Гравитационная система отопления: конструкция и советы по обустройству

Для создания комфортной температуры в доме используют различные схемы отопления. Обеспечение принудительной циркуляции теплоносителя эффективно, но не всегда возможно. Если в загородном доме могут быть перебои с электроэнергией или ее отсутствие (дача) – оптимальным вариантом будет другая схема. Спроектированная и установленная своими руками гравитационная система отопления закрытого типа будет выполнять свои функции без установки насоса и другого электрического оборудования.

Особенности гравитационной системы отопления

В основе принципа работы лежит свойство воды расширяться при повышении температуры. Создание разницы давления в замкнутом контуре труб и является основой циркуляции жидкости. Благодаря этому эффекту гравитационная закрытая система отопления получила другое название – самотечная.

Конструктивно она должна состоять из следующих элементов:

• Котел. Прибор, предназначенный для передачи энергии сгорающего топлива (дрова, уголь, газ и т.д.) теплоносителю (воде, антифризу). В гравитационной закрытой системе отопления это происходит с помощью теплообменника, расположенного максимально близко в котле к камере сгорания;
• Трубопроводы. Необходимы для транспортировки нагретой жидкости от теплообменника к приборам обогрева;
• Радиаторы. Являются основным источником тепла в помещении. Их большая площадь обеспечивает максимальный теплообмен между нагретой водой и воздухом в комнате;
• Устройства контроля и безопасности. К ним относятся расширительный бак, гравитационный клапан для отопления, вентили и дроссели.

Во время нагрева воды в теплообменнике происходит ее расширение, что создает избыточное давление. В свою очередь, холодный теплоноситель из обратной трубы имеет более высокую плотность и начинает вытеснять жидкость с высокой температурой. В результате этого происходит циркуляция.

Чем больше объем разгонного коллектора, тем выше скорость теплоносителя. Для этого нужно рассчитать его оптимальное сечение и высоту.

Гравитационная система отопления двухэтажного дома должна быть рассчитана таким образом, чтобы теплоноситель смог максимально равномерно распределяться по нескольким контурам.

Подробное описание системы

В процессе нагрева воды некоторая ее часть будет неизбежно испаряться в виде пара. Для своевременного удаления в самой верхней части системы устанавливается расширительный бак. Он выполняет 2 функции – через верхнее отверстие удаляется избыток пара и происходит автоматическая компенсация потери объема жидкости. Подобная схема получила название открытой.

Однако она имеет один существенный недостаток — относительно быстрое испарение воды. Поэтому для больших разветвленных систем предпочитают делать гравитационную систему отопления закрытого типа своими руками. Основные отличия ее схемы заключаются в следующем.

• Вместо открытого расширительного бака в самой высокой точке трубопровода устанавливают автоматический воздухоотводчик. Гравитационная система отопления закрытого типа в процессе нагрева теплоносителя вырабатывает большое количество кислорода из воды, который помимо избыточного давления является источником ржавления металлических элементов. Для своевременного удаления пара с повышенным содержанием кислорода устанавливают автоматический воздухоотводчик;
• Для компенсации давления уже остывшего теплоносителя перед входным коллектором котла монтируют мембранный расширительный бак закрытого типа. Если гравитационное давление в системе отопления превысит допустимую норму, то эластичная мембрана компенсирует это, увеличив общий объем.

В остальном при проектировании и монтаже гравитационной системы отопления только своими руками, можно придерживаться обычных правил и рекомендаций.

Гравитационные схемы отопления для одноэтажного и двухэтажного дома

Если планируется, что гравитационное отопление под давлением будет устанавливаться в одноэтажном доме – можно применить однотрубную схему «ленинградка».

Особенностью этой схемы является одна труба, к которой параллельно подключаются несколько приборов отопления. Однако это приводит к неравномерному распределению тепла — чем дальше радиатор от котла – тем ниже температура воды, поступающая в него. Для решения этой проблемы можно модернизировать гравитационную систему отопления закрытого типа:

• Установка запорной арматуры. С ее помощью можно уменьшить объем теплоносителя для приборов отопления, расположенных ближе к котлу. Таким образом, снизится тепловая отдача энергии на первых участках системы;
• При удалении от котла увеличивать количество секций радиаторов;
• В месте подключения патрубков к приборам отопления установить трубы большего диаметра. Это снизит гравитационное давление системы отопления на этом участке, что уменьшит скорость циркуляции воды в радиаторе.

Такая схема приемлема при небольшой протяженности магистрали. Однако для двухэтажного дома ее устанавливать не рекомендуется. В этом случае потребуется двухтрубная разветвленная гравитационная система отопления, расчет для которой выполняется по отдельным участкам.

Гравитационная система с верхней разводкой

Ее особенность состоит в том, что к центральной трубе, расположенной в верхней части магистрали, ведут отдельные контуры. К каждому из них подключаются приборы отопления. Важно, чтобы их длина была одинакова. В противном случае вся жидкость будет устремляться в область наименьшего сопротивления – в короткий контур.

Для предотвращения движения теплоносителя к выходному патрубку котла уславливается клапан обратный гравитационный для отопления. Это обязательный элемент для гравитационной системы отопления двухэтажного дома.

Расчет гравитационной системы отопления

Прежде чем приступить к монтажу труб и приборов отопления, необходимо выполнить расчет параметров всей системы. Для этого вычисляются гидравлические характеристики, которые впоследствии скажутся на выборе оптимального диаметра трубопровода. Перед расчетом гравитационной системы отопления необходимо узнать основные параметры. Они потребуются для расчета фактического значения циркуляционного напора (Рц):

• Расстояние от центра котла до центра отопительного прибора (h). Чем оно больше, тем лучше будет циркуляция жидкости. Поэтому устанавливая гравитационную систему отопления своими руками рекомендуется монтировать котел в самой нижней точке дома – подвале;
• Циркуляционное давление нагретого (Рr) и остывшего (Ро) теплоносителя.

Независимо от того, рассчитывается гравитационная система отопления для двухэтажного или одноэтажного домов, значение последних параметров напрямую зависит от разницы температуры воды. Эти данные можно взять из табличных данных.

Для примера, при значении h-4 м и разности температур 20° (80/60) гравитационное отопление будет иметь давление 4*112=448 Па. Для дальнейших расчетов рекомендуется воспользоваться специализированными программными комплексами, которые учитывают все параметры гравитационной системы отопления закрытого типа.

Зачастую диаметр трубы , подсоединяемый к выходному патрубку котла должен быть ДУ 40 или ДУ 50. Это обеспечит минимальные потери, возникающие при трении воды о стенки труб.

Еще одной особенностью является разница температур теплоносителя. Чем она больше, тем выше циркуляционное давление. Поэтому помимо равномерного распределения тепла по приборам отопления во время проектирования гравитационной системы отопления самостоятельно нужно обеспечить минимальную температуру жидкости перед входом в теплообменник котла.

Выбор комплектующих и материала изготовления

После появления полимерных труб гравитационная система отопления из полипропилена (ПП) стала очень популярной. Этот материал легко поддается обработке, для соединения отдельных участков требуется минимум оборудования.

Однако не каждый вид этих труб предназначен для установки в качестве элемента отопления. Рассмотрим основные критерии выбора:

• Наличие армирующего слоя. На гравитационную систему отопления из полипропилена могут воздействовать высокие температуры – до 95°С. Для сохранения изначальной формы трубы необходим элемент жесткости, которым является прослойка из фольги или стекловолокна;
• Толщина стенок. В гравитационной системе отопления с закрытым расширительным баком может создаваться большое давление. Во избежание повреждения магистрали, полипропиленовые трубы должны быть класса PN20 или выше. Толщина их стенок зависит от диаметра.

Эта труба может применяться для обустройства разгонного коллектора. Однако для достижения температурной разницы обратную магистраль рекомендуется делать из стали. Помимо снижения температуры теплоносителя перед входом в котел этот материал способствует уменьшению гидравлического сопротивления.

Рекомендации по установке

Выполнив расчет для гравитационной системы отопления, изготовленной из полипропилена или стальных труб, можно приступать к ее установке. Для достижения оптимального КПД специалисты рекомендуют сделать небольшие, но важные правки в стандартную схему:

• Уклон магистралей. Оптимальное гравитационное давление для системы отопления может быть достигнуто уклоном труб после воздухоотводчика и на обратной магистрали за последним прибором отопления;
• Установка циркуляционного насоса на байпасе. Он будет способствовать уменьшению инерционности системы. Время нагрева теплоносителя может быть очень долгим, поэтому насос может увеличить скорость его продвижения по магистрали до достижения нужного температурного режима;
• Минимум поворотных узлов в трубопроводе. Они создают лишнее гидравлическое сопротивление, которое сказывается на уменьшении скорости движения воды;
• Монтаж защитных элементов. Установив обратный клапан для гравитационного отопления, можно избежать циркуляции воды в неправильном направлении. В особенности это необходимо для системы с верхней разводкой и несколькими контурами.

Главными составляющими правильно сделанного гравитационного отопления под давлением являются профессионально сделанный предварительный расчет, выбор правильных материалов и следование технологии установки. Это даст возможность создать эффективную систему поддержания комфортной температуры в доме.

Советы по обустройству и применению гравитационного клапана для отопления при установке теплого пола, дополнительных элементов, можно посмотреть в видео:

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!