Что из себя представляет гравитационная система отопления?

Гравитационная система отопления — означает обогрев помещения, квартиры или частного дома, с помощью воды, которая движется по трубам контура естественным образом, отсюда и название. Система работает без вмешательства электрического оборудования и установки насоса. Она является отличным решением для использования на даче и в частных домах, где присутствует риск с перебоями в электроснабжении.

Особенности и принципы работы системы

Другими словами, систему называют самотечной или с естественной циркуляцией. При нагреве, вода имеет свойство «расширятся», в этом и кроется весь принцип, по которому происходит циркуляция воды по трубам с помощью создания разного давления по замкнутому контуру. Простым языком, вода нагретая котлом, поступает к батареям, отдает своё тепло и возвращается, вытесняя вновь нагретую часть воды. Это происходит потому, что масса остывшей воды больше, а плотность выше. Такое явление, называется — конвекцией. Процесс в гравитационной системе отопление будет повторяться бесконечное количество раз, пока работает котёл. Придавать воде движения, котлу помогает разгонный коллектор. Он устанавливается вертикально над котлом, как можно выше, иногда на чердак дома, а сам котёл максимально низко по отношению к отопительным батареям. Скорость, которую он будет предавать воде, выталкивая её, напрямую зависит от высоты этого вертикального столба над котлом.

Вся система состоит из таких элементов:

1. Котел;
2. Расширительный бак;
3. Трубы для циркуляции воды;
4. Радиаторы (батареи);
5. Гравитационный клапан (если потребуется).

На скорость циркулирующей воды в гравитационной системе отопления влияет ещё один фактор — гидравлическое сопротивление. Он зависит от следующих параметров:

• от изгибов по контуру циркуляции воды и от их количества. Это напрямую влияет на сопротивление, которое будет встречаться на пути у воды;
• от диаметра трубы;
• от количества задвижек, кранов, клапанов и т.д.

Обратите внимание!

Для того, чтобы краны не мешали напору воды свободно двигаться по трубам, они должны быть в открытом состоянии и иметь просвет, который будет максимально близок к диаметру трубы.

Когда вода, постоянно будет находиться в процессе нагревания, определённая её часть будет исчезать под видом испарений. Для этого, в верхней части конструкции установлен расширительный бак. Его функции таковы:

1. Вывод образовавшегося пара из системы;
2. Компенсация потерянного объема воды;

Такая схема с использованием расширительного бака, называется — открытой. Она имеет свой недостаток — вода испаряется достаточно быстро. Во избежание подобных ситуаций, используют схему закрытого типа, для больших систем гравитационного отопления. Она отличается от открытой тем, что:

• в ней нет расширительного бака открытого типа. Вместо него, в том же месте, устанавливается воздухоотводчик, он срабатывает автоматически;
• схема защищает систему от ржавления труб и установленных на них элементов, за счет вывода кислорода из состава воды;
• чтобы компенсировать давление остывшей воды, устанавливается расширительный бак с мембраной закрытого типа. Она эластична и играет компенсирующую роль в изменении гравитационного давления в замкнутом контуре.

Монтаж

После того, как выбор пал на систему гравитационного отопления, надо приступать к процессу проектировки. Ни в коем случае, не стоит браться за это самостоятельно. Только специалист-теплотехник сможет надлежащим образом оценить обстановку и составить проект правильно, с учетом всех тонкостей. Он производит расчеты всех параметров системы и вычислит гидравлические показатели, которые скажутся на выборе диаметра будущего трубопровода, это лишь небольшая часть его работы. Если для клиента имеет значение внешний вид системы, приглашают дизайнера.

Какие трубы использовать?

Длина и диаметр труб, будет известен по окончанию проекта. Остается определиться с материалом. Для монтажа используют стальные трубы, медные, из нержавейки и полипропилена. У последнего, есть ряд преимуществ перед остальными. Это легкий вес материала, еще он удобен в процессе установки, обладает высокой шумоизоляцией, антикоррозийным эффектом и устойчивостью к размораживанию.

Важно!

При установке труб из полипропилена, обращайте внимание на температуру, максимум которой, характерен для данной трубы. Важную роль сыграет армирующий слой, который поможет сохранить первоначальную форму труб и защитит от воздействия высоких температур.

Но, обратную часть трубы, входящую в котел, советуют ставить из стали. Своим материалом, она обеспечит снижение температуры воды и поспособствует уменьшению гидравлического сопротивления.

Виды гравитационной системы отопления

Существует два вида системы гравитационного отопления:

Двухтрубная система является более сложной и предполагает наличие двух контуров. Внутри одного контура, теплоноситель (вода), движется от котла к батареям, а по второму, вода возвращается обратно к котлу. Помните, что этот вид системы, требует более тщательной проектировки. Процесс монтажа, также будет не самым простым, рассмотрим его поэтапно:

• установка стояка, он будет выполнять основную роль, он проходит от бака к котлу;
• основной стояк с разводкой, соединяется на уровне 1/3 общей высоты комнаты от уровня пола;
• труба перелива крепится к расширительному баку, по ней лишняя жидкость уходит в канализацию;
• для того, чтобы вода уходила обратно в котел, в нижнюю часть батарей, врезаются трубы «обратки».

В одноконтурной системе, основополагающую роль играет желаемое количество радиаторов. От этого зависит объем расширительного бака. Обычно, он заполняется на три четверти от общего объёма.

Стоит постоянно следить за уровнем воды в баке, он не должен быть ниже уровня трубы, по которой идет распределение воды по радиаторам. Это грозит прекращением циркуляции теплоносителя.

Хоть однотрубная система и проста, так кажется только на первый взгляд. Не правильно сделанный проект, повлечет за собой уйму проблем и последствий, доверьте это дело профессионалам.

При проектировке естественной системы, главное внимание стоит уделять равномерному распределению давления по замкнутому контуру и правильной циркуляции теплоносителя.

Рекомендации для данной системы

Для усовершенствования существующей схемы, специалисты могут предложить следующие меры по увеличению КПД:

1. Установка насоса. Он является циркуляционным и устанавливается на байпас. Его призвание в том, чтобы уменьшить инерционность системы. Если время нагрева будет превышено, насос поможет увеличить скорость хода воды по трубам, для получения требуемой температуры;
2. Магистральный уклон — для достижения оптимального давления в системе гравитационного отопления.
3. Снижение изгибов по всей длине трубопровода. Это способствует снижению риска для уменьшения скорости воды по магистрали.
4. Установка обратного капкана. Он предотвратит возможность движения воды в обратном направлении.

Подогрев пола

Чтобы сделать пол теплым, потребуется коллекторная вырезка. Каждый контур, подключается через индивидуальный регулятор температуры. Это усложнит проект системы в целом, но создаст дополнительный комфорт. В этом случае, установить подающий коллектор надо на чердаке, так как там, самая верхняя точка дома, если чердак не утеплён, обязательно сделайте это. Все эти меры предпринимаются перед монтажом всей системы.

Преимущества и недостатки гравитационной системы отопления

Подводя итог, перечислим основные плюсы, которыми обладает гравитационная система:

1. Надежность (поскольку система сделана из высокопрочного метала и других надежных материалов, ремонтных работ придется ожидать очень долго, так как элементов, которые подвергаются быстрой порче нет);
2. Отсутствие зависимости от энергоснабжения;
3. Отсутствие шумов и вибраций;
4. Простота эксплуатации.

Казалось бы, минусов и вовсе нет, но они есть, хоть и не значительные:

1. На первый взгляд вся система довольно проста, но это не относится к финансовым вложениям на её приобретение. Сумма будет достаточно крупной;
2. Некоторые схемы разводки, предполагают большую разницу температур между батареями;
3. Если скорость циркуляции будет низкой, есть вероятность того, что расширительный бак и часть системы находящаяся на чердаке замерзнет, поэтому, ранее говорилось об его утеплении.
4. При первом запуске системы, нагрев всех радиаторов находящихся по всему контуру, займет несколько часов.

Вывод

Гравитационная система отопления, является очень успешным решением многих проблем, если присутствует фактор неуверенности, проконсультируйтесь у специалистов, подсчитайте расходы, взвесьте все за и против, и тогда, правильное решение не заставит себя долго ждать!

Гравитационная система отопления: схема и расчет

Приветствую всех читателей моего блога! Сегодня в этой статье я расскажу вам о гравитационных системах отопления.

А конкретно о том, как они работают и где их целесообразно применять.

Постараюсь, как обычно, быть кратким, но информативным, чтобы без лишней «воды» дать вам основное, что нужно о них знать.

Для краткости я буду использовать либо жаргонизм «гравитационка», либо сокращение ГСО.

Делается это для того, чтобы не перегружать текст длинными словами. Итак, поехали!

Принцип работы гравитационной системы отопления

Гравитационная система отопления это наиболее архаичная система водяного отопления.

Впервые ее применили в первой половине 19 века для обогрева оранжерей.

Физический принцип ее действия основывается на том, что разогретая жидкость расширяется и меняется ее плотность (жидкость становится «легче»).

Внутри котла происходит разделение по плотности — нагретый теплоноситель поднимается по подающей магистрали, а холодный стремится вниз по обратной в сторону котла.

Из-за эффекта непрерывности струи начинается круговое движение жидкости — циркуляция.

Скорость циркуляции в ГСО зависит от разницы уровней (ниже на рисунке обозначено как H) центра нагрева (котла) и центра охлаждения (радиаторов).

Чем больше разница уровней, тем больше будет скорость жидкости внутри системы.

Устройство гравитационной системы отопления

Устроена ГСО достаточно просто. Чтобы не томить вас лишними словами сразу перейдем к рисунку:

Гравитационная система отопления с мембранным расширительным баком

На рисунке изображена двухтрубная гравитационная система (ранее я уже писал статью про двухтрубные и однотрубные системы рекомендую ее к прочтению).

В самой верхней точке системы располагают в классическом варианте расширительный бак открытого типа.

От котла вверх уходит подающая труба (на рисунке горячая магистраль), по которой разогретый теплоноситель идет к приборам отопления.

В них он остывает и идет обратно в котел по обратной трубе (на рисунке обратная магистраль).

В двухтрубной ГСО магистрали прокладываются с соблюдением уклонов.

У подающей магистрали уклоны делаются в сторону отопительных приборов, у обратной магистрали уклон идет в сторону котла.

Теперь давайте рассмотрим однотрубный вариант гравитационной системы отопления:

Гравитационная однотрубная система отопления

Работает однотрубная ГСО также, как и двухтрубная. Отличием здесь будет наличие разгонного коллектора — специальной трубы в, которой увеличивается скорость теплоносителя под действием силы тяжести.

Из-за последовательного прохождения радиаторов, температура теплоносителя снижается от начального радиатора к конечному.

Чтобы это компенсировать необходимо увеличивать количество секций у последних радиаторов, а это не всегда возможна из-за ограниченности пространства.

Возможен также вариант ГСО с мембранным расширительным баком вместо открытого.

В этом случае желательно, чтобы котел был рассчитан на давление 3 атмосферы, так как придется устанавливать группу безопасности на подающую магистраль.

Предохранительный клапан в стандартной группе безопасности как раз рассчитан на 3 атмосферы.

Если же ваш котел рассчитан на открытую систему (на давление 1 — 1,5 атм), то при установке мембранного бака и стандартной группы он может выйти из строя.

Мембранный расширительный бак может быть расположен в любом удобном месте ГСО, а в верхней точке системы необходимо установить воздухоотводчик.

Закрытая гравитационная система отопления

Давайте двигаться дальше. Поговорим о том, как рассчитывать гравитационную систему и как выбирать диаметр труб для нее.

Расчет гравитационной системы отопления

Если вы собрались сделать гравитационную систему отопления, то вам необходимо сделать хотя-бы минимум расчетов. А лучше вообще сделать полноценный проект.

Это будет идеал и если ваш бюджет потерпит такие траты, то я их весьма рекомендую.

Возможно уже на этапе проекта инженер выявит возможные сложности в реализации и вам удастся избежать переделок. Итак, давайте начнем рассматривать формулы!

Первая формула, которая нам понадобится:

Расшифровывается она следующим образом:

• p_ниж — давление на нижнем уровне.
• p_вер — давление на верхнем уровне.
• ρ — плотность жидкости.
• g — ускорение свободного падения 9,8 м/с².
• h — разность высот между уровнями.

По этой формуле определяется гидростатическое давление в системе отопления. Из нее следует очевидный вывод, что давление в системе будет тем больше, чем больше ее высота.

Но теплоноситель (в частном случае вода) циркулирует по ГСО и этот момент учитывает равенство Бернулли, которое выглядит так:

Уравнение Бернулли показывает, что полное давление зависит не только от высоты, но и от скорости движения жидкости в системе.

Однако, вклад гидродинамического давления в полное значительно меньше, чем гидростатического (менее 5%) поэтому им пренебрегают для простоты расчетов.

Как известно, циркуляция в ГСО происходит из-за разности давлений, создаваемых горячей и холодной водой.

Эта разность называется естественным циркуляционным давлением и вычисляется по следующей короткой и простой формуле:

Расшифровывается это так:

• ρ_хол — плотность холодной воды.
• ρ_гор — плотность горячей воды.
• Δp — естественное циркуляционное давление.

Плотности воды при определенных значениях температуры являются справочными величинами, которые просто узнать из справочников.

Эта формула подходит для расчета естественного циркуляционного давления в одноэтажном доме, где имеется один центр охлаждения. в двухэтажном доме таких центров будет уже 2 и формула примет следующий вид:

• h1, ρ1 — уровень центра охлаждения плотность воды на первом этаже.
• h2, ρ2 — уровень центра охлаждения плотность воды на втором этаже.

После расчета естественного циркуляционного давления необходимо рассчитать расход воды.

Делается это следующим образом:

Расшифровка здесь такая:

• G — расход теплоносителя кг/сек.
• Q — количество теплоты, генерируемое котлом.
• С — удельная теплоемкость.
• Δt — разность температур между горячим и остывшим теплоносителем.

Для наглядности предлагаю посмотреть короткое видео с примером расчета ГСО:

Гравитационная система отопления: диаметры труб

При выборе труб нам необходимо, чтобы они обеспечивали необходимый расход воды, а естественного циркуляционного давления должно хватать для компенсации потерь на трение о стенки и преодоление местных сопротивлений (тройники, отводы, вентиля и так далее).

Падение давления, вызванное трением определяется по равенству Дарси Вейсбаха:

• ΔP — падение давления на участке трубопровода.
• λ — коэффициент потерь на трение по длине участка. Табличная величина.
• L — длина участка.
• D — диаметр трубы на участке.
• V — скорость жидкости в трубе.
• ρ — плотность жидкости.

Общие потери давления в системе будут определяться как сумма потерь на всех участках труб и местных сопротивлениях (потери в местных сопротивлениях находятся по формуле

Об этом я писал в своей статье, посвященной гидравлическим расчетам.

Для того, чтобы появилась циркуляция, естественное давление циркуляции должно превысить общие потери давления в ГСО:

Для того, чтобы сэкономить время, строители давно разработали специальные таблицы, которым можно быстро выбрать необходимый диаметр трубы.

Скажу сразу, что в ГСО металлическая труба начинается от 50-го диаметра, а пластиковые трубы могут использоваться начиная от диаметра 63 мм.

Их самым главным недостатком будет их цена. Кроме того, есть определенные сложности с их монтажом.

Тут нужно будет привлекать опытного человека, который сможет соблюсти все уклоны и прочие нюансы системы.

Гравитационная система отопления: плюсы и минусы

Эта статья, конечно же, не претендует на полноту освещения вопроса и призвана дать читателю только начальные знания о гравитационных системах отопления. Поэтому прошу не судить строго.

Главным преимуществом такого отопления является его независимость от работы насосов и долговечность системы.

Ее наиболее удобно применять в глухих уголках нашей страны, где могут возникать долгие перебои с электроэнергией.

Главный недостаток ГСО — высока начальная стоимость материалов и сложности монтажа. Но долгий срок ее службы вполне все окупает.

На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях! Не забываем делиться статьей через социальные сети.