Система отопления с естественной циркуляцией

Система водяного отопления с естественной циркуляцией в удаленном от города частном или дачном доме – решение, востребованное в местности с нестабильным электроснабжением. Кроме того, гидравлическая система не требует финансовых вложений в электрооборудование, без которого не обойтись при обустройстве радиаторного обогрева с подачей теплоносителя насосом.

Энергонезависимая система отопления доступна для самостоятельного расчета и монтажа.

Функционирование самотечной системы

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией обладает рядом достоинств:

• нет потребности в покупке дорогостоящего оснащения;
• энергонезависимость (подбирается соответствующий котельный агрегат);
• монтаж легко осуществить собственными руками;
• нетребовательность в обслуживании.

Циркуляция в такой системе обеспечивается за счет того, что плотность жидкости в результате нагревания уменьшается (она становится легче), а в ходе остывания плотность возвращается к первоначальной.

В самотечной конструкции практически отсутствует давление – расчеты показывают, что на 10 метров напора водяного столба давление составляет 1 атмосферу. Таким образом, гидростатическое давление в отопительной системе одноэтажного сооружения составит 0,5-0,7 атм., а в трубопроводе двухэтажного дома – не превысит 1 атм.

Гравитационная циркуляция происходит благодаря расширению и уменьшению плотности нагреваемого теплоносителя – он поднимается по вертикальному разгонному участку и с верхней точки перемещается вниз по трубопроводу, смонтированному с уклоном и проходящему через последовательно подключенные приборы отопления, на пути обратно к котлу.

К трубопроводу с самотечным перемещением воды подсоединяется расширительный бак – резервуар для «излишков» теплоносителя, который образуется за счет теплового расширения жидкости. Буферная емкость (мембранная или открытая) монтируется в верхней точке контура на подающую трубу.

Отопительная самотечная система способна функционировать в комплексе:

• С водонагревателем косвенного нагрева. Если бойлер установить в верхней части системы ниже расширительного бака, нагрев воды для ГВС будет осуществляться без использования электрооборудования. При невозможности такого монтажа бойлер комплектуется насосом и ставится обратный клапан, который предотвратит рециркуляцию теплоносителя.
• С теплым полом. На проложенный в полу контур устанавливается циркуляционный насос. При временном отключении электроснабжения комната продолжит обогреваться настенным радиатором.

Виды самотечных систем

Планируя смонтировать отопление частного дома с естественной циркуляцией своими руками схемы подбирают в соответствии с планируемой производительностью системы и особенностями здания.

Отопительные контуры с самотечным движением теплоносителя делятся на типы по разным параметрам:

• по характеристике расширительного бака (открытые и закрытые);
• по принципу подключения радиаторов отопления (однотрубные и двухтрубные).

Чтобы определить оптимальный вариант, необходимо произвести гидравлические расчеты с учетом расположения и диаметра труб, принять во внимание характеристики котельного агрегата и тепловые потребности помещений. Расчет лучше доверить профессионалам, так как даже небольшие неточности негативно повлияют на эффективность обогрева дома.

Закрытый тип

Закрытая система безнасосной циркуляции теплоносителя с успехом применяется для отопления одноэтажного и двухэтажного дома. Функционирует она следующим образом:

• при расширении теплоносителя излишки жидкости вытесняются из отопительного контура;
• жидкость попадает в расширительный бак мембранного типа – это закрытая емкость с эластичной мембраной, которая разделяет предназначенную для теплоносителя часть и секцию бака, заполненную воздухом или азотом;
• нагретая жидкость растягивает мембрану, сжимая газ во второй секции бака, при остывании теплоносителя газ расширяется и выталкивает жидкость обратно в систему, в результате чего водяной контур постоянно остается заполненным.

Установка мембранного бака в самотечный отопительный контур снижает риск коррозии металлических элементов системы. Но в России такое решение используется относительно редко, так как стоимость мембранного бака в разы превышает затраты на покупку или самостоятельное изготовление емкости открытого типа.

Открытый тип

Принцип функционирования тот же, что и у закрытого варианта. Но в этом случае излишки теплоносителя вытесняются в бак открытого типа, который монтируется под потолком помещения или на чердаке.

Открытый бак представляет собой резервуар с негерметичной крышкой, который снабжают аварийным переливом – трубой, выведенной за пределы чердака на улицу или подключенной к канализации.

К недостаткам открытой системы относится постоянное поступление кислорода в теплоноситель, что ускоряет коррозию металла, из которого изготовлены элементы контура. Происходит и завоздушивание трубопровода – чтобы избежать этого, радиаторы крепят под небольшим уклоном и в верхней части монтируют автоматические воздухоотводчики – краны Маевского.

Помимо этого, жидкость из бака открытого типа испаряется и требуется регулярно подливать воду, чтобы открытая система могла нормально функционировать. Подливают воду в бак вручную из ведра, либо подводят водопроводную трубу с вентилем.

Преимущества баков открытого типа – доступная стоимость и возможность своими руками изготовить резервуар необходимых габаритов.

Однотрубный контур

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией не относится к эффективным. Она не подходит для прогрева помещений двухэтажного дома и применяется в одноэтажных зданиях небольшой площади.

Теплоноситель проходит по разгонному участку трубопровода вертикально вверх, затем попадает в трубу, которая ведет к горизонтальному трубопроводу, последовательно соединяющему радиаторы отопления. От крайнего радиатора остывший теплоноситель возвращается напрямую в котел.

При такой схеме подключения приборов отопления температура радиаторов снижается по мере удаления от подающего стояка – это серьезный недостаток системы. Чтобы повысить эффективность, используют байпасы – соединяют перемычками подающую трубу в тех местах, где подключены радиаторы. Это способствует более равномерному прогреву помещений.

К преимуществам однотрубной системы относятся простая конструкция, минимальные финансовые расходы на ее монтаж. Кроме того, не требуется монтировать трубы под потолком, ухудшая интерьер помещения.

Однотрубная горизонтальная схема даже при условии точных расчетов редко оправдывает себя, если речь не идет об отоплении двух-трех небольших помещений одноэтажного дома. В остальных случаях ее модернизируют, добавив циркуляционный насос.

Двухтрубный контур

Конструктивные особенности самотечного двухтрубного контура:

• для подачи и обратки монтируются отдельные трубы;
• труба подачи подключается к каждому прибору отопления через отдельный входной отвод;
• труба обратки подсоединяется к каждому прибору отопления отдельно.

Двухтрубная самотечная система отопления частного дома отличается от однотрубной тем, что во все радиаторы подается не успевший остыть теплоноситель, благодаря чему:

• тепло в доме распределяется равномерно;
• не требуется увеличивать количество секций в радиаторе с целью улучшить обогрев;
• легче регулировать температуру в системе;
• для монтажа трубопровода требуются трубы меньшего диаметра, чем для однотрубного контура;
• отсутствуют жесткие требования к соблюдению уклона при монтаже элементов системы – некоторые отклонения от расчетных значений не критичны.

Двухтрубная система отопления с разводкой верхней и нижней проста в монтаже и эффективна, ее можно использовать для обогрева двухэтажного дома.

Особенности расчета

Расчет системы отопления с естественной циркуляцией значительно сложнее подготовки проекта отопительной системы с принудительной подачей теплоносителя. Так как давление в контуре отсутствует, на работоспособность системы напрямую влияет количество поворотов трубопровода, угол уклона каждого отрезка. Неправильный расчет или погрешности в монтаже отражаются на функциональности контура.

При расчете безнасосного контура принимается во внимание:

• минимально допустимый угол уклона;
• материал изготовления труб и их диаметр;
• принцип подачи теплоносителя;
• разновидность теплоносителя.

Рекомендуемый уклон труб

При расчетах следует опираться на строительные нормы для отопительных систем с самотечной циркуляцией (СНиП 41-01-2003 для гравитационных систем). На перемещение теплоносителя в трубопроводе негативное воздействие оказывает гидравлическое сопротивление в сложных местах – на поворотах, в углах и т.д.

Согласно СНиП, трубы монтируются под уклоном не менее 10 мм на 1 метр длины. Иначе системе грозит завоздушивание, плохой прогрев дальних радиаторов.

Выбор труб

От материала изготовления трубопровода зависит гидравлическая сопротивляемость контура, его устойчивость к коррозии и теплотехнические параметры, технология монтажа. В список востребованных материалов входят:

• Стальные трубы. Доступны по цене, устойчивы к механическим нагрузкам. Недостатки: монтируются со сваркой или большим количеством фитингов, склонность труб к коррозии и зарастанию.
• Металлопластиковые трубы. Внутренняя поверхность идеально гладкая, что препятствует нарастанию отложений, устойчивость к коррозии, небольшой вес, устойчивость к термическому расширению. Недостатки: высокая стоимость, ограниченный срок эксплуатации (около 15 лет), необходимость использовать сварные фитинги или регулярно подтягивать резьбовые соединительные элементы.
• Полипропиленовые трубы. Гладкие внутри, долговечны (срок службы от 25 лет), устойчивы к высоким температурам. Недостатки: высокая стоимость, монтаж при помощи специального инструмента.
• Медные трубы. Максимальная теплоотдача и долговечность (свыше 100 лет), стильный внешний вид. Недостатки: высокая стоимость, необходимость пайки при монтаже.

Диаметр труб

Чтобы рассчитать диаметр труб, требуется:

1. Выполнить тепловой расчет помещений и прибавить к результату около 20%.
2. Рассчитать сечение трубопровода исходя из соотношения тепловой мощности и внутреннего сечения трубы (значения указаны в таблицах СНиП).
3. Подобрать диаметр трубы, базируясь на выполненных теплотехнических расчетах и с учетом материала изготовления труб. Для стальных труб минимальный размер внутреннего сечения составляет 50 мм.

Чтобы самотек был интенсивнее, применяют следующий принцип: диаметр подающей трубы после каждого разветвления должен быть меньше предыдущей на 1 размер. Обратка должна собираться с расширением.

Таким образом, расчет позволяет определить минимальный диаметр подающей и обратной трубы, относительно этого значения определяются параметры труб на разных участках системы согласно подготовленной схеме для одноэтажного или двухэтажного дома.

Вид розлива

Естественная циркуляция воды в системе отопления зависит от принципа подачи теплоносителя от котла к отопительным приборам. Различаются контуры с нижним и верхним розливом.

Нижний розлив дает возможность обойтись без монтажа высоких вертикальных труб – коммуникации прокладывают на уровне пола. Такой вариант пригоден только для однотрубных контуров и относится к малоэффективным без установки циркуляционного насоса.

Верхний розлив – оптимальный вариант, поскольку распределительная труба двухтрубной системы располагается под потолком и обеспечивает активную подачу нагретого теплоносителя в каждый радиатор, из которого остывшая вода уходит в трубу обратки, размещенную вдоль пола. Для однотрубной системы розлив верхнего типа также предпочтительнее.

Двухтрубная система отопления с верхним розливом

Выбор теплоносителя

Теплоносителем может служить вода или антифриз. Для самотечной системы предпочтительнее использование воды, поскольку у антифриза выше плотность и меньше теплоотдача, для его нагрева требуется больше тепловой энергии – то есть, расход топлива выше. Если в системе устанавливается мембранная буферная емкость, ее объем должен быть больше, чем у бака для теплоносителя-воды, так как антифриз расширяется сильнее.

Использование «незамерзайки» имеет смысл в том случае, если дом в зимний период отапливается нерегулярно с большими перерывами. В этом случае воду пришлось бы постоянно сливать, чтобы трубы не разорвало при перемерзании.

Заключение

Устройство безнасосной системы отопления позволяет сделать свой отапливаемый дом энергонезависимым на случай перебоев с электропитанием. Такая система подключается к отопительному котлу без электрооборудования для регулировки мощности или к обычной твердотопливной печи с водяным теплообменником в топочной камере.

Система отопления с естественной циркуляцией: схема частного дома, самотечная вода, однотрубная и двухтрубная, почему

Схема для однотрубной системы

Самый простой контур отопления предполагает прокладку всех труб почти под самым потолком, а также вывод обратных магистралей прямо под полом.

Такую систему чаще всего выбирают, потому что в ней используется очень мало труб и оборудования, а также их совсем не нужно монтировать в стены, что снижает затраты на монтаж.

Отопительная система из одной трубы состоит из:

1. Агрегата нагревания.
2. Магистрали разведения.
3. Расширительного бачка.
4. Трубопроводов специально для вывода обратки.
5. Радиаторов.

В зависимости от того, какие используются приборы в отоплении, необходимо выбирать и объем бачка расширения. Чаще всего выбирают баки с вместимостью до 25 литров, тем не менее, его нельзя наполнять больше, чем на 3/4 объема.

Трубы для уже горячей воды должны быть проложены непосредственно под потолком.

Схемы подключения радиаторов

Для того чтобы вода пополнялась в обогревательной сети, нужно чтобы в крышку бака было врезано отверстие или парубок вместе с краном, который и соединит отопление с водопроводом.

Также, нужно будет сделать еще один парубок, которые будет регулировать слив носителя тепла в канализацию, в том случае, если проводится ремонт.

Таким образом, естественная циркуляция является самым перспективным выбором для практичных владельцев загородных домов, которые умеют считать, а также знают, как лучше сэкономить пространство в своем доме.

Безусловно, она не подойдет для больших домов, но для малогабаритных будет самым лучшим вариантом.

Преимущества естественной циркуляции

Самым главным достоинством данной отопительной системы является ее экономичность — как использования, так и установки.

Для того чтобы запустить движение теплоносителя не требуется установка электро насосов, которые являются причиной разорительных счетов от компаний, снабжающих электричеством.

К тому же, при отсутствие необходимости установки электрических насосов, исключается необходимость дорогостоящего ремонта, сложнейших поломок, шума, а также постоянных вибраций.

Если систему правильно установить и эксплуатировать, то ее контур обогрева будет работать не меньше сорока лет. А с монтажом, да и с возникающими поломками может справиться даже сам хозяин после изучения подробной инструкции.

Устойчивость тепла, которая обусловлена способностью отопительной системы к саморегулированию, является безусловным преимуществом. Так как температура изменяется, также как и плотность воздуха в доме, то и теплоноситель двигается циклически по всему отопительному контуру.

Как рассчитать мощность котла

Данная процедура на самом деле очень ответственна. Ведь от того, насколько правильно будет подобрана мощность котла, зависит эффективность обогрева помещений. Расчеты производятся прежде всего исходя из того, что на 10 м2 площади дома необходим 1 кВт мощности

При этом во внимание берутся также поправочные коэффициенты для регионов:

• для севера – 1,5-2,
• для средней полосы – 1,4,
• для южных районов – 0,8.

Также рассчитать мощность можно, исходя из объема помещения. Этот показатель просто умножают на 40 Вт. Для частного дома на свайном фундаменте принимается поправочный коэффициент в 1,4. На каждую дверь к полученной мощности прибавляется 300 Вт, на каждое окно – 70-100 Вт.

Однотрубная система с естественной циркуляцией

Несмотря на то, что такой системе свойственна невысокая эффективность в тепловом плане, она в некоторых случаях еще пользуется спросом. Принцип работы схемы заключается в том, что основная труба подсоединяется к радиаторам, вследствие чего нагретый поток начинает поступать к верхней части патрубка обогревателя и постепенно направляется к нижнему отводу. Когда переработанная энергия направляется к каждому из последующих узлов отопления, все начинается заново и жидкость возвращается к начальной точке. Данное решение предоставит такие преимущества:

• Нет парных трубопроводов, монтированных под кровлей или на уровне пола.
• Отмечается существенная экономия на приобретении комплектующих элементов, а также реализации выбранной схемы.

Недостатками является неспособность радиаторов обеспечивать долговременное отопление, за счет чего интенсивность нагрева существенно падает со временем. Согласно опыту прошлых лет, система, установленная по такому чертежу, даже при условии соблюдения всех правил быстро выходит из строя и требует установки дополнительного насоса. Главным достоинством, которое имеет схема отопления с естественной циркуляцией частного дома, считается энергонезависимость, а также простота монтажа. Исходя из этого, даже существенная экономия на электричестве не покроет затраты на обеспечение работоспособности источника тепла в процессе независимого движения теплоносителя.

Принцип работы

Схема возникновения циркуляционного давления

Благодаря тому, что теплоноситель постоянно двигается по трубам и радиаторам, а затем отправляется в котел, происходит изменение как массы, так и плотности воздуха в доме из-за понижения или повышения температур.

Таким образом, нагретая вода в генераторе уменьшает как свою массу, так и плотность , а в процессе остывания ее плотность и масса в трубах увеличивается.

Ту воду, которая отдала все свое тепло радиаторам, сменяет другая, благодаря действующим силам гравитации.

Прогретая в котле легкая вода отправляется в главный стояк, поднимается, а затем полностью распределяется по радиаторам специальной разводкой по трубам.

Вода в радиаторах остывает, так как отдает все свое тепло помещению.

Остывая, теплоноситель становится все более тяжелым и совсем остыв опускается вниз , на дно прибора, а в результате поступления в котел горячей воды с более меньшим показателем плотности, а также увеличением объема, жидкость полностью вытесняется из отопительных радиаторов.

Охлажденная и уже тяжелая жидкость, возвращается в котел, вытесняя оттуда горячую и легкую воду в трубопровод отопительных приборов. До тех пор, пока функционирует котел, цикл будет бесконечным.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Гравитационная составляющая циркуляции улучшается сооружением трубопроводов системы с нормативным уклоном, который составляет не менее 2 мм на 1 погонный метр длины. Уклон ориентирован в сторону движения теплоносителя.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Самотечное двухтрубное отопление

в разных направленияхгреются 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.

Нюансы проведения работ

Чердачное помещение обязательно должно быть теплоизолированным. Если температура в нем будет излишне низкой, то есть вероятность того, что жидкость в трубах замерзнет

Важно придерживаться нескольких правил, одно из которых предполагает расположение верхней трубы с некоторым уклоном, который должен составить примерно 7 градусов. Если есть возможность, то котельное оборудование нужно расположить значительно ниже, чем отопительные приборы

Посетив магазин перед началом работ, вы должны выбрать трубы, выполненные из металлопласта или полимеров. Внутренний диаметр изделий должен составить 32 миллиметра. Балансировку двухтрубного отопления, если трубы были подобраны правильно, производить не придется. Однако установить дросселя на подводках к каждому радиатору нужно будет обязательно.

Нельзя не отметить, что на прокладку двух контуров будет затрачено достаточно большое количество денег. У мастера это займет много времени, однако такая система является более эффективной и предпочтительной.

Как работает самотечная система отопления частного дома: схема работы

Почему владельцы небольших коттеджей выбирают систему теплоснабжения с естественной циркуляцией? Самотечная отопительная система считается наименее затратной из всех имеющихся. Она не предполагает установки циркуляционного прибора, так как движение воды по трубам едет естественным путем.

Для проведения системы отопления необходим котел, трубопровод, качественные батареи и расширительный резервуар. Особенность работы самотечной системы заключается в следующем – нагретая в котле вода подымается по трубам и распространяется по системе, выталкивая холодную воду обратно в котел для нагрева.

Наклон труб нужен для того, чтобы облегчить холодной воде движение из радиаторов в нагревательный котел. Чем выше находятся радиаторы по вертикальной оси, и, соответственно, чем ниже котел, тем быстрее будет перемещаться теплоноситель по системе.

В самотечную систему отопления из полипропилена желательно установить резервуар – расширительный бачок, который создаст дополнительное давление и укорит движение воды по трубам. Циркуляция теплоносителя будет непрерывной, пока работает нагревательный агрегат.

Двухтрубная схема отопления частного дома с естественной циркуляцией

Двухтрубная гравитационная система обогрева на порядок сложнее и дороже однотрубной. Данная отопительная конструкция предполагает установки двух линий – по одной циркулирует горячая вода, по второй идет возврат остывшего теплоносителя в котел. Перед тем, как монтировать систему, нужно сделать расчет материалов.

1. Вверх от котла идет труба, которая состыковывается с расширительным бачком. Бак можно разместить под потолком или на чердаке.
2. Внизу к баку подключается труба для контура с горячим теплоносителем, которая ведет к разводке по всему дому. С другой стороны к баку подсоединяется труба, ведущая в канализацию – для отвода лишнего теплоносителя.
3. Подключаются разводящие трубы по всему дому, подсоединяются к радиаторам.
4. С нижней части радиатора выводится труба-обратка, по которой остывший теплоноситель будет возвращаться в нагревательный котел. Обратка располагается параллельно трубам с горячей водой.

При установке двухтрубной системы отопления с непринужденной циркуляцией следует принять во внимание, что чердачное помещение, на котором располагается расширительный бак, настоятельно рекомендуется утеплить. Таким способом исключить остывание или частичное замерзание теплосистемы

Правильное планирование размещения котла и расширительного бака – залог эффективной работы всей системы отопления. При этом нагревательный котел должен находиться как можно ниже, в идеале – в подвальном помещении, специально оборудованном под агрегат.

Разводка, при которой вода подается на каждую батарею индивидуально при естественной циркуляции теплоносителя, называется паук.

При такой схеме емкость расположена в чердачном помещении, точно в центре периметра здания. К ней присоединены стояки определенного сечения (от батарей, радиаторов). Вода, которая уже остыла, течет обычным способом и попадает в горизонтальную магистраль.

1. Вода нагревается в котле.
2. Поднимается в бак.
3. Затем расходится самотеком по трубам меньшего диаметра.

Такая схема идеально подходит для объекта с небольшим количеством этажей

На подаче присутствует только стояк крупного размера, он ведет от котла к емкости. Трубы при этом могут быть диаметром до 25 мм. На ответвления нередко используют трубы ПВХ или металлопластик.

Из недостатков этой системы с естественной циркуляцией можно вспомнить:

1. Наличие большого числа стыков.
2. Применяется много труб разных диметров.
3. Требуется много утеплителя.
4. Обязательно в здании должно присутствовать чердачное помещение.

Особенности построения

Для организации движения жидкости самотёком выполняют следующее:

Располагают котёл отопления как можно ниже – на первом этаже или в полуподвале. Раздаточный коллектор поднимают выше – под потолок или на чердак строения.

Таким образом, вода получает максимально допустимую для данной постройки высоту подъёма. Что создаёт максимально возможный гравитационный напор теплоносителя в трубах.

Монтируют устройства с широкими внутренними просветами. Трубы увеличенного диаметра – не меньше 40 мм в сечении. Радиаторы с широким внутренним проходом – традиционные чугунные батареи. При необходимости установки запорных устройств – ставят шаровые краны, которые в открытом положении минимально сужают внутренний просвет.

• Прокладывание труб выполняют с минимальным количеством поворотов, углов, без змеевиков и без спиралей.
• Магистрали подачи и обратки прокладывают с уклоном.

Внимание! Перечисленные выше принципы позволяют организовать естественный напор воды и её движение с необходимой скоростью. Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

• Нагревательный котёл – может работать на различных видах топлива – на газу, дровах, угле, электричестве.
• Радиаторы – устройства непосредственного обогрева – излучают тепло в пространство помещения.
• Магистральная труба подачи и обратного тока.
• Раздающий коллектор – располагается над котлом. В него поступает нагретая в котле вода, затем движется (раздаётся) в магистральную трубу.
• Расширительный бачок – для временного хранения теплоносителя, который при нагреве расширяется и увеличивается в объёме. Располагается в самой верхней точке системы, выполняется в открытом виде.
• Поворотные шаровые краны – на входе и выходе из радиаторов отопления.
• Кран для слива воды (также шаровый) – в самой нижней точке системы.

А теперь рассмотрим подробнее, как обеспечивают максимально возможный напор.

Уклон трубы

Для естественной циркуляции теплоносителя принимается ряд мер, которые облегчают его передвижение внутри радиаторов и труб. Одна из таких мер – прокладывание труб подачи и обратки под небольшим уклоном. Размер уклона выбирают – 2-3 ° на погонный метр.

Указанные градусы уклона визуально не нарушают геометрию прокладывания труб, но обеспечивают движение воды самотёком. Они также позволяют сливать жидкость из системы при необходимости замены батареи, ремонта.

Гравитационное давление

Гравитационное давление возникает как разница давлений воды в различных сегментах трубопровода.

В системе с естественным движением теплоносителя гравитационное давление создаётся нагревом воды и подъёмом её на высоту чердака или второго этажа дома. Так обеспечивается самотёк и работа отопления.

Величина гравитационного давления определяется высотой подъёма воды и разницей температур.

Внимание! Чем сильнее нагрев теплоносителя в котле, тем больше будет разница в давлении, и тем скорее вода будет двигаться по трубам

Возможные препятствия

Для эффективной естественной циркуляции стараются уменьшить количество факторов, которые препятствуют гравитационному давлению.

Схему организовывают с минимальным количеством углов и поворотов. Вместо изгибов труб под прямым углом, по возможности, делают плавные повороты. Для того чтобы вода не встречала препятствий, убирают сужения просветов и вентили.

Внутренние сечения радиаторов должны быть достаточно большими. Следствием широких просветов становится увеличенный объём теплоносителя, а также инертность работы отопления.

Как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему

Основные этапы расчета водяного отопления:

• расчет необходимой мощности котла
• расчет мощности всех отопительных приборов, которые будут подключены к системе
• подбор диаметра труб

Рассчитываем мощность котла

Мощность котла рассчитывается с учетом будущих показателей потери тепла через стены, полы, крышу здания

При определении показателей мощности следует брать во внимание площадь указанных поверхностей, материал изготовления, а также разницу в показателях температуры внутри и снаружи помещения в период, когда планируется обогрев дома

Теплопотери стандартного частного дома

Схема расчета мощности котла: Wк = Wуд х S/10, где

• S – суммарная площадь помещения
• Wуд – удельная мощность, которая требуется на каждые 10 кв.м. помещения
• Wк – показатели мощности котла

Как определить необходимую мощность радиаторов и диаметр труб

Для расчета мощности радиаторов в отопительной системе с естественной циркуляцией используется приведенная выше формула с небольшой поправкой: вместо суммарной площади дома подставляются значения площадей каждой комнаты.

Расчет отопительной системы

Расчет необходимого диаметра труб проводится следующим образом:

1. Определяется циркуляционное давление, которое зависит от длины и высоты труб, а также разницы температуры воды на входе/выходе из котла.
2. Вычисляются потери давления на поворотах, прямых участках и в каждом отопительном приборе.

Произвести такие подсчеты человеку без специальных знаний, как и рассчитать всю отопительную схему с естественным типом циркуляции, очень сложно. Малейшая ошибка чревата огромными теплопотерями. Поэтому расчеты и последующий монтаж отопительной системы целесообразно поручить специалистам.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

1. Котел следует размещать в нижней точке системы;
2. Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
3. Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

Другие полимерные трубопроводы – металлопластик, трубы из сшитого полипропилена – применять не рекомендуется. Фитинги этих систем значительно снижают проходное сечение и создают излишнее гидравлическое сопротивление, препятствующее естественной циркуляции.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Котлы для отопительной системы

Ни одна отопительная система, даже дровяное отопление с водяным контуром, не сможет работать без такого элемента, как нагревательный котел. Это наиболее важный и, соответственно, – дорогостоящий элемент системы.

Однако его использовать можно только в том случае, если есть возможность подключения непосредственно к газовой магистрали. Электричество также может стать топливом для вашего нагревательного котла. Но следует учесть – в случае перебоев с энергоснабжением вы будете мерзнуть. Да и цена топлива довольно высока, что делает его не самым подходящим для большинства.

Существуют модели котлов, которые работают на твердом и на жидком топливе – то есть, это водяное печное отопление. Будь то водяное отопление от буржуйки, или водяное отопление на дровах, — сложности могут возникнуть из-за необходимости постоянно контролировать количество топлива в котле. Кроме того, порой доставка топлива, которое использует водяное отопление от печи, к дому может быть весьма затруднена. Да и не у всех найдется место для хранения большого запаса угля или солярки.

Выбор труб

Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:

• диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
• диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
• диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.

В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2 нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.

Чем отличается двухтрубная версия?

Она поможет разделить холодные и горячие потоки воды. Это позволяет формировать водяное отопление с естественной циркуляцией на основе увеличенной эффективности. Но в ее работе имеются существенные отличия:

Котел должен находится ниже расположения радиаторов – это помогает обеспечивать необходимое давление воды для осуществления циркуляции.

Чтобы увеличить уровень давления необходимо смонтировать разгонный стояк сразу после котла.

Если двухтрубная версия правильно установлена, тогда она сможет эффективно работать даже с учетом незначительной разницы температуры воды. За счет новых технологий ее можно создать на основе стальных либо полимерных труб.

Особенности ее конструкции могут зависеть от наличия средств для создания наиболее оптимальной модификации.

Мы рассказали о самых простых версиях формирования отопления на основе естественно циркуляции. Но, если использовать насос для отопления с естественной циркуляцией возможности системы значительно возрастут.

Однако придется использовать байпас и другие дополнительные приспособления, что приведет к увеличению затрат.

Куда ставить котёл?

В частном доме, в помещении одноэтажного дома отопительные котлы лучше всего монтировать ниже уровня приборов для прогрева помещений. В квартирах ситуация обстоит несколько иначе. Здесь котлы часто ставятся на одном уровне с радиаторами, что не совсем эффективно. Поэтому монтаж лучше произвести как бы в яму, то есть поставить оборудование на перекрывающие плиты.

Для этого вокруг котла обычно выпиливается пол. «Яму» следует делать, соблюдая правила противопожарной безопасности. Они предполагают разравнивание основания тонкой стяжкой и укладку листов, изготовленных из железа и асбеста. Котёл в «яме» нагоняет лучший циркуляционный напор.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Работа выстроена на физических законах. При нагревании плотность и вес воды снижаются, а при остывании показатели возвращаются к стандартным параметрам. Давление в системе почти отсутствует – в формулах теплотехнических расчетов принимается соотношение 1 атм. на 10 м напорного водяного столба. Таким образом, при обустройстве отопительной системы в 2-х этажном строении расчет гидростатического давления показывает не более 1 атм., в одноэтажных не более 0,7 атм. на 10 м напорного водяного столба.

Из-за увеличения объема прогретой жидкости самотечная система отопления частного дома дополняется расширительным баком, который устанавливается на трубе подачи теплоносителя вверху системы. Задача емкости – компенсировать повышение объема воды.

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

1. К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
2. К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Физические свойства воды помогают транспортировке жидкости по трубопроводам – при нагревании жидкость устремляется вверх самотеком по разгонному участку трубопровода, а после остывания перемещается от радиаторов обратно в котел

Важно выложить трубопровод с определенным углом наклона, иначе гравитационная циркуляция не будет работать

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.

2 Уменьшение гидравлического сопротивления воды

Также это важно для предотвращения закипания воды, особенно если используется печное отопление. Если это произойдёт, то ремонт или замена теплообменника может обойтись в круглую сумму

Если говорить об отоплении с установкой циркуляционного насоса, то от его мощности зависит скорость движения воды. При естественной схеме эти показатели увеличиваются за счёт таких факторов:

• внутреннего сопротивления;
• отличия в давлении на входе и выходе устройства.

Сопротивление системы отрегулировать непросто. Это связано со сложными математическими расчётами, огромным количеством факторов, входных данных, которые нужно учитывать. Но есть и общие правила расчётов, которые применяются и позволяют (хотя и приблизительно) отрегулировать необходимое сопротивление системы.

Основными факторами, из-за которых снижается скорость движения воды, являются:

• сопротивление труб и стенок;
• уменьшение самого контура, появление сужений за счёт установки фитингов и кранов.

Если скорость движения теплоносителя небольшая, то и сопротивление от стенок водяного контура и труб практически нулевое. Исключением из правила являются тонкие и длинные трубы, которые применяются для тёплого пола. Для него устанавливают отдельный циркуляционный насос.

Отопление с естественной циркуляцией из полипропиленовых труб делать нежелательно, поскольку они соединяются фитингами с намного меньшим диаметром. То есть, выбирая трубы для такой схемы, необходимо учитывать фактор наличия технических сужений при монтаже системы.

Какие нужны диаметры труб

При расчете системы особое внимание уделяется местоположению нагревательного элемента, емкости и радиаторов. Диаметр труб также очень важен, должно существовать давление, которое позволит эффективно функционировать всей отопительной системе

Критерии выбора диаметра труб для отопления с естественно циркуляцией:

1. Можно ли использовать для горячей воды.
2. Сложно ли монтировать.
3. Сроки использования.
4. Гарантии от производителя.

При монтаже естественного кругооборота воды используются трубы с большим сечением. Для обогрева объекта общей площадью 220 кв. метра, сечение трубы при входе обратки в теплообменник равняется приблизительно двум дюймам.

Обусловлено это тем, что скорость жидкости уменьшается, что может вызвать такие вопросы:

1. Уменьшение теплоотдачи за определенную единицу времени.
2. Возникновению «пробок» воздуха.

Потому важно, при монтаже контура, чтобы в него не попадал воздух, в противном случае будут возникать пробки. Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости

Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр

Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости. Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр.

Создание подходящего уклона для самотёка

Основные требования, нормы, применяемые к созданию отопительных систем, представлены в СНиП 41-01-2003.

Чтобы снизить факторы, противодействующие нормальному току теплоносителя в трубах (изгибы контура, воздушные пробки), соблюдают рекомендации по уклону труб системы. Уклоны делают по ходу тока жидкости из расчёта от 1 до 5% в зависимости от длины трубопровода. Благодаря правильному уклону, воздух, накопившийся в трубах, пройдёт к расширительному баку, где получит выход.

Важно! Независимо от уклона труб, в системе гравитационного отопления открытого типа устанавливают краны для стравливания воздуха. Для двухтрубных конструкций монтаж производят с учётом уклона обеих частей контура