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:

Что из себя представляет гравитационная система отопления?

Гравитационная система отопления — означает обогрев помещения, квартиры или частного дома, с помощью воды, которая движется по трубам контура естественным образом, отсюда и название. Система работает без вмешательства электрического оборудования и установки насоса. Она является отличным решением для использования на даче и в частных домах, где присутствует риск с перебоями в электроснабжении.

Особенности и принципы работы системы

Другими словами, систему называют самотечной или с естественной циркуляцией. При нагреве, вода имеет свойство «расширятся», в этом и кроется весь принцип, по которому происходит циркуляция воды по трубам с помощью создания разного давления по замкнутому контуру. Простым языком, вода нагретая котлом, поступает к батареям, отдает своё тепло и возвращается, вытесняя вновь нагретую часть воды. Это происходит потому, что масса остывшей воды больше, а плотность выше. Такое явление, называется — конвекцией. Процесс в гравитационной системе отопление будет повторяться бесконечное количество раз, пока работает котёл. Придавать воде движения, котлу помогает разгонный коллектор. Он устанавливается вертикально над котлом, как можно выше, иногда на чердак дома, а сам котёл максимально низко по отношению к отопительным батареям. Скорость, которую он будет предавать воде, выталкивая её, напрямую зависит от высоты этого вертикального столба над котлом.

Вся система состоит из таких элементов:

1. Котел;
2. Расширительный бак;
3. Трубы для циркуляции воды;
4. Радиаторы (батареи);
5. Гравитационный клапан (если потребуется).

На скорость циркулирующей воды в гравитационной системе отопления влияет ещё один фактор — гидравлическое сопротивление. Он зависит от следующих параметров:

• от изгибов по контуру циркуляции воды и от их количества. Это напрямую влияет на сопротивление, которое будет встречаться на пути у воды;
• от диаметра трубы;
• от количества задвижек, кранов, клапанов и т.д.

Обратите внимание!

Для того, чтобы краны не мешали напору воды свободно двигаться по трубам, они должны быть в открытом состоянии и иметь просвет, который будет максимально близок к диаметру трубы.

Когда вода, постоянно будет находиться в процессе нагревания, определённая её часть будет исчезать под видом испарений. Для этого, в верхней части конструкции установлен расширительный бак. Его функции таковы:

1. Вывод образовавшегося пара из системы;
2. Компенсация потерянного объема воды;

Такая схема с использованием расширительного бака, называется — открытой. Она имеет свой недостаток — вода испаряется достаточно быстро. Во избежание подобных ситуаций, используют схему закрытого типа, для больших систем гравитационного отопления. Она отличается от открытой тем, что:

• в ней нет расширительного бака открытого типа. Вместо него, в том же месте, устанавливается воздухоотводчик, он срабатывает автоматически;
• схема защищает систему от ржавления труб и установленных на них элементов, за счет вывода кислорода из состава воды;
• чтобы компенсировать давление остывшей воды, устанавливается расширительный бак с мембраной закрытого типа. Она эластична и играет компенсирующую роль в изменении гравитационного давления в замкнутом контуре.

Монтаж

После того, как выбор пал на систему гравитационного отопления, надо приступать к процессу проектировки. Ни в коем случае, не стоит браться за это самостоятельно. Только специалист-теплотехник сможет надлежащим образом оценить обстановку и составить проект правильно, с учетом всех тонкостей. Он производит расчеты всех параметров системы и вычислит гидравлические показатели, которые скажутся на выборе диаметра будущего трубопровода, это лишь небольшая часть его работы. Если для клиента имеет значение внешний вид системы, приглашают дизайнера.

Какие трубы использовать?

Длина и диаметр труб, будет известен по окончанию проекта. Остается определиться с материалом. Для монтажа используют стальные трубы, медные, из нержавейки и полипропилена. У последнего, есть ряд преимуществ перед остальными. Это легкий вес материала, еще он удобен в процессе установки, обладает высокой шумоизоляцией, антикоррозийным эффектом и устойчивостью к размораживанию.

Важно!

При установке труб из полипропилена, обращайте внимание на температуру, максимум которой, характерен для данной трубы. Важную роль сыграет армирующий слой, который поможет сохранить первоначальную форму труб и защитит от воздействия высоких температур.

Но, обратную часть трубы, входящую в котел, советуют ставить из стали. Своим материалом, она обеспечит снижение температуры воды и поспособствует уменьшению гидравлического сопротивления.

Виды гравитационной системы отопления

Существует два вида системы гравитационного отопления:

Двухтрубная система является более сложной и предполагает наличие двух контуров. Внутри одного контура, теплоноситель (вода), движется от котла к батареям, а по второму, вода возвращается обратно к котлу. Помните, что этот вид системы, требует более тщательной проектировки. Процесс монтажа, также будет не самым простым, рассмотрим его поэтапно:

• установка стояка, он будет выполнять основную роль, он проходит от бака к котлу;
• основной стояк с разводкой, соединяется на уровне 1/3 общей высоты комнаты от уровня пола;
• труба перелива крепится к расширительному баку, по ней лишняя жидкость уходит в канализацию;
• для того, чтобы вода уходила обратно в котел, в нижнюю часть батарей, врезаются трубы «обратки».

В одноконтурной системе, основополагающую роль играет желаемое количество радиаторов. От этого зависит объем расширительного бака. Обычно, он заполняется на три четверти от общего объёма.

Стоит постоянно следить за уровнем воды в баке, он не должен быть ниже уровня трубы, по которой идет распределение воды по радиаторам. Это грозит прекращением циркуляции теплоносителя.

Хоть однотрубная система и проста, так кажется только на первый взгляд. Не правильно сделанный проект, повлечет за собой уйму проблем и последствий, доверьте это дело профессионалам.

При проектировке естественной системы, главное внимание стоит уделять равномерному распределению давления по замкнутому контуру и правильной циркуляции теплоносителя.

Рекомендации для данной системы

Для усовершенствования существующей схемы, специалисты могут предложить следующие меры по увеличению КПД:

1. Установка насоса. Он является циркуляционным и устанавливается на байпас. Его призвание в том, чтобы уменьшить инерционность системы. Если время нагрева будет превышено, насос поможет увеличить скорость хода воды по трубам, для получения требуемой температуры;
2. Магистральный уклон — для достижения оптимального давления в системе гравитационного отопления.
3. Снижение изгибов по всей длине трубопровода. Это способствует снижению риска для уменьшения скорости воды по магистрали.
4. Установка обратного капкана. Он предотвратит возможность движения воды в обратном направлении.

Подогрев пола

Чтобы сделать пол теплым, потребуется коллекторная вырезка. Каждый контур, подключается через индивидуальный регулятор температуры. Это усложнит проект системы в целом, но создаст дополнительный комфорт. В этом случае, установить подающий коллектор надо на чердаке, так как там, самая верхняя точка дома, если чердак не утеплён, обязательно сделайте это. Все эти меры предпринимаются перед монтажом всей системы.

Преимущества и недостатки гравитационной системы отопления

Подводя итог, перечислим основные плюсы, которыми обладает гравитационная система:

1. Надежность (поскольку система сделана из высокопрочного метала и других надежных материалов, ремонтных работ придется ожидать очень долго, так как элементов, которые подвергаются быстрой порче нет);
2. Отсутствие зависимости от энергоснабжения;
3. Отсутствие шумов и вибраций;
4. Простота эксплуатации.

Казалось бы, минусов и вовсе нет, но они есть, хоть и не значительные:

1. На первый взгляд вся система довольно проста, но это не относится к финансовым вложениям на её приобретение. Сумма будет достаточно крупной;
2. Некоторые схемы разводки, предполагают большую разницу температур между батареями;
3. Если скорость циркуляции будет низкой, есть вероятность того, что расширительный бак и часть системы находящаяся на чердаке замерзнет, поэтому, ранее говорилось об его утеплении.
4. При первом запуске системы, нагрев всех радиаторов находящихся по всему контуру, займет несколько часов.

Вывод

Гравитационная система отопления, является очень успешным решением многих проблем, если присутствует фактор неуверенности, проконсультируйтесь у специалистов, подсчитайте расходы, взвесьте все за и против, и тогда, правильное решение не заставит себя долго ждать!