Гравитационная система отопления.

Особенности гравитационной системы отопления:

Основная особенность гравитационной схемы отопления в том, что вода самотеком циркулирует по системе, в которой в качестве отопительных приборов чаще всего используются змеевики из труб большого диаметра.

Преимущества систем с естественной циркуляцией тепло­носителя в том, что они самые простые, относительно долго­вечные (при правильной эксплуатации могут работать более 40 лет без капитального ремонта) и функционируют на основе физических законов, не требуя дорогостоящего оборудования и дополнительных источников энергии.

Основные недостатки гравитационной системы отопления:

— сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали) из-за небольшого циркуляционного давления;

— медленное включение в работу из-за большой теплоем­кости воды и слабого циркуляционного давления;

— опасность замерзания воды в расширительном баке, смонтированном в неотапливаемом помещении. «

Система отопления с естественной циркуляцией теплоноси­теля (рис. 1) состоит из котла, трубопроводов (подающего и об­ратного), нагревательных приборов и расширительного бака.

Рисунок 1. Схема гравитационного отопления. 1-котел, 2-бак, 3-подающая труба, 4- радиатор, 5-обратная труба.

Вода нагревается в котле и поступает по подающим трубам и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть тепла, по­сле чего по обратным трубам возвращается в котел. Там она снова нагревается до заданной температуры, и цикл повторяется.

При этом все горизонтальные трубопроводы монтируют с наклоном в сторону движения воды, благодаря чему нагретая вода, поднявшись по стояку из-за температурного расширения и выталкивания более холодной водой обратного трубопровода, расходится по горизонтальным отводам самотеком. Охлажден­ная вода тоже самотеком поступает в котел.

Стоит отметить, что уклоны трубопроводов также способ­ствуют отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: так как газ легче воды, он идет вверх, а наклонные участки труб не дают ему задерживаться, он беспрепятственно поступает в рас­ширительный бак, а затем и в атмосферу.

Постоянное давление в системе создает расширительный бак. Он принимает увеличивающийся при нагревании объем воды и отдает воду обратно в трубы при ее охлаждении.

Вода поднимается благодаря расширению и гравитацион­ному давлению. Циркуляция происходит из-за разности плот­ностей нагретой и охлажденной воды. При этом гравитацион­ное давление расходуется на движение воды и преодоление в трубопроводах сопротивлений. Последние вызываются тре­нием воды о стенки труб и имеющимися в системе местными сопротивлениями, к которым относятся ответвления и изгибы трубопроводов, арматура, а также нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений, тем выше гравитационное давле­ние. Чтобы снизить трение воды, используют трубы большого диаметра. Циркуляционный напор зависит от плотности горячей и охлажденной воды, а также,от разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора — чем больше раз­ность высот между ними, тем лучше будет циркулировать вода в системе.

Двухтрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе вода из котла поднимается по подающим трубам вверх и поступает по стоякам и отводкам в нагреватель­ные приборы (рис. 2).От радиаторов теплоноситель по обратным стоякам и подводкам идет в обратный трубопровод, а затем в котел. Посколь­ку каждый прибор обслуживается двумя трубопроводами, си­стема называется двухтрубной.

Рисунок 2. Двухтрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя. а-общий вид, б -расширительный бак, в-схема подпитки, 1-подающий трубопровод, 2-обратный трубопровод, 3-сиггнальный трубопровод, 4-водопровод, 5-отверстия для ручной заливки системы и отвода воздуха, 6-подача, 7-перелив, 8-шаровый кран, 9-фильтр, 10-обратный клапан.

Вода поступает в систему через водопровод, а при его от­сутствии теплоноситель заливают вручную через отверстие рас­ширительного бака. Последний может быть без циркуляции во­ды и с циркуляцией воды.

Рисункок 3. Схема отопления с расширительным бачком сложной конструкции: а — общий вид; б — схема расширительного бака; 1 — подающая труба; 2 — обратная труба; 3 — контрольная труба; 4— труба перелива

Расширительный бак без циркуляции воды — это емкость с двумя трубами, одна из которых является подающим стояком системы отопления, а другая — сигнализатором, предупреждающим о заполнении бака водой. Подающая труба может быть вварена в бачок как сбоку, так и снизу. Сигнальная труба монтируется в бачок только сбоку, в 10 см от верхнего края. У такой конструкции бака есть недостатки: во-первых, приблизительно 1 раз в 6 месяцев необходимо проверять наличие воды в расши­рителе, во-вторых, бачок следует утеплять, так как вода остыва­ет в нем и может замерзнуть при сильных морозах. В расширительный бак сложной конструкции (с циркуля­цией воды) вваривают 3-4 трубы (рис. 3). Подающая и обрат­ная трубы обеспечивают циркуляцию воды в баке, снижая веро­ятность ее замерзания. Трубы перелива и контроля регулируют уровень наполнения бачка. Когда система заполняется водой, на нижнем конце кон­трольной трубы открывают кран и, как только из него польется вода, заполнение системы останавливают, кран закрывают. Труба перелива функционирует в бачке сложной конструк­ции та же, как и в бачке без циркуляции воды.

Одноконтурная двухтрубная система отопления с верх­ней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе котел устанавливают в начале контура, а трубную разводку выполняют слева и справа от него, опоясы­вая таким образом весь дом по периметру. При этом длина коль­ца по горизонтали не должна быть более 20 м. Чем длиннее кольцо, тем сильнее в нем гидравлическое сопротивление.

Двухконтурная двухтрубная система отопления с верх­ней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе котел устанавливают в центре, а трубную разводку выполняют в обе стороны от него. При этом длина кольца по горизонтали не должна превышать 20 м. Кроме того, длина колец системы и количество секций радиаторов должны быть примерно одинаковыми. Это помогает обеспечить гидрав­лическую балансировку системы.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе подающий трубопровод прокладывают снизу рядом с обратным (рис. 4), благодаря чему вода по пода­ющим стоякам двигается снизу вверх, а затем, пройдя через ра­диаторы, по обратным стоякам и подводкам поступает в обрат­ный трубопровод и в котел.

Рисунок 4. Схема двухтрубной системы отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя: 1 — подающий трубопровод; 2 — обратный трубопровод; 3 — сигнальный трубопровод; 4 — водопровод; 5 — кран Маевского.

Воздух удаляется из системы через краны Маевского, кото­рые устанавливаются на всех радиаторах, или через автоматиче­ские клапаны-воздухоотводчики.Системы с нижней разводкой могут быть как одноконтур­ными, так и двухконтурными (рис. 5).

Рисунок. 5 Схемы одноконтурной и двухконтурной двухтрубной системы отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя: а, б — двухконтурные системы; в — одноконтурная система со встречным движением теплоносителя; г — одноконтурная система с попутным движением теплоносителя.

Чтобы избежать постоянного стравливания воздуха, систему можно оборудо­вать так называемыми воздушными трубопроводами, которые будут собирать воздух и выводить его в расширительный бак (рис. 6).

Рисунок 6. Схема системы отопления с естественной циркуляцией, нижней разводкой и отводящей воздушной линией: 1 — расширительный бак; 2 — воздушный трубопровод

Однако такая система не оправдывает себя, поскольку очень напоминает систему с верхней разводкой и требует такого же количества труб.

Однотрубная система отопления с естественной цирку­ляцией теплоносителя.

Такая система устраивается только с верхней разводкой по­дающего трубопровода. Обратные стояки в системе отсутству­ют. Однотрубные системы монтируются по двум схемам — про­точной и схеме с замыкающими участками. В проточной схеме подающий стояк отсутствует — радиато­ры по высоте дома последовательно соединены друг с другом. Горячая вода идет сверху вниз, течет через все радиаторы. В нижние приборы она поступает охлажденной, в результате чего в верхних комнатах дома тепло, а в нижних — холодно. Эта проблема устраняется установкой на нижних этажах радиато­ров с большим количеством секций.

Стоит отметить, что в проточной системе нет возможности установить регулировочные краны, поскольку перекрытие кра­на у любого из радиаторов приведет к тому, что вода перестанет поступать во все радиаторы, присоединенные к данному стояку. Также в такой системе исключена регулировка температуры воздуха в помещениях.

В схеме с замыкающими участками — байпасами — часть воды из стояка идет в верхние радиаторы. Оставшаяся вода по­ступает в нижние радиаторы. В такой системе вода почти не остывает, и разница температур в помещениях нижних и верх­них этажей небольшая.

Типовая система отопления дома.

Система квартирного отопления — это система с естествен­ной циркуляцией теплоносителя, предназначенная для обеспе­чения теплом одной или нескольких квартир на одном этаже. В такой системе центр котла расположен выше центра радиато­ров, поэтому гравитация в циркуляционном напоре отсутствует или имеет отрицательные значения. Вода в системе циркулиру­ет только за счет разности плотностей.

Чтобы заставить циркулировать теплоноситель, котел уста­навливают как можно ниже, трубы монтируют с уклоном, стояк с горячей водой утепляют до разводки, а последнюю размещают под потолком.

Система квартирного отопления (рис. 7) состоит из котла, который устанавливают, как правило, на кухне, главного стоя­ка, проложенного под потолком горячего подающего трубопро­вода, горячих стояков, нагревательных приборов, обратных стояков и обратного трубопровода.

Расширительный бак устанавливают в теплом помещении и соединяют с главным стояком. От расширительного бака про­кладывают трубу, которая служит одновременно переливной, сигнальной и воздушной, к кухонной раковине.

Рисунок 7. Схема отопления дома: а — общий вид; б — подсоединение труб к котлу; 1 — подающая труба; 2 — труба с функциями переливной, сигнальной и воздушной; 3 — водопровод; 4 — обратная труба

Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности

Гравитационная система отопления, её принцип работы, преимущества и недостатки

Весьма распространенный тип обогрева помещений – гравитационный. Система такого типа функционирует, благодаря циркуляции воды по отопительным трубам. Метод отопления используется во многих квартирах, но отлично подходит для загородного дома. Гравитационная обогревательная система проста, надежна и применяется уже много лет.

Особенности гравитационного метода отопления дома и принцип работы

Метод обогрева был разработан с применением базовых законов физики и применялся на протяжении многих лет. Базовая особенность – циркуляция жидкости не нуждается в поддержке электроэнергии, протекание является самоподдерживающимся. Гравитационный обогрев отличается надежностью – трубы функционируют десятилетиями, не нуждаясь в замене. От владельца жилплощади требуется только эпизодическая профилактика.

Из-за слабого давления при циркуляции жидкости система не способна прогреть пространство в большом радиусе. Действие распространяется на расстояние около 30 м от источника тепла. Прогрев происходит неспешно, ввиду свойств воды, также, жидкость в расширительном баке может начать замерзать при экстремально низких температурах. Для правильной работы гравитационного отопления учитывают особенности этого способа обогрева для сведения недостатков к минимуму.

Компоненты, составляющие систему:

• радиаторы;
• расширительный бак;
• котел;
• в некоторых случаях — гравитационный капкан.

Схема функционирования звучит просто. Нагретая в котле вода проходит по трубам и подается в радиаторы, которые отдают тепло в помещения. По возвратным трубам жидкость протекает назад, в котел, где снова подвергается нагреву и подается к батарее. Для равномерного нагрева цикл проходит постоянно. Для бесперебойной и правильной работы системы трубы устанавливают под углом. Они наклонены по направлению течения.

Работа схемы объясняется физическими свойствами воды. Горячая вода подвергается физическим изменениям на молекулярном уровне. Она поднимается по трубам благодаря расширению из-за высокой температуры. Холодная вода, присутствующая в системе в обратной трубе участвует в процессе – она выталкивает массу горячей воды и задает направление.

Схема работы гравитационного метода отопления дома

Теплая жидкость распространяется по отводам самопроизвольно, благодаря температуре и текучести. Форма трубопровода помогает в этом. Холодная часть воды протекает по тем же законам, но двигается в обратном направлении. Наклон трубы одновременно стимулирует движение и способствует выходу воздушных пузырей в сторону расширительного бака. Пузырьки стремятся вверх, ввиду разницы массы газа и воды, полегание трубопровода под углом не позволяет воздуху скопиться в профиле.

Бак поддерживает давление во всей системе. В него протекает теплая вода, объем которой увеличен, а когда жидкость охлаждается (с уменьшением объема), она покидает бак и вновь участвует в цикле. Давление позволяет воде беспрепятственно продвигаться по трубам с относительно постоянной скоростью. В основе цикла лежит разница между плотностями горячей и холодной воды, помещенной в специальные условия. Без влияния давления или в трубопроводе неверной конструкции циркуляция не произойдет.

Проектирование системы производит обученный специалист. Сложность конструкции и множество нюансов не позволят обывателю точно спланировать и установить схему гравитационного отопления без помощи теплотехника. Особенности конкретного проекта зависят от множества аспектов. Для правильного проекта понадобится рассчитать показатели гидравлики (по которым определяется размер труб для системы), учтет внешние условия и т. д., чтобы отопление работало без перебоев.

Выбор труб

Необходимый размер профиля для трубопровода называют по завершении проектирования системы – это задача мастера. Владелец дома, в свою очередь, может выбрать трубы для монтажа. Вариант всегда может порекомендовать специалист по проектированию, но нужно понимать, какие параметры имеет тот или иной материал, как он повлияет на работу отопления. Для гравитационного обогрева используют следующие варианты:

• профиль из нержавеющей стали;
• полипропилен;
• медь.

Полипропиленовая труба считается лучшим выбором. Материал мало весит, прост в монтаже и не поддается коррозии. Последнее свойство особенно важно, поскольку материал будет в постоянном контакте с жидкостью. Полипропилен имеет отличную шумоизоляцию. Обычно течение воды не сопровождается громкими звуками, но благодаря свойствам материала работа системы будет проходить абсолютно беззвучно.

Основной момент при монтаже полипропиленового трубопровода – максимальная температура, которую выдерживает выбранная труба. Сопротивляться температурной деформации полипропиленовому трубопроводу помогает армирующее покрытие. Это защитный слой, нейтрализующий воздействие горячей воды на материал.

Часть трубопровода, по которой вода возвращается в котел рекомендовано монтировать из стали. Этот металл ускоряет охлаждение жидкости и снижает гидравлическое сопротивление во время работы отопительной системы.

Разновидности систем гравитационного отопления

Всего существует 2 типа систем. Они различаются по сложности конструкции, монтажа и проектирования. Для каждой есть свои рекомендации по установке и эксплуатации. Отопительные установки бывают двухтрубными и однотрубными.

Двухтрубные системы

Отличаются сложной конструкцией, непростым монтажом. Для работы используют 2 контура. Один отвечает за движение жидкости от котла в сторону радиаторов, а другой за возвращение воды в котел. Данный вариант отопительной системы ставят чаще, ввиду больше надежности, лучшего эффекта. Проектирование отнимает больше времени, поскольку учитываемых позиций элементов, а также переменных в расчетах становится больше (по сравнению с однотрубным проектом).

Двухтрубная система отопления

Однотрубные системы

Имеют только один контур. При проектировании, зависимости от количества установленных батарей, проводится расчет объема расширительного бака. Уровень воды в данной емкости должен постоянно отслеживаться. Он не должен падать ниже трубы, распределяющей жидкость по батареям. Нормальный уровень заполнения бака – ¾ от всего объема. Сильное снижение уровня может стать помехой для циркуляции воды, полностью прекратить процесс.

Схема однотрубной системы гравитационного отопления проще, чем двухтрубная, но проект должен быть продуман до мелочей. Небольшой просчет может стать причиной отсутствия циркуляции и обогрева дома.

Однотрубная система отопления

Работа установки всецело зависит от правильного давления в трубах, его равномерному распределению. Без этого циркуляция будет невозможна.

Дополнения для повышения эффективности системы

Отопительная установка может работать лучше, если в проект будут внесены усовершенствования. Данные меры оптимизируют систему, увеличивают КПД и сглаживают недостатки, которые могут сказаться на качестве функционирования. Можно предложить следующие дополнения:

1. Монтаж обратного капкана, который блокирует случайное движение жидкости не в том направлении.
2. Монтирование циркуляционного насоса. Установка этого дополнения снижает инерционность гравитационной системы. В случае превышения времени, отведенного на нагрев, данное улучшение увеличивает скорость протекания воды. В результате жидкость нагревается до необходимого уровня.
3. Уклон магистрали. Позволяет получить оптимальный уровень давления в ходе работы системы.

Гравитационное отопление в базовой комплектации будет работать и без дополнительных мер, но монтаж вспомогательных элементов значительно повысит эффективность и снизит вероятность поломок. Для внесения изменений, их заранее обговаривают с теплотехником, ответственным за проект.

Плюсы и минусы

Любой метод отопления имеет свои сильные и слабые стороны. На них следует обратить внимание для сравнения с альтернативными вариантами отопления. Знание плюсов и минусов позволяет оценить, насколько удобен этот вид обогрева для конкретного здания.

1. Работа без электропитания.
2. Прочность (металлические трубы очень устойчивы к разрушению, они могут служить до 40 лет без ремонта).
3. Легкость в использовании.
4. Бесшумная работа (течение воды не сопровождается громкими звуками, их наличие указывает на возможную неисправность).

1. Организация гравитационного отопления для дома требует значительных финансовых вложений. Затраты на проект, материалы и монтаж, вкупе с возможными дополнениями могут быть действительно крупными.
2. Отдельные разводные схемы бывают связаны с сильной разницей температур в радиаторах системы.
3. Прогрев всех батарей в доме – медленный процесс, когда установку для обогрева запускают впервые. На нагрев уходит от 4 часов.
4. Есть риск замерзания расширительного бака. Это случается, когда вода циркулирует с небольшой скоростью. Чтобы исключить возникновение подобной проблемы, некоторые части системы придется утеплить.

Гравитационная система отопления – самая архаичная, но самая надежная из существующих. С момента изобретения она прошла некоторые этапы «эволюции», но основной принцип остался неизменным. При сотрудничестве с грамотным проектировщиком, затрате определенных средств и наличии условий для проведения отопления это один из лучших вариантов для загородного дома.

О гравитационной системе отопления дома можно узнать и из видео:

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 28.07.2020

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!