Мифы «гравитационки»

Несмотря на то что отопительная техника с каждым годом совершенствуется и дополняется новыми прогрессивными техническими решениями и высокоэффективным оборудованием, системы водяного отопления с естественной циркуляции теплоносителя продолжают занимать весьма существенную долю в теплоснабжении. Они широко и успешно применяются как в индивидуальном жилищном и коттеджном строительстве, так и при сооружении объектов в районах, где электроснабжение либо отсутствует, либо осуществляется с перебоями.

Рис. 2. Пример двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией

Для этого используем пример классической двухтрубной гравитационной системы отопления (рис. 2), со следующими исходными данными: первоначальный объем теплоносителя в системе – 100 л; высота от центра котла до поверхности нагретого теплоносителя в баке Н = 7 м; расстояние от поверхности нагретого теплоносителя в баке до центра радиатора второго яруса h₁ = 3 м, расстояние до центра радиатора первого яруса h₂ = 6 м.

Температура на выходе из котла – 90 °С, на входе в котел – 70 °C. Действующее циркуляционное давление для радиатора второго яруса можно определить поформуле:

Для радиатора первого яруса оно составит:

При более точных расчетах учитывается также остывание воды в трубопроводах.

Миф 1. Трубопроводы должны прокладываться с уклоном по направлению движения теплоносителя. Не спорим, так было бы не плохо, но на практике это требование не всегда удается выполнить. Где-то балка покрытия мешает, где-то потолки устроены в разных уровнях и т.п. Что же будет, если выполнить подающий трубопровод с контруклоном (рис. 3)?

Рис. 3. Пример выполнения верхнего розлива с контруклоном

Если грамотно подойти к решению этого вопроса, то ничего страшного не произойдет. Циркуляционное давление если и снизится, то на ничтожно малую величину (несколько паскалей), за счет паразитного влияния остывающего в верхнем розливе теплоносителя. Воздух из системы придется удалять с помощью проточного воздухосборника и воздухоотводчика. Пример этого устройства показан на рис. 4. Дренажный кран служит для выпуска воздуха в момент заполнения системы теплоносителем. В «крейсерском» режиме этот кран закрыт. Такая система останется полностью работоспособной.

Рис. 4. Пример устройства для выпуска воздуха из верхнего розлива

Миф 2. В системах с естественной циркуляцией охлажденный теплоноситель вверх двигаться не может. Это вовсе не так. Для циркуляционной системы понятие «верха» и «низа» очень условны. Если обратный трубопровод на каком-то участке поднимается, то где-то он на эту же высоту и опускается. То есть гравитационные силы уравновешиваются.Все дело лишь в преодолении дополнительных местных сопротивлений на поворотах и линейных участках трубопровода. Все это, а также возможное остываниетеплоносителя на участках подъема должно учитываться в расчетах. Если система грамотно рассчитана, то схема, представленная на рис. 5, вполне имеет право на существование. Мало того, в начале прошлого века такие схемы достаточно широко применялись, несмотря на свою слабую гидравлическую устойчивость.

Рис. 5. Схема с верхним расположением обратного трубопровода

Миф 3. В гравитационных системах подающий трубопровод должен проходить над всеми ярусами радиаторов. Это тоже совсем не обязательно. Расположение подающего трубопровода с надлежащим уклоном под потолком верхнего этажа или на чердаке позволяет удалять воздух из системы через открытый расширительный бак. Однако проблему удаления воздуха можно решить и с помощью автоматических воздухоотводчиков (рис. 6) или отдельной воздушной линии.

Рис. 6. Схема с нижним расположением подающей линии

Миф 4. При естественной циркуляции теплоносителя радиаторы обязательно должны располагаться выше центра теплогенератора (котла). Это утверждение справедливо только при расположении отопительных приборов в один ярус. При количестве ярусов два и более, радиаторы нижнего яруса можно располагать и ниже котла, что, естественно, должно быть проверено гидравлическим расчетом. В частности, для примера, показанного на рис. 7, при H = 7 м, h₁ = 3 м, h₂ = 8 м, действующее циркуляционное давление составит:

Здесь: ρ₁ = 965 кг/м 3 – плотность воды при 90 °С; ρ₂ = 977 кг/м 3 – плотность воды при 70 °С; ρ₃ = 973 кг/м 3 – плотность воды при 80 °С.

Циркуляционного давления вполне достаточно для работоспособности такой системы.

Рис. 7. Однотрубная гравитационная система с расположением радиаторов ниже котла

Миф 5. Гравитационную систему отопления, рассчитанную на водяной теплоноситель, можно безболезненно перевести на незамерзающий теплоноситель. Без расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что этилен- и полипропиленгликолевые растворы обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих смесей несколько ниже, чем у воды, что требует, при прочих равных условиях, ускоренной циркуляции теплоносителя. Эти два фактора вместе взятые существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.

Миф 6. В открытый расширительный бак необходимо постоянно доливать теплоноситель, т.к. он интенсивно испаряется. Да, это действительно большое неудобство, но его можно легко устранить. Для этого используется воздушная трубка и гидравлический затвор, устанавливаемый, как правило, ближе к нижней точке системы, рядом с котлом (рис. 8). Такая трубка служит воздушным демпфером между гидравлическим затвором и уровнем теплоносителя в баке, поэтому, чем больше ее диаметр, тем лучше. Тем меньше будет уровень колебаний уровня в бачке гидрозатвора. Некоторые умельцы умудряются закачивать в воздушную трубку азот или инертные газы, тем самым предохраняя систему от проникновения кислорода.

Рис. 8. Воздушная трубка с гидрозатвором

Миф 7. Насос, установленный на байпасе главного стояка, не создаст эффекта циркуляции, т.к. установка запорной арматуры на главном стояке междукотлом и расширительным баком запрещена. Можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, т.к. каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. Установка обычного пружинного обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Домашние мастера пытаются препарировать обратные клапаны, снимая с них пружинки совсем или устанавливая их «наоборот» (превращая клапан в нормально открытый). Такие переделанные клапаны создадут в системе неповторимые звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя.Есть гораздо более эффективное решение: на главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем VT.202 (рис. 9), который скоро появится в ассортименте VALTEC. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.

Рис. 9. Установка поплавкового нормально отрытого обратного клапана

Водяные системы отопления с естественной циркуляцией окутаны еще многими мифами, которые предлагаем вам развеять самостоятельно:

• расширительный бак можно врезать только над главным стояком;
• в таких системах нельзя ставить мембранный расширительныйбак;
• регулировать тепловой поток от радиаторов в гравитационных системах нельзя;
• естественная циркуляция не работает в межсезонье;
• байпасы перед радиаторами в таких системах недопустимы;
• водяные теплые полы в гравитационных системах работать не будут.

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!