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.

Схема самотечной системы отопления с естественной циркуляцией

В небольших одноэтажных частных домах нередко применяют самотечные отопительные системы. Это значит, что теплоноситель циркулирует за счет разницы температуры жидкости. Самотечная система отопления имеет свои плюсы и минусы. Существует четыре разных схемы устройства контуров с естественной циркуляцией. Для надежной и эффективной работы отопительной сети нужно правильно подобрать трубопроводы, определиться с видом теплоносителя и вариантом подключения подачи.

Принцип работы отопительных систем с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома организована с учетом физических законов. Разность между плотностью и весом нагретой и охлажденной жидкости способствует естественному току теплоносителя в сети. Давление в контуре практически отсутствует и составляет всего 0,5-0,7 атмосфер.

Поскольку в процессе нагревания объем жидкости увеличивается, в контуре устанавливается расширительный бак. Главное его назначение в уравновешивании давления в системе. Излишек расширившейся жидкости поступает в эту емкость, а при снижении давления в сети вода из бака переходит обратно в трубопроводы. Расширительный бак устанавливается в самой верхней точке сети после разгонного вертикального стояка.

К самотечному контуру можно подключать теплые полы. При этом требуется установить насосное оборудование только на трубопровод в полу, а в разводке отопительных приборов теплоноситель будет циркулировать естественным образом.

Также гравитационную схему можно использовать в комплексе с бойлером косвенного нагрева. Это оборудование устанавливают в наивысшей точке разводки, но ниже расширительного бака. При этом не придется использовать насосное оборудование. Если такую схему применить не получается, то насос монтируется только на накопительную емкость. В этом случае обязательно устанавливают обратный клапан для защиты от рециркуляции теплового носителя.

Важно! В самотечных контурах обязательно делают уклон трубопровода с обраткой в сторону котла, чтобы обеспечить движение охлажденной жидкости.

Плюсы и минусы самотечной системы

Преимущества гравитационного тока:

1. Простота монтажа, эксплуатации и обслуживания сети.
2. Не нужно монтировать циркуляционное оборудование и систему безопасности.
3. Это полностью энергонезависимая схема, которая может работать при отключении подачи электроэнергии.

Недостаток контуров с естественным током в том, что они не подходят для больших и многоэтажных домов, потому что из-за низкой скорости движения теплоносителя не смогут эффективно и равномерно обогревать постройку.

Разновидности гравитационных схем

Существует четыре схемы монтажа контуров с гравитационной циркуляцией. Выбор определенной разновидности делают с учетом особенностей постройки и требуемой производительности. Для выбора схемы выполняют гидравлический расчет, оценивают параметры котла и определяют диаметр трубопровода.

Закрытая

Принцип работы контуров закрытого типа следующий:

• Нагретый и расширившийся теплоноситель вытесняет воду из отопительного контура.
• Вытесненная вода попадает в расширительный бак закрытого типа. Это емкость с эластичной мембранной перегородкой, разделяющей газовую и водяную камеры.
• Поступившая под давлением жидкость продавливает мембрану и сжимает газ в воздушной камере. При остывании теплоносителя давление снижается, и газ выдавливает жидкость из емкости в трубопроводы.

Главный недостаток такой схемы в зависимости работы сети от объема расширительного бака. В доме большой площади с протяженным контуром придется устанавливать вместительную емкость.

Открытая

Если используется отопление самотеком, схема открытого типа отличается от предыдущей разновидности только конструкцией расширительного бака. В этом случае расширительную емкость можно изготовить самостоятельно из подходящих материалов. Бачок небольшого размера устанавливают на чердаке или высоко под потолком.

Главный минус открытого контура в том, что через расширительную емкость в сети попадает кислород, который способствует коррозии трубопроводов и радиаторов. Еще один недостаток в завоздушивании системы, поэтому на каждый прибор монтируют кран Маевского.

Двухтрубная

Двухтрубная схема системы отопления частного дома с естественной циркуляцией делается с использованием подающего и отводящего трубопровода, то есть все радиаторы подключаются к разводке параллельно, что способствует равномерному прогреву каждой комнаты и всего дома.

Преимущества двухтрубной разводки:

1. Тепло равномерно распределяется по всему строению.
2. Не нужно устанавливать дополнительные секции для регулировки теплоотдачи приборов.
3. Отрегулировать работу сети с двухтрубной разводкой намного проще.
4. Можно использовать трубы меньшего диаметра, чем при использовании однотрубной разводки.
5. Эффективность и простота конструкции.

Главный недостаток в высокой материалоемкости системы. Перед монтажом нужно провести расчеты. От правильности их проведения и соблюдения технологии монтажа зависит эффективность отопительной сети.

Однотрубная

Однотрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяется редко, потому что не отличается эффективностью. В такой сети каждый отопительный прибор последовательно подключается к трубопроводу. Из-за этого в каждую последующую батарею поступает жидкость с меньшей температурой, чем в предыдущий. Для компенсации тепловых потерь приходится увеличивать количество секций в дальних радиаторах.

Преимущества однотрубной разводки:

• Простота монтажа и использования. Не нужно проводить сложные расчеты для прокладки сети.
• Экономия на материалах, потому что прокладывается только один трубопровод, к которому подключаются все приборы. Обратка поступает от последнего радиатора к котлу.

Главный недостаток однотрубной разводки в необходимости увеличения количества секций в дальних радиаторах, а также в неравномерном прогреве постройки. Удаленные от котла комнаты отапливаются хуже.

Какая схема лучше, принудительная или естественная?

Естественная система лучше в том случае, если нужно организовать отопление небольшого одноэтажного частного дома. В этом случае нет смысла тратиться на насосное оборудование, когда и естественного тока теплоносителя будет достаточно для обогрева всей постройки.

Контуры с принудительной циркуляцией лучше использовать в больших одноэтажных или многоэтажных домах. Благодаря быстрому движению теплового носителя в сети постройки значительных размеров будут хорошо и равномерно прогреваться. Контуры с естественной циркуляцией с этой задачей не справятся.

Правила монтажа контура без насоса

Теперь поговорим, как сделать циркуляцию воды без насоса. Любая разновидность гравитационной схемы имеет общий минус, который заключается в отсутствии давления в сети. Именно поэтому работоспособность системы снижается из-за повышенного количества поворотов трубопроводов, неправильного уклона и других погрешностей во время монтажа.

Для правильной организации контуров без насоса придерживайтесь следующих требований:

1. Соблюдайте минимально необходимый уклон обратного трубопровода в сторону нагревательного оборудования.
2. Для устройства разводки выбирайте трубы подходящего диаметра и типа.
3. Учитывайте используемый тип теплоносителя и особенности его подачи.

Важно! Чтобы обеспечить уклон обратного трубопровода в сторону котла, нагревательное оборудование устанавливают в подвале или цокольном этаже либо делают пониженный уровень пола в котельной на первом этаже.

Подбор трубопроводов и их уклона

Чтобы обустроить водяное отопление в частном доме без насоса, нужно правильно подобрать диаметр трубопровода и рассчитать его уклон.

Для организации самотечной сети можно использовать следующие виды труб:

• Стальные трубопроводы стоят недорого, достаточно прочные, выдерживают высокое давление. Главный недостаток в низкой коррозионной стойкости, особенно в завоздушенных сетях.
• Металлопластиковые конструкции благодаря гладкой внутренней поверхности не так быстро засоряются. Они мало весят, не подвержены коррозии и имеют небольшое линейное расширение.
• Полипропиленовые трубопроводы обладают высокой герметичностью, прочностью. Они просто монтируются, служат долго и устойчивы к замерзанию. Для монтажа трубопровода понадобится специальное паяльное оборудование.
• Медные трубы стоят очень дорого, поэтому применяются редко. Это самые долговечные и красивые трубопроводы с хорошей теплоотдачей.

Важно! Минимальный уклон обратной магистрали при естественном токе теплоносителя составляет 0,5% на погонный метр. При неправильном уклоне сети быстро завоздушиваются, дальние радиаторы плохо прогреваются.

Выбор диаметра трубопровода производится на основе теплотехнического расчета. При превышении сечения магистрали увеличиваются расходы на отопление, а теплоотдача снижается. Диаметр стального трубопровода не должен быть меньше 50 мм.

Выбор теплоносителя

Естественная циркуляция в системе отопления частного дома может быть организована с использованием жидкого теплоносителя – воды или антифриза. Чаще используют воду, потому что меньшая теплоотдача и большая плотность антифриза повышают расходы топлива и времени на обогрев дома.

Антифриз стоит выбрать в том случае, если дом в холодный сезон будут надолго покидать либо посещать его с определенной периодичностью, а постоянно сливать воду из системы не хочется. В пользу антифриза говорит его лучшая текучесть, облегчающая циркуляцию теплоносителя, а также устойчивость к замерзанию.

Выбор нижнего или верхнего подключения подачи

Отопление самотеком можно организовать с нижним и верхним подключением подачи теплоносителя к отопительным приборам.

Особенности каждой подачи следующие:

1. При нижней подаче теплоносителя трубопроводы прокладываются на уровне пола, поэтому не портят интерьер помещения. Однако однотрубные системы с нижней разводкой отличаются низкой тепловой эффективностью, поэтому такое подключение используют при высоком давлении в сети.
2. Верхняя подача теплоносителя более всего подходит для устройства в частном доме с естественной циркуляцией. Трубопроводы прокладываются под потолком. Поскольку жидкость в радиаторы подается сверху, через краны Маевского легко стравливается воздух. Однотрубная разводка с верхней подачей более эффективная, чем с нижним подключением.

Ошибки при подборе способа подачи могут привести к низкой эффективности системы. Решить проблему получится только установкой циркуляционного насоса для создания лучшего тока теплового носителя.