Система отопления с естественной циркуляцией и ее конструкционные особенности

Для частных загородных домов и дач, часто устанавливается система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Данное решение имеет свои

Теоретическая подковка – как работает самотек

Естественная циркуляция воды в системах отопления функционирует благодаря гравитации. Как это происходит:

  1. Берем открытый сосуд, наполняем водой и начинаем подогревать. Самый примитивный вариант – кастрюля на газовой плите.
  2. Температура нижнего слоя жидкости растет, плотность уменьшается. Вода становится легче.
  3. 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.

Изменение плотности воды при нагреве

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.

Как меняется плотность воды при разной температуре

Малая скорость движения жидкости по магистралям и приборам отопления вызывает такие последствия:

  1. 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.
  2. Соответственно, котел должен производить больше тепловой энергии после запуска горелки. Держать генератор на температуре 40 °C бессмысленно – течение замедлится до предела, батареи станут холодными.
  3. Чтобы доставить до радиаторов потребное количество тепла, надо увеличить проходное сечение труб.
  4. 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.
  5. Шероховатость внутренних стенок трубопроводов не играет большой роли (в разумных пределах). Маленькая скорость жидкости – невысокое сопротивление от трения.
  6. 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.

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.

система отопления с естественной циркуляцией

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.

Отопительная система. Яндекс.Услуги

Реклама · Сравнивайте реальные цены и отзывы и выбирайте проверенных специалистов! · Не берем комиссию. Система рейтингов. 4500 Услуг. 1 000 000 Исполнителей

  • Принцип работы системы с естественной циркуляцией

    Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:

    • Простой монтаж и обслуживание.
    • Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
    • Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

    Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

    При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

    Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

    схема системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

    Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

    • Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
    • Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

    В системах с гравитационной циркуляцией, движение теплоносителя осуществляется самотеком. Благодаря естественному расширению, нагретая жидкость поднимается вверх по разгонному участку, а после, под уклоном «стекает», через трубы, подключенные к радиаторам, обратно к котлу.

    Как работает такой вид отопления?

    Для него используется вода, передвигающаяся по трубам. Именно обеспечение ее правильного движения считается основой создания качественной системы отопления на основе этого принципа. Вода будет нагреваться с помощью котла для последующей отдачи тепла через батареи и радиаторы.

    В целом основная структура не отличается от традиционных аналогов. Но вода в этом случае передвигается с помощью разной плотности в обычном состоянии температуры и после нагревания жидкости.

    После попадания в теплообменник вода нагревается с помощью котла и ее плотность заметно уменьшается — это приводит к ее вытеснению с помощью холодного теплоносителя. Таков способ передачи воды за счет этой версии отопления. Поэтому ее и назвали естественным отоплением.

    Теперь перейдем к детальному разбору технических характеристик и особенностей эксплуатации:

    Этот вариант отопления очень надежен, хотя на первый взгляд он кажется слишком простым. Он создается без движущихся элементов на основе давления идентичному уровню атмосферного, что гарантирует длительный срок эксплуатации системы.

    Эта система основана на инерционном принципе естественной циркуляции в условиях закрытой версии отопления за счет разницы в давлении. Из-за этого горячая вода очень медленно доходит до радиаторов.

    Чтобы эта технология качественно работала необходим правильный наклон магистралей на основе расчетной информации. Трубы устанавливаются с созданием уклона от котла. А обратное движение создается уклоном в его сторону. За счет этого такое отопление можно эксплуатировать годами.

    Мы объяснили основные характеристики такой системы, теперь посмотрите фото отопления с естественной циркуляцией, чтобы вы поняли, как это выглядит на основе жилого помещения.

    Однако вся длина системы не должна превышать 30 метров по горизонтальному расположению, поскольку в ином случае ее работоспособность будет под вопросом. Это произойдет из-за накопления лишнего объема холодного носителя, что уменьшит скорость циркуляции.

    Системы отопления Vaillant. Консультация по выбору

    Реклама · Широкий модельный ряд котлов. Мощность от 10 до 2240 кВт. Бесшумная работа. · Комплексный подход. Гарантия до 3-х лет. Высокая эффективность

  • 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.

    Подключение котла к самотечному отоплениюСлева 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.

    Принципиальная схема самотекаУпрощенные схемы самотека с открытым и мембранным расширительным резервуаром

    Система безопасного и энергонезависимого водяного

    Система безопасного и энергонезависимого водяного отопления коттеджа с естественной циркуляцией. Все привет! Это моя вторая тема на форуме. После приведения прудика в стабильное состояние пришла пора заняться отоплением

  • Возможности схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

    По сравнению со схемой отопления с принудительной циркуляцией, в рассматриваемой схеме имеются некоторые ограничения. Среди них следующие:

    1. 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.
    2. В подвале обязательно следует предусмотреть надлежащие противопожарные мероприятия – обшить стенки котлована или подвала листами стали или выложить их огнестойким кирпичом.
    3. 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.
    4. 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.

    Расчет самотечной системы

    Чтобы рассчитать и спроектировать отопление с естественной циркуляцией, действуйте в таком порядке:

    1. Выясните количество тепла, нужное для обогрева каждой комнаты. Воспользуйтесь для этого нашей инструкцией.
    2. Подберите энергонезависимый котел – газовый либо твердотопливный.
    3. Разработайте схему, приняв за основу один из предложенных здесь вариантов. Поделите разводку на 2 плеча – тогда магистрали не пересекут входную дверь дома.
    4. 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:

    1. 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.Формула расчета расхода теплоносителя на участке трубы
    2. 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.Как рассчитать диаметр трубы отопления
    3. Считаем тепловую нагрузку на каждую ветку, повторяем расчеты и выясняем диаметры этих магистралей.
    4. Переходим в следующие комнаты, снова определяем диаметры участков по тепловым затратам.
    5. 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:

    1. 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.
    2. Площадь поперечника подающей трубы F = 0.351 т/ч / 3600 х 0.1 м/с = 0.00098 м², диаметр d = 35 мм.
    3. 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.
    4. 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.
    5. 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.

    Самотечная разводка на планировке домаДля 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).

    Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

    Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

    1. Полная энергонезависимость;
    2. Простота устройства и эксплуатации.

    Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

    1. Сложность регулирования;
    2. Неравномерное распределение тепла;
    3. Непривлекательный внешний вид;
    4. Ограничения по тепловой мощности;
    5. 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)

    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.

    2015-05-08_102833.jpg

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

    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.

    Самотечная разводка в гаражеПример монтажа двухтрубной разводки в гараже

    Как правильно сделать разводку и выдержать все уклоны:

    1. Начните с разметки. Обозначьте места установки батарей, точки подключения подводок и трассы магистралей.
    2. Размечайте трассы на стенах карандашом начиная от дальних батарей. Величину наклона регулируйте длинным строительным уровнем.
    3. 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.
    4. Если уровень пола топочной слишком высокий, попытайтесь сместить все обогреватели вверх. Следом поднимутся горизонтальные трубопроводы. В крайнем случае делайте под котлом углубление.

    Подключение обратной линии в котельнойПрокладка обратной линии в топочной с параллельным подключением к двум котлам

    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.

    Системы отопления. Экономьте свое время и деньги!

    Реклама · Разместите заказ и получите отклик от сотни исполнителей. Быстрая регистрация! · Бесплатная регистрация. Всероссийский охват. Тех. поддержка 24/7

  • Фото отопления с естественной циркуляцией



    Также рекомендуем посетить:

    • Монтаж дымохода
    • Накопительный водонагреватель
    • Циркуляционный насос
    • Электродный котел
    • Воздушное отопление
    • Ремонт газовой колонки своими руками
    • Схемы отопления
    • Электрокотел для отопления
    • Печь длительного горения
    • Расчет количества радиаторов
    • Диаметр труб для отопления
    • Установка полотенцесушителя
    • Замена радиаторов отопления
    • Отопления гаража
    • Чугунные печи
    • Как слить воду с бойлера
    • Газовый котел
    • Твердотопливный котел
    • Радиаторы отопления
    • Стабилизатор для котла
    • Конвектор
    • Печь булерьян
    • Отопление в деревянном доме
    • Как подключить бойлер
    • Биметаллические радиаторы
    • Печное отопление
    • Отопление в частном доме
    • Водогрейный котел

    Монтаж отопления! Скорее звоните! Проектирование…

    Реклама · Проектирование и монтаж отопления! Работаем быстро и качественно! Гарантия 3 года! · Инженерные системы. Аттестация НАКС. Промышленная сварка. Опыт с 2013

  • Рейтинг
    ( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
    Загрузка ...