Основные ограничения
Основные ограничения у систем с естественной циркуляцией – это риск возникновения воздушных пробок. Одна такая пробка способна вывести из строя всю систему. СНИП 41-02-2004 утверждает, что нельзя проводить трубопроводы, если вода в них движется со скоростью менее 25 см в секунду
Во время установки особое внимание уделяется углу наклона магистралей, тогда воздух (если он попадет в систему) сбудет выводиться. Угол наклона составляет порядка трех миллиметров на один погонный метр
В квартирах этот показатель достигает 5,5 мм на один погонный метр.
Также существую ограничения по монтажу радиаторов. Главный недостаток схемы «Ленинградка», например, — это невысокий разгон жидкости при затекании в радиаторы, что неизбежно приводит к снижению КПД. Число батарей ставится в ограниченных количествах, при этом «дальние» батареи имеют существенно более низкую температуру.
Обратка в системе обогрева ее назначение
Обратка в системе обогрева – это тепловой носитель, который прошёл по всем отопительным радиатором, утратил собственную первичную температуру и уже холодный подается в котел для следующего подогрева. Тепловой носитель может двигаться как в двухтрубчатой, так и в улучшенной однотрубчатой отопительной системе.
Отопительная система ленинградка под собой предполагает очередность соединений отопительных радиаторов. Другими словами труба подачи подведена к первому теплообменнику, от которого идет следующая труба к другому теплообменнику и так дальше.
Если систему отопления с одной трубой улучшить, то ее конструкция будет приблизительно такой: вдоль периметра всего помещения идет одна труба, в которую можно сделать врезку труб подачи и обратки каждого отопительного прибора. В данном случае на каждую батарею есть вероятность установки регулирующего вентиля, благодаря которому можно очень удачно настраивать температура окружающей среды в этой комнате.
Несомненным плюсом подобной системы отопления считается небольшое количество труб в ней. А минус – это температурная разница между первым от котла отопительным прибором и последним. Эту проблему можно убрать при помощи насоса циркуляционного, который станет намного быстрее изгонять всю воду по системе и теплоснабжения, и подобным образом тепловой носитель не будет успевать уменьшить температуру.
Отопительная двухтрубная система собой представляет разводку 2-ух труб. Одна труба – это подача горячего носителя тепла, вторая труба — обратка в системе обогрева, по которой уже остывшая вода с отопительных приборов поступает в котел. Такая система дает возможность почти-что параллельно присоединить все отопительные приборы, что предоставляет возможность пластичной настройки каждого отопительного прибора по отдельности, не влияя на работу других.
Результаты холодной обратки
Схема для нагревания обратки
Порой, при неверно спроектированном проекте обратка в системе обогрева прохладная. Как говорит практика то, что комната не получает достаточно тепла при холодной обратке, это еще пол беды. А дело все в том, что при различной температуре подачи и обратки, на стенках котла может выпадать конденсат, который при взаимном действии с углекислым газом, отличающимся при горении топлива, образовывает кислоту. Она то и может вывести котел из строя существенно раньше времени.
Чтобы это не допустить, нужно довольно тщательно рассчитать проект отопительной системы, особое внимание нужно выделить такому невидимому моменту, как температура обратки в системе обогрева. Либо же включать в систему вспомогательные приборы, к примеру, насос циркуляционный или накопительный водонагреватель, который станет возместить потери тёплой воды
Варианты подключений отопительного прибора
Сейчас мы более чем смело можем сказать, что при проектировке системы обогрева подача и обратка обязаны быть замечательно продуманы и настроены. При неверной конструкции системы обогрева можно утратить более 50% процентов тепла.
Есть три варианта врезки отопительного прибора в систему обогрева:
Диагональная система даёт самый высокий показатель КПД, и благодаря этому считается более функциональной и эффектной.
На схеме представлена диагональная врезка
Как менять температуру в системе обогрева?
Для того, чтобы настроить температуру отопительного прибора и уменьшить разницу между температурами подачи и обратки, можно применять регулятор температур системы обогрева.
Во время установки этого прибора нужно помнить о перемычке, которая должна обязательно находиться перед прибором отопления. В случае ее отсутствия вы будете менять температуру батарей не только в собственной комнате, но и по всему стояку. Навряд ли соседи обрадуются аналогичным действиям.
Очень простой и недорогой вариант регулятора – это монтаж трех вентилей: на подаче, на обратке и на перемычке. Если вы прикрываете вентили на радиаторе, перемычка должна обязательно быть открыта.
Особенности построения
Для организации движения жидкости самотёком выполняют следующее:
Располагают котёл отопления как можно ниже – на первом этаже или в полуподвале. Раздаточный коллектор поднимают выше – под потолок или на чердак строения.
Таким образом, вода получает максимально допустимую для данной постройки высоту подъёма. Что создаёт максимально возможный гравитационный напор теплоносителя в трубах.
Монтируют устройства с широкими внутренними просветами. Трубы увеличенного диаметра – не меньше 40 мм в сечении. Радиаторы с широким внутренним проходом – традиционные чугунные батареи. При необходимости установки запорных устройств – ставят шаровые краны, которые в открытом положении минимально сужают внутренний просвет.
- Прокладывание труб выполняют с минимальным количеством поворотов, углов, без змеевиков и без спиралей.
- Магистрали подачи и обратки прокладывают с уклоном.
Внимание! Перечисленные выше принципы позволяют организовать естественный напор воды и её движение с необходимой скоростью. Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:
Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:
- Нагревательный котёл – может работать на различных видах топлива – на газу, дровах, угле, электричестве.
- Радиаторы – устройства непосредственного обогрева – излучают тепло в пространство помещения.
- Магистральная труба подачи и обратного тока.
- Раздающий коллектор – располагается над котлом. В него поступает нагретая в котле вода, затем движется (раздаётся) в магистральную трубу.
- Расширительный бачок – для временного хранения теплоносителя, который при нагреве расширяется и увеличивается в объёме. Располагается в самой верхней точке системы, выполняется в открытом виде.
- Поворотные шаровые краны – на входе и выходе из радиаторов отопления.
- Кран для слива воды (также шаровый) – в самой нижней точке системы.
А теперь рассмотрим подробнее, как обеспечивают максимально возможный напор.
Уклон трубы
Для естественной циркуляции теплоносителя принимается ряд мер, которые облегчают его передвижение внутри радиаторов и труб. Одна из таких мер – прокладывание труб подачи и обратки под небольшим уклоном. Размер уклона выбирают – 2-3 ° на погонный метр.
Указанные градусы уклона визуально не нарушают геометрию прокладывания труб, но обеспечивают движение воды самотёком. Они также позволяют сливать жидкость из системы при необходимости замены батареи, ремонта.
Гравитационное давление
Гравитационное давление возникает как разница давлений воды в различных сегментах трубопровода.
В системе с естественным движением теплоносителя гравитационное давление создаётся нагревом воды и подъёмом её на высоту чердака или второго этажа дома. Так обеспечивается самотёк и работа отопления.
Величина гравитационного давления определяется высотой подъёма воды и разницей температур.
Внимание! Чем сильнее нагрев теплоносителя в котле, тем больше будет разница в давлении, и тем скорее вода будет двигаться по трубам
Возможные препятствия
Для эффективной естественной циркуляции стараются уменьшить количество факторов, которые препятствуют гравитационному давлению.
Схему организовывают с минимальным количеством углов и поворотов. Вместо изгибов труб под прямым углом, по возможности, делают плавные повороты. Для того чтобы вода не встречала препятствий, убирают сужения просветов и вентили.
Внутренние сечения радиаторов должны быть достаточно большими. Следствием широких просветов становится увеличенный объём теплоносителя, а также инертность работы отопления.
Какой план отопительных систем применяются для самотека?
Утепление дома снаружи
Установка системы теплоснабжения, вне зависимости от вида циркуляции (естественная или принудительная) начинается с проектирования системы
Особенно важно подобрать схему размещения трубных магистралей, местонахождение котла и определиться с расположением радиаторов при естественной циркуляции. Для этого составляется план, в котором учитываются все особенности и нюансы
В первую очередь нужно сделать анализ частного дома, в котором будет устанавливаться теплоснабжение. Для этого учитываются следующие факторы:
- площадь для проживания
- утепление стен снаружи
- вид котельного прибора
Только после такого анализа можно выбирать схему для отопительной системы с естественной циркуляцией. В основном это однотрубная и двухтрубная. Однотрубная система – лучший выбор для помещений небольших размеров. Двухтрубная система больше подходить для домов, которые имеют большую площадь или двухэтажные строения.
Но при этом важно учитывать такой аспект, как длина отопительной магистрали (до 30м) и наличие поворотных элементов (минимальное). Естественная циркуляция не применяется для трехтрубной и коллекторной разводки магистралей, так как в таких системах присутствуют большие гидропотери, что негативным образом складывается на скорости продвижения воды
ВАЖНО! Отопительные системы с самотеком наполняются только водным теплоносителем. Антифриз для этого не годится, так как имеет высокую плотность, которая не дает возможности получить необходимый напор в трубах
2.3. Однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией
Рис. 10. Однотрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды (вверху) и конструкции радиаторных узлов (внизу)
Однотрубные системы с естественной циркуляцией теплоносителя делаются только с верхней разводкой подающего трубопровода, в которой отсутствуют обратные стояки (рис. 10). По сравнению с двухтрубными системами однотрубные проще в монтаже, на их устройство требуется меньше труб и они выглядят более красиво.
Однотрубные системы отопления подразделяются на два вида.
По одной схеме – проточной, подающий стояк, как таковой, отсутствует, а радиаторы по высоте дома последовательно соединены друг с другом. Горячая вода подачи последовательно, сверху вниз, протекает через все радиаторы, начиная с верхнего, и в радиаторы нижних этажей поступает охлажденной. Поэтому на верхних этажах жарко, а на нижних – холодно. Чтобы как-то сбалансировать отопительный контур, в нижних этажах ставят радиаторы с большим числом секций. В проточной системе нельзя ставить регулировочные краны, так как при уменьшении или перекрытии крана у того или иного радиатора частично или полностью перекрывается весь стояк.
При такой схеме нельзя регулировать температуру воздуха в помещениях. Если дом двухэтажный, то невозможно осуществить пуск системы отопления только на одном этаже. Проточные схемы отопления были весьма популярны в середине ХХ века, когда основной целью была экономия труб. В настоящее время ее почти не применяют.
При другой схеме с замыкающими участками (байпасами), показанной на рис. 11, из стояка часть воды поступает в верхние радиаторы, а остальная вода направляется по стояку к радиаторам, расположенным ниже. Вода в такой системе остывает чуть меньше, а значит, меньше и разница между температурами на верхних и нижних этажах. Фактически это улучшенная проточная схема, в которой между трубами подключения радиатора сделан замыкающий участок – байпас.
Рис. 11. Схемы присоединения отопительных приборов в однотрубной и двухтрубной системах отопления
Диаметр трубы замыкающего участка делают на один размер меньше, чем диаметр труб подключения радиатора. В результате поступающий сверху теплоноситель разделяется на два потока: одна часть поступает в радиатор, другая через байпас – к нижним радиаторам. Если диаметр байпаса сделать таким же, как и трубы для подключения радиатора, то теплоноситель в радиаторе перестанет циркулировать, поскольку гидравлическое сопротивление в радиаторе будет больше, чем в байпасе. Ведь вода всегда течет там, где меньше гидравлическое сопротивление.
При установке байпаса с диаметром, равным диаметрам труб подключения радиаторов для балансировки отопительной системы, количество поступающей в прибор воды регулируется вентилями, которые устанавливаются на трубе подключения и байпасе. Таким образом, закрытием (открытием) вентилей на подающей трубе подключения радиаторов или байпасе можно регулировать поступление теплоносителя в радиатор или стояк. Например, можно полностью отключить радиатор и перенаправить весь теплоноситель в байпас и далее к нижним радиаторам на стояке или, наоборот, закрыть байпас и направить весь тепловой поток в радиатор.
Рис. 12. Схема системы отопления и горячего водоснабжения дома
В современных отопительных системах два вентиля, установленных на подающей трубе и байпасе, заменяют одним, называющимся трехходовым краном. В зависимости от положения закрывающей заслонки, трехходовой кран одновременно открывает путь теплоносителю в радиатор и закрывает поступление в байпас или, наоборот, закрывает байпас и открывает путь к радиатору. Такие краны могут снабжаться электрическим приводом, подключенным к специальному прибору – контроллеру. Контроллер измеряет температуру воздуха в помещении или температуру теплоносителя и отдает команду на трехходовой вентиль, который увеличивает или уменьшает подачу теплоносителя в радиатор, а остальной теплоноситель сбрасывает в байпас.
Как и в системах с двухтрубной разводкой, в однотрубной можно обеспечить тупиковое и попутное движение теплоносителя в обратной магистрали. При попутном движении все кольца отопительного контура становятся одинаковой длины и систему можно сбалансировать. При тупиковом движении делать балансировку температуры теплоносителя очень трудно, поскольку разбалансировка идет не только по длине колец, но и по высоте стояков, чем отличается от двухтрубных систем, где разбалансировка температуры была только по кольцам.
Особенности системы из двух параллельных труб
Двухтрубная система отопления
Дома и дачи, имеющие средние размеры, а длина магистральных труб превышает 30м, применяют двухтрубную систему, которая разделяет теплоноситель – холодная и горячая «ветвь».
При устройстве двухтрубной системы следует помнить, что котел монтируется ниже, чем уровень батарей. Установка котла ниже уровня батарей будет обеспечивать достаточный напор холодной воды, чтобы создавать естественную циркуляцию в системе отопления.
При устройстве системы нужно предусмотреть наличие разгонного стояка, на котором в наивысшей точке будет прикреплен расширительный бак. И уже от него будет отходить раздаточная труба, монтируемая под наклоном.
Чтобы двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией работала с минимальной разницей температур, необходимо принять во внимание следующие факторы:
- местонахождение котла. Он должен устанавливаться в подвале или цокольном этаже, с обеспечением нормальной температуры, вентиляции и освещения
- оснастить расширительный бак контрольным патрубком для пополнения системы
- подпитка и слив – узлы, позволяющие контролировать процесс
Материал для двухтрубной системы выбирается в зависимости от предпочтений или финансовых возможностей.
ВАЖНО! При устройстве двухтрубной системы желательно предусмотреть наличие запорной арматуры, чтобы можно было отключать отдельный радиатор от всей системы
Из законов физики
Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.
Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.
Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.
Особенности и принципы работы системы
Другими словами, систему называют самотечной или с естественной циркуляцией. При нагреве, вода имеет свойство «расширятся», в этом и кроется весь принцип, по которому происходит циркуляция воды по трубам с помощью создания разного давления по замкнутому контуру. Простым языком, вода нагретая котлом, поступает к батареям, отдает своё тепло и возвращается, вытесняя вновь нагретую часть воды. Это происходит потому, что масса остывшей воды больше, а плотность выше. Такое явление, называется — конвекцией. Процесс в гравитационной системе отопление будет повторяться бесконечное количество раз, пока работает котёл. Придавать воде движения, котлу помогает разгонный коллектор. Он устанавливается вертикально над котлом, как можно выше, иногда на чердак дома, а сам котёл максимально низко по отношению к отопительным батареям. Скорость, которую он будет предавать воде, выталкивая её, напрямую зависит от высоты этого вертикального столба над котлом.
Вся система состоит из таких элементов:
- Котел;
- Расширительный бак;
- Трубы для циркуляции воды;
- Радиаторы (батареи);
- Гравитационный клапан (если потребуется).
На скорость циркулирующей воды в гравитационной системе отопления влияет ещё один фактор — гидравлическое сопротивление. Он зависит от следующих параметров:
- от изгибов по контуру циркуляции воды и от их количества. Это напрямую влияет на сопротивление, которое будет встречаться на пути у воды;
- от диаметра трубы;
- от количества задвижек, кранов, клапанов и т.д.
Обратите внимание!
Для того, чтобы краны не мешали напору воды свободно двигаться по трубам, они должны быть в открытом состоянии и иметь просвет, который будет максимально близок к диаметру трубы.
Когда вода, постоянно будет находиться в процессе нагревания, определённая её часть будет исчезать под видом испарений. Для этого, в верхней части конструкции установлен расширительный бак. Его функции таковы:
- Вывод образовавшегося пара из системы;
- Компенсация потерянного объема воды;
Такая схема с использованием расширительного бака, называется — открытой. Она имеет свой недостаток — вода испаряется достаточно быстро. Во избежание подобных ситуаций, используют схему закрытого типа, для больших систем гравитационного отопления. Она отличается от открытой тем, что:
- в ней нет расширительного бака открытого типа. Вместо него, в том же месте, устанавливается воздухоотводчик, он срабатывает автоматически;
- схема защищает систему от ржавления труб и установленных на них элементов, за счет вывода кислорода из состава воды;
- чтобы компенсировать давление остывшей воды, устанавливается расширительный бак с мембраной закрытого типа. Она эластична и играет компенсирующую роль в изменении гравитационного давления в замкнутом контуре.
Отличия в работе твердотопливного котла
Сердцем любой отопительной системы является котел. Несмотря на то что можно устанавливать одинаковые модели, работа с разным типом отопления будет отличаться. Для нормальной работы котла температура водяной рубашки должна быть не ниже 55 °C. Если температура будет ниже, то в этом случае котел внутри будет покрываться дегтем и сажей, в результате чего КПД его будет снижаться. Его нужно будет постоянно очищать.
Чтобы этого не происходило, в закрытой системе на выходе из котла устанавливается трехходовой клапан, который гоняет теплоноситель по малому кругу, минуя отопительные приборы, до тех пор, пока не нагреется котел. Если температура начинает превышать 55 °C, то в этом случае клапан открывается, и начинается подмес воды в большой круг.
Трехходовой клапан для гравитационной системы отопления не требуется. Дело в том, что здесь циркуляция происходит не за счет насоса, а за счет нагрева воды, и пока она не нагреется до высокой температуры, движение не начинается. Топка котла в данном случае остается постоянно чистой. Трехходовой клапан не требуется, что удешевляет и упрощает систему и добавляет плюсов к ее достоинствам.
Схема отопления теплыми полами
Теплый пол обеспечивает горизонтальное тепловое излучение, поддерживая более высокую температуру на уровне ног и её снижение до комфортного уровня на большей высоте. В районах с теплым климатом схема может использоваться в качестве единственного источника тепла. В северных широтах её необходимо сочетать с монтажом радиаторной отопительной системы.
Конструктивно система теплого пола представляет собой сеть трубопроводов. Нагрев может производиться от любых источников тепла.
- равномерное распределение тепла по всему объёму помещения;
- улучшение эстетического вида помещения из-за отсутствия труб и радиаторов.
Основные виды гравитационной системы отопления
Различается 4 типа самоциркулирующейся конструкции с гравитационным течением теплоносителя. Выбор варианта зависит от требований хозяина по производительности отопления, материала строения, утепления дома и прочих нюансов.
Определяя, какое лучше делать водяное отопление в частном доме без насоса, требуется выполнить несколько расчетов, принять во внимание технические характеристики источника тепла, просчитать диаметр трубы и составить проект
Закрытая система
Принцип работы такой:
- Нагрев теплоносителя приводит к вытеснению воды из контура отопления. Под воздействием повышенного давления жидкость перемещается в закрытый расширительный бак с мембраной.
- В этом баке одна половина заполнена газом, вторая – пустая. Пустая половина заливается прогретым теплоносителем, что приводит к сжатию газообразного вещества.
- Как только вода остывает, газ снова расширяется и выталкивает из бака воду.
Простое решение пока не набрало популярность, однако возможность полной автономности и поддержания оптимального давления в трубах – явные плюсы варианта, которые пригодятся хозяевам частных домов небольшой площади. Минус конструкции в повышении объема емкости при необходимости прогревать большие помещения, поэтому закрытая система в основном используется в домах площади до 40 м2.
Открытая система
Этот вариант отличается от закрытого лишь конструкцией расширительного бака. Схему можно увидеть в старых строениях, где бак установлен под кровлей или потолком жилого помещения. Емкость можно сделать самостоятельно, но при такой схеме есть риск завоздушивания радиаторов, что снижает эффективность работы системы. Кроме того, кислород в воде приводит к образованию коррозии, появлению дефектов внутри труб и быстрому выходу элементов из строя.
Двухтрубная система
Особенности конструкции:
- Прокладывается 2 трубы – одна для подачи теплоносителя, вторая для обратки. Подающий трубопровод соединяется входным отводом, обратный подводкой стыкуется с баком и батареей.
- Двухтрубная схема систем отопления частного дома с естественной циркуляцией обеспечивает равномерное распределение тепла по помещению.
- Нет необходимости добавлять секции батарей, расположенных далеко от бака, чтобы гарантировать прогрев комнаты.
- Для контура выбираются трубы меньшего диаметра, регулировать интенсивность подачи теплоносителя и уровень нагрева намного проще.
В 2-х трубной системе можно допустить некоторые отклонения от параметров уклона труб, причем это не скажется на скорости транспортировки теплоносителя. Выполнить работы по силам домашнему мастеру, ошибки в расчетах устраняются в процессе обустройства конструкции.
Однотрубная система
Это простая горизонтальная схема выкладки с одной трубой, которая подключена последовательным образом ко всем батареям. Подача носителя через верхний отвод – отток через нижний, таким образом, вторая батарея получает чуть более остывший носитель, третья – еще более прохладный. От крайнего радиатора обратка возвращается в бак для прогрева.
Обустроить такую самотечную систему не представляет труда, но если количество радиаторов более 3-5 шт., однотрубная система не является целесообразной. Даже если увеличить количество секций последней батареи, температура носителя слишком мала, чтобы обеспечить равномерность отопления.
К достоинствам схемы относят простоту монтажа, экономию средств, а недостаток наблюдается только при установке одной трубы в больших комнатах. Сформировать однотрубную схему в 2-х и более этажных строениях без насоса нельзя – велик риск допустить ошибку в уклонах трубопроводов, из-за чего теплоноситель не будет транспортироваться с нужной скоростью, и строение останется без отопления.
