Самотечное отопление в доме — как сделать

Очень весомым плюсом самотечной системы водяного отопления является ее независимость от наличия электроэнергии. Самотечное отопление может быть создано и на удаленной даче на основе энергонезависимого твердотопливного котла. Система бесшумная и надежная, она, несомненно, будет востребована и в будущем.

Наработан большой опыт создания самотечных систем отопления, ведь ранее все водяное отопление создавалось по принципу самотека. Система может быть создано по «типовой народной схеме» и своими руками.

Недостатками являются ограничения по мощности, отапливаемой площади, возможности подключения дополнительных контуров, при повышенной цене на создание.

Самотечное отопление обходится дороже, примерно в 2 раза по сравнению с системами принудительной циркуляции, так как требует большой диаметр труб и особенного размещения котла. Сложность при создании и в том, что трубы большого диаметра должны иметь общий уклон, а значит их положение фиксировано и поэтому они часто не вписываются в дизайн помещения, загромождают интерьер.

Как рассчитывается самотечная система

Можно заказать тепловой и гидравлический расчет у специалистов, в лицензированных организациях, но это обойдется недешево. Можно сделать эти расчеты приблизительно с помощью известных программ или вручную.

Но обычно пользуются общеизвестными рекомендациями и, как правило, этого вполне достаточно, чтобы создать работоспособную систему с самотеком жидкости.

Скорость движения жидкости по системе в любом случае не большая. Чем больше внутренние диаметры трубопровода и радиаторов, а также котла, тем большее количество жидкости будет проходить по ним, тем больше энергии сможет переноситься.

Важно ответить на вопрос — достаточно ли будет энергии переносить теплоноситель для отопления конкретного здания? В этом и заключается суть расчетов. Но если расчетов нет, то нужно обратиться к опыту создания подобного отопления и утепления зданий.

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Во первых, нужно определиться со степенью утепления здания, — соответствуют ли она требованиям нормативных документов. Если нет, то может не хватить мощности не только самотечной системы….. Обогреть холодное здание себе дороже, нужно утеплять, а не увеличивать мощность обогрева.

После того, как здание утеплено, можно обратиться к опыту создания подобных систем, откуда известно, что обычная предельная площадь самотечного обогрева составляет 150 м кв. на каждом этаже здания, при этом желательно распределение радиаторов на 2 плеча на каждом этаже, а длина подающего трубопровода каждого плеча не должна превышать 20 метров.

Обязательное условие для создания системы – превышение горячего теплоносителя (обычно принимается средняя линия радиаторов) над холодным (средняя линия теплообменника котла).

При большей длине трубопроводов, желателен бы расчет, или нужно мириться, что возможно, в пики морозов пропускной способности системы (скорости теплоносителя) может и не хватить что бы в здании было жарко.

Рассмотрим, отчего же будет зависеть работоспособность самотечной системы.

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Напор в самотечной системе будет напрямую зависеть от высоты водяного столба с разностью плотностей воды (разностью температур) и от самой разности плотностей воды. Формула напора приведена ниже.

Чем больше разность температур подачи и обратки, и чем выше водяной столб с этой разностью, тем быстрее будет циркулировать вода, тем больше тепла будет переноситься, тем надежнее система и большую площадь можно будет отопить.

Дело в том, что вода наиболее значительно остывает в радиаторах, до них она считается горячей. После радиаторов вода холодная движется по обратке к теплообменнику котла, где происходит ее нагрев. Следовательно, чем ниже находится теплообменник относительно радиаторов, тем больше будет напор в системе.

Кроме того, вода остывает и в самой трубе выходящей из котла, а это значит, что чем выше будет поднят горячий трубопровод, и чем он длиннее и больше отдает тепла, тем будет больше напор.

Впрочем, эта теплототдача будет иметь низкую эффективность для обогрева дома, если горячий трубопровод расположен под потолком. Лучше, если он находится вдоль пола отапливаемой массандры и является для нее отопительным прибором.

Не правильно делать просто высокий столб горячей воды, вынося расширительный бак выше крыши. Нужна наибольшая разность высот, на которой бы происходил перепад температур, а этого проще добиться опусканием котла.

Типичная ошибка при создании самотечной системы для 2-х этажей — подключение радиаторов на обоих этажах к одним стоякам. В результате на 1 этаже будет еще холодно, когда на 2 этаже уже очень жарко. Правильно для мансарды предусмотреть отдельное независимое плечо отопления со своим регулировочным вентилем.

Особенность системы:
— жидкость в самотечной системе обычно остывает значительно, вследствие небольшой скорости ее движения. Разница температур подачи и обратки чаще находится в пределах 25 — 30 градусов. Температурный режим, например, — 75град. выход из котла и 45 град. обратка. Поэтому недопустимо создавать схему с одним трубопроводом с последовательным подключением радиаторов. Подходят только попутная и тупиковая двухтрубные схемы разводки.

Как движется теплоноситель (вода)

Из вышесказанного вытекают и конструктивные особенности самотечной системы отопления.

Котел располагается в приямке, в подвале, во всяком случае, желательно, чтобы его теплообменник был ниже средней линии радиаторов.

Все трубопроводы делаются с общим уклоном по ходу движения жидкости:

• вода из котла поднимается по вертикальному стояку в самую верхнюю точку;
• от вертикального горячего стояка всегда должна вниз до входа в котел;
• разница высот между начальной и конечной точкой трубы не менее одного процента, но по длине уклон может меняться как угодно;
• всегда лучше обеспечивать максимальный уклон.

Какие применить трубы

Диаметр труб должен быть для подачи и обратки на одном крыле трубопровода не менее 32 мм, при этом радиаторы могут подключаться и трубами с внутренним диаметром 20 мм. А для стояка и подачи на крыло — не менее 50 мм. Впрочем никто не запрещает увеличить эти диаметры, что только сделает систему мощнее.

До сих пор оптимальным вариатном считаются обычные стальные трубы. При больших диаметрах они становятся конкурентноспособными пластику. К тому же стальная труба большого диаметра является и сама по себе отопительным прибором, ввиду значительной проводимости тепла металлом.

Котел, радиаторы, трубопровод

Применяется специальный котел (и газовый и твердотопливный) с собственным маленьким гидравлическим сопротивлением, предназначенный для самотечной системы.

Применяются радиаторы с низким гидравлическим сопротивлением, с большим диаметром внутренних отверстий — обычно или чугунные или алюминиевые.

В высшей точке трубопровода устанавливается клапан для стравливания воздуха (система под давлением с закрытым расширительным баком (гидроаккумулатором)). В систему встраивается на выходе из котла группа безопасности – манометр и аварийный клапан. Либо в высшей точке располагается расширительный бак открытого типа.

Сливной кран располагается в районе котла в низшей точке трубопровода, делается отвод либо в канализацию, либо на емкость.

Подборка котла по мощности ведется как обычно — в зависимости от теплопотерь здания, а радиаторов — от теплопотерь каждой комнаты где они устанавливаются.

При этом чаще пользуются правилом — радиаторы суммарно чуть мощнее котла (при этом учитывается, то что паспортная температура жидкости обычно больше реальной, т.е. радиторы приобретаются еще мощнее на 20 – 35 %), после чего общая мощность радиаторов распределяется по комнатам.

Схемы самотечного отопления на одно крыло

Типичная схема водяного отопления с самотечным движением жидкости. Здесь только лишь одно крыло. Горячий трубопровод располагается повыше, от него опускаются стояки вниз на каждый радиатор или на пару радиаторов. В схеме указан расширительный бак вместо гидроаккумулятора.

На практике часто подобные схемы реализуются так чтобы расширительный бак, верхний трубопровод располагались бы на чердаке а обратка часто опускается под пол в подвал. При этом трубопроводы меньше загромождают жилое пространство и не портят интерьер. Но тогда все трубопроводы в холодной зоне должны быть хорошо утеплены — слой не менее 15 см минеральной ваты. Пенопласт не подходит, так как его едят грызуны и его не стоит нагревать до 70 град.

Прокладка труб по чердаку

Подвариант данной схемы — обратка поднята вверх, так как не всегда есть возможность прокладывать ее понизу — мешают дверные проемы, нет подвала и т.д.

В небольшом доме

Вариант размещения радиаторов прямо возле котла. Это возможно лишь в климатических зонах с постоянной положительной температурой, и если окна достаточно утеплены (двойные стеклопакеты), и нет особой необходимости в создании тепловых завес путем размещения радиаторов под окнами. Схема применяется, когда нет возможности понизить уровень котла — максимально сокращаются трубопроводы.

Трубопровод на два крыла

Следующий пример более востребован в жизни. Чаще так и располагаются трубопроводы при самотечном движении жидкости в небольшом частном доме или на даче на уровне радиаторов с выдержкой общего уклона.

Трубопровод разделен на два крыла, которые желательно сделать одинаковой протяженностью. Все радиаторы подключаются через вентили для оперативной регулировки поступления воды.

Для двух этажей

Еще один пример «из жизни» разводки трубопроводов при самотечном движении жидкости. На этот раз отапливается полноценный этаж и мансарда.

Так как крыло мансарды маломощное, то оно включено трубопроводом меньшего диаметра — 25 мм. Здесь применяются стояки на каждую пару радиаторов в комнатах первого этажа, а горячий трубопровод проложен по полу мансарды и является для нее обогревающим элементом.

Схема требует создания достаточного напора, поэтому теплообменник котла располагается ниже средней линии радиаторов первого этажа минимум на пол метра.

Принципы и выводы

Можно разработать любое количество схем самотечного отопления в зависимости от конкретной планировки дома но всегда соблюдаются следующие принципы — максимально большой столб воды с перепадом температур, максимальные диаметры трубопроводов и специальные котлы и радиаторы, кольцо трубопроводов — «подача-радиатор-обратка» делаются как можно короче, для чего трубопровод разделяется на несколько плечей, которые подключаются к котлу параллельно.

Также важно: — если самотечное отопление в доме создавалось самостоятельно, или владельцы принимали активное участие в его создании, то и все выявленные недостатки в процессе эксплуатации могут быть исправлены своими руками или система может быть без особых затрат доработана, при выявлении ее недостатков.

Система отопления с естественной циркуляцией

Систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя называют так же самотечной или гравитационной. Ее функциональность основана на разнице в плотности холодной и горячей воды и разнице по высоте в расположении отопительных приборов и котла. У горячей воды плотность гораздо ниже, поэтому более холодный теплоноситель, поступающий из радиаторов, вытесняет ее из котла и направляет вверх по стояку. После того, как тепло отдано радиаторам, холодная вода перемещается по направлению к котлу под воздействием гравитационных сил, на ее место поступает более горячая вода от стояка.

Виды гравитационных систем

Самотечные системы монтируются в квартирах с автономным отоплением и небольших домах. Они не требуют использования электроэнергии или применения дорогого оборудования.

Самотечная отопительная система может быть однотрубная или двухтрубная.

• котла;
• контура (расширительного бака, труб, соединительных элементов, вентилей);
• теплоносителя (воды или антифриза);
• отопительных приборов (конвекторов, радиаторов, теплых полов).

Основное преимущество естественной циркуляции — независимость от остальных коммуникаций. Если в доме установлен котел на дровах, отопление получается полностью независимым даже от поставок электроэнергии (нет насоса), что совсем немаловажно в некоторых регионах. Но подобные схемы пригодны только для небольших площадей, так как общая длина контура не может быть больше, чем 30 м.

Когда котел работает на полную мощность, вода получается очень горячая, с невысокой плотностью. В отопительных приборах температура теплоносителя снижается, плотность повышается. Таким образом, скорость потока зависит от температуры воды на выходе из котла и скорости ее остывания в радиаторах. Если в помещении очень холодно, вода остывает быстро, поток ускоряется. При повышении температуры воздуха вода остывает медленнее, скорость потока снижается.

Можно смонтировать как однотрубную, так и двухтрубную самотечную отопительную систему, но только с вертикальной разводкой.

Одноконтурная самотечная система отопления

Однотрубное самотечное отопление можно монтировать только с вертикальной разводкой и с последовательно присоединенными радиаторами. В доме с одним этажом подобная схема более эффективна, чем в двухэтажном. Горячая вода из расширительного бака течет сверху вниз и наполняет отопительные приборы. Если этаж один, то разница в температуре в радиаторах незначительная.

В двухэтажном варианте на втором этаже радиаторы более горячие, чем на первом. Чтобы как-то уравновесить температуру, можно на первом этаже установить более объемные отопительные приборы. Такая схема не предусматривает монтаж регулировочных кранов — если перекрыть воду на одном радиаторе, уменьшится ее поток и в других. Это значит, что невозможно в помещениях регулировать температуру. Кроме того, нельзя отключить отопление на одном из этажей.

Эффективность отопления можно повысить, если установить байпас (замыкающий участок). Диаметр у байпаса может быть такой же, как у трубопровода, идущего к радиаторам верхнего этажа, или на 1−2 миллиметра меньше. Если диаметры одинаковые, то в трубопроводе требуется вентиль или трехходовой кран. Эта арматура позволяет регулировать скорость потока в зависимости от потребностей. Например, если нужна одинаковая температура во всех помещениях, то вентиль открывается, и часть воды (мимо радиаторов второго этажа) направляется на первый этаж. В результате она имеет более высокую температуру, чем при отсутствии вентиля.

Трехходовой кран — современный вариант вентиля, который можно оснастить электроприводом и контроллером для определения температуры воздуха или теплоносителя. При малейших изменениях он отдает команду трехходовому крану на увеличение или снижение объема подачи теплоносителя на радиаторы верхнего этажа.

Нормы температуры воздуха и факторы, влияющие на неё, подробно изложены в данном материале: https://teplo.guru/normy/temperatura-v-kvartire.html

Но можно обойтись и без вентиля, и без трехходового крана, если диаметр байпаса на размер меньше, чем у трубы, по которой идет теплоноситель к радиаторам верхнего этажа. Вода, которая поступает сверху, делится на два отдельных потока. Если диаметры одинаковые, вода перестанет поступать в радиаторы верхнего этажа — весь поток направится вниз — по пути меньшего сопротивления.

Особенности монтажа и преимущества однотрубной гидравлической системы отопления:

• низкая стоимость материалов, создания и обслуживания;
• нет необходимости приобретать насос и тратить электроэнергию;
• срок эксплуатации достигает 40 лет;
• простой ремонт (практически все поломки можно устранить самостоятельно);
• система способно саморегулироваться, поэтому достаточно теплоустойчива.

При монтаже следует особое внимание уделить разнице по высоте между радиаторами и котлом, а так же углу уклона контура. Уклон должен быть таким, чтобы на каждый метр приходилось 5−10 мм, что обеспечит надлежащую скорость теплоносителя и выход воздуха из системы. Большое значение имеет и диаметр труб— чем он больше, тем меньше гидравлическое сопротивление и выше скорость потока. Кроме того, желательно при монтаже использовать минимум арматуры (она снижает скорость потока).

Самотечное двухтрубное отопление

По направлению движения теплоносителя двухконтурные системы делятся на: с попутным движением и тупиковые. В тупиковом варианте горячий и остывший теплоноситель движется в разных направлениях. При использовании подобной схемы монтажа длина колец циркуляции получается не одинаковой. Это значит, что для самых дальних отопительных приборов кольцо гораздо длиннее, чем для тех, которые находятся по-близости от котла. Поэтому те радиаторы, которые ближе к стояку, греются лучше.

При использовании схемы с попутным движением воды все кольца циркуляции получаются одинаковыми по длине, поэтому радиаторы прогреваются одинаково. Но такие схемы используются редко из-за большого расхода трубных материалов. Чаще всего стараются улучшить характеристики тупиковой системы путем монтажа двух или нескольких контуров вместо одного.

Двухтрубная система — это два отдельных трубопровода, проведенные параллельно: один для горячей воды (от котла), второй — для охлажденной (прошедшей через отопительные приборы). Отопление с применением двух контуров можно установить, если использовать верхнюю разводку и трубы с диаметром 32 мм или более.

Вода от котла поднимается в распределительный бак, из которого спускается к отопительным приборам самотеком. Если диаметр трубопровода слишком маленький, создается высокое гидравлическое сопротивление, которое препятствует циркуляции.

Особенности монтажа

От котла монтируется труба, соединяющая его с расширительным баком, который установлен на утепленном чердаке или под потолком в одном из помещений верхнего этажа. Для того, чтобы снизить потери тепла, стояк желательно утеплить. От нижней части бака отходит труба с горячей водой, соединенная с радиаторами. В баке так же должен быть отвод, через который уходит в канализацию лишняя вода. От каждого отопительного прибора отводится труба, по которой удаляется охлажденная вода, и присоединяется к отводящему контуру, направленному к котлу. Оба контура (подающий и отводящий) монтируются параллельно.

Существуют так же схемы устройства двухконтурной гравитационной системы с нижней разводкой, но они практически не используются. Во многом они схожи со схемами верхней разводки, поэтому требуют большого количества труб. Стояки приходится монтировать в жилых помещениях, поэтому теряются все преимущества нижней разводки. Кроме того, на радиаторах необходимо устанавливать спускники воздуха. При использовании этих схем в систему монтируются расширительные баки, которые сообщаются с внешней средой и забирают из нее воздух. Поэтому стравливать воздух приходится каждую неделю, а иногда даже чаще.

Преимущества и недостатки

К преимуществам относится:

• энергонезависимость;
• простота и легкость монтажа;
• легкий и быстрый ввод;
• отсутствие вибрации и шума, создаваемого насосом;
• длительный срок эксплуатации;
• простое обслуживание;
• высокая ремонтнопригодность;
• саморегуляция (при понижении температуры воздуха скорость потока увеличивается).

• ограничение объема отапливаемых помещений;
• высокая инертность;
• необходимость соблюдать при монтаже уклон;
• разводка трубопроводов может быть только открытая;
• необходимость постоянно контролировать уровень теплоносителя в расширительном баке;
• невысокий КПД, что увеличивает расходы на отопление;
• необходимость в монтаже трубопровода с большим диаметром;
• опасность замерзания (низкая скорость потока).

Двухконтурную самотечную отопительную систему нельзя установить в доме без подвала достаточной глубины. Если расстояние (по высоте) от центра котла до отопительных приборов первого этажа меньше, чем 3 метра, радиаторы греться не будут. Так же не стоит монтировать сложную систему в небольшом одноэтажном доме, в котором вполне можно обойтись однотрубной самотечной конструкцией.

Перед тем, как выбрать схему разводки отопительной системы, стоит узнать и о преимуществах применения насоса:

• возможность использовать трубы с маленьким диаметром;
• насос предотвращает перепады температуры в системе;
• можно регулировать температуру теплоносителя при помощи регулировки скорости потока.

Но циркуляционный насос сделает отопление зависимым от подачи электроэнергии и создаст определенный уровень шума в доме.