Система отопления в частном доме с естественной циркуляцией

Опубликовано 4 августа 2015 в 12:37

Стоимость отопительной системы значительно увеличивается за счет использования насосного оборудования и не только для создания принудительной системы отопления. Самая простая и дешевая система отопления с естественной циркуляцией. Хотя она имеет свои недостатки, для дома не более ста квадратных метров она сможет обеспечить необходимое тепло.

Особенности и преимущества гравитационной системы

Система отопления с естественной циркуляцией считается самой простой и дешевой конструкцией. Однако для ее реализации важно учесть большое количество нюансов. Для нормального передвижения теплоносителя необходимо создать идеальные условия. Передвижение осуществляется за счет внутреннего гидростатического давления в трубопроводе.

Обратите внимание! Гравитационную систему отопления можно внедрить только в дома с небольшой площадью, а именно до 100 м2. Также имеются ограничения касательно горизонтального радиуса самотечи, трубопровод системы не должен превышать 30 метров.

Такие ограничения связаны с тем, что внутри системы отсутствует большое давление. Но несмотря на это, имеются явные достоинства, которые делают выбор очевидным и в пользу использования данной технологии:

• Доступные цены на оборудование, материалы, обслуживание и монтаж.
• В среднем эксплуатационный срок составляет 40 лет.
• Простое обслуживание и возможность самостоятельного ремонта.
• Схема может быть саморегулирующей, в результате чего достигается хорошая тепловая устойчивость. Это объясняется тем, что тепло распространяется благодаря разнице температуры отопителя.

Циркуляционный напор – от чего он зависит?

Чтобы в системе было достаточный циркуляционный напор, все расчеты необходимо осуществлять на этапе проектирования. Напор будет зависеть от различия между нижним радиатором и уровнем середины котла. Перемещение жидкости будет лучшим, если этот перепад будет большим. Кроме этого, на скорость потока теплоносителя влияет и разница плотности между остывшей и горячей воды.

Цикличные изменения температуры в котле и теплообменнике, происходящее по центральной оси, является главным отличием гравитационной системы. Холодная находится внизу, а горячая вода вверху. Под действием силы гравитации холодная вода направляется вниз. Здесь также влияет и высота установленных батарей. Чем дальше тянется трубопровод, тем выше они будут устанавливаться, так как уклон подачи от котла направлен к радиаторам, а обратка к котлу. Такая схема позволяет теплоносителю без особых трудностей преодолевать имеющееся сопротивление в трубах.

Если такое отопление используется в частном доме, то котел устанавливается в самой низкой точке. Так, все радиаторы будут находиться выше его.

Обратите внимание! Данная схема крайне редко внедряется в квартирные дома, так как обеспечить достаточный уклон не всегда возможно.

Виды схем отопления для естественной циркуляции

Схема отопления с естественной циркуляцией будет зависеть от:

• места прокладки магистрали горячей воды. Предпочтение лучше отдать верхней или нижней разводке;
• метода соединения подающего стояка с батареями. Это может быть двухтрубная или однотрубная;
• наличия попутного или тупикового движения тепла;
• схемы монтажа трубопровода;
• расположения трубопровода: вертикально или горизонтально.

Отталкиваясь от этих факторов, выбирается наиболее доступная схема.

Как регулировать температуру в однотрубной разводке?

Для такой системы существует только один метод проводки труб – верхняя. Она не имеет трубы с обраткой. Как охлажденная вода поступает обратно в котел? Охлажденный теплоноситель возвращается в подающей трубе. Это движение образовывается за счет разницы температуры в верхней и нижней части батареи. Чтобы во всем помещении (на 2 или 3 этаже) была одинаковая температура, последние радиаторы должны быть большего размера. Их размер идет по нарастающему. В охлажденную воду в верхнем теплообменнике поступает горячая вода в нижнюю часть батареи. Однотрубная система реализовывается двумя методами:

1. Движение одной части теплоносителя идет по стояку к следующим батареям, а другая часть поступает внутрь радиатора.
2. Движение всего объема теплоносителя осуществляется через все батареи. В результате такого подключения в цокольном и на первом этаже помещения, батареи получают только охлажденный теплоноситель.

При первом варианте для регулировки температуры в батареях можно использовать краны. В другом варианте использование запорной арматуры запрещено, так как значительно упадет скорость запитки теплоносителя к последующим батареям. А если полностью перекрыть кран, то процесс циркуляции и вовсе прекратится.

Выбирая метод подключения лучше отдать приоритет методу с возможностью контролировать температуру в каждом теплообменнике. В результате в каждой отдельной комнате можно настраивать температуру, которая в данный момент там необходима. Более того, так можно экономить объем затраченной энергии. Как следствие система отопления становится эффективной и гибкой.

Обратите внимание! Реализовать однотрубную разводку возможно только если есть чердачное помещение. В этом месте располагается подающая труба.

Среди недостатков можно выделить невозможность запуска отопления частично. Однако среди достоинств это простота монтажа отопления, а также значительное его удешевление. Как следствие по дому будет проходить меньше труб, которые намного легче будет спрятать.

Особенности устройства двухтрубной разводки

Отопление с естественной циркуляцией также возможно и при двухтрубной разводке. В этой схеме используется два параллельных трубопровода: подача и обратка. В верхнем трубопроводе будет циркулировать горячая вода, а в нижнем, остывшая вода. Также от котла будет отходить труба, которая соединяет его с расширительным бачком. Далее, от расширительного бачка тянется труба с горячим контуром, которая будет соединяться с общей разводкой. Дополнительно от бака может отходить переливная труба. Но это будет зависеть только от объема воды и размера емкости бака. Лишняя вода по переливной трубе будет отправляться в канализацию. Труба, которая выходит из нижней части радиатора будет подключаться в обратную магистраль. Именно по ней и будет происходить гравитация холодного теплоносителя к котлу отопления. С эстетичной стороны, такая схема имеет свой недостаток, ведь в комнате будет проходить сразу две трубы: подача и обратка. Поэтому спрятать трубопровод будет гораздо сложней.

Итак, принимая решение о выборе схемы с циркуляционным отоплением, учитывайте все за и против. Возможно, предоставленное видео поможет вам принять правильное решение, которое обеспечит приятный микроклимат в холодный период года.

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.