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.

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.