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.

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Для частных загородных домов и дач, часто устанавливается система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Данное решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. Схему выполняют четырьмя различными способами.

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:

Простой монтаж и обслуживание.

Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.

Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.

Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.

Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.

При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.

Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

Подача и обратка проходят по разным трубам.

Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.

Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

Равномерное распределение тепла.

Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.

Проще выполнить регулировку системы.

Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.

Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

Минимальный угол уклонов.

Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.

Особенности подачи и вид теплоносителя.

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.

Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.

Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.

Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.

СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.

Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Естественная циркуляция воды в системе отопления одноэтажного дома во многом зависит и от выбранной схемы подачи теплоносителя непосредственно к радиаторам. Принято классифицировать все типы подключения или розлива на две категории:

Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.

Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.

Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.

Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.

Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.

Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.