Где и когда используются системы с естественной циркуляцией теплоносителя, разница между открытыми и закрытыми системами, какая используется разводка (верхняя и нижняя) и как все должно быть организовано.
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.
Источник: http://otivent.com/sistema-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
Преимущества системы с естественной циркуляцией
Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат. Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум их работы. Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.

Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией
Еще одним весомым преимуществом данной системы является то, что теплоноситель циркулирует непрерывно.
Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.
Популярность системы связана еще и с тем, что ее проектировка, монтаж и дальнейшее обслуживание не требуют специальных навыков.
То есть, для того чтобы создать качественную отопительную систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно. Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками. Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.
Источник: http://otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Состав системы
Отопительная система с естественной циркуляцией (или система гравитационного типа) состоит из следующих основных компонентов:
- котел. Возможно применение любых типов котлов за исключением электрических;
- трубопровод;
- радиаторы. В качестве отопительных приборов могут использоваться все виды радиаторов Ogint, которые обеспечат максимальную теплоотдачу и эффективную работу системы;
- расширительный бак открытого типа.
Источник: http://ogint.ru/articles/sistemy-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
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.
Слева на фото – стояк подачи теплоносителя от напольного котла с насосом на байпасе, справа – подключение обратной линии
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.
Упрощенные схемы самотека с открытым и мембранным расширительным резервуаром
Источник: http://otivent.com/sistema-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
Преимущества и недостатки системы
Естественная циркуляция обеспечивает систему отопления следующими преимуществами:
- Главное достоинство – независимость от электричества. Конвективное отопление работает в любых условиях.
- При грамотном монтаже и уходе самотечный вариант функционирует дольше 30 лет.
- Монтаж очень прост, профилактический осмотр и ремонт тоже не вызывают затруднений.
- Высокая тепловая инерция – здесь циркулирует большой объем воды. Она медленнее остывает и дольше отдает тепло.
- Водяное конвективное отопление бесшумно: нет электрических насосов, создающих шум.
- Расход энергии минимальный. Однако это актуально, если трубы и здание хорошо утеплены.
- Минимальная стоимость самой системы и монтажа.
Встроить в циркуляционную схему насос не составляет труда. Сделать это можно во время монтажа или позднее. Когда есть электричество, отопление работает в режиме принудительной циркуляции, а при его отсутствии автоматически переходит в режим естественного перемещения воды.
У самотечного варианта есть существенные недостатки, что заметно ограничивает применение:
- Обслуживает система лишь небольшие одноэтажные или двухэтажные коттеджи.
- Чтобы снизить гидравлическое сопротивление, используют трубы с максимально большим допустимым диаметром. Это затрудняет монтаж, также стоимость водоводов с большим диаметром больше.
- Рекомендуется использовать только стальные трубы. Допускается применять полипропиленовые. Остальные неметаллические модели запрещены.
- Регулировать температуру в каждом помещении вручную или автоматически невозможно.
- В схему нельзя включать бойлеры косвенного нагрева, что увеличивает расходы на получение горячей воды.
- Невозможно обустроить теплый пол.
На работу конвективного отопления значительно влияют сужения. Нельзя использовать металлопластиковые трубы, поскольку они соединяются фитингами, диаметр которых меньше.
Источник: http://StrojDvor.ru/otoplenie/estestvennaya-cirkulyaciya-v-sisteme-otopleniya/
Схема действия
В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, расширительный бачок и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.
Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.
Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.
Источник: http://x-teplo.ru/otoplenie/sistemy/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией
Самотечная система отопления частного дома состоит из таких элементов:
- котел. Именно он осуществляет нагрев теплоносителя. Существует большое количество видов котлов, которые работают на различного типа топливе.
- трубопровод. Он может быть как одинарным, так и двойным (для обратного тока).
- отопительные элементы – радиаторы.
- расширительный бак.
При проектировании и монтаже такой схемы, как самотечная система отопления, крайне важно придерживаться обязательного требования – труба, по которой движется теплоноситель, непременно должна иметь уклон.
Он должен составлять минимум 0,005 м на метр погонный трубы и быть направленным в сторону нагревающего бака. То есть, если радиатор и котел расположены на одном этаже, то уровень входа трубы в радиатор должен быть несколько выше. Необходимость наличия уклона объясняется несколькими факторами:
- по трубе, которая имеет уклон, холодная вода значительно быстрее движется к нагревательному баку.
- наличие уклона крайне важно для того чтобы пузырьки воздуха, появившиеся в процессе нагревания теплоносителя, эффективнее поднимались в специальный расширительный бак, а оттуда – удалялись в атмосферу.

Необходимый уклон гравитационной системы отопления
Наличие расширительного бака в такой системе, как гравитационная система отопления из полипропилена, благотворно влияет на создание дополнительного давления в системе, что делает скорость передвижения теплоносителя несколько выше.
Следует отметить, что скорость перемещения теплоносителя в трубе напрямую зависит сразу от нескольких факторов. Прежде всего, это разница таких величин, как плотность, масса, объем теплоносителя в горячем и холодном состоянии.
Помимо этого, на скорость перемещения теплоносителя влияет также и уровень расположения отопительных элементов (радиаторов) относительно нагревательного котла. Однако гравитационное давление, возникающее во время перемещения теплоносителя, в некоторой степени расходуется в момент, когда жидкость преодолевает сопротивление трубопровода.
Дополнительными препятствиями, на которые также расходуется значительное количество гравитационного давления, являются дополнительные радиаторы, разветвления, повороты, присутствующие в системе. Для более эффективного обогрева (и достижения максимальной скорости перемещения теплоносителя) следует проектировать отопление с естественной циркуляцией так, чтобы подобных препятствий было меньше. В случае если подобная «сложность» системы вызвана необходимостью, решением возникшей сложности является использование труб большего диаметра.

Монтаж отопления
Источник: http://otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Использование бака
Расширительный бак выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.
Источник: http://x-teplo.ru/otoplenie/sistemy/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Возможности схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя
По сравнению со схемой отопления с принудительной циркуляцией, в рассматриваемой схеме имеются некоторые ограничения. Среди них следующие:
- Монтаж отопительного котла должен производиться в подвале индивидуального дома. Если в свое время такой подвал не был предусмотрен, придется обустраивать котел в ином специально подготовленном для этого помещении, имеющем отметку фундамента не ниже -3…-4 м, либо выкапывать котлован, что не добавит эстетичности установке. Естественно, что в таких случаях несколько затрудняется обслуживание котла и уменьшаются площади в подвале, предполагавшиеся для иных хозяйственных надобностей.
- В подвале обязательно следует предусмотреть надлежащие противопожарные мероприятия – обшить стенки котлована или подвала листами стали или выложить их огнестойким кирпичом.
- При расчете длины трубопроводов следует стремиться к общей минимизации трассы прокачки теплоносителя. Обычно стараются не выполнять их с суммарным радиусом действия более 30 м, что, в свою очередь, ограничивает предельную площадь отапливаемых таким способом помещений.
- Более рациональным будет применение не чугунных, а биметаллических отопительных радиаторов, поскольку последние имеют малую тепловую инерцию. Следовательно, они весьма быстро будут нагреваться, обеспечивая тем самым более стабильную циркуляцию теплоносителя.
Для схемы отопления с принудительной циркуляцией большинство из указанных ограничений несущественны.
Источник: http://heatinginfo.ru/razrabatyvaem-sistemu-otopleniya-s-estestvennoj-czirkulyacziej-vody-v-dome/
Разводка труб в системе теплоснабжения
Схема открытой системы отопления с циркуляционным насосом должна быть не только эффективной и экономичной, она должна гармонично вписываться в интерьер помещения, не снижая его эстетических характеристик. Для этой цели используются различные разводки труб и расположения приборов отопления, выбор которых зависит от конструктивных особенностей помещения и его площади.
Источник: http://teplospec.com/montazh-remont/kak-ustroena-sistema-otopleniya-otkrytogo-tipa-skhema-otopitelnoy-sistemy.html
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.
Для подключения небольших батарей можно использовать подводки DN15 (наружный d = 20 мм), на плане указаны размеры DN20
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).
Источник: http://otivent.com/sistema-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией
Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:
- Полная энергонезависимость;
- Простота устройства и эксплуатации.
Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:
- Сложность регулирования;
- Неравномерное распределение тепла;
- Непривлекательный внешний вид;
- Ограничения по тепловой мощности;
- Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.
Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.
(Просмотров 4 955 , 14 сегодня)
Источник: http://greypey.ru/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-tsirkulyatsiej/
Особенности устройства системы отопления в частном доме
Системы подобного типа имеют некоторые особенности, в частности речь идет о следующем:
На циркуляционный напор оказывают влияние следующие факторы:
- Расстояние по высоте между котлом и нижним радиатором. Здесь работает принцип сообщающихся сосудов: вода быстрее переливается в котел, расположенный ниже по отношению к самому нижнему прибору отопления. Этот параметр остается неизменным на протяжении всего времени работы системы.
- Разная плотность воды на выходе из котла и в обратной трубе, определяющаяся температурой воды. Благодаря этому фактору происходит саморегулирование: с понижение температуры воздуха в помещении остывают и радиаторы. Это приводит к увеличению плотности теплоносителя и более быстрому вытеснению нагретой воды.
Источник: http://1-teplodom.ru/sistema-otoplenia-s-estestvennoj-cirkulaciej-shema-dla-castnogo-doma-zakrytaa-i-otkrytaa-odnotrubnaa-i-dvuhtrubnaa-sistema-uklon-rascet/
Теплоноситель для систем с естественной циркуляцией
Лучшим теплоносителем для таких систем является вода. Использование антифризов возможно, но при планировании нужно учесть этот момент и увеличить площадь радиаторов – или выбирать их большего размера, или увеличивать количество секций. Все дело в том, что эти составы имеют меньшую теплоотдачу, из-за чего хуже отнимают и передают тепло, что часто приводит к перегреву и котла и теплоносителя.
Для систем отопления используют специальные антифризы
Повышение температуры незамерзающей жидкости выше рабочей — очень неприятное явление, так как начинается обильное образование осадков и отложений. За два месяца эксплуатации антифриза с постоянным перегревом теплообменник котла забивается наглухо, система почти зарастает. Так что если планируете использовать незамерзающую жидкость, позаботьтесь о том, чтобы она могла отдавать тепло и не перегревалась.
Нужно учесть, что в системах отопления можно использовать только специализированные составы. Общего назначения или автомобильные абсолютно непригодны, особенно для схем открытого типа, которые контактируют с атмосферой. Планируя использовать антифризы, при выборе материалов обращайте внимание на их совместимость с незамерзающими жидкостями. Далеко не все котлы и трубы «дружат» с ними. О возможности использования незамерзающих жидкостей сообщается обычно в паспортных данных, если такой записи нет, нужно уточнить у продавца, а лучше – у производителя.
Источник: http://teplowood.ru/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html