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.

Необходимо отметить, что система отопления с естественной циркуляцией используется в частных домах достаточно давно – с начала прошлого века. По сути, она появилась одновременно с водяным отоплением и не теряет популярности по сей день. Цель данной статьи – описать, за счет чего функционирует такая схема и рассказать интересующимся домовладельцам о существующих разновидностях подобных систем.

Принцип работы и особенности самотечных систем

Как явствует из названия, в нашем случае теплоноситель движется по трубопроводам самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия с помощью насоса. Подобный способ циркуляции применялся изначально во всех системах водяного отопления. В нынешнее время, когда появились циркуляционные насосы, владельцы частных домов интересуются самотечными схемами с одной целью: быть независимыми от внешних источников электроэнергии.

В основе самостоятельного движения теплоносителя лежит явление конвекции. Одна и та же среда (в данном случае – вода), имеющая разную температуру, различается и по удельному весу. Простыми словами, куб холодной воды весит больше, чем 1 м3 горячей из-за различной плотности. Внутри замкнутого пространства труб это приведет к тому, что остывающая среда станет постоянно выталкивать вверх более легкую горячую воду. Типовая схема такой системы показана на рисунке:

Вследствие разности плотностей и масс воды внутри самотечной системы отопления возникает небольшое избыточное давление, преодолевающее гравитацию и силу трения, в результате чего возникает естественная циркуляция теплоносителя. Отсюда и второе название – гравитационная.

Поскольку величина возникающего избыточного давления невелика, для естественной циркуляции воды в системе отопления нужно создать благоприятные условия. Этому способствуют следующие мероприятия:

• применение труб увеличенных диаметров, рассчитанных на медленное течение воды (0.1-0.3 м/с);
• соблюдение уклонов горизонтальных магистралей. Величина уклона – не менее 3 мм на 1 м трубопровода;
• значительная разница температур теплоносителя в подающей и обратной магистрали (не менее 25 °С);
• монтаж в самой верхней точке сети расширительного бака открытого типа, сообщающегося с атмосферой;
• установка котла таким образом, чтобы его патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа.

Для справки. На практике при устройстве самотечных систем своими руками магистральные трубопроводы прокладываются из труб диаметром не менее 50 мм (2 дюйма), а подводки к радиаторам – 20 мм (3/4 дюйма).

Часто домовладельцы задаются вопросом – а можно ли сделать систему с естественной циркуляцией закрытой, поставив расширительный бак мембранного типа? Ответ очевиден: при расширении жидкость должна будет преодолеть сопротивление мембраны бака, а избыточное давление в сети и так невелико. Скорость движения теплоносителя снизится до минимума, а то и до нуля. Поэтому схемы, использующие гравитационный принцип работы, всегда делаются открытыми.

Важное преимущество, которое дает самотечная система отопления, - независимость от электроэнергии, что очень актуально в районах с ненадежным электроснабжением. Но за это приходится расплачиваться более дорогим монтажом и большими трубами, идущими через все помещения. Схема не может быть реализована в частных домах большой площади и этажности из-за низкой эффективности и экономической нецелесообразности. В таких коттеджах применяется система закрытого типа с насосом и средствами бесперебойного электропитания.

Схема однотрубной системы отопления

В подобных схемах раздача горячего теплоносителя радиаторам и отбор остывшего осуществляется по одной и той же трубе. Если разводка – горизонтальная, то магистраль представляет собой замкнутый контур, идущий от подающего патрубка котла к обратному. Батареи же присоединяются к нему обоими подводками. Примером может служить популярная однотрубная система отопления ленинградка, могущая работать с естественной циркуляцией теплоносителя. Ее схема для одноэтажного дома показана ниже:

Непременным условием нормальной подачи воды в радиаторы здесь является наличие петли разгонного коллектора. К его верхней точке подключается открытый расширительный бак. Нагретая вода из котла поднимается по коллектору, после чего по принципу сообщающихся сосудов затекает во все батареи. Если их количество не превышает 5, то отопление будет работать без проблем, это проверено на практике.

Дело в том, что каждый последующий отопительный прибор получает смесь горячего и остывшего теплоносителя из предыдущей батареи. Поэтому теплоотдача его снижается, если не нарастить количество секций. Когда число радиаторов превышает 5, то последние из них будут слишком холодными, сколько секций ни добавляй. При такой необходимости нужно монтировать двухтрубную гравитационную систему, о чем пойдет речь далее.

Для двухэтажного частного дома площадью до 200 м2 хорошо подойдет однотрубная система отопления с вертикальными стояками и естественной циркуляцией. Городить на каждый этаж горизонтальную ленинградку, подключенную к вертикальному коллектору, не имеет смысла, да и работать это будет плохо. Правильнее провести подающую магистраль по чердаку или под потолками второго этажа и опустить от нее стояки, как изображено на схеме:

Нагрузка на стояки небольшая – всего по 2 отопительных прибора, так что их температура будет почти одинаковой. Чтобы батареи не зависели друг от друга, между подачей и обраткой можно поставить перемычки – байпасы.

Совет. Для балансировки или отсечения в самотечных системах необходимо использовать арматуру с наименьшим сопротивлением – полнопроходные краны и специальные термостатические вентили.

Схема двухтрубной системы

Здесь тепло переносится к радиаторам по одной трубе, а остывшая вода возвращается по другой. Это позволяет обеспечить эффективную работу большего количества батарей, подключенных к одной горизонтальной ветви. В одноэтажном доме подающий коллектор размещают на чердаке или под потолком, обратный – над полом. Разгон тут не требуется, труба и так поднята на достаточную высоту, что и показано на изображении:

Как видно по схеме, оптимальное решение для хорошей естественной циркуляции – это двухтрубная система отопления, разделенная на 2 ветви с одинаковым количеством радиаторов на каждой. В противном случае из-за уклонов на большой длине монтаж трубопроводов будет затруднен. Что касается двухэтажного дома, то здесь опять же уместна вертикальная разводка, но с разделением на магистрали подачи и обратки. Как это правильно сделать, отражено на схеме:

При двухтрубной системе все батареи получают теплоноситель с одинаковой температурой, это важный плюс. Также становится проще осуществлять автоматическое регулирование, так как приборы не зависят друг от друга. Недостаток состоит в большем расходе материалов для вариантов горизонтальной разводки, например, в двухэтажном здании:

Для справки. Большинство домовладельцев для улучшения работы системы все же устанавливают на обратном коллекторе циркуляционный насос. Но ставят его на байпасе, чтобы в случае отключения электричества всегда можно было перейти на самотек, открыв соответствующий кран.

Заключение

Естественная циркуляция в системах водяного отопления хоть и дает независимость от электричества, но требует тщательного подхода в расчетах и монтаже. Особенно это касается однотрубных схем с горизонтальной разводкой, где нужно тщательно подбирать мощность батарей. Не всех устроят и большие трубы, проходящие через помещения. Даже если подачу упрятать на чердак, а обратку – в подпольный канал, то все равно на виду останутся подводки к радиаторам.

Сооружение автономной сети отопления гравитационного типа выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключиться к централизованному электроснабжению.

Такая система обходится дешевле в обустройстве и полностью независима от электричества. Однако ее работоспособность во многом зависит от точности проектирования.

Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить компоненты и обоснованно выбрать схему водяного контура. Мы поможем в решении этих вопросов.

Мы описали главные принципы работы гравитационной системы, привели советы по выбору трубопровода, обозначили правила сборки контура и размещения рабочих узлов. Отдельное внимание мы уделили особенностям проектирования и функционирования одно- и двухтрубной схемам отопления.

Процесс движения воды в контуре отопления без применения циркуляционного насоса происходит в силу естественных физических законов.

Понимание природы этих процессов позволит грамотно для типовых и нестандартных случаев.

Галерея изображений

Максимальная разность гидростатического давления

Основное физическое свойство любого теплоносителя (воды или антифриза), которое способствует его движению по контуру при естественной циркуляции – уменьшение плотности при увеличении температуры.

Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому возникает разница в гидростатическом давлении теплого и холодного столба жидкости. Холодная вода, стекая к теплообменнику, вытесняет горячую вверх по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является перепад гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости

Отопительный контур дома можно условно разделить на несколько фрагментов. По “горячим” фрагментам вода направляется вверх, а по “холодным” – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точка системы отопления.

Главной задачей при моделировании воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в “горячем” и “холодном” фрагментах.

Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является коллектор разгона (главный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.

Коллектор разгона должен иметь максимальную температуру, поэтому его утепляют на всей протяженности. Хотя, если высота коллектора не велика (как для одноэтажных домов), то можно не проводить утепление, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно систему проектируют таким образом, чтобы верхняя точка коллектора разгона совпадала с верхней точкой всего контура. Там устанавливают выход на или клапан для отвода воздуха, если используют мембранный бак.

Тогда длина “горячего” фрагмента контура является минимально возможной, что приводит к уменьшению теплопотерь на этом участке.

Также желательно, чтобы “горячий” фрагмент контура не сочетался с длительным участком, транспортирующим остывший теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, помещенного в устройство нагрева.

Чем ниже в системе отопления расположен котел, тем меньше гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура

Для “холодного” сегмента водяного контура тоже есть свои правила, увеличивающие давление жидкости:

• чем больше теплопотери на “холодном” участке отопительной сети , тем ниже температура воды и больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
• чем больше расстояние от нижней точки контура к подключению радиаторов , тем больше участок столба воды с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Чтобы обеспечить выполнение последнего правила, часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Таким размещением котла обеспечивают максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагревают только теплообменник и нижнюю часть коллектора разгона.

Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то падение давления в “горячем” фрагменте контура будет несущественным и процесс циркуляции не будет запущен.

Использование систем с естественной циркуляции для двухэтажных строений вполне оправдано, а для большей этажности будет необходим циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо учитывать скорость движения теплоносителя по контуру.

Во-первых , чем быстрее скорость, тем быстрее будет происходить передача тепла по системе “котел – теплообменник – водяной контур – радиаторы отопления – помещение”.

Во-вторых , чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше вероятность ее закипания, что особенно важно при печном отоплении.

Закипание воды в системе может обойтись очень дорого – стоимость демонтажа, ремонта и обратной установки теплообменника требует много времени и средств

При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:

• разницы давления между фрагментами контура в нижней его точке;
• гидродинамического сопротивления отопительной системы.

Способы обеспечения максимальной разницы давления были рассмотрены выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы не поддается точному расчету по причине сложной математической модели и большого числа входящих данных, точность которых трудно гарантировать.

Тем не менее, существуют общие правила, соблюдение которых позволит уменьшить сопротивление отопительного контура.

Основным причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок труб и присутствие сужений из-за наличия фитингов или запорной арматуры. При небольшой скорости потока сопротивление стенок практически отсутствует.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . Как правило, для него выделяют отдельные контуры с принудительной циркуляцией.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией придется учитывать наличие технических сужений при монтаже системы. Поэтому использовать при естественной циркуляции воды нежелательно по причине соединения их фитингами, со значительно меньшим внутренним диаметром.

Фитинги металлопластиковых труб несколько сужают внутренний диаметр и являются серьезной преградой на пути воды при слабом напоре (+)

Правила выбора и монтажа труб

Уклон магистрали обратки делают, как правило, по ходу движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура будет совпадать с входом обратной трубы в теплогенератор.

Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо не допустить попадания воздуха в узкие и горизонтально расположенные трубы этой обогревательной системы. Необходимо поставить устройство удаления воздуха перед теплым полом.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров, их выполняют по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с использованием одной магистрали

Систему отопления с использованием одной и той же трубы для последовательного подвода воды к радиаторам называют однотрубной. Самым простым однотрубным вариантом является отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решения обогрева дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный значимый минус – внешний вид громоздких труб.

При самом экономном с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения остывает, поэтому последующие радиаторы получают воду более холодную, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная схема (вверху) требует минимального количества монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант внизу позволяет отключать радиаторы без остановки всей системы

Самым эффективным способом подключения приборов отопления к однотрубной сети считается диагональный вариант.

Согласно этой схеме контуров отопления с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после охлаждения отводится через расположенный внизу патрубок. При прохождении подобным образом нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входного патрубка, так и выходного, теплоотдача существенно уменьшается, потому что нагретому теплоносителю надо пройти максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» характеризуется внушительными теплопотерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Плюс ее в том, что при использовании запорных вентилей на входном и выходном патрубке приборы выборочно можно отключать для ремонта без остановки отопительного цикла (+)

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов получили название “ “. Несмотря на отмеченные потери тепла, им отдают предпочтение в обустройстве систем квартирного отопления, что обусловлено более эстетичным видом прокладки трубопровода.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключить одну из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру.

Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой “ ” для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до полного его отключения.

Для двух и более этажных строений применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. К тому же вертикальные стояки менее протяженные и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубную схему с вертикальной разводкой успешно применяют при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов

Вариант с применением обратной трубы

Когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, такую схему отопления называют двухтрубной. Подобную систему при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную.

Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

• более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
• проще выполнить расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значениях температуры;
• эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, подразделяют на попутные и тупиковые. В попутных схемах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах, охлажденная вода движется навстречу горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя отличаются. Так как скорость в системе небольшая, то и время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды меньше, будут нагреты быстрее.

При выборе тупиковой и попутной схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратной трубы

Существует два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхняя и нижняя. При верхней подводке труба, подающая горячую воду, располагается выше радиаторов отопления, а при нижней подводке – ниже.

Использование естественной циркуляции при движении воды в отопительном контуре требует точных расчетов и технически грамотного выполнения монтажных работ. При выполнении этих условий система отопления будет качественно нагревать помещения частного дома и избавит хозяев от шума насоса и зависимости от электроэнергии.

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.

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).