Циркуляционная система отопления. Преимущества системы отопления с естественной циркуляцией. Реальность и заблуждения

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Главная задача водяной отопительной системы – это заставить теплоноситель циркулировать по трубам. Чтобы дом прогревался, горячая вода из котла должна поступать в трубы и радиаторы. Система отопления с естественной циркуляцией работает по принципу гравитации. Жидкость перемещается по трубам гравитационным способом без использования насоса. Плотность и вес жидкости становится меньше при нагревании, а после остывания приходит в первичное состояние.

В таком устройстве давление фактически отсутствует. По расчетам, можно увидеть, что при напоре 10-метрового водяного столба приходится давление в 1 атмосферу. Получается, что в устройстве отопления одноэтажного дома давление составит от 0,5 до 0,7 атм., а в двухэтажном доме – не более 1 атм.

Достоинства и недостатки обогрева с естественной циркуляцией

Как и любое устройство, водяное отопление с естественной циркуляцией имеет свои преимущества, но также и недостатки. Чем хороша система?

1. Простая установка и обслуживание, легкий запуск системы. Весь монтаж можно сделать самостоятельно.
2. Не нужно покупать дорогое оснащение.
3. Система работает стабильно. Теплоноситель дает наибольшую тепловую отдачу и сохраняет нужную температуру в помещении.
4. Нет зависимости от электричества. Устройство продолжит работать, если электричество отключат.
5. Если дом утеплен хорошо, то с такой системой можно хорошо сэкономить.
6. Отсутствие насоса, который создает много шума.
7. Если вовремя проводить техническое обслуживание, то отопительное устройство может проработать свыше 35 лет.

Минусы системы:

• Несмотря на то что отопительная система требует мало материалов, расходы станут намного больше при уменьшении местного сопротивления трубопровода. Потому что, придется устанавливать трубы большего размера.
• Дом прогревается намного медленнее.
• Если трубы проходят через не отапливаемые помещения, то эти участки следует утеплить. Иначе есть риск, что жидкость замерзнет.
• Такая система отопления подходит только для частных домов с площадью не более 100 кв. м., так как она действует в радиусе до 30 метров. Это происходит из-за того, что система имеет маленький циркулярный напор.
• Главное условие – чердак в доме. Именно туда устанавливают расширительный бак.

Однотрубная система отопления

В обиходе ее часто называют «ленинградкой». Это самый дешевый вариант – радиаторы просто подключают один за другим, как бы нанизывая их на единственную трубу. За время пути по контуру теплоноситель успевает сильно остыть, что для естественной циркуляции вроде бы и хорошо.

Однако, из-за последовательного подключения приборов система имеет значительное гидравлическое сопротивление, которое может свести на нет преимущество от большого температурного перепада.

По этой причине при устройстве однотрубной системы важно избегать лишних поворотов или сужений, а некоторые радиаторы, например, стальные панельные, вообще могут заблокировать циркуляцию рабочей среды.

Существенным недостатком однотрубной системы является отсутствие возможности сбалансировать контур путем независимого регулирования теплоотдачи на каждом радиаторе.

Поэтому чаще всего применяют усовершенствованный вариант ленинградки, в котором параллельно каждому радиатору устраивается обводной байпас (перемычка) с регулирующей арматурой.

Открывая или закрывая вентиль на байпасе, мы соответственно уменьшаем или увеличиваем поток теплоносителя, идущий через радиатор. При этом будет меняться и мощность теплоотдачи на нем.

Типы систем с естественной циркуляцией

Перед тем как создать схему для обогрева частного дома, вначале рассчитывают количество тепла, требуемого для помещений. В расчет входят данные о котле, размещении и диаметре труб, а также уровень теплоизоляции наружных стен. Даже самые маленькие погрешности в расчетах могут повлиять на качество обогрева дома. Поэтому лучше, если все расчеты проведут специалисты. Отопительные системы бывают нескольких видов:

• Открытый и закрытый тип (отличаются расширительными баками).
• Однотрубный и двухтрубный тип (радиаторы отопления подключаются разными способами).

Открытая система

В открытое устройство входит резервуар (открытый бак), который оборудован трубой (аварийный перелив). Трубу подключают к канализационной системе или выводят на улицу. Бак устанавливают под потолком, иногда на чердаке. Бак открытого типа можно изготовить любого размера своими руками, что является его главным достоинством. Имеет доступную цену. Недостатки устройства:

• В резервуар открытого типа постоянно нужно доливать воду, так как она быстро испаряется. Чтобы постоянно воду не подливать вручную, к баку можно подвести водопроводную трубу.
• Часто, на металлических элементах контура образуется коррозия. Из-за того, что в открытый бак постоянно поступает кислород.
• В трубопровод попадает воздух. Закрепив радиаторы под небольшим наклоном, и установив, автоматические отводчики воздуха, можно избавиться от проблемы.

Закрытая система

Система с естественной циркуляцией теплоносителя закрытого типа хорошо подходит как для одноэтажных, так и для прогрева двухэтажных домов. В отопительный контур вмонтирован мембранный бак. Благодаря баку, металлические детали устройства меньше подвержены коррозии. Закрытое устройство работает следующим образом:

1. Закрытый резервуар с эластичной мембраной – это расширительный мембранный бак. Мембрана создает в баке две секции. Первая секция предназначена для теплоносителя, в другой находится воздух или азот. Во время расширения теплоносителя, лишняя вода из отопительного контура уходит в бак.
2. Мембрана начинает растягиваться из-за горячей воды, а газ во второй части – сжиматься.
3. Когда вода остывает, газ вновь увеличивается и выталкивает теплоноситель обратно в систему. Таким образом, происходит непрерывное заполнение водяного контура теплоносителем.

Если выбирать между открытой системой и закрытой, то дешевле приобрести или создать своими руками открытый бак. Мембранный бак стоит в несколько раз дороже, поэтому редко используется.

Однотрубная система

Для одноэтажных домов с маленькой площадью, подходит однотрубное отопление. В двухэтажном доме такой тип обогрева будет неэффективным. Плюсы системы — это дешевый монтаж, простая конструкция, трубы не устанавливают под потолком, значит, общий интерьер помещения не испортится. Однотрубный тип отопления работает по следующему принципу:

• По вертикальному участку трубы жидкость поднимается.
• Затем теплоноситель передвигается в трубу, расположенную горизонтально. Эта труба соединяет отопительные радиаторы.
• Остывшая жидкость возвращается обратно в котел от крайнего радиатора.

В такой системе есть свои недостатки. Чем дальше подающий стояк, тем температура радиаторов меньше. Увеличить производительность помогут байпасы. Чтобы установить равномерный прогрев дома, в местах, где подключены радиаторы, ставят перемычки. Даже сделав точные расчеты, однотрубный тип системы будет неэффективен, если одноэтажный дом имеет более трех комнат. Проблему можно решить, если модернизировать систему циркулярным насосом.

Схема двухтрубного водяного отопления для частного дома с естественной циркуляцией

Двухтрубный тип отопления подходит для обогрева двухэтажного дома. Если сравнивать однотрубную и двухтрубную систему, то во второй — жидкость подается во все радиаторы горячей. Двухтрубный контур имеет особую конструкцию, состоящую из двух труб. Одна для подачи, другая – для обратки. К каждому отопительному устройству подсоединяется труба подачи. Подключение делают через отдельный входной отвод. А труба обратки подключается отдельно. Достоинства системы отопления с верхней и нижней разводкой в том, что ее монтаж очень прост, а эксплуатационные характеристики эффективны. С такой системой:

1. Можно не добавлять в радиатор дополнительные секции, чтобы улучшить обогрев.
2. В отличие от однотрубного контура, для прокладки трубопровода в этой системе, используют трубы меньшего диаметра.
3. Простая регулировка системы.
4. Происходит равномерное распределение тепла.

В настоящее время появилась возможность создать своими руками двухтрубный тип обогрева с естественной циркуляцией. Для ее изготовления используют стальные или полимерные трубы.

Схема расчета системы отопления с естественной циркуляцией

Самое сложное в проектировании отопительной системы – это правильный расчет. Насколько хорошо будет работать устройство, зависит от длины и угла наклона труб, а также от количества поворотов на нем. Это нужно знать, потому что в контуре отсутствует давление. Что нужно учитывать, составляя схему и расчет:

1. Какого диаметра трубы и материал, из которого они изготовлены.
2. Угол наклона труб.
3. Виды теплоносителей.
4. Способы подачи теплоносителя.

Схемы разводки

Водяное отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией может быть выполнено по нескольким различным схемам.

Двухтрубная СО

Работы, вне зависимости от выбранной схемы, начинаются с того, что создаётся план отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией.

Упомянутая схема предусматривает прокладку по периметру строения двух трубопроводов. Используется тогда, когда требуется обогревать достаточно большие площади. Верхний используется для подачи горячей воды в СО, нижний – для возврата охлаждённого теплоносителя в котёл. Между ними монтируются радиаторы. По возможности, котёл монтируется ниже последних. Трубы прокладываются с соблюдением уклона по току воды не менее 5 градусов.

Розливы, особенно в местах запитки сразу нескольких радиаторов, требуется выполнять с использованием трубы, диаметр которой >= 32 мм. Лучше всего подходит металлопластиковая, либо полимерная труба. Подводку непосредственно к каждому радиатору следует выполнять трубой диаметром 20 мм.

Если диаметры труб подобраны правильно, такая СО в балансировке не нуждается. Несмотря на это следует установить дроссели на подводках, идущих к радиаторам.

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией, выполненное по двухтрубной схеме, является наиболее дорогим вариантом с точки зрения его исполнения (материалы, работа), поэтому используется достаточно редко.

Однотрубная СО

Простейшей системой, позволяющей обеспечить отопление одноэтажного частного дома своими руками, выполненной по указанной схеме, является «Ленинградка». Условия монтажа (угол наклона и диаметры труб), аналогичны предыдущему варианту.

Специфика заключается в том, что радиаторы, в указанном случае, врезаются в основное кольцо отопления (параллельно основной трубе).

Кроме расширительного бака краны для стравливания воздуха, в обязательном порядке, ставятся на каждом из радиаторов. На ближних к котлу, и на самых дальних от него радиаторах ставятся термоголовки или дроссели, что помогает выравнивать температуру в них.

Лучевая СО

При выборе указанного варианта схема, по которой выполняется отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией, выглядит следующим образом.

На участках трубы, подающих в СО горячую воду, и возвращающих холодную в котёл, устанавливаются специальные коллекторы, представляющие собой гребёнки, на каждом отводе которых установлен дроссель. На каждый из радиаторов идёт две трубы, по одному с подачи и обратки.

Эта версия, с точки зрения возможностей для выполнения регулировки, наиболее удобная. Но её монтаж достаточно сложен, слишком много труб, которые, для сохранения приемлемого дизайна помещений, придётся убирать в полы или в за фальшстены, что автоматически приводит к значительному росту стоимости работ и приобретаемых материалов. Убедиться в этом просто, достаточно посмотреть на предварительно составляемый план отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией.

Какой материал для труб лучше?

Способ установки контура, защита от коррозии и гидравлическое сопротивление, все эти показатели будут зависеть от материала, из которого изготовлен трубопровод. Для системы отопления можно использовать полипропиленовые, стальные, металлопластиковые и медные трубы.

• Полипропиленовый материал. Трубы из полипропилена хорошо переносят высокую температуру, имеют продолжительный срок эксплуатации (свыше 25 лет), гладкие внутри. Для установки требуются специальные инструменты, дорого стоят.
• Сталь. Несмотря на то что такие трубы довольно прочные и имеют доступную цену, они подвержены коррозии и зарастанию. К тому же для установки требуется сварка или множество фитингов.
• Металлопластик. Легкие трубы, имеют идеально гладкую внутреннюю поверхность. Благодаря этому на них отсутствует коррозия и отложения. Но после установки придется постоянно потягивать резьбовые соединительные детали, что является большим недостатком. Их срок службы составляет около 15 лет, а для труб это очень мало. Имеют высокую стоимость.
• Медные трубы. У медных труб красивый внешний вид и срок эксплуатации более 100 лет. Для установки используют пайку, очень дорогие по стоимости.

Чтобы определить какой диаметр труб подходит для прогрева вашего дома, нужно знать, что:

1. Диаметр трубы выбирается, согласно материалу, из которого изготовлены трубы и из сделанных теплотехнических расчетов.
2. Рассчитать количество тепла необходимого для помещения и к полученному результату прибавить 20%.
3. Пользуясь значениями, указанными в таблицах СНиП, рассчитывается сечение трубопровода. Для расчета берут показания теплоемкости и размер трубы (внутреннее сечение).

Если после каждого разветвления установить подающую трубу на 1 размер меньше предыдущей, то циркуляция теплообменника станет в несколько раз интенсивнее. Обратную трубу монтируют с расширением. Так рассчитывается минимальный диаметр двух труб. Придерживаясь полученных значений, для каждого участка труб, устанавливается свой размер.

Как работает схема с естественной циркуляцией

В качестве теплоносителя, чаще всего используют обычную воду, которая перемещается по контурам от котла к батареям и обратно за счёт изменения своих термодинамических свойств. То есть при нагревании плотность жидкости понижается и увеличивается объём, её выдавливает холодным потоком, который идёт обратно, и поднимается по трубам. Пока теплоноситель расходится по горизонтальным ответвлениям, его температура снижается и он возвращается к котлу. Так круг замыкается.

Если для частного дома было подобрано отопление водой с естественной циркуляцией, то все горизонтальные трубы прокладывают с уклоном по ходу движения теплоносителя. Это даёт возможность радиаторам не «завоздушиваться». Воздух легче жидкости, потому он уходит по трубам вверх, попадает в расширительную ёмкость, а потом, соответственно, в воздух.

В бак сливается жидкость, объём которой увеличивается с повышением температуры, и создаёт непрерывное давление.

Способы подачи теплоносителя

Теплоноситель может циркулировать от котла к отопительному прибору двумя способами. Через нижний или верхний розлив.

• Нижний розлив. Этот способ розлива используют только для однотрубных систем. Трубопровод прокладывают на уровне пола, при этом вертикальные трубы можно не устанавливать. Без циркулярного насоса нижний розлив является малоэффективным.
• Верхний розлив. Используют как для однотрубной, так и для двухтрубной системы. Благодаря тому, что распределительную трубу устанавливают под потолком, горячий теплоноситель активно подается к каждому радиатору. Далее, остывая, вода уходит в обратную трубу, вмонтированную вдоль пола.

Виды и особенности однотрубного отопления

H2_2
Проходя через радиатор, охлажденная вода попадает в нижнюю его часть и устремляется по замкнутому кругу обратно к теплогенератору, чему способствует небольшой уклон. Однотрубная система отопления частного двухэтажного дома не имеет обратных стояков. Преимущество такого отопления загородного двухэтажного дома заключается в простоте установки, а также в том, что для их монтажа нужно меньше материалов.

Однотрубная система для загородного дома может быть двух видов:

1. Со встречным движением воды. В таких трубопроводах водные потоки после прохождения котла и радиаторов сталкиваются в вертикальных участках;
2. С попутным движением воды. При движении по такому трубопроводу теплоноситель не встречает на своем пути никаких препятствий, так как радиаторы одного уровня не соединены между собой.

Распространена схема отопления с естественной циркуляцией для дачного двухэтажного дома под названием «ленинградка». Она отличается тем, что все радиаторы одного уровня установлены последовательно.

Также однотрубная гравитационная система отопления частного дома может быть создана с байпасом (регулируемым или с запорными кранами). Во втором случае можно регулировать направление воды для создания в доме оптимальной температуры.

Факт! Существуют системы с автоматической регуляцией таких кранов. Монтаж и подключение котла производится ниже уровня радиаторов.

Особенности организации системы

Следует понимать, что для стабильной циркуляции теплоносителя требуется более тщательный и внимательный подход к этапам проектирования и монтажа. Любая ошибка станет причиной появления воздушных пробок, которые естественной системе отопления пробить будет проблематично.

Исходя из этого, выделим ряд основных особенностей, которые необходимо учитывать при выборе такого способа отопления в частном доме.

Использование труб большего диаметра

Учитывая то, что в подобной системе отопления перепад давления на подаче теплоносителя и линии обратки минимален, движущаяся вода испытывает довольно ощутимое сопротивление. По этой причине появляется необходимость использовать трубы большего диаметра. В системах отопления частного дома с принудительной циркуляцией такой потребности нет.

Чаще всего при монтаже используют материалы следующего диаметра:

• При подключении к котельному оборудованию ставят трубы 50 мм.
• Для подводки к группе радиаторов используют трубу 32 мм.
• Для подключения отдельных радиаторов обычно применяют трубы 20 мм.

Важно! При правильном подборе труб установка дополнительных балансирующих устройств обычно не требуется. В большинстве случаев по подаче обычно уменьшают диаметр по ходу движения теплоносителя от котла, а на обратке увеличивают. А отопление двухэтажного дома с естественной циркуляцией обычно имеет боле сложную схему и без балансировки удается обойтись крайне редко.

Соблюдение уклонов горизонтальных магистралей

Уклон — еще один важный показатель, который важно соблюдать, монтируя естественное отопление. Благодаря ему создаются более благоприятные условия, позволяющие обеспечить перемещение теплоносителя самотеком. Нарушение уклона приводит к повышению сопротивления сети, добиться в таком случае нормальной работы системы практически нереально.

Важно! Практика показала, что наиболее действенные результаты получают, делая уклон в пределах 5 мм на каждый погонный метр. Этих значений будет вполне достаточно практически для всех наиболее распространенных систем отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией.

Разница температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях

Этот показатель не имеет значения для отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией. А вот для естественной он очень важен. Чем больше разница температуры, тем меньше плотность горячего теплоносителя. Благодаря этому, охлажденной воде из обратной магистрали легче вытолкнуть его в систему.

Важно! Чем больше разница температуры, тем выше скорость циркуляции теплоносителя в системе отопления частного дома, а это значит, что он прогреется гораздо быстрей.

Монтаж расширительного бака открытого типа

Расширительный бак служит предохранительным устройством, позволяющим избежать повышения давления в системе и предотвратить ее разрыв. Естественное отопление предполагает установку такого бака в самой верхней точке сети. Причем он должен быть открытого типа, то есть сообщаться с окружающей атмосферой.

Внимание! При нагреве теплоносителя происходит его существенное расширение. Вместить этот объем сеть не в состоянии, вода выталкивается в расширительный бак. Если сделать его герметичным, то возросшее давление, особенно при использовании твердотопливных котлов с низким диапазоном регулировок, приводит к выходу емкости из строя. В результате возникает опасность повреждения строительных конструкций дома и получения ожогов его владельцем.

Установка котла

Рекомендуется таким образом, чтобы патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа. За счет этого обеспечивают больший перепад давления в сети, благодаря чему естественный поток теплоносителя будет преодолевать меньшее сопротивление.

В большинстве случаев котельное оборудование устанавливают в специальных помещениях, уровень которых ниже по сравнению с жилыми комнатами. При принудительной циркуляции такой необходимости нет, как пример можно привести системы автономного отопления в квартирах, в которых все оборудование смонтировано практически на одном уровне.

Типы систем для такой циркуляции

В зависимости от особенностей планировки дома, наличия чердачных помещений и ряда других факторов, естественная циркуляция теплоносителя в системе отопления может быть обеспечена при монтаже нескольких отличающихся схем разводки труб:

• Однотрубная — известна как «ленинградка». Один из наиболее дешевых вариантов разводки, который требует прокладки только одного кольца труб. Это сокращает расход материалов. Отличается тем, что все отопительные приборы врезаются параллельно основному кольцу отопления. Обращаем внимание, что помимо расширительного бака такая система требует установки кранов для стравливания воздуха, а также дополнительных балансирующих устройств, позволяющих уравновесить температуры во всех радиаторах.

• Двухтрубная — наиболее распространенная схема разводки, предполагающая прокладку двух контуров труб, на обратку и подачу. Используется как для принудительной, так и для естественной циркуляции. Несмотря на увеличенный расход материалов такая система будет работать более эффективно. Она позволяет обеспечить более равномерный нагрев радиаторов. Обращаем внимание! Особое значение имеет соблюдение уклонов. Рекомендована такая разводка для домов с большой площадью.

• Лучевая — Эта система становится все более популярной. Она предполагает разводку к каждому радиатору двух труб — подачи и обратки. Благодаря этому удается регулировать температуру каждого теплового прибора в отдельности, отключать аварийные участки независимо от остальной сети. Но стоит отметить, что по расходу труб — это один из самых емких способов разводки при монтаже.

От чего зависит напор?

Чтобы создать необходимый циркуляционный напор, нужно обязательно просчитать всю систему отопления при проектировании частного дома. Он зависит от уровня середины котла и самой нижней батареи. Чем больше перепад высоты, тем лучше жидкость перемещается по системе. На него оказывает влияние и разница плотностей горячей и охладившейся жидкости.
Характеризуется система отопления с натуральной циркуляцией изменением температуры в радиаторах и в котле, которая происходит по центральной оси устройств. Горячая вода находится вверху, холодная – снизу. Под воздействием гравитации остывшая жидкость перемещается вниз по трубам.

Передвижение прямо зависит от высоты установки радиаторов. Его повышению содействует и угол наклона подающей линии, которая направлена в сторону батарей, и уклон обратки, направленной к котлу. Это даёт возможность жидкости легче одолевать местное сопротивление труб.

При установке системы отопления в частном доме с естественной циркуляцией котёл ставят в самой нижней точке так, чтобы все батареи находились выше.