Как сделать отопление с естественной циркуляцией. Система отопления с естественной циркуляцией: принцип работы и варианты реализации

Несмотря на технический прогресс и постоянно внедряемые инновации, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией себя не изжила. Секрет долголетия такого типа водяного отопительного контура – в простоте монтажа и независимости от других источников энергии (электричества). Статья о том, как работает отопление при самотечном движении жидкости, и какие разновидности схем в себя включает.

Что приводит жидкость в движение – немного о законах физики

Основой для самостоятельного движения жидкости по отопительному контуру без применения нагнетающих устройств (циркуляционных насосов) является конвекция. Это физическое явление основано на том, что любая среда, нагреваясь, теряет плотность, то есть становится легче. Актуально это и для жидкостей, поэтому более холодная вода в замкнутом контуре стремится вниз, выталкивая более горячую вверх. Нагретый в теплообменнике котла теплоноситель устремляется вверх по вертикальному стояку, его место занимает остывшая жидкость, пришедшая по обратной трубе.

Так образуется избыточное давление, достаточное для преодоления гравитации и сопротивления труб. В результате теплоноситель циркулирует самостоятельно, применяя лишь тепловую энергию, выделяемую использующимся для работы котла энергоносителем. Циркуляция воды в системе отопления такого типа не отличается высокой скоростью, поэтому прогрев отапливаемого помещения при первоначальном запуске котла происходит медленно. Увеличить скорость движения воды позволяют такие особенности самотечной отопительной системы, которые учитывают при устройстве контура:

• использование труб большого диаметра (обычно 50 мм или два дюйма) с целью максимально снизить сопротивление трубопровода;
• котел монтируют как можно ниже относительно горизонтальной разводки первого этажа;
• делают разгонную петлю (высокий вертикальный стояк, от которого в верхней точке отходит труба, идущая к батареям);
• горизонтальные участки разводки устаивают под уклоном (3-4 градуса) по направлению к котлу, используя для ускорения циркуляции силу гравитации.

Кроме того, для нормальной скорости движения теплоносителя по трубам должна поддерживаться температурная разница между выходом из котла и входом обратного трубопровода не менее 25 градусов. Чем длиннее контур (больше количество секций батарей), тем разница температур должна быть выше.

Система отопления с естественной циркуляцией имеет еще одну особенность – она не может быть закрытого типа. В самотечном контуре предполагается только открытый расширительный бак, что устанавливается выше верхней точки разгонного стояка. У компенсационного бака две функции – выводить пузырьки образующихся газов из системы и сглаживать перепады давления, которые в самотечном отопительном контуре бывают значительными. Закрытый бачок мембранного типа, что устанавливается в системах, смонтированных по современным схемам с принудительной циркуляцией, не сможет полноценно сглаживать скачки давления, что неизбежно приведет к аварийным ситуациям.

Нужно учитывать, что отопление с естественной циркуляцией из-за большого диаметра труб предполагает гораздо больший объем теплоносителя, который, расширяясь при нагревании, образует значительное количество "лишней" жидкости, она и заполняет открытый компенсационный бак.

Отопление с самотечной циркуляцией – оцениваем преимущества и недостатки

По сути, самотечная система является менее совершенной, чем современные контуры, где движение жидкости обеспечивает циркуляционный насос. Но у рассматриваемых отопительных систем есть бесспорное преимущество – для естественной циркуляции не нужно электричества, от которого работает насос. Какими бы длительными не были перебои с электроснабжением, на обогреве помещений это никак не отразится.

К плюсам самотечных контуров отопления можно отнести и их инерционность. Это актуально, если используется классический твердотопливный котел, для которого характерна такая эксплуатационная особенность, как большие и частые перепады температуры в топке. Большая инерция контура с естественным движением жидкости сглаживает температурные скачки в такой ситуации, делая обогрев помещений более равномерным.

На этом преимущества самотечных систем отопления заканчиваются и начинаются их минусы, которых гораздо больше.

1. 1. Использование труб большого сечения и обязательный их монтаж под уклоном не дают возможности произвести скрытую прокладку отопительных коммуникаций, поэтому все элементы системы будут на виду. На практике для устройства самотечного контура используются только металлические трубы (пластиковые плохо выдерживают высокую температуру и давление, предполагают множество резких переходов, повышающих сопротивление трубопровода). А это сложность монтажа (сварочные работы) и необходимость ежегодной покраски коммуникаций. Кроме того, громоздкие трубопроводы, проложенные на виду, плохо сочетаются с современными интерьерами.
2. 2. Ограниченный выбор батарей отопления. Для естественной циркуляции очень важен диаметр внутренних отверстий радиаторов, их способность выдерживать давление и высокую температуру. Таким требованиям лучше всего соответствуют чугунные изделия, которыми чаще всего и оснащаются самотечные контуры. Алюминиевые "слабые" насчет давления и быстро окисляются (скорость коррозии напрямую зависит от температуры теплоносителя), биметаллические батареи имеют узкие просветы, стальные делаются в виде моноблоков (неразборная конструкция), поэтому тяжело подобрать необходимую тепловую мощность радиатора.
3. 3. Необходимость максимально углублять котел. Для этого приходится делать площадку, расположенную ниже общего уровня пола до полуметра. В результате котел неудобно обслуживать (особенно твердотопливный) и подводить к нему трубы при обвязке теплогенератора. Понятно, что об эксплуатации современных котлов настенной установки речь не идет.
4. 4. Ограничена площадь обогреваемых помещений. Учитывая, что трубы расположены под уклоном, на большую длину проложить их не удастся. К тому же, чем длиннее контур, тем больше его сопротивление, следовательно, меньше скорость циркуляции. При большой протяженности коммуникаций крайние точки (батареи) будут нагреваться плохо, и добиться качественного обогрева не удастся даже добавлением секций.

Система отопления с естественной циркуляцией не отличается совершенством, в том числе эстетическим. Однако возможность не зависеть от электроснабжения привлекает некоторых домовладельцев до сих пор, особенно в регионах, где с электричеством часто случаются проблемы. Для тех, кто предпочитает надежность техническому совершенству, предлагается несколько схем устройства самотечного контура.

Основные схемы трубной разводки – выбираем оптимальный вариант

Отопительные контуры, предполагающие естественную циркуляцию теплоносителя, имеют два основных варианта (схемы) устройства:

• однотрубный, когда подача и отведение жидкости от батарей происходит по одной трубе;
• двухтрубный – подача теплоносителя и его отведение от радиаторов осуществляется различными трубопроводами.

Однотрубный контур прост в монтаже. От котла отходит стояк, который поднимают как можно выше в пределах помещения. От верхней точки стояка отходит и спускается почти до уровня пола разгонная труба, плавно переходящая в подающий трубопровод. К коммуникации по ее ходу поочередно присоединяются батареи с помощью двух патрубков меньшего диаметра (при двухдюймовом трубопроводе обычно используют отводы на ¾ дюйма). "Обслужив" все радиаторы, трубопровод превращается в "обратку", которая уходит к котлу. разводки хороша только простотой устройства и относительной эстетичностью (трубы на виду, но расположены низко). Дальше одни недостатки.

Из-за того, что остывший теплоноситель от батарей впадает в ту же трубу, из которой приходит горячая жидкость, температура воды после прохождения каждого радиатора довольно быстро падает. Если к первой батарее коммуникация доставит теплоноситель температурой 85 градусов (например), то крайнему от котла обогревателю можно рассчитывать только на 60 градусов. Отсюда неравномерный обогрев, который приходится компенсировать добавлением секций батареям, удаляющимся от котла, поэтому крайние радиаторы часто громоздкие и тяжелые (особенно, если чугунные).

Подключить батареи при однотрубной разводке можно только снизу (вход и выход), а это самый неэффективный способ подключения радиаторов (прогреваются неравномерно, что сказывается на качестве обогрева). Диагональное подключение радиаторов возможно, если подающая труба проложена выше батарей, но это уже двухтрубная схема.

При двухтрубной разводке от стояка отходит подающая труба, расположенная под потолком. От нее опускаются патрубки к каждой батарее (подключаются в верхнем положении). Внизу расположена вторая, обратная труба, в которую впадают отводящие патрубки от радиаторов (присоединяются к в нижнем положении по диагонали). С точки зрения эстетики картина не очень, но по эффективности такая система намного лучше. К каждой батарее подходит жидкость одинаковой температуры, что обеспечивает равномерный обогрев всех комнат, плюс есть возможность подключения большего количества обогревателей.

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

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.

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

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 на сегодняшний день считается самой простой и популярной среди владельцев квартир и одноэтажных частных домов. Очевидным преимуществом является длительный срок службы: при правильной эксплуатации долговечность достигает 40 лет без необходимости ремонта. Кроме того, есть возможность установить ее своими руками, прибегнув к уже существующим схемам.

Какое топливо удобнее?

В случае если в качестве топлива используется газ, то отопление с естественной циркуляцией основано на принципе отбора воздуха из помещения в открытую горелку и отвода продукта сгорания в вентиляционные ходы. В данном случае для котла понадобится помещение от 4м2 с хорошей вентиляцией (окнами и дверью).

Поэтому такая схема не слишком удобна. Намного чаще применяется закрытая или открытая система водяного отопления с естественной циркуляцией, которую можно провести своими руками.

В многоэтажных домах часто используется однотрубная система. В основном используется схема с замыкающими участками, когда из стояка часть воды идет вверх, часть – вниз, благодаря замыкающему участку, что обеспечивает баланс температур между нижними и верхними этажами. Система работает благодаря разнице в диаметре труб подключения и трубы замыкающего участка (на размер меньше). Двухтрубная система в сравнении с однотрубной – менее компактна и удобна в монтаже.

Недостатки

Во-первых, сокращенный радиус: он составляет не больше 30 м относительно горизонтали. Недостаток вызван такими факторами, как низкое давление циркуляционного типа и медленный старт. Последний обусловлен высокой тепловой ёмкостью жидкости и приведенными силами давления. Второй недостаток - вероятность замерзания воды в расширительном бачке.
Системы отопления с естественной циркуляцией не подходят для площадей более 100 м2: не все пространство будет прогреваться должным образом. Поэтому чаще всего она используется для небольшого одноэтажного дома, дачи.

Схема действия

В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, расширительный бачок и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.

Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.

Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.

Защитные механизмы

Уклон труб позволяет отводить из системы воздух в сторону расширительного бачка: попадает в атмосферу, не задерживаясь в трубах и не мешая движению воды.

Важна работа защитных механизмов. Так, обратный гравитационный клапан позволяет избежать циркуляции потока воды в неправильном направлении, что очень необходимо двухтрубным и однотрубным системам с верхней разводкой при нескольких контурах.

Использование бака

Расширительный бак выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.

Процессы в трубопроводах

Процессы в трубах в естественной циркуляции связаны с движением воды. Так, подъём жидкости происходит посредством расширения из-за нагрева и гравитационного давления. Гравитационное давление нужно для преодоления водой трения о трубопровод, которое мешает ее движению. Циркулировать вода начинает благодаря разной плотности холодной и горячей воды: она движется вверх по подающему и вниз по обратному стояку.

Величина гравитационного давления напрямую зависит от возникающих сопротивлений. Чем больше их появляется на пути теплоносителя, тем выше должен быть показатель. Также необходимо предпринять меры, чтобы свести сопротивления к минимуму. Так, трение можно снизить путём применения труб с большим диаметром.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Показатели напора

Для создания циркуляционного напора центры радиаторов ставятся выше центральной части котла. Именно эта высота считается основным фактором напора циркуляции. Уклон труб и «обратки» тоже влияют на данный процесс: благодаря им вода лучше преодолевает сопротивления местного типа.

Увеличение температур

Другой фактор заключается в разнице между плотностью холодной и горячей воды. Отметим следующий факт – отопление с естественной циркуляцией относится к саморегулирующемуся типу. Таким образом, если увеличить температуру нагрева воды, то меняется ее расход и становится выше циркуляционный напор.

Сильный прогрев жидкости в немалой степени способствует более быстрой циркуляции. Но так происходит только в холодном помещении: когда температура воздуха в них достигнет определённой отметки, батареи будут остывать гораздо медленнее.

Плотность, как прогретой в котле, так и уже попавшей в радиаторы воды практически сравняется. Напор снизится, быстрое обращение воды сменится размеренной циркуляцией внутри системы.

Как только температура помещений частного дома вновь опустится до определённого уровня, это послужит сигналом для увеличения напора. Система попытается выровнять температурные условия. Для этого придётся заново запустить процесс быстрой циркуляции. Отсюда и происходит способность к самостоятельной регуляции.

Вкратце правило следующее – одномоментная смена температуры и объёма воды позволяет получить нужную тепловую отдачу от батарей для отопления помещений.

Как результат, поддерживаются комфортные температурные условия.

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.

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.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя устраивается в частных домах чаще всего. Такие конструкции имеют множество преимуществ, а их монтаж предельно прост. Однако некоторые правила при сборке такого оборудования соблюдать все же необходимо.

Особенности конструкции

Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя очень проста. Конструкция включает в себя котел отопления, который может быть как газовым, так и электрическим или твердотопливным, магистрали для воды, радиаторы и расширительный бак. В системах отопления с принудительной циркуляцией ток теплоносителя обеспечивает специальный насос. Это увеличивает стоимость оборудования и усложняет его монтаж.

В системах с естественной циркуляцией теплоноситель движется по трубам самотоком. Дело в том, что плотность у нагретой воды выше, чем у холодной. Проходя по магистралям и радиаторам, нагретый котлом теплоноситель постепенно остывает. Холодную воду в отводящей трубе при этом вытесняет новая порция горячей - в подающей. В результате остывший теплоноситель снова проходит через котел, после чего цикл повторяется.

Расширительный бак в такой системе необходим для регулировки давления воды в магистралях. При его повышении излишки теплоносителя поступают в бак, частично заполняя его. При снижении давления вода стекает обратно в трубопровод.

Достоинства и недостатки

К плюсам таких конструкций, как система отопления с естественной циркуляцией, можно отнести в первую очередь дешевизну. Оборудования закупать приходится не так уж и много. Кроме того, к преимуществам подобных систем относят высокую степень ремонтопригодности. Благодаря простоте конструкции заменить пришедшие в негодность элементы при желании можно в том числе и своими силами.

Надежность - еще одно неоспоримое достоинство подобных систем. К плюсам можно отнести и долгий срок их службы - около 30 лет.

Недостатками конструкций этого типа считаются:

• Низкий КПД. Топлива для функционирования системы с естественной циркуляцией нужно сравнительно много.
• Большая инертность. Работать система начинает лишь тогда, когда теплоноситель достаточно хорошо прогреется.
• Невозможность скрытой проводки труб. С помощью такой системы может быть устроено достаточно эффективное отопление частного дома. Естественная циркуляция, однако, предполагает довольно-таки высокую степень охлаждения теплоносителя при движении по магистралям. Поэтому проходить трубы должны на открытом воздухе.

Использовать системы отопления этого типа можно лишь в домах небольшой площади. Дело в том, что при увеличении количества поворотов и колен значительно возрастает сопротивление теплоносителю. В результате система начинает работать крайне неэффективно.

Однотрубная и двухтрубная конструкции

Различают всего две разновидности систем отопления с естественной циркуляций. Двухтрубная состоит из двух контуров: подводящего и отводящего. По первому теплоноситель подается к радиаторам, по второму - отводится обратно к котлу. В частных домах, однако, чаще используется однотрубное отопление с естественной циркуляцией. Такая система проще в монтаже и достаточно эффективна. В этом случае теплоноситель движется по одной трубе, к которой подсоединены радиаторы, по кругу.

Проектирование

Выполняя расчет системы отопления такого типа, нужно определиться с:

• количеством необходимых радиаторов;
• мощностью котла;
• диаметром и материалом труб;
• объемом расширительного бака.

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 м 2 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.

Сколько должно быть радиаторов

Продолжают расчет системы отопления определением количества необходимых батарей. Радиаторы в этом случае можно выбирать любые. Чаще всего владельцы загородных домов монтируют недорогие и достаточно надежные биметаллические модели. Их количество рассчитывается, исходя из площади помещения. На каждые 10 м 2 необходимо 1 кВт мощности радиатора. Полученную в результате расчетов цифру умножают еще 1,5. Этот запас нужен для восполнения утечек тепла через окна и двери. Мощность одной секции батареи той или иной марки указывается производителем в техническом паспорте.

Магистрали

Внутренняя поверхность труб, выбранных для системы отопления с естественным током воды, должна быть максимально гладкой. Это позволит свести сопротивление к минимуму. Помимо этого, в магистралях не должны скапливаться отложения и ил. Наиболее полно всем этим требованиям отвечают металлопластиковые трубы. Также часто в системах с естественной циркуляцией используются полипропиленовые магистрали. Стальные в таких конструкциях устанавливать не рекомендуется.

Что касается диаметра, то он должен быть достаточно большим. Конкретная цифра зависит прежде всего от количества в магистрали колен и разного рода запорной арматуры. Обычно в частных домах устанавливаются трубы диаметром в 32-40 мм (внутренний). Для подводки к радиаторам используют отрезки диаметром в 20-24 мм. Можно применять для этой цели и трубы того же номера, что и магистральные.

Выбор расширительного бака

Обычно система отопления с естественной циркуляцией оборудуется расширительным баком открытого типа. Такие модели могут выполнять сразу три основные функции:

• клапана безопасности при избыточном давлении,
• пункта снабжения системы дополнительными порциями теплоносителя,
• отвода избыточных газов, образующихся при нагревании воды.

При подборе расширительного бака нужно учитывать следующие факторы:

• Общий объем теплоносителя (С). От этого показателя зависит емкость бака. Определяется он путем сложения объемов котла, подводящих труб, радиаторов и других элементов конструкции, если они имеются.
• Коэффициент расширения теплоносителя (Е).
• Начальное давление в баке (Рмин.).
• Максимально допустимое давление (Pmax).
• Коэффициент заполнения при заданных условиях работы (Кзап). Определить его можно по специальным таблицам.

Расчет объема бака производится по формуле V = (E x C / 1 - Рмин. / Pmax) / Кзап.

Основные правила монтажа

Для того чтобы отопление дома с естественной циркуляцией теплоносителя в системе было эффективным, при сборке в обязательном порядке необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Трубы должны быть установлены с уклоном по направлению тока воды не менее 6-7 гр. Это обеспечит лучшую циркуляцию.
• Котел устанавливается ниже уровня расположения магистралей. Обычно его размещают в подвале. Если такового нет, устраивается подсобное помещение с приямком.
• Расширительный бак монтируют на чердаке. Трубу, соединяющую его с котлом, теплоизолируют.
• Радиаторы монтируются параллельно трубам (на байпасе). Врезать их в сами магистрали нельзя.
• Размещать батареи следует по возможности выше.

Порядок сборки

Монтаж систем отопления этого типа выполняется следующим образом:

• Устанавливается котел. На настоящий момент в загородных домах чаще всего используются газовые модели. Монтаж дымохода можно произвести самостоятельно. Для подключения котла к магистрали придется вызывать специалистов. Своими силами это делать запрещено нормативами.
• Подвешиваются радиаторы отопления. Лучше всего размещать их под окнами. Это обеспечит естественную циркуляцию воздуха в помещении. Расстояние от радиатора до стены должно быть не менее 2,5 см, до пола - 8 см.
• Монтируется магистраль (с соблюдением уклона).
• Подсоединяются радиаторы. В однотрубной системе используется нижнее подключение.
• Монтируется расширительный бак. Чаще всего его подсоединяют к отводящей магистрали. На трубе бачка устанавливается дополнительный отвод в канализацию.
• Магистраль с двух сторон присоединяется к патрубкам котла.
• Устанавливаются краны Маевского. Они необходимы для отвода воздуха из теплоносителя, к примеру, при опрессовке.
• Монтируется другая необходимая запорная арматура: дроссели, термоклапаны и т. д.
• В самой нижней точке магистрали врезается сливной кран.

Как видите, монтаж систем отопления с естественным током - дело не особенно сложное. Собрать подобную конструкцию, в особенности однотрубную, можно буквально за день.

Водяное отопление с естественной циркуляцией достаточно эффективно. Однако стоит все же дополнить конструкцию специальным насосом. Им можно пользоваться время от времени, повышая эффективность работы системы. Монтируется он на отводную трубу. Дело в том, что в подводящей температура теплоносителя очень высока, а это может привести к выходу из строя его конструктивных элементов.

Устанавливается циркуляционный насос на байпасе, оборудованном кранами. Непосредственно перед ним монтируется специальный фильтр. Последний предотвращает попадание в насос грязи, ила и т.д.

При монтаже радиаторов следует проследить за тем, чтобы располагались они на одном уровне. Это обеспечит оптимальную циркуляцию теплоносителя. Перед каждой батареей стоит установить запорный кран. Он пригодится в случае необходимости аварийного отключения.

Пробный запуск системы

Итак, мы с вами выяснили, как сделать естественную циркуляцию отопления (системы). После того как все элементы конструкции будут смонтированы, следует произвести пробный запуск. Заполнение может производиться или при помощи насоса, или посредством крана подпитки, подключенного к водопроводу. Напор поступающей в систему воды не должен быть слишком сильным. Иначе внутрь магистралей попадет очень много воздуха.

После заполнения следует выждать с полчаса. За это время из системы выйдет лишний воздух. Далее можно запускать котел. Если система через некоторое время заработает - значит, все в порядке. Но иногда случается так, что теплоноситель по магистралям циркулировать не начинает. В этом случае нужно:

• проверить все трубы на предмет герметичности;
• замерить угол наклона магистралей.

При необходимости недочеты устраняются.

Иногда причиной неполадок являются обычные воздушные пробки. Поэтому дополнительно стоит попробовать их удалить. Порядок действий в этом случае будет таким:

• открываются воздушники на всех радиаторах;
• включается подпитка системы слабым напором;
• открывается слив и выполняется длительный прогон теплоносителя.

Нередко причиной бездействия системы являются забитые радиаторы. В этом случае батареи придется снять и промыть.

Если ничего из вышеперечисленного не помогает, то причина, скорее всего, в слабости котла или его неисправности.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя - оборудование надежное и при этом недорогое. При правильном подборе комплектующих и соблюдении всех рекомендаций по монтажу можно получить долговечную и очень эффективную конструкцию, а следовательно, значительно и надолго повысить комфортность проживания в доме.

Какую именно схему отопления выбрать для частного дома зависит от таких критериев, как:

• тип отопительного котла;
• доступ электроснабжения;
• размер бюджета на обустройство отопления;
• предпочтения эстетического характера.

Циркуляция теплоносителя в каждой отопительной системе может быть как принудительной посредством насоса, включенного в цепь, так и естественной.

Последние называются также гравитационными или самотечными. Они являются наиболее дешевыми и простыми по конструкции. Как следствие этого – схема водяного отопления с естественной циркуляцией является наиболее дешевой.

В них не предусмотрено включение в цепь циркуляционного насоса. Теплоноситель в трубах перемещается под действием естественных сил (силы тяжести, прежде всего). Системы такого типа являются выгодным решением по деньгам, а также оптимальным – с точки зрения инженерного исполнения.

Этот вариант реализации отопления уже не применяется так широко, как раньше. Он относится к морально устаревшим решениям и постепенно заменяется более эффективными схемами. В равной степени это относится и к индивидуальному строительству.

Впрочем, открытое водяное самотечное отопление и сейчас продолжают достаточно широко применять по очевидным причинам, связанным с экономичностью и надежностью. Перемещение теплоносителя в цепи происходит за счет гидростатического давления внутри трубопровода.

Оборудование отопления по такой схеме в небольшом частном доме не связано с приобретением дорогих комплектующих или материалов. Кроме этого, отпадает необходимость в источнике электричества. В некоторых случаях – это довольно важный фактор.

Обычно такие схемы реализуются только в индивидуальном строительстве. Эффективное самотечное отопление можно оборудовать (тем более своими руками) только в невысоком (один – два этажа), а также в небольшом по площади строениия.

Важно! Существует ограничение на горизонтальный радиус самотечной цепи. Длина горизонтальных трубопроводов не должна превышать тридцати метров. Это связано с относительно небольшим циркуляционным давлением в цепи.

Однако в пользу реализации именно такой схемы можно привести несколько весомых аргументов.

Преимущества

• Важнейшее преимущество – цена материалов, оборудования, монтажа, обслуживания и эксплуатации;
• Отпадает потребность в циркуляционных насосах. Следовательно, отсутствует вибрация, шум, дорогой ремонт;
• Средний срок службы таких схем – около 35-40 лет (при условии, что монтаж был проведен грамотно и инструкция по эксплуатации не нарушается);
• Простота ремонта (обычно сам пользователь может устранить почти все поломки в таких системах);
• Схема отопления с естественной циркуляцией имеет способность к саморегуляции. Следствием этого является хорошая тепловая устойчивость. Движение теплоносителя в цепи происходит за счет разницы температуры (следовательно, и плотности) на разных участках контура.

Принцип работы

• Теплоноситель перемещается к нагревательным приборам и обратно к котлу за счет изменения термодинамических характеристик жидкости в контуре. Как это происходит? Вода нагревается в котле, ее плотность уменьшается, проходя по трубам и радиаторам, плотность теплоносителя становится выше. Холодная вода под действием гравитации заменяется теплоносителем, который имеет выше температуру и меньше плотность.
• Вода, которая нагревается в котле, легче холодной и поэтому под действием естественных сил она перемещается выше по стояку. По пути теплоноситель отдает тепло батареям и радиаторам, которые тепло отдают в помещениях, где они расположены. Остывшая вода из радиаторов вытесняется теплой, и под действием гравитации идет вниз, где установлен котел. Этот цикл обеспечивает работа котла.

Основные элементы самотечной схемы

• котел;
• трубопровод;
• отопительные приборы (радиаторы и батареи);
• расширительный бак.

Принцип монтажа

Горизонтальные трубы необходимо монтировать с соблюдением уклона по ходу движения теплоносителя. Это будет стимулировать циркуляцию теплоносителя. Соблюдать углы уклона труб необходимо для отвода в расширительный бак.

Уклон в горизонтальном трубопроводе также обеспечивает выход воздуха из системы и препятствует завоздушенности. При этом расширительный бак получает дополнительную стабилизационную функцию.

Важно! При монтировании горизонтальных труб угол уклона определяется так: на каждый метр длины уклон должен составлять 5-10 мм по высоте. Это обеспечит необходимую циркуляцию.

Гидродинамические силы, за счет которых теплоноситель перемещается по контуру, зависят от высоты всего контура. Особенно имеет значение разница по высоте между котлом и радиаторами, а также сопротивление трубопровода, которое зависит от диаметра труб.

Если контур смонтирован с многочисленными ответвлениями и поворотами, то это – безусловно, увеличит гидравлическое сопротивление. Также многочисленные краны, фильтры и другая арматура, а также трубопровод малого диаметра, будут препятствовать нормальной циркуляции.

Таким образом, чтобы создать внутри контура нормальное давление, нужно сократить влияние всех объектов сопротивления или увеличить диаметр труб.

Двухтрубная самотечная отопительная система

В этой схеме реализуется конструкция, в которой предусмотрено наличие двух отдельных контуров для движения горячей воды. По одной части – циркулирует нагретый теплоноситель, по второй – охлажденный.

Последовательность монтажа двухтрубной системы

• От котла вверх отводится магистраль, которая соединяется с расширительным бачком;
• Расширительный бак устанавливается либо в помещении под потолком, либо на чердаке (который следует утеплить);
• Снизу бачка подводится труба горячего контура, которая соединяется с разводкой трубопровода в помещении на расстоянии в одну треть от пола;
• В бак подводится труба для отвода лишней воды в канализацию;
• От разводки трубопроводы ведутся к радиаторам;
• От нагревательных приборов (с их нижней части) выводятся трубы в обратную магистраль, которая подводится к котлу;
• Обратка должна монтироваться параллельно прямой магистрали через все помещения.

Особенности монтажа однотрубной системы

Преимущество однотрубной схемы отопления с естественной циркуляцией в сравнении двухтрубной заключается в том, что гидродинамическое давление в таком контуре не зависит от высоты расположения обогревательных приборов.

Расширительный бачок следует заполнять всего на три четверти объема, а сам объем бака – 25-30 л.

Видео с последовательностью монтажа однотрубной системы можно увидеть здесь:

Выводы

Простые и практичные схемы отопления с естественной циркуляцией – хороший вариант для частного загородного дома, при необходимости экономии. С отоплением большого дома такие системы вряд ли эффективно справятся, если их не модернизировать добавлением насоса (хотя при этом теряются основные преимущества таких схем).