидкости легче одолевать местное сопротивление труб.

При установке системы отопления в частном доме с естественной циркуляцией котёл ставят в самой нижней точке так, чтобы все батареи находились выше.

Схемы отопительных систем

Схема системы отопления зависит от нескольких критериев:

• метода соединения батарей с подающими стояками. Бывают однотрубная и двухтрубная системы;
• места прокладки линии, которая подаёт горячую воду. Выбирать необходимо между верхней и нижней разводкой;
• схемы прокладывания линии: система тупиковая или попутное передвижение воды в трассах;
• стояки могут располагаться горизонтально или вертикально.

В чём отличие принудительной и естественной циркуляции?

Принудительное передвижение теплоносителя подразумевает циркуляцию жидкости по магистрали благодаря рабочему усилию насоса. Естественная система не нуждается в использовании, какого-либо оборудования, тут теплоноситель движется за счёт разницы веса горячей и уже охлаждённой жидкости.

Однотрубная схема: как регулировать температуру?

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией может иметь только один вариант разводки – верхний. Обратного стояка в ней нет, потому охлаждённая в радиаторах жидкость возвращается в подающую линию. Движение теплоносителя обеспечивает разность температур воды в нижних и верхних батареях.

Для обеспечения одинаковой температуры в комнатах на разных этажах, поверхность приборов для нагрева на нижнем этаже должна быть немного больше, чем на верхних этажах. В нижние радиаторы поступает горячая и охлаждённая в верхних нагревательных приборах жидкость.

В системе однотрубной может быть две версии движения жидкости: в первом случае часть идёт в батарею, другая часть – дальше по стояку к нижним радиаторам.

Во втором случае весь теплоноситель проходит через каждый прибор начиная с верхних. Особенность такой разводки заключается в том, что батареи на нижних этажах получают только охлаждённый теплоноситель.

И если в первом варианте регулировать температуру в комнатах можно при помощи кранов, то во втором их использовать нельзя, поскольку это приведёт к снижению подачи теплоносителя ко всем последующим батареям. К тому же полное перекрытие крана приведёт к остановке циркуляции жидкости в системе.

При установке однотрубной системы лучше выбрать разводку, которая даёт возможность регулировать подачу воды к каждой батарее. Это позволит настраивать температуру в отдельных комнатах и сделает систему отопления более гибкой, а, значит, и эффективной.

Поскольку однотрубная система может быть только верхней, её установка возможна только в сооружениях с чердаком. Как раз там должен располагаться подающий трубопровод. Основной недостаток состоит в том, что отопление, возможно, запустить сразу только по всему дому. Главные преимущества системы заключаются в простоте монтажа и меньшей стоимости.

Плюсы и минусы естественной циркуляции

Достоинства системы отопления с естественной циркуляцией жидкости:

Основной недостаток системы отопления с естественной циркуляцией – ограничения по площади дома и радиусу действия. Ставят её в частных домах, площадь которых не превышает сто квадратных метров. Из-за маленького циркуляционного напора радиус действия отопительной системы ограничивается 30 метрами в горизонтальном направлении. Непременным требованием является присутствие чердака в доме, в котором будет стоять расширительный бак.

Важнейшим минусом также является и медленное прогревание всего дома. При системе с естественным движением необходимо утеплять трубы, которые проходят в помещениях не отапливаемых, поскольку имеется риск замерзания жидкости.

Как правило, для такой системы нужно немного материалов, однако, если местное сопротивление трубопровода необходимо снизить, расходы увеличиваются из-за необходимости использования труб большего размера.

Главные требования к прокладыванию труб:

• система с наименьшим числом поворотов, которые будут мешать потоку жидкости;
• жёсткое следование рекомендованному углу наклона;
• применение труб с проектным диаметром.

Установка системы отопления требует строгого следования техническим требованиям. Несоблюдение правил грозит понижением циркуляции жидкости. При грубых погрешностях в организации системы и вовсе не удастся обеспечить движение теплоносителя по магистрали.

Рассчитываем однотрубную систему отопления сами

Основные стадии при расчёте водяного отопления:

Расчёт мощности котла

Показатели мощности котла считают с учётом потери тепла сквозь полы, стены и крышу дома. Определяя мощность, нужно обратить внимание на площадь поверхностей, материал изготовления, а также разницу температур снаружи и внутри помещения во время обогрева дома.

Расчёт мощности батарей и размера труб

• Определить циркуляционное давление, которое зависит от высоты и длины труб, а также разницы температуры жидкости на выходе из котла;
• подсчитывают потери давления на прямых участках, поворотах и в каждом приборе отопления.

Такие расчёты выполнить человеку без специальных знаний, как и просчитать всю схему отопления с естественной циркуляцией, весьма сложно. Небольшая ошибка приведёт к огромным потерям тепла. Потому расчёты и последующую установку системы отопления лучше всего доверить специалистам.

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

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

В схеме приняты следующие обозначения:

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

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

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

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

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

Естественная циркуляция в контурах отопления

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

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

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

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

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

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

Скорость движения воды

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

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

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

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

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

Монтажные схемы контуров

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

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

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

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

Схема циркуляции. Видео

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

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

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

Система отопления с естественной циркуляцией (с использованием гравитационного давления) применяется в частных домах. Основным достоинством такой системы является практически полная независимость от энергоснабжения дома.

Циркуляция воды (теплоносителя) в такой системе обусловлена гравитационным давлением. Условиями возникновения такого давления являются разность температуры воды и взаимное расположение по высоте котла и приборов отопления (батарей и т.п.).

На примере простейшей системы можно понять принцип работы системы. Нагретая котлом вода, как известно, расширяется и ее плотность (удельный вес) уменьшается. Поскольку она становится легче холодной воды, она, как масло, всплывает наверх. Ее место в котле занимает холодная вода и тоже подвергается нагреву.

Разумеется, что этот процесс возможен только в замкнутой системе. В приборах отопления нагретая вода охлаждается, становится тяжелее, и, как следствие, стремится вниз, активно помогая циркуляции. Система всегда стремится к равновесию. Об этом нельзя забывать, рассматривая те или иные варианты.

Таким образом, гравитационное давление зависит от разности температур. А как влияет расстояние по вертикали? На рисунке мы видим, что батарея находится несколько выше котла. Именно в батарее вода охлаждается, становится тяжелее. Поскольку охлажденная вода находится выше нагретой в котле, она естественным образом стремится вниз и вытесняет из котла нагретую воду, занимая ее место.

В других условиях, когда батарея находится на уровне котла (как правило, уровни определяются по центрам котла и батареи), уровень охлажденной воды в батарее находится на том же уровне, что и холодная вода в котле.

Результат очевиден: гравитационное давление снижается, ухудшается и циркуляция. Ровно настолько, чтобы только поддерживать уровень более холодной воды в батарее на уровне воды такой же температуры в котле.

Однако, система еще остается работоспособной, и батарея продолжает отдавать тепло. Котел продолжает работу, охлажденная вода в батарее еще имеет достаточно высокую температуру, и создается эффект полного прогрева батареи.

Но совсем иначе обстоят дела, когда батарея находится ниже котла. Ее температура невысока, а охлажденная вода не может вытеснить горячую воду из котла, поскольку она уже ниже его. Гравитационное давление на грани исчезновения, циркуляция практически исчезает.

Возникает парадоксальная ситуация: батарея холодная, а поднимать температуру котлом уже нельзя, он и без того на грани закипания. Вот такая зависимость гравитационного давления от высоты расположения батарей относительно котла.

А как выглядит система с естественной циркуляцией с математической точки зрения? Вернемся к нашему первому варианту и рассмотрим давление столба воды высотой H в области котла (P кот) и в области батареи (P бат).

Давление в области батареи будет опреляться формулой:


а давление такого же столба воды в котле:




Действующее гравитационное давление при этом будет равно разности давлений:
• p o – плотность охлажденной воды, кг/м3;
• p г – плотность горячей воды, кг/м3;
• g – ускорение свободного падения, 9.81 м/с2;
• h – расстояние по вертикали от центра нагрева до центра охлаждения (от середины высоты котла до середины нагревательного прибора), м.
Плотность воды можно узнать в Таблице плотности воды в зависимости от температуры .

Исходя из вышеизложенного можно с уверенностью сказать, что от расположения подающей трубы с горячей водой гравитационное давление очень мало зависит, ведь труба не является основным охлаждающим элементом в системе. Она влияет на давление ровно настолько, насколько она способна охлаждать воду.

Поэтому иногда стояки от котла к верхней подающей трубе вместе с нею утепляют, а от подающей трубы к батарее воду подают трубой увеличенного диаметра без изоляции, что вполне оправдано. Таким образом сохраняют высокую температуру по всей длине подающей горизонтальной трубы и создают охлаждение в подающем стояке.

В результате небольшого охлаждения в трубе средняя точка прибора охлаждения несколько повышается, что ведет к некоторому повышению действующего гравитационного давления в системе с естественной циркуляцией.

Надежность работы естественной циркуляции в системе отопления зависит также от общего сопротивления движению воды в системе, а также и от схемы ее построения.