Самотечная система отопления с естественной циркуляцией

Необходимо отметить, что система отопления с естественной циркуляцией используется в частных домах достаточно давно – с начала прошлого века. По сути, она появилась одновременно с водяным отоплением и не теряет популярности по сей день. Цель данной статьи – описать, за счет чего функционирует такая схема и рассказать интересующимся домовладельцам о существующих разновидностях подобных систем.

Принцип работы и особенности самотечных систем

Как явствует из названия, в нашем случае теплоноситель движется по трубопроводам самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия с помощью насоса. Подобный способ циркуляции применялся изначально во всех системах водяного отопления. В нынешнее время, когда появились циркуляционные насосы, владельцы частных домов интересуются самотечными схемами с одной целью: быть независимыми от внешних источников электроэнергии.

В основе самостоятельного движения теплоносителя лежит явление конвекции. Одна и та же среда (в данном случае – вода), имеющая разную температуру, различается и по удельному весу. Простыми словами, куб холодной воды весит больше, чем 1 м3 горячей из-за различной плотности. Внутри замкнутого пространства труб это приведет к тому, что остывающая среда станет постоянно выталкивать вверх более легкую горячую воду. Типовая схема такой системы показана на рисунке:

Вследствие разности плотностей и масс воды внутри самотечной системы отопления возникает небольшое избыточное давление, преодолевающее гравитацию и силу трения, в результате чего возникает естественная циркуляция теплоносителя. Отсюда и второе название – гравитационная.

Поскольку величина возникающего избыточного давления невелика, для естественной циркуляции воды в системе отопления нужно создать благоприятные условия. Этому способствуют следующие мероприятия:

• применение труб увеличенных диаметров, рассчитанных на медленное течение воды (0.1—0.3 м/с);
• соблюдение уклонов горизонтальных магистралей. Величина уклона – не менее 3 мм на 1 м трубопровода;
• значительная разница температур теплоносителя в подающей и обратной магистрали (не менее 25 °С);
• монтаж в самой верхней точке сети расширительного бака открытого типа, сообщающегося с атмосферой;
• установка котла таким образом, чтобы его патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа.

Для справки. На практике при устройстве самотечных систем своими руками магистральные трубопроводы прокладываются из труб диаметром не менее 50 мм (2 дюйма), а подводки к радиаторам – 20 мм (3/4 дюйма).

Часто домовладельцы задаются вопросом – а можно ли сделать систему с естественной циркуляцией закрытой, поставив расширительный бак мембранного типа? Ответ очевиден: при расширении жидкость должна будет преодолеть сопротивление мембраны бака, а избыточное давление в сети и так невелико. Скорость движения теплоносителя снизится до минимума, а то и до нуля. Поэтому схемы, использующие гравитационный принцип работы, всегда делаются открытыми.

Важное преимущество, которое дает самотечная система отопления, — независимость от электроэнергии, что очень актуально в районах с ненадежным электроснабжением. Но за это приходится расплачиваться более дорогим монтажом и большими трубами, идущими через все помещения. Схема не может быть реализована в частных домах большой площади и этажности из-за низкой эффективности и экономической нецелесообразности. В таких коттеджах применяется система закрытого типа с насосом и средствами бесперебойного электропитания.

Схема однотрубной системы отопления

В подобных схемах раздача горячего теплоносителя радиаторам и отбор остывшего осуществляется по одной и той же трубе. Если разводка – горизонтальная, то магистраль представляет собой замкнутый контур, идущий от подающего патрубка котла к обратному. Батареи же присоединяются к нему обоими подводками. Примером может служить популярная однотрубная система отопления ленинградка, могущая работать с естественной циркуляцией теплоносителя. Ее схема для одноэтажного дома показана ниже:

Непременным условием нормальной подачи воды в радиаторы здесь является наличие петли разгонного коллектора. К его верхней точке подключается открытый расширительный бак. Нагретая вода из котла поднимается по коллектору, после чего по принципу сообщающихся сосудов затекает во все батареи. Если их количество не превышает 5, то отопление будет работать без проблем, это проверено на практике.

Дело в том, что каждый последующий отопительный прибор получает смесь горячего и остывшего теплоносителя из предыдущей батареи. Поэтому теплоотдача его снижается, если не нарастить количество секций. Когда число радиаторов превышает 5, то последние из них будут слишком холодными, сколько секций ни добавляй. При такой необходимости нужно монтировать двухтрубную гравитационную систему, о чем пойдет речь далее.

Для двухэтажного частного дома площадью до 200 м2 хорошо подойдет однотрубная система отопления с вертикальными стояками и естественной циркуляцией. Городить на каждый этаж горизонтальную ленинградку, подключенную к вертикальному коллектору, не имеет смысла, да и работать это будет плохо. Правильнее провести подающую магистраль по чердаку или под потолками второго этажа и опустить от нее стояки, как изображено на схеме:

Нагрузка на стояки небольшая – всего по 2 отопительных прибора, так что их температура будет почти одинаковой. Чтобы батареи не зависели друг от друга, между подачей и обраткой можно поставить перемычки – байпасы.

Совет. Для балансировки или отсечения в самотечных системах необходимо использовать арматуру с наименьшим сопротивлением – полнопроходные краны и специальные термостатические вентили.

Схема двухтрубной системы

Здесь тепло переносится к радиаторам по одной трубе, а остывшая вода возвращается по другой. Это позволяет обеспечить эффективную работу большего количества батарей, подключенных к одной горизонтальной ветви. В одноэтажном доме подающий коллектор размещают на чердаке или под потолком, обратный – над полом. Разгон тут не требуется, труба и так поднята на достаточную высоту, что и показано на изображении:

Как видно по схеме, оптимальное решение для хорошей естественной циркуляции – это двухтрубная система отопления, разделенная на 2 ветви с одинаковым количеством радиаторов на каждой. В противном случае из-за уклонов на большой длине монтаж трубопроводов будет затруднен. Что касается двухэтажного дома, то здесь опять же уместна вертикальная разводка, но с разделением на магистрали подачи и обратки. Как это правильно сделать, отражено на схеме:

При двухтрубной системе все батареи получают теплоноситель с одинаковой температурой, это важный плюс. Также становится проще осуществлять автоматическое регулирование, так как приборы не зависят друг от друга. Недостаток состоит в большем расходе материалов для вариантов горизонтальной разводки, например, в двухэтажном здании:

Для справки. Большинство домовладельцев для улучшения работы системы все же устанавливают на обратном коллекторе циркуляционный насос. Но ставят его на байпасе, чтобы в случае отключения электричества всегда можно было перейти на самотек, открыв соответствующий кран.

Заключение

Естественная циркуляция в системах водяного отопления хоть и дает независимость от электричества, но требует тщательного подхода в расчетах и монтаже. Особенно это касается однотрубных схем с горизонтальной разводкой, где нужно тщательно подбирать мощность батарей. Не всех устроят и большие трубы, проходящие через помещения. Даже если подачу упрятать на чердак, а обратку – в подпольный канал, то все равно на виду останутся подводки к радиаторам.

Самотечная система отопления для частного дома: простая и недорогая схема с естественной циркуляцией

Централизованная система отопления постепенно отживает свое, поскольку, как можно заметить, она не способна справиться с возложенными на нее задачами по отоплению помещений. Поэтому, все чаще можно встретить использование автономного отопления.

Наиболее актуальным данный вопрос является для частных домов, по причине отсутствия какого-либо источника тепла. Существует несколько схем отопления, что дает возможность каждому выбрать свою по душе и в соответствии с финансовыми предпочтениями.

Разновидности

Рассмотрим варианты систем отопления для частных и многоквартирных домов:

• с использованием принудительной циркуляции теплоносителя;

• естественная циркуляция с использованием самотёка теплоносителя.

Системы с естественной циркуляцией получили широкое распространение, главным образом, благодаря своим сильным сторонам:

• функционирование системы с естественной циркуляцией независимо от того есть напряжение в сети или нет;

• высокие показатели инерционности системы, где внешние факторы не влияют на распространение тепла.
[advice]Примите к сведению: следует с особым вниманием подойти к выбору диаметра используемых труб для системы отопления, учитывая то, что больший диаметр улучшает циркуляцию воды, однако и здесь тоже следует знать меру.[/advice]

Принцип функционирования оборудования

Система предусматривает проталкивание горячей воды наверх. Использование данной схемы отопления дома позволяет выполнять монтаж котла ниже отопительных радиаторов.

С верхней части вода в трубе с небольшим углом продвигается дальше. Здесь нужно обратить внимание на трубы, что отходят от главной ветки, подключенные к отопительным батареям, поскольку они должны быть тоньше.

Наиболее актуальным этот принцип является для систем с верхним типом раздачи, откуда самотечная система проталкивает воду к радиаторам.

В случае, когда используется схема, подразумевающая нижнюю раздачу, отопление частного двухэтажного дома самотечным способом возможно, только если есть разгонный контур. Это означает, что следует создать перепад высот, путем подключения трубы к котлу, подымающуюся к расширительному бачку. Далее труба опускается на уровень окон и оттуда делается разводка по батареям.

[warning]Следует учесть: помехой самотечной системы отопления может быть низкий потолок, поскольку предусмотрено, что труба от верхней точки котла должна на 1,5 метра отходить, и плюс расстояние на расширительный бачок.[/warning]

Наибольшим плюсом, которым обладает гравитационная отопительная система, является, то, что самотек воды выполняется без участия других систем. Это означает, что в случае использования дровяного котла, горячая вода будет поступать в систему самотеком без использования насоса или какого-либо другого оборудования, требующего включения электричества.

Правда, при помощи таких схем можно обогревать только дома небольшой площади, поскольку существует ограничение длины контура труб не более 30 метров. Такая система еще носит название ленинградка.
Разновидности самотечных отопительных систем

Используется одна или две трубы, и это не влияет на принцип работы, поскольку вода поднимается как можно выше, где учитывается уклон, а далее она поступает во все элементы системы. Двухтрубный вариант системы закрытого типа отличается тем, что вода переходит в соседнюю ветку, через вход обратки котла.

Отличием однотрубной системы является то, что здесь на вход вода поступает от последнего радиатора. Подобный принцип применяется и в отопительных системах, сделанных своими руками.

Используемые радиаторы отопления

Наиболее значимый показатель здесь – это минимальное сопротивление потоку воды. А от ширины просвета радиатора зависит струя теплоносителя, вне зависимости от того, используете вы трубы из полипропилена или из других материалов. Однако, чугунные радиаторы в данном отношении будут просто идеальными, особенно когда используется однотрубная система. Они имеют наименьшее гидравлическое сопротивление.

Хорошо себя зарекомендовали в использовании алюминиевые и биметаллические радиаторы, но нужно обращать внимание на их внутренний диаметр, который не должен быть менее 3/4”. Этого будет для отопления одноэтажного дома вполне достаточно, не используя циркуляционный насос. Разрешается использовать стальные трубчатые батареи.
[advice]Обратите внимание: нежелательно использовать на водяное отопление панельные батареи из стали или другие с маленьким сечением, через которые вода или не сможет протекать вообще, или же будет проходить очень небольшой струйкой, что в однотрубной разновидности ограничит циркуляцию или станет для нее препятствием.[/advice]

Разновидности схем подключения радиаторов

Характерно, что для хорошего отопления недостаточно того, чтобы котлы хорошо нагревали воду. Очень важно для поступления теплоносителя в радиаторы правильно их подключить.

На практике для однотрубного используется нерегулируемое последовательное подключение. Правда, этой проблемы удастся избежать, если у вас будет использована двухтрубная система. Данная система также не использует регулятор, однако, если радиатор завоздушится, система будет функционировать, поскольку вода будет проходить через перемычку (байпас). Правда для такой системы, как теплый пол, данный вариант не подходит.

Установка за перемычкой двух шаровых кранов позволяет, перекрыв поток, снять или отключить радиаторы, при этом систему останавливать не нужно. Так правильный расчет радиаторов отопления позволит Вам помещение оснастить теплоаккумулятором.
[warning]Совет специалиста: циркуляция воды в системе осуществляется за счет разницы температур и разной плотности, поэтому обратный клапан устанавливать не нужно.[/warning]

Выбор труб

Выбирая трубы для отопления, большое значение имеет не только диаметр, но и материал, из которого они изготовлены, а, если быть точнее, гладкость их стенок, поскольку это коренным образом влияет на систему.

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.

Особенности систем самотеком

Ввиду того, что образуются турбулентные потоки, точные расчеты систем провести не удается, поэтому при их проектировке берутся усредненные значения, для этого:

• максимально поднимают точку разгона;

• используют широкие трубы подачи;

Далее от начала первого расхождения до каждого последующего подключают трубу меньшего диаметра на шаг, равный ему, что задействует инерционные потоки.

Также существуют и другие особенности монтажа самотечных систем. Так, трубы должны прокладываться под углом 1-5%, на что влияет протяженность трубопровода. Если в системе достаточный перепад высот и температур, можно использовать и горизонтальную разводку. Важно следить, чтобы не было участков с отрицательным углом, поскольку движением теплоносителя их не удастся достать, по причине образования в них воздушных пробок.

Так, принцип работы может основываться на открытом типе или быть мембранного (закрытого) типа. Если сделать монтаж горизонтальной ориентации, рекомендуется на каждом радиаторе установить краны Маевского, поскольку с их помощью легче ликвидировать воздушные пробки в системе.

Смотрите видео, в котором специалист рассказывает об условиях возможности применения самотечной, безнасосной, гравитационной системы отопления: