Отопительная система с предусмотренной естественной циркуляцией горячей воды устанавливается в многих частных домах сегодня. Существует несколько основных способов выполнения такой схемы. Механизм гравитационной циркуляции будет работать нормально, только если система спроектирована и оборудована без каких-либо ошибок. Принцип функционирования, достоинства и недостатки таких систем описываются в данной статье.
Содержание
Принцип работы отопительной системы без насосаВарианты систем отопленияПодключение радиаторовПреимущества и недостатки реализации данной системы
Принцип работы отопительной системы без насоса
Принцип действия такой системы базируется на элементарных законах физики. В процессе нагревания снижается плотность и масса жидкости. Когда вода в контуре остывает, становится тяжелее и более плотной. Какое-либо давление в контуре полностью отсутствует при этом. В разрабатываемых теплотехнических формулах присутствует соотношение 1 атм на 10 м напора.
При определении безнасосной системы в двухэтажном доме гидравлические показатели не будут выше 1 атм. Одноэтажные конструкции оборудуются системами с давлением 0,5-0,7 атм.
Поскольку в процессе нагревания объем жидкости увеличивается, для нормальной циркуляции придется оборудовать расширительный бак. Жидкость, проходящая через установленный водяной контур, будет нагреваться, это значительно увеличит объем. Расширительный бачок нужно размещать на подаче теплоносителя в самой верхней части отопительного контура. Основным функциональным назначением такой буферной емкости считается компенсация повышения объема жидкости.
Устройство отопления в частном домостроении без насоса может устанавливаться, если такие виды подключения подходят к установке:
- Присоединение к системе теплого пола всегда будет требовать монтажа насосного устройства. Распределение теплоносителя по радиаторам не будет требовать никаких насосов. Когда электричество будет отключено, жилое помещение будет обогреваться оборудованными радиаторами.
- Взаимодействие с бойлером косвенного нагрева воды. Взаимодействие с системой естественной циркуляции всегда может быть организовано без насоса. Чтобы это было возможно, бойлер монтируется в самой верхней точке оборудованной системы. Если осуществить подобное затруднительно, насосом можно оборудовать накопительную емкость при дополнительной установке обратного клапана для устранения рециркуляции горячей воды.
В механизмах с гидравлической циркуляцией течение теплоносителя организовывается самотеком. Благодаря процессу естественного расширения воды, разогретая жидкость будет стремиться вверх по так называемому разгонному участку, а затем будет стекать через радиаторы и двигаться в направлении котла для последующего нагрева.
Система отопления ЕЦ может оборудоваться в однотрубных или двутрубных механизмах. В обоих вариантах принцип работы остается один и тот же. На максимальную возможную высоту от котла вверх направляется труба. Только после этого теплоноситель распределяется по всему контуру. Отличие от однотрубной системы заключается в том, что в двухтрубном механизме холодная вода аккумулируется в другой магистрали, а потом заводится на вход обратной части котла. В однотрубном механизме на этот вход направляется труба от выхода последнего радиатора.
<
Все однотрубные системы с вертикальными стояками требуют больше материалов при оборудовании, однако отличаются удобством и возможностью присоединения отопительных устройств отдельно к каждому стояку на всех этажах. В двухэтажных зданиях достаточно просто оборудовать систему водяного отопления без насосного устройства с горизонтально расположенной разводкой.
Чтобы активизировать процесс циркуляции, на втором этаже можно оборудовать специальный разгонный коллектор, после которого несколько контуров с горячей водой будут распределяться по второму этажу. Дополнительный контур должен опуститься на первый этаж, где он будет разделен на несколько основных веток. В некоторых случаях на первый этаж дополнительно распределяются стояки, от радиаторов, расположенных в самом конце контура.
Вариант подключения радиатора считается одним из наиболее значимых при оборудовании системы. Можно использовать несколько доступных методов подключения:
- Вертикальный;
- Диагональный;
- Боковой;
- Горизонтальный;
- Нижний.
Диагональное подключение помогает обеспечить как можно меньше тепловых потерь. Процесс циркуляции в подобных случаях осуществляется между диагонально расположенными верхним и нижним патрубками. Не таким эффективным может оказаться боковое подключение, когда трубы присоединены к радиатору только с оной стороны. Нижнее подключение подразумевает максимальный показатель теплопотери. Процесс циркуляции выполняется через нижние патрубки отопительного устройства.
Методика подключения радиаторов может оказывать максимальное воздействие на качество систем отопления. Особенно это относится к однотрубным системам ЕЦ.
Различают такие виды подключения:
- Прямое.
- С байпасными линиями.
Когда выполняется прямое соединение, горячая вода проходит через каждую батарею последовательно. В каждом радиаторы теплоноситель все больше остывает. На последнем установленном радиаторе температура воды существенно отличается от первого. Чтобы в дальних комнатах отопление было как можно более эффективным, домовладельцам приходится увеличивать количество секций в радиаторах.
Когда входное и выходное отверстие соединяются при помощи байпасов, подобных недостатков удается немного избежать. Таким образом часть потока может проходить мимо радиатора. Это позволит поддерживать более высокую температуру теплоносителя и доводить до последнего радиатора воду температурой повыше.
К недостатком систем ЕЦ можно отнести их сравнительную громоздкость и массивность. В таких механизмах всегда должен быть падающий и обратный трубопровод, которые дополняются расширительными бачками. При установке таких систем отопления определяется самое нижнее место в здании. В таком месте устанавливается котел. Это может быть подвал или углубленная ниша на первом этаже.
Расширенный бачок напротив следует оборудовать в мансарде или даже на чердаке. Если в помещении, где монтируется накопительная емкость, нет отопления, его нужно обязательно утеплить. Чтобы в интерьере помещения было как можно меньше видимых трубных конструкций, подающий стояк размещается на чердаке и как следует утепляется.
Эффективная работа отопительной системы может быть обеспечена только при присутствии уклона труб в направлении теплоносителя. Такое требование реализовать сравнительно непросто, поэтому оборудование и монтаж считается одним из наиболее сложных этапов по сравнению с принудительной циркуляцией устройства теплоносителя.
Энергонезависимость таких систем считается наиболее явным их преимуществом. Это качество позволяет монтировать систему естественной циркуляции в тех местах, где сравнительно непросто обеспечить подходящее подключение к электросети. Никакими другими достоинствами по мнению экспертов система отопления без насоса не обладает.
Однако к недостаткам можно отнести другие ее особенности:
- Для оборудования такой системы потребуется большое количество материалов. В результате это существенно влияет на стоимость отопительного контура;
- В обустроенном открытом бачке теплоноситель систематически испаряется, его объемы снижаются. В результате нормальная циркуляция может быть нарушена. Поэтому уровень теплоносителя в отопительном контуре постоянно должен контролироваться;
- Такой механизм затруднительно будет гармонично вписать в интерьер. Количество труб слишком большое, поэтому далеко не все устройства удастся скрыть;
- Монтаж открытой системы подразумевает определенные трудности. Потребуются немалые физические усилия и как можно более точный расчет;
- В такой системе не очень большое гравитационное давление, поэтому площадь отапливаемых помещений может быть небольшая.
Все эти факторы существенно снижают возможности установки систем отопления без насоса. Поэтому подобные системы характерны зачастую для старых конструкций зданий, размещенных в сельской местности без каких-либо коммуникаций, находящихся на расстоянии от ЛЭП и т.п.
Задумываясь над установкой отопления, первоначально определяются, какой вид топлива будет использоваться. Но наряду с этим крайне важно решить, насколько планируемый обогрев будет действительно независимым. Так, по-настоящему автономной будет система отопления без насоса, которой для работы не нужна электроэнергия. Для эффективной работы понадобится лишь источник тепла и правильно расположенный трубопровод.
1 Виды конструкций</span></h2>
Контур отопления — это совокупность элементов, предназначенных для обогревания жилища путём передачи тепла воздуху. Наиболее распространённым видом отопления является система, использующая в качестве источника нагрева котлы или бойлеры, подключённые к водопроводу. Вода, проходя через нагреватель, достигает определённой температуры, а после направляется в отопительный контур.
В системах с теплоносителем, в качестве которого используется вода, циркуляция может быть организована двумя путями:
- естественным;
- принудительным.
Контура с естественным движением воды просты и надёжны, но для их эффективного использования нужна правильно построенная система. Для второго же способа используется насосное оборудование, которое, создавая давление, заставляет воду перемещаться.
В качестве источника тепла, служащего для нагревания воды, используются котлы (бойлеры). Их принцип действия основан на превращении определённого для них рода энергии в тепло с последующей его передачей теплоносителю. По типу источника нагрева котельное оборудование бывает газовым, твердотопливным, электрическим или мазутным.
Любой из этих видов котлов может использоваться в системе отопления частного дома без насоса, но наиболее популярным является газовый и твердотопливный.
По типу соединения элементов контура система отопления может быть однотрубной или двухтрубной. Если все приборы контура включены относительно друг друга последовательно, то есть теплоноситель проходит по порядку все элементы и возвращается в котёл, то такая система называется однотрубной. Её существенным недостатком является неравномерность прогрева. Это связано с тем, что на каждом элементе происходит потеря какого-то количества тепла, поэтому разница температур котла может быть существенной.
Система двухтрубного типа подразумевает параллельное подключение радиаторов к стояку. К недостаткам такого подключения относят осложнение конструкции и увеличенный в два раза расход материала по сравнению с однотрубной системой. Но построение контура обогрева для больших многоэтажных помещений выполняется только таким соединением.
РекомендуемРасчёт циркуляционного насоса для системы отопления
2 Обогрев без насоса</span></h2>
До начала девяностых годов отопление в частном секторе строилось именно на системах без использования насосного оборудования. Связано это было с проблематичностью покупки и установки устройства, создающего давление в контуре. Потом в страну стало завозиться хорошее европейское оборудование, многие потребители перешли на отопление с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Но все еще существуют места, в которых случаются перебои с подачей электроэнергии.
При отключении электричества движение воды практически прекращается, в радиаторах она быстро остывает, котлы начинают работать неэффективно, а то и вовсе отключаются от перегрева. Помещение перестаёт отапливаться, а это приводит к дополнительным затратам из-за замерзания системы и необходимости запуска источника энергии на его максимальных возможностях.
РекомендуемОрганизация вентиляции подкровельного пространства
2.1 Преимущества и недостатки</span></h3>
Необходимо понимать, что естественная циркуляция (гравитационная) эффективнее работает в высоких зданиях. Связано это с физическим свойством воды передавать давление с поверхности на весь свой объём до самой нижней точки. Это было доказано ещё в 1648 году физиком Паскалем. Он провёл эксперимент: установив герметичную бочку и подсоединив к ней вертикально трубу, Блез Паскаль вылил сверху в неё кружку воды. Давление в бочке увеличилось настолько сильно, что её разорвало.
Экономичность — вот главное достоинство гравитационного движения теплоносителя по трубам. Конструирование такой системы не требует затрат в покупке дорогостоящих циркуляционных насосов и подведения электричества к системе. Проектировка, монтаж и обслуживание может быть выполнено самостоятельно, без привлечения дорогостоящих консультантов и мастеров. Такая система при правильном построении сможет проработать около тридцати лет без капитальных ремонтов.
При отоплении возникает процесс саморегулирования, из-за чего система имеет хорошую тепловую устойчивость.
Но наряду с этим выделяют и ряд недостатков: высокую инертность, выдерживание необходимых уклонов при монтаже, использование труб большого диаметра, опасность замерзания из-за слабого потока воды. Самая большая неприятность, которая может возникнуть в контуре, это завоздушенность. Поэтому на радиаторах устанавливаются устройства стравливания воздуха, а в системе монтируется расширительный бак, в котором приходится контролировать уровень теплоносителя.
‘ >Естественная / принудительная циркуляция системы отопления’ >Схема отопления с естественной циркуляцией. Схема отопления.РекомендуемСхема установки насоса в систему отопления частного дома
2.2 Принцип действия</span></h3>
Согласно физическим законам, все тела при нагревании увеличиваются в объёме, а их плотность снижается. Это утверждение относится и к воде. Устройство, в котором происходит теплообмен между источником тепла и носителем, называется теплообменником. Фактически это место, в котором вода нагревается до определённой температуры.
Учитывая, что нагретая вода легче холодной, теплогенератор размещается внизу системы. Подогретая им вода начинает подниматься, а её место заполняет холодная. При естественной циркуляции действуют три закона физики: всемирного тяготения, расширения физических тел при повышении их температуры, неразрывности струи. Отопление с естественным движением воды состоит из следующих элементов:
- 1. Теплогенератор. Представляет собой котёл, который в своём теплообменнике осуществляет нагрев носителя тепла.
- 2. Трубопровод. Формирует направление потока воды и подводит её к котлу и батареям.
- 3. Отопители. Чаще всего это радиаторы, выполненные из различного материала и имеющие всевозможные формы.
- 4. Расширительный бачок. Используется как элемент защиты для компенсации увеличения объёма воды из-за теплового расширения. Располагается он в самой верхней точке системы.
В упрощённом виде схема отопления без насоса выглядит так: нагретый теплоноситель поднимается по трубам, покидая котёл, а охлаждённая вода опускается в него.
Достигнув верха, горячая вода начинает распределяться по радиаторным батареям. В них начинают происходить процессы движения воды, аналогичные циркуляции в котле. Холодная вода вытесняется, а подогретая занимает объём батареи. Отдавая своё тепло радиатору, который далее передаёт его воздуху помещения, вода охлаждается и спускается обратно к котлу. Процесс будет повторяться по циклу, пока источник нагрева будет подогревать воду.
2.3 Отопление однотрубного типа</span></h3>
Такие системы выгодно отличаются своей экономичностью, но их монтаж встречается довольно редко. Горячая вода поднимается и последовательно проходит все отопительные радиаторы, расположенные на втором этаже, а затем, спускаясь вниз, обходит батареи, стоящие на нижнем этаже, и возвращается в котёл.
На верхнем этаже температура нагрева комнаты будет выше, чем на первом. Для того чтобы поднять воду, необходимо использовать нагревательное устройство с большой производительностью, поэтому в одноэтажном строении подобная схема более эффективна.
Эффективность системы может быть повышена с помощью использования обходной линии — байпаса. Этот замыкающий участок выполняется из трубы, диаметр которой не больше основного трубопровода. Он может соединять вход и выход батареи, или быть подключён к тройнику, расположенному в верхней точке системы перед расширительным баком, разделяя контур на две линии.
Правильная работа системы во многом зависит от расширительного бачка. Его размеры напрямую связаны с количеством используемых радиаторов, а его заполнение не должно превышать ¾ объёма.
‘ >Самотечная система отопления в доме
Для частного сектора оптимальным вариантом будет вертикальное подключение. Монтируются два стояка: подъёмный и опускной. Расширительный бак можно не использовать, если предусмотреть систему автоматического стравливания воздуха в радиаторе, находящемся в самой верхней точке.
2.4 Контур двухтрубного типа</span></h3>
Усложнённый по сравнению с однотрубной системой контур отопления избавлен от недостатка неравномерного прогревания радиаторов. Для этого в конструкции используется сразу два контура. По первому передвигается горячий теплоноситель от источника нагрева к батареям, а по второму происходит отток остывшей воды.
Существует два подхода реализации такого типа соединения: с попутным движением и тупиковым. При применении попутного движения все циркуляционные отводы от радиаторов стараются сделать одинаковой длины, поэтому и прогрев выходит равномерный. Но этот метод практически не используется из-за большого расхода материалов. Поэтому применяется соединение, при котором горячая и остывшая вода движется в разных направлениях. Это приводит к неодинаковой длине колец циркуляции, что сказывается на равномерности отопления. Радиаторы, находящиеся ближе к отопительному котлу, будут прогреваться сильнее.
Классифицируется такое отопление по типу разводки. Оно может быть с нижней или верхней обвязкой. Иными словами, подача нагретой воды происходит из цокольного этажа или подвала. Обратный трубопровод располагается там же, но установлен он должен быть ниже подачи.
3 Монтаж системы</span></h2>
Проектируя схему водяного отопления без насоса, очень важно правильно расположить котёл и нижний отопительный прибор. Чем котёл будет ниже радиатора, тем быстрее будет происходить проток воды. Поэтому и рекомендуется устанавливать устройство нагрева в подвале. На скорость движения воды также влияет:
- 1. Диаметр труб. Чем меньше труба, тем большее сопротивление она оказывает теплоносителю.
- 2. Материал трубопровода. Наилучшими характеристиками обладает полипропиленовая труба.
- 3. Количество изгибов. Чем их меньше, тем эффективность контура выше. На производительность системы также влияет количество запорной арматуры.
Для расчёта мощности котла используется рекомендация СНиП. Она предполагает, что для помещения площадью в один квадратный метр необходим обогреватель с мощностью не менее 0,1 кВт. Монтируя контур обогрева, следует утеплить стояк горячей воды для уменьшения потери тепла, а также помещение, в котором располагается расширительный бак.
Сам монтаж происходит в следующем порядке. Сначала устанавливается основной стояк, сверху которого монтируется расширительный бак. На расстоянии трети высоты помещения от пола к стояку присоединяется разводка. Это то место, от которого прокладываются трубы к батареям. При однотрубном исполнении с последнего радиатора труба опускается и подключается к месту её забора котлом. Система двухтрубного типа прокладывается параллельно подаче горячего теплоносителя, а отводы от приборов отопления врезаются в неё.
4 Использование пара</span></h2>
В качестве теплоносителя необязательно использовать воду. В частном доме можно применить и паровое отопление. Специальный котёл (парогенератор) превращает воду в пар и подаёт по трубам отопительного контура.
В работе такого типа обогрева используется принцип, что горячий воздух легче холодного. Поэтому нагретым парам очень легко подняться наверх системы и без искусственного нагнетания. Попадая в радиаторы, газ охлаждается и переходит обратно в жидкое состояние. После чего по обратному стояку возвращается назад в котёл.
При нахождении в системе горячего пара трубопровод и радиаторы нагреваются до температуры выше ста градусов по Цельсию. Схема разводки используется двухтрубная. Из-за высокой температуры трубопровод изготавливается из стали или меди. Но паровое отопление используется редко из-за сильного нагревания труб и меньшего срока службы всей системы по сравнению с другими видами отопления.
Использование отопления дома без насоса остаётся актуальным и сейчас. При проектировании системы отопления здания крайне важно все просчитать и продумать. Выбрав наилучший способ, можно не беспокоиться о том, что дом останется непрогретым в холодное время года.
‘ >Самотечная система отопления!Секрет-1й!Регулировка температуры подачи на систему дома!!!’ >Схема отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией.Фото <index>
На этапе строительства частного дома нужно задуматься об эффективной системе отопления. Есть много схем. Особое место занимает водяная отопительная система без циркуляционного насоса.
Виды конструкций
Отопительный контур — элементы, используемые в качестве системы отопления путем передачи тепловой энергии в воздушную среду. Популярнее всего системы, применяющие в качестве нагревательного источника котлы, бойлеры с подключением к водопроводу. Жидкость, пересекая нагревательные элементы, достигает заданной температуры, направляясь в отопительный контур.
Перемещение теплоносителя обеспечивается двумя методами:
- естественным;
- принудительным.
Системы с естественным перемещением теплоносителя просты, надежны. Эффективность зависит от грамотного строения контура обогрева. В последнем случае внедряется насос, создающий давление. Теплоноситель двигается по трубопроводу.
Источники тепла для обогрева жидкости — котельное, бойлерное оборудование. Механизм работы основан на превращении одного вида энергии в тепловую. В зависимости от сырья, источника нагрева, котлы работают на газе, твердом топливе, электричестве, мазуте.
Все виды котельных агрегатов можно применить для обогрева частного дома. Популярны газовые, твердотопливные устройства.
В зависимости от соединения обогревательных устройств в отопительном контуре, различают: однотрубные, двухтрубные системы. Однотрубная система — когда батареи соединяются последовательно, вода, пересекая каждый элемент, возвращается в котел.
Минус — неравномерность прогрева помещения. Каждый последующий радиатор получает меньшее количество тепловой энергии.
В двухтрубной схеме отопления батареи подключаются параллельно стояку. Отрицательная сторона системы — сложность конструктивного исполнения, большой расход материала. В многоэтажных зданиях можно использовать только двухтрубную систему отопления.
Обогрев без насоса
Ранее проектирование водяных отопительных систем производилось без циркуляционных насосов. Сложность возникала при покупке, монтаже приборов, вызывающих принудительную циркуляцию воды в контуре. Когда на рынке появились зарубежные производители, ситуация резко изменилась. Чаще используют схемы с принудительной циркуляцией теплового носителя.
Сбои в подаче электрической энергии устранены не везде.
Как только отключается электричество, циркуляция воды прекращается. Помещение остывает. Батареи становятся холодными. Система отопления работает неэффективно. Вода в контуре промерзает. Требуется запуск источника тепловой энергии.
Преимущества, недостатки
С технической точки зрения, естественная циркуляция воды эффективна в высоких зданиях. Причина — свойства жидкости по передаче давления с поверхности на контур до нижнего узла.
Преимущество гравитационной циркуляции воды — экономия стройматериалов. Не нужны дорогие насосы, подводка электрической сети к контуру. Спроектировать, установить, эксплуатировать систему сможет любой мужчина. Не нужно оплачивать услуги мастера. При грамотном построении, система будет долго, эффективно отапливать дом. Капитальный ремонт не потребуется более 30 лет.
Схема естественной циркуляции воды предполагает процесс саморегулирования. Отопительная система отличается высокой тепловой устойчивостью.
Недостатки:
- высокий уровень инертности;
- выдержка регламентированных уклонов труб при монтаже;
- применение труб большого сечения;
- высокая вероятность замерзания, по причине плохого напора воды;
- завоздушивание отопительных приборов.
Чтобы устранить проблему завоздушенности в батареях, потребуются устройства стравливания воздуха. В системе устанавливают расширительный бачок, контролирующий уровень воды в котле.
Естественная циркуляция теплоносителя в трубах:
<center></center>
Принцип действия
Закон физики: после нагревания, тепловая энергия увеличивается в объеме, теряя прежнюю плотность. Агрегат, в котором выполняется обмен тепла между источником и носителем — теплообменник.
Прогретая жидкость легче охлажденной, теплогенератор ставят внизу отопительного контура. Слегка подогретый теплоноситель перемещается вверх. На его место по трубам опускается холодная вода. В случае естественной циркуляции в системе, рассматривается три физических закономерности: трение, расширение тел с повышением температуры, неразрывность струи.
В состав схемы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя входят:
- Тепловой генератор — котел. В теплообменнике производится нагрев воды.
- Трубы. Формируют направление движения воды. Трубопровод подводится к котельному оборудованию, радиаторам.
- Отопительные приборы — радиаторы в разном исполнении (различаются формой, материалом).
- Расширительный бак. Защищает на этапе компенсации увеличения объема жидкости из-за теплового расширения. Устанавливается в верхней точке контура отопления.
Простейшая схема без насоса — нагретый теплоноситель, движущийся по трубам, выходит из котла, охлажденная вода поступает обратно. Замкнутый круг.
Поступив вверх системы, вода начинает распределение по радиаторам. Наблюдаются процессы, противоположные циркуляции в котельном оборудовании. Вытесняя охлажденную жидкость, теплоноситель заполняет радиатор. Вода отдает тепло батарее. Тепловая энергия поступает в воздушную среду, прогревая помещение. Жидкость остывает, циркулирует в направлении котла. Процесс цикличен.
Отопление однотрубного типа
Отличие однотрубных схем — экономичность. Применяются системы редко. Прогретый теплоноситель, поднимаясь по трубам, последовательно минует батареи, расположенные на втором этаже. Направляясь вниз по трубам, проходит радиаторы, располагающиеся на нижнем этаже. Возвращается к котлу.
Температура верхних этажей дома выше, чем в квартирах первого этажа. Для достаточной циркуляции жидкости по трубам, потребуется нагревательный элемент высокой производительности. Для частных домов схема подходит по эффективности, качеству прогрева помещений.
Сделать систему более эффективной можно дополнительным внедрением обходной линии — байпаса. Из трубы выполняется участок замыкания. Диаметр материала не должен превышать размеры трубопровода. Байпас присоединяет вход, выход радиатора. Подключается к тройнику, в верхней точке отопительного контура, перед расширительным баком. Разделяет схему на две части.
Правильный механизм работы схемы отопления зависит от расширительного бака. Габариты — от количества батарей. Не должен заполняться более трех четвертых общего объема.
В частном доме лучше делать вертикальное подключение труб. Выполняется монтаж двух стояков: подъемного, опускного. Установка расширительного бака не потребуется, если сделать для каждой батареи систему автоматического стравливания воздуха, который скапливается вверху конвектора.
Контур двухтрубного типа отопления
В двухтрубной схеме исключается проблема неравномерного распределения тепла. Внедряют сразу два контура. Первый отвечает за циркуляцию горячей воды от источника к радиатору. Второй за отток оставшейся жидкости.
Способы соединения труб: с попутной циркуляцией, тупиковой. Попутное движение характеризуется созданием отводов от батарей одинаковой длины. Сохраняется равномерный прогрев. Схема популярности не обрела из-за большого расхода стройматериалов (труб).
Предпочтение отдают соединительной схеме с циркуляцией воды холодной, горячей в разных направлениях. Батареи, находящиеся ближе к отопительному устройству, прогреваются быстрее.
Разделяют схему отопления по виду разводки труб. Нагретая вода подается из цокольного этажа, подвала. Обратка размещается чуть ниже узла подачи.
Монтаж системы
Конструируя отопительную схему водяного типа без насоса, нужно грамотно расположить котел, нижний радиатор. Чем выше батарея по отношению к котельному оборудованию, тем хуже отток. Устройства обогрева лучше монтировать в подвальном помещении. На скорость циркуляции теплоносителя влияет:
- сечение труб. С уменьшением диаметра трубопровода, увеличивается сопротивление, оказываемое теплоносителю;
- материал труб. Лучше применять полиуретановые изделия;
- количество мест изгибов. С уменьшением количества, увеличивается эффективность работы отопительного контура. Производительность зависит от количества запорной арматуры.
Чтобы рассчитать мощность котельного оборудования нужно применять рекомендации СНиП. Для одного квадратного метра отапливаемого помещения нужен обогревательный элемент мощностью 0,1 кВт. При монтаже обогревательного узла, необходимо утеплить стояк горячей воды, помещение с расширительным бачком.
Монтажные работы: устанавливают основной стояк. Сверху монтируют расширительный бак. Подсоединяют разводку на уровне 1/3 высоты комнаты от пола. Отводят трубы к радиаторам. Однотрубная разводка предполагает подключение труб к котлу с последнего радиатора. Двухтрубная — параллельное подсоединение батарей, врезку отводов в общий трубопровод.
Использование пара
Теплоносителем может быть вода, пар. Устанавливают парогенераторы, позволяющие преобразовать воду в пар, подавать по трубам.
Механизм: горячий воздух легче охлажденного. Прогретый пар быстро движется вверх отопительного узла. Искусственный прогрев не требуется. Поступая в батареи, газ охлаждается. Переходит в жидкое состояние. Снова возвращается в котел.
Отопительные системы жидкостного типа без насоса популярны. Это касается проектов частных, загородных домов. Важно произвести расчеты. Это обезопасит от замерзания холодной зимой.
<center></center></index>Поделиться ссылкой
Нужные товары
Всего более 200 товаров в каталоге
В случае отключения электричества циркуляционный насос останавливается, течение воды по трубам отопительной сети частного дома прекращается. Проблема решается 3 способами: установкой блока бесперебойного питания, запуском электрогенератора либо организацией самотека. Подразумевается система отопления с естественной циркуляцией – конвекционным движением теплоносителя без помощи насоса. Расскажем, как разработать и сделать такую схему своими руками.
Теоретическая подковка – как работает самотек
Естественная циркуляция воды в системах отопления функционирует благодаря гравитации. Как это происходит:
- Берем открытый сосуд, наполняем водой и начинаем подогревать. Самый примитивный вариант – кастрюля на газовой плите.
- Температура нижнего слоя жидкости растет, плотность уменьшается. Вода становится легче.
- Под воздействием притяжения верхний более тяжелый слой опускается на дно, вытесняя менее плотную горячую воду. Начинается естественная циркуляция жидкости, называемая конвекцией.
Справка. Зависимость плотности воды от температуры – не линейная. Чем сильнее греется жидкость, тем быстрее снижается ее плотность, что хорошо заметно на графике.
Пример: если нагревать 1 м³ воды от 50 до 70 градусов, он станет легче на 10.26 кг (ниже смотрим таблицу плотностей при различных температурах). Если продолжить нагрев до 90 °С, то куб жидкости потеряет уже 12.47 кг, хотя дельта температур осталась прежней – 20 °C. Вывод: чем ближе вода к точке кипения, тем активнее происходит циркуляция.
Аналогичным образом теплоноситель циркулирует самотеком по домашней сети теплоснабжения. Подогреваемая котлом вода теряет вес и выталкивается кверху остывшим теплоносителем, вернувшимся из радиаторов. Скорость течения при перепаде температур 20–25 °C составляет всего 0.1…0.25 м/с против 0.7…1 м/с в современных насосных системах.
Малая скорость движения жидкости по магистралям и приборам отопления вызывает такие последствия:
- Батареи успевают отдать больше тепла, а теплоноситель – остыть на 20–30 °C. В обычной отопительной сети с насосом и мембранным расширительным баком температура падает на 10–15 градусов.
- Соответственно, котел должен производить больше тепловой энергии после запуска горелки. Держать генератор на температуре 40 °C бессмысленно – течение замедлится до предела, батареи станут холодными.
- Чтобы доставить до радиаторов потребное количество тепла, надо увеличить проходное сечение труб.
- Фитинги и арматура с высоким гидравлическим сопротивлением способны ухудшить либо вовсе остановить самотек. Сюда относятся обратные и трехходовые клапаны, резкие повороты на 90° и сужения труб.
- Шероховатость внутренних стенок трубопроводов не играет большой роли (в разумных пределах). Маленькая скорость жидкости – невысокое сопротивление от трения.
- Котел на твердом топливе + самотечная система отопления может спокойно работать без теплоаккумулятора и смесительного узла. Благодаря медленному течению воды конденсат в топливнике не образуется.
Как видите, в конвекционном движении теплоносителя присутствуют положительные и отрицательные моменты. Первые следует использовать, вторые – минимизировать.
Конструктивные особенности
Чтобы самотечная система работала эффективно, нужно выполнить такие требования:
- источником тепла выступает любой энергонезависимый теплогенератор с выходными патрубками диаметром 40—50 мм;
- на выходе котла или печки с водяным контуром сразу монтируется разгонный стояк – вертикальная труба, по которой поднимается нагретый теплоноситель;
- стояк заканчивается расширительным баком открытого типа, установленным на чердаке либо под потолком верхнего этажа (зависит от типа разводки и конструкции частного дома);
- вместительность резервуара – 10% от объема теплоносителя;
- под самотек желательно подобрать отопительные приборы с большими размерами внутренних каналов – чугунные, алюминиевые, биметаллические;
- для лучшей теплоотдачи радиаторы отопления подключаются по разносторонней схеме – нижней или диагональной;
- на радиаторных подводках ставятся специальные полнопроходные клапаны с термоголовками (подача) и балансировочные вентили (обратка);
- батареи лучше оснастить ручными воздухоотводчиками – кранами Маевского;
- подпитка тепловой сети организовывается в самой нижней точке – возле котла;
- все горизонтальные участки труб прокладываются с уклонами, минимальный – 2 мм на метр погонный, средний – 5 мм/1 м.
Примечание. Уклоны выполняют 2 функции – помогают теплоносителю течь в нужном направлении, а воздуху – подниматься по трубопроводам и уходить через открытую расширительную емкость. Оговорка касательно применяемых радиаторов: если система построена правильно, стальные панели тоже прекрасно греют.
Гравитационные системы отопления делаются открытыми, эксплуатируются при атмосферном давлении. Но будет ли самотек работать в схеме закрытого типа с мембранным баком? Отвечаем: да, естественная циркуляция сохранится, но скорость теплоносителя снизится, эффективность упадет.
Обосновать ответ несложно, достаточно упомянуть изменение физических свойств жидкостей, находящихся под избыточным давлением. При напоре в системе 1.5 Бар точка кипения воды сместится до 110 °C, ее плотность тоже увеличится. Циркуляция замедлится из-за малой разницы масс горячего и остывшего потока.
4 схемы гравитационного отопления
Для организации энергонезависимого обогрева частных домов применяется 4 вида схем с естественным течением теплоносителя:
- горизонтальная двухтрубная с верхним розливом;
- комбинированная с горизонтальными коллекторами и однотрубными вертикальными стояками;
- однотрубная с нижней разводкой – классическая «ленинградка»;
- вертикальная разводка с индивидуальной подачей воды на каждый радиатор – так называемый «паук».
Дополнение. Еще стоит упомянуть самотечные теплые полы – некоторые умельцы умудряются их обустроить. Эта затея не оправдывает вложенных сил и средств, гораздо проще смонтировать традиционный напольный подогрев, установить насос + блок бесперебойного питания.
Сразу хотим порекомендовать к использованию 2 первых системы – двухтрубную и комбинированную. Ленинградская разводка плохо совместима с самотеком, а «паук» слишком сложен в монтаже. Подробнее о плюсах и минусах перечисленных схем читаем далее.
Двухтрубная и комбинированная разводка
Мы объединили эти 2 схемы, поскольку они практически одинаковы. Первая с прошлого века применяется в одноэтажных домах с дровяными печками, тогда отопление без насоса называли паровым. Источником тепла служил бак, установленный в топке, газовые котлы появились позже.
Как устроено двухтрубное гравитационное отопление:
- от теплогенератора поднимается разгонный коллектор, выходящий на чердак либо под потолок котельной, там и ставится открытый расширительный бачок;
- сверху в стояк горизонтально врезается трубопровод подачи, идущий под уклоном через все комнаты (под потолком);
- другой вариант – утепленная труба прокладывается горизонтально по чердаку;
- от раздающей магистрали делаются вертикальные опуски к батареям;
- выходы радиаторов врезаются в обратный коллектор, проложенный с уклоном над полом;
- отопительные приборы оснащаются запорной арматурой – кранами либо термоголовками на подаче, балансовыми вентилями — на «обратке».
Примечание. С целью экономии материалов и лучшего распределения теплоносителя сечения горизонтальных ветвей уменьшаются по мере приближения к последним батареям. Точный диаметр определяется расчетом.
Комбинированная самотечная система предназначена для двухэтажных загородных домов. Отличие от вышеописанной двухтрубной разводки: каждый стояк снабжает теплом 2–4 радиатора, расположенных на разных этажах. Способ подключения приборов – однотрубный, на верхних батареях предусматривается байпас. Больше разницы нет.
Главное достоинство обеих разводок – надежная схема самотека, проверенная десятилетиями успешной эксплуатации. Даже если вы сделаете минимальные уклоны, но четко выдержите диаметры магистралей (а лучше – возьмете с запасом), естественная конвекционная циркуляция будет работать.
Негативные моменты:
- трубы прокладываются открыто по помещениям;
- тепловую сеть нельзя наполнять антифризом, поскольку незамерзающая жидкость испаряется из открытой расширительной емкости;
- систему нужно несколько раз пополнять в течение сезона, интервал между подпитками зависит от режима работы отопления;
- трубы Ø40…50 мм дороги, для удешевления монтажа приходится брать черную сталь или полипропилен.
Перечисленные минусы свойственны любым теплосетям с природной циркуляцией. Открытую прокладку можно «победить» – вынести подачу на чердак, замуровать стояки и коллекторы в стенах либо сделать декоративные короба. Мы рекомендуем последний вариант, поскольку сваривать стальные и пластиковые трубы в бороздах стен очень непросто.
Совет. Двухтрубный вариант годится для небольшой дачи, гаража, летней кухни. К интерьеру указанных построек не выдвигается высоких требований, трубы можно не прятать.
«Ленинградка» с естественной циркуляцией
Конструкция схемы полностью повторяет классическую ленинградскую разводку. Вдоль наружной стены дома прокладывается единственный коллектор, к нему подключаются все радиаторы. Отличия самотечной «ленинградки»:
- увеличенный размер и уклон главной магистрали;
- наличие разгонного коллектора в виде петли, благодаря ему теплоноситель затекает в батареи;
- малое число приборов отопления – максимум 4 шт.
Преимущество ленинградской системы – упрощенный монтаж, для разводки понадобится одна труба вместо двух. Правда, сечение коллектора уменьшать нельзя, поэтому экономия выходит мизерной.
Главный недостаток – «ленивое» затекание воды в радиаторы, отсюда потеря эффективности. Основная масса теплоносителя циркулирует по кольцевому коллектору. Число батарей ограничено, поскольку дальние греют гораздо хуже.
«Ленинградку» желательно дополнить циркуляционным насосом, установленным на байпасе. С принудительным побуждением схема точно заработает веселее, можно прибавить пару радиаторов. Когда свет отключат, перейдете на самотек, прибавив мощности на котле.
Схема «паук» – устройство и принцип работы
Конструкция данной системы выглядит так:
- утепленный расширительный резервуар находится на чердаке, ровно по центру здания;
- к баку подходят стояки соответствующего диаметра от батарей и теплогенератора;
- сбор остывшего теплоносителя из радиаторов организован традиционным способом – в горизонтальную магистраль.
Принцип действия следующий: нагретая котлом вода самотеком поднимается в емкость, откуда расходится потребителям по трубам меньшего сечения. Разводка применима в одно– и двухэтажных зданиях.
Реальные плюсы «паука» – удачное гидравлическое распределение теплоносителя и отсутствие верхней горизонтальной разводки по комнатам. На подаче есть 1 стояк большого размера, идущий от котла к бачку, опуски делаются трубой Ø15…25 мм. На ответвления можно использовать металлопластик и сшитый полиэтилен.
Минусы гравитационной схемы «паук»:
- сложность монтажа, множество труб и стыков на чердаке;
- экономии материалов нет, вместо 1 распределительной магистрали используется десяток меньших труб, которые обязательно нужно утеплить;
- «паук» нельзя смонтировать в доме без чердака.
Ниже на видео домашний умелец показывает сборку такой системы, только закрытого типа, да еще и в трехэтажном доме. Если внимательно присмотреться, то нетрудно найти сходство между чердачным резервуаром – распределителем и верхним коллектором комбинированной схемы с естественной циркуляцией.
Расчет самотечной системы
Чтобы рассчитать и спроектировать отопление с естественной циркуляцией, действуйте в таком порядке:
- Выясните количество тепла, нужное для обогрева каждой комнаты. Воспользуйтесь для этого нашей инструкцией.
- Подберите энергонезависимый котел – газовый либо твердотопливный.
- Разработайте схему, приняв за основу один из предложенных здесь вариантов. Поделите разводку на 2 плеча – тогда магистрали не пересекут входную дверь дома.
- Определите расход теплоносителя под каждое помещение и рассчитайте диаметры труб.
Примечание. Уклоны вычислять не нужно, принимайте стандартное значение 0.5 см на метр длины. Допускаются отклонения в большую или меньшую сторону в диапазоне 0.7…0.2 см/1 м.
Сразу отметим, что «ленинградку» разбить на 2 ветви не удастся. Это значит, что кольцевой трубопровод обязательно пройдет под порогом входной двери. Чтобы выдержать все уклоны, котел придется ставить в приямке.
Расчет диаметра труб на всех участках гравитационной двухтрубной системы делается так:
- Берем теплопотери всего здания (Q, Вт) и определяем массовый расход теплоносителя (G, кг/ч) в главной магистрали по приведенной ниже формуле. Перепад температур между подачей и «обраткой» Δt принимаем равным 25 °C. Затем переводим кг/ч в другие единицы – тонны за час.
- По следующей формуле находим площадь сечения (F, м²) главного стояка, подставив значение скорости естественной циркуляции ʋ = 0.1 м/с. Пересчитываем площадь круга в диаметр, получаем размер основной трубы, подходящей к котлу.
- Считаем тепловую нагрузку на каждую ветку, повторяем расчеты и выясняем диаметры этих магистралей.
- Переходим в следующие комнаты, снова определяем диаметры участков по тепловым затратам.
- Выбираем стандартные размеры труб, округляя полученные цифры в большую сторону.
Приведем пример расчета самотечной системы в одноэтажном доме 100 м. кв. На представленной ниже планировке уже нанесены радиаторы отопления и указаны тепловые потери. Начинаем с основного коллектора котла и движемся в сторону последних помещений:
- Величина теплопотерь дома Q = 10.2 кВт = 10200 Вт. Расход теплоносителя в главном стояке G = 0.86 х 10200 Вт / 25 °C = 350.88 кг/ч или 0.351 т/ч.
- Площадь поперечника подающей трубы F = 0.351 т/ч / 3600 х 0.1 м/с = 0.00098 м², диаметр d = 35 мм.
- Нагрузка на правую и левую ветку составляет 5480 и 4730 Вт соответственно. Количество теплоносителя: G1 = 0.86 х 5480 / 25 = 188.5 кг/ч или 0.189 т/ч, G2 = 0.86 х 4730 / 25 = 162.7 кг/ч или 0.163 т/ч.
- Сечение правой ветви F1 = 0.189 / 3600 х 0.1 = 0.00053 м², диаметр составит 26 мм. Левое ответвление: F2 = 0.163 / 3600 х 0.1 = 0.00045 м², d2 = 24 мм.
- В детскую и кухню придут линии DN32 и DN25 мм (округлили в большую сторону). Теперь считаем размеры коллекторов для спальни и гостиной + коридор с теплопотерями 2.2 и 2.95 кВт соответственно. Получаем оба диаметра DN20 мм.
Внимание! Полученные в результате расчетов диаметры указывают на размер внутреннего прохода трубопроводов (обозначение – DN или Ду).
Осталось подобрать трубы. Если варить отопление из стали, на котловой стояк пойдет Ø48 х 3.5, ветви — Ø42 х 3 и 32 х 2.8 мм. Оставшуюся разводку, в том числе подводки к батареям, делаем трубопроводом 26 х 2.5 мм. Первая цифра размера указывает на внешний диаметр, вторая – толщину стенки (сортамент водогазопроводных стальных труб).
Рекомендации по монтажу своими руками
Для прокладки основных линий естественной циркуляции лучше использовать полипропиленовые или стальные трубы. Причина – большой диаметр, полиэтилен Ø40 мм и больше стоит слишком дорого. Радиаторные подводки делаем из любого удобного материала.
Совет. При сборке самотечной сети отопления из металлопластика не ставьте компрессионные фитинги – они сильно уменьшают внутренний проход.
Как правильно сделать разводку и выдержать все уклоны:
- Начните с разметки. Обозначьте места установки батарей, точки подключения подводок и трассы магистралей.
- Размечайте трассы на стенах карандашом начиная от дальних батарей. Величину наклона регулируйте длинным строительным уровнем.
- Двигайтесь от крайних радиаторов к котельной. Когда вы прочертите все трассы, то поймете, на каком уровне ставить теплогенератор. Входной патрубок агрегата (для остывшего теплоносителя) должен располагаться на одном уровне или ниже обратной линии.
- Если уровень пола топочной слишком высокий, попытайтесь сместить все обогреватели вверх. Следом поднимутся горизонтальные трубопроводы. В крайнем случае делайте под котлом углубление.
После нанесения разметки пробейте отверстия в перегородках, вырежьте борозды под скрытую прокладку. Затем проверьте трассы еще раз, внесите корректировки и приступайте к монтажу. Соблюдайте тот же порядок: сначала закрепите батареи, потом кладите трубы в сторону топочной. Установите расширительный бачок со сливным патрубком.
Самотечная сеть трубопроводов заполняется без проблем, краны Маевского трогать не нужно. Просто медленно закачивайте воду через кран подпитки в нижней точке, весь воздух уйдет в открытый бачок. Если после прогрева какой-либо радиатор остается холодным, воспользуйтесь ручным воздухоотводчиком.
Заключение
Напоследок попытаемся отговорить вас от монтажа гравитационной системы с естественной циркуляцией.😊 Это наиболее сложный и дорогостоящий вариант отопления частного дома. Плюс внешний вид – не всегда удается замуровать здоровые трубы в стены либо зашить гипсокартонными коробами. Сравните стоимость самотека с закрытой двухтрубной разводкой плюс электрогенератор. Вполне вероятно, что цена выйдет одинаковой.
Используемые источники:
- https://nasoskm.ru/promyishlennyie-nasosyi/otoplenie-doma-bez-nasosa
- https://oventilyacii.ru/otoplenie/organizatsiya-otopleniya-bez-nasosa.html
- https://laminatepol.ru/33095-osobennosti-vodyanogo-otopleniya-bez-nasosa-v-chastnom-dome-montazh-i-obsluzhivanie.html
- https://otivent.com/sistema-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
