Устройство системы отопления с естественной циркуляцией в частном доме

Как известно, система отопления с естественной циркуляцией в частном доме работает за счёт расширения жидкости во время нагрева. Принцип работы такой коммуникации заключается в следующем. Отопительный прибор (котёл) нагревает определённый объём теплоносителя, способствуя движению нагретой жидкости вверх. В это же время холодная жидкость через обратку направляется к котлу.

Во время перемещения по трубопроводам вода отдаёт определённую порцию тепла в окружающее пространство. При движении теплоноситель постепенно охлаждается и обратно попадает в котёл. С этого момента начинается новый цикл нагревания и перемещения жидкости. В нашей статье ознакомимся с нюансами установки отопительной системы с естественной циркуляцией.

Уклон

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

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

Закрытая и открытая

Открытая система отопления с естественной циркуляцией на данный момент считается самым популярным видом. Схему работы этой коммуникации мы описывали выше. Из котла нагретый теплоноситель попадает в трубы, при нагревании он расширяется, что способствует движению холодной жидкости по системе к отопительному прибору.

Одним из основных приборов, используемых в данной схеме, считается расширительный бак. Во время расширения излишки жидкости собираются именно в этой ёмкости. Верхняя часть такого резервуара открытая, что способствует испарению нагретой воды, поэтому в процессе работы отопления жидкость необходимо постоянно доливать. В открытой системе не предусмотрен циркуляционный насос. Её схема состоит из следующих приборов:

• Котёл;
• Трубопровод;
• Отопительные приборы (радиаторы);
• Расширительный бачок.

Теперь ознакомимся с отопительной системой закрытого типа. Подобные трубопроводы герметичны, перемещение теплоносителя здесь происходит с использованием циркуляционного насоса. Перечень основных приборов тот же, но расширительный бачок в данном случае выполнен в виде герметичного резервуара со специальной мембраной для регулирования давления. Кроме этого в закрытой отопительной системе присутствует циркуляционный насос, что позволяет подводить к потребителям равномерно прогретый теплоноситель.

Многие из владельцев загородной недвижимости пытаются понять, какая из отопительных систем лучше. Разница между этими двумя видами заключается в следующих деталях:

• В открытой системе расширительный бачок монтируется наверху, в закрытой системе этот прибор может устанавливаться на любом участке контура;
• В закрытую систему не попадает атмосферный воздух, её работа происходит при определённом давлении. В таком случае становится минимальной возможность возникновения воздушных пробок, что повлияет на продолжительность эксплуатации отопления;
• Для монтажа отопительной системы открытого типа используются металлические трубы большого диаметра, причём весь контур должен выставляться под определённым уклоном. Большие трубы не всегда вписываются в дизайн помещений.
• Закрытая система отопления не нуждается в устройстве труб большого диаметра, здесь нет необходимости соблюдать 1%-й уклон, да и стоимость контура окажется намного дешевле аналога открытого типа. При правильной установке циркуляционный насос не создаст много шума.

Однотрубная Ленинградка

Как утверждают эксперты, простота устройства отопительной системы считается залогом её надёжности. Это можно сказать и о «Ленинградке». Подобная схема может применяться для отопления частного дома с естественной циркуляцией. Оптимальным вариантом считается использование ленинградки в одноэтажных зданиях, хотя при правильном расчёте диаметров труб её можно установить и в двухэтажном жилом доме.

Расположение отопительных приборов по контуру дома

В подобной системе все отопительные приборы располагаются по контуру дома. Сердцем коммуникации считается котёл, который через подающий стояк присоединяется к первой батарее. Далее теплоноситель попадает в остальные радиаторы (второй, третий, четвёртый…). От последнего радиатора отопления вода через обратку поступает обратно в котёл, где и проходит её повторный нагрев.

К преимуществам ленинградки относятся:

• Простота монтажа системы, возможность быстрого восстановления при возникновении аварийных ситуаций;
• Небольшая стоимость оборудования и материалов. Из основных приборов здесь используется котёл, расширительный бачок, циркуляционный насос, батареи отопления, трубы, термостатические клапана.

Схема однотрубной Ленинградки

• При использовании естественной циркуляции теплоносителя максимальный прогрев помещения будет осуществляться с первого отопительного прибора (радиатора);
• При выборе горизонтальной разводки подключение второго контура (тёплого пола) будет проблематичным;
• Для увеличения эффективности системы необходим циркуляционный насос.

Двухтрубная

Как можно понять из названия, двухтрубная система отопления состоит из двух труб. Прогретый теплоноситель передвигается от котла к отопительным приборам по первой трубе. Вторая магистраль служит для транспортирования отдавшей тепло воды обратно в котёл.

К преимуществам такой системы следует отнести:

• Равномерное прогревание всех отопительных приборов. Для регулирования температуры в каждом отдельно взятом помещении на батареи устанавливают термостаты, что приводит к экономии энергоресурсов;
• Возможность использования маломощных циркуляционных насосов.

Система отопления с естественной циркуляцией с двухтрубной верхней разводкой

• Увеличенный расход материалов при монтаже отопления, но трубы здесь имеют меньший диаметр, чем в ленинградке;
• Ремонт отопительных приборов невозможен без слива воды из системы за исключением случаев, когда доступ теплоносителя к каждой из батарей перекрывается специальным краном.

Одноэтажного дома

Основным видом теплоносителя одноэтажного загородного дома может быть вода или антифриз. В последнем случае владелец загородной недвижимости может не сливать жидкость из отопительной системы, если она не работает зимой. Самым популярным видом отопления здесь считается однотрубное с естественной циркуляцией жидкости.

Монтаж отопления начинается с устройства контура из трубы диаметром не меньше 32 миллиметров, причём трубопроводы располагаются по периметру здания. Это необходимо для того, чтобы всё выделяемое тепло попадало во внутреннее пространство дома и расходовалось на обогрев помещений. Радиаторы отопления врезаются в систему при помощи труб меньшего диаметра. Для возможности ремонта отопительных приборов к каждому из них устанавливают кран, в верхней пробке батарей монтируют воздушник.

Радиатор в однотрубной отопительной системе с естественной циркуляцией

По мнению экспертов, монтаж однотрубной отопительной системы нужно начинать с установки котла и только после этого начинают прокладывать трубы. Для отопления загородного дома лучше выбирать металлические трубы, пластиковые изделия здесь не устанавливают, ведь они могут разрушиться через сильное нагревание теплоносителя. Подающая магистраль должна выполняться из 50-миллиметровой трубы, диаметр обратки аналогичен.

При установке контура необходимо соблюдать рекомендованный уклон (1 сантиметр на каждый метр трубопровода). Отопительные приборы монтируют под окнами, их подключают к магистрали при помощи трубы ¾ дюйма.

Как мы уже говорили, по рассматриваемой схеме отопления больше всего прогреваются первые от котла отопительные приборы, поэтому для достижения баланса температуры в доме, перед этими радиаторами монтируют краны для регулирования величины потока теплоносителя. Запорную арматуру можно устанавливать с обеих сторон батарей, что позволит проводить их ремонт без слива теплоносителя из системы.

Двухэтажного дома

В двухэтажных загородных домах рекомендовано использовать закрытую отопительную систему с циркуляционным насосом. В перечень необходимого оборудования здесь входят: котёл, расширительный бак, система трубопроводов, а также необходимое количество радиаторов отопления.

Медные трубы соединяют между собой при помощи специального припоя на основе серебра. Минусом подобного материала считается высокая цена, но он отличается высокими показателями качества и надёжности. Металлические трубы тоже хорошо передают тепло, но они часто разрушаются под воздействием коррозии.

Двухтрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией с верхней разводкой

В двухэтажных зданиях может использоваться три вида разводки: коллекторная, двухтрубная или однотрубная. При подключении отопительных приборов по однотрубной схеме, регулировать температуру в помещениях достаточно сложно, ведь максимальное количество теплоты будет попадать на первые от котла радиаторы, последние батареи будут нагреваться гораздо меньше остальных.

Более подходящим вариантом для двухэтажного загородного дома считается двухтрубная система отопления. Здесь к каждому из отопительных приборов подсоединяется две трубы: по одной из них идёт горячая вода из котла, в другую стекает отдавшая тепло жидкость. Температура теплоносителя в главной подающей магистрали будет одинаковой.

Это достигается за счёт использования циркуляционного насоса. Хозяин дома может регулировать температуру в помещении после монтажа терморегулятора (вентиля), при помощи которого можно устанавливать необходимую интенсивность потока горячей воды.

Как врезать насос

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

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

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

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

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

Система отопления с естественной циркуляцией: принцип работы и варианты реализации

Как работает система водяного отопления с естественной циркуляцией? Каковы основные принципы ее монтажа?

Какие основные схемы можно реализовать, не прибегая к помощи циркуляционного насоса? Давайте постараемся выяснить.

А если выбросить из этой схемы насос?

Что это такое

Если для системы с принудительной циркуляций нужен перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом или обеспеченный подключением к теплотрассе, то здесь картина иная. Отопление естественной циркуляцией использует простой физический эффект — расширение жидкости при нагреве.

Если отбросить технические тонкости, принципиальная схема работы такова:

• Котел нагревает некий объем воды. Так, понятное дело, расширяется и, благодаря меньшей плотности, вытесняется более холодной массой теплоносителя вверх.
• Поднявшись в верхнюю точку отопительной системы, вода, постепенно остывая, самотеком описывает круг по системе отопления и возвращается к котлу. При этом она отдает тепло отопительным приборам и к тому моменту, когда снова оказывается у теплообменника, имеет большую плотность, чем вначале. Далее цикл повторяется.

Полезно: понятное дело, ничто не мешает включить в схему циркуляционный насос. В штатном режиме он будет обеспечивать более быструю циркуляцию воды и равномерный прогрев, а при отсутствии электричества отопительная система будет работать с естественной циркуляцией.

Работа насоса в естественной системе циркуляции.

На фото видно, как решена проблема взаимодействия насоса и системы естественной циркуляции. При работе насоса срабатывает обратный клапан, и вся вода идет через насос. Стоит его выключить — клапан открывается, и по более толстой трубе вода циркулирует за счет теплового расширения.

Общая информация

Основные моменты

• Отсутствие циркуляционного насоса и вообще подвижных элементов и замкнутый контур, в котором количество взвесей и минеральных солей конечно, делает срок службы системы отопления этого типа весьма продолжительным. При использовании оцинкованных или полимерных труб и биметаллических радиаторов — не менее полувека.
• Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Именно поэтому рекомендованный радиус интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Понятно, это не означает, что при радиусе в 32 метра вода застынет — граница довольно условна.
• Инерционность системы будет довольно большой. Между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котлу предстоит прогреть теплообменник, и лишь тогда вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
• Все горизонтальные участки трубопроводов делаются с обязательным уклоном по ходу движения воды. Он обеспечит свободное движение остывающей воды самотеком с минимальным сопротивлением. Что не менее важно — в этом случае все воздушные пробки будут вытеснены в верхнюю точку отопительной системы, где монтируется расширительный бачок — герметичный, с воздушником, или открытый.

Весь воздух соберется в верхней точке.

Саморегуляция

Отопление дома с естественной циркуляцией — саморегулирующаяся система. Чем холоднее в доме, тем быстрее циркулирует теплоноситель. Как это работает?

Дело в том, что циркуляционный напор зависит от:

• Разницы в высоте между котлом и нижним отопительным прибором. Чем ниже котел относительно нижнего радиатора — тем быстрее вода будет переливаться в него самотеком. Принцип сообщающихся сосудов, помните? Этот параметр стабилен и неизменен в процессе работы отопительной системы.

Схема демонстрирует принцип работы отопления наглядно.

Любопытно: именно поэтому отопительный котел рекомендуется устанавливать в подвале или просто как можно ниже внутри помещения. Однако автору доводилось видеть прекрасно функционирующую систему отопления, в которой теплообменник в топке печи был заметно выше радиаторов. Система была полностью рабочей.

• Разницы в плотности воды на выходе из котла и в обратном трубопроводе. Которая, понятно, определяется температурой воды. И вот именно благодаря этой особенности естественное отопление делается саморегулирующимся: как только температура в помещении падает, отопительные приборы остывают.

С падением температуры теплоносителя его плотность увеличивается, и он начинает быстрее вытеснять нагретую воду из нижней части контура.

Скорость циркуляции

Помимо напора, скорость циркуляции теплоносителя будет определяться рядом других факторов.

• Диаметром труб разводки. Чем меньше внутреннее сечение трубы, тем большее сопротивление она будет оказывать движению жидкости в ней. Именно поэтому для разводки в случае естественной циркуляции берутся трубы с намерено завышенным диаметром — ДУ32 — ДУ40.
• Материалом трубы. Сталь (особенно поврежденная коррозией и покрытая отложениями) оказывает потоку в несколько раз большее сопротивление, чем, к примеру, полипропиленовая труба с тем же сечением.
• Количеством и радиусом поворотов. Поэтому основную разводку по возможности лучше делать максимально прямой.
• Наличием, количеством и типом запорной арматуры, разнообразных подпорных шайб и переходов диаметра трубы.

Каждый вентиль, каждый изгиб вызывает падение напора.

Именно из-за обилия переменных точный расчет системы отопления с естественной циркуляцией выполняется крайне редко и дает весьма приблизительные результаты. На практике же достаточно воспользоваться уже приведенными рекомендациями.

Расчет мощности

Эффективная тепловая мощность котла рассчитывается теми же способами, что и во всех других случаях.

По площади

Простейший способ — рекомендованный СНиП расчет по площади помещения. 1 КВт тепловой мощности должен приходиться на 10 м2 площади помещения. Для южных районов берется коэффициент 0,7 — 0,9, для средней полосы страны — 1,2 — 1,3, для районов Крайнего Севера — 1,5-2,0.

Как и любой грубый подсчет, этот способ пренебрегает многими факторами:

• Высотой потолков. Она далеко не везде составляет стандартные 2,5 метра.
• Утечками тепла через проемы.
• Расположением помещения внутри дома или у внешних стен.

Все способы расчетов дают большие погрешности, поэтому тепловая мощность обычно закладывается в проект с некоторым запасом.

По объему с учетом дополнительных факторов

Более точную картину даст другой способ расчета.

• За основу берется тепловая мощность в 40 ватт на кубический метр объема воздуха в помещении.
• Районные коэффициенты действуют и в этом случае.
• Каждое окно стандартного размера прибавляет к нашим подсчетам 100 ватт. Каждая дверь — 200.
• Расположение комнаты у внешней стены даст в зависимости от ее толщины и материала коэффициент 1,1 — 1,3.
• Частный дом, у которого внизу и вверху — не теплые соседние квартиры, а улица, рассчитывается с коэффициентом 1,5.

Однако: и этот расчет будет ОЧЕНЬ приблизительным. Достаточно сказать, что в частных домах, построенных по энергосберегающим технологиям, в проект закладывается мощность обогрева в 50-60 ватт на КВАДРАТНЫЙ метр. Слишком многое определяется утечками тепла через стены и перекрытия.

Схемы разводки

Конкретных примеров и схем того, как может быть реализовано отопление с естественной циркуляцией своими руками, ОЧЕНЬ много. Мы приведем по одному примеру простейших решений для двухтрубной и однотрубной разводки.

Двухтрубная

Разводка двухтрубного отопления с естественной циркуляцией.

Обозначения на схеме:

1. Отопительный котел.
2. Расширительный бак, который служит для компенсации изменения объема теплоносителя при колебаниях температуры и собирает вытесненный воздух.
3. Отопительные приборы — конвектора или радиаторы.

Т1 — нагретая котлом вода, Т2 — остывшая. Красными и синими стрелками показано направление движения теплоносителя.

Здесь при разводке актуальны те же основные принципы, которые были перечислены выше:

• Котел устанавливается по возможности ниже радиаторов.
• По току воды делается уклон в 5-7 градусов.
• Розливы там, где от них запитаны несколько радиаторов, выполняются трубой не ниже ДУ32 мм. Желательно — полимерной или металлопластиковой. Подводки к радиаторам традиционно выполняются трубой ДУ20.

Важно: не путайте ДУ, примерно равной внутреннему сечению трубы, с ее внешним диаметром. В случае полипропилена внешний диаметр 32 миллиметра соответствует всего-то ДУ20.

Двухтрубное отопление частного дома с естественной циркуляцией при правильно подобранных диаметрах труб не требует балансировки, однако дроссели на подводках к радиаторам не помешают.

Наличие двух контуров по всему периметру дома будет довольно накладным: цена полипропиленовых армированных труб не так уж мала, да и сам монтаж займет значительное время. Поэтому для большинства одноэтажных домов применяется однотрубная разводка.

Однотрубная

Простейшая однотрубная схема барачного типа — Ленинградка.

Уклон и диаметр труб здесь такие же. Есть несколько нюансов, важных именно для этой схемы.

• Радиаторы не разрывают основное кольцо, а врезаются параллельно ему. Не переживайте, что в отопительных приборах не будет циркуляции — опыт доказывает обратное.
• Помимо расширительного бачка, воздушником снабжается каждый радиатор. Собственно, если не стравливать воздух полностью из одного отопительного прибора — без расширительного бачка и вовсе прекрасно можно обойтись. Если, конечно, система отопления закрытого типа (изолированная от атмосферного воздуха).
• Дроссели или термоголовки помогут выровнять температуру ближних к котлу и дальних радиаторов.

Вариант однотрубной схемы для двухэтажного дома с котлом в подвале.

Заключение

Дополнительная информация о системах отопления с естественной циркуляцией, как всегда, в видео в конце статьи. Теплых зим!