Гравитационная система отопления: конструкция и советы по обустройству

Использование циркуляционного насоса в гравитационном отоплении

В разговоре с одним монтажником я услышал, что насос, установленный на байпасе главного стояка, не может создать эффект циркуляции, так как установка запорной арматуры на главном стояке между котлом и расширительным баком запрещена. Поэтому можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, так как каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. При этом установка обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Чтобы выйти из этого положения, мастера пытаются переделать обратный клапан в нормально открытый. Такие «модернизированные» клапаны создадут в системе звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя. Могу предложить другое решение. На главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.

В этой статье я рассмотрел далеко не все заблуждения, существующие у специалистов, монтирующих гравитационное отопление. Если статья вам понравилась, готов продолжить ее ответами на ваши вопросы.

В следующей статье я расскажу о строительных материалах.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Как выбрать насос для отопления

Лучше всего подходят для установки специальные малошумные циркуляционные насосы центробежного типа с прямыми лопастями. Они не создают избыточно большого давления, а проталкивают теплоноситель, ускоряя его движение (рабочее давление индивидуальной системы отопления с принудительной циркуляцией 1-1,5атм, максимальное – 2атм). Некоторые модели насосов имеют встроенный электропривод. Такие устройства можно устанавливать прямо в трубу, их называют еще «мокрыми», а есть устройства «сухого» типа. Отличаются они только правилами монтажа.

При установке любого типа циркуляционного насоса желательна установка с байпасом и двумя шаровыми кранами, которые позволяют снять насос для ремонта/замены без останова системы.

Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы

Установка циркуляционного насоса позволяет регулировать скорость продвижения теплоносителя по трубам. Чем активнее движется теплоноситель, тем больше тепла он разносит, а значит, помещение нагревается быстрее. После того, как заданная температура достигнута (отслеживается или степень нагрева теплоносителя или воздуха в помещении в зависимости от возможностей котла и/или настроек), задача меняется – требуется поддерживать заданную температуру и скорость потока уменьшается.

Для системы отопления с принудительной циркуляцией недостаточно определиться с типом насоса

Важно рассчитать его производительность. Для этого, прежде всего, нужно знать теплопотери помещений/зданий, которые будут отапливаться

Они определяются исходя из потерь в самую холодную неделю

В России они нормированы и установлены коммунальными службами. Они рекомендуют использовать следующие величины:

Они определяются исходя из потерь в самую холодную неделю. В России они нормированы и установлены коммунальными службами. Они рекомендуют использовать следующие величины:

  • для одно- и двухэтажных домов потери при самой низкой сезонной температуре -25 о С составляют 173Вт/м 2. при -30 о С потери 177 Вт/м 2 ;
  • многоэтажные дома теряют от 97Вт/м 2 до 101Вт/м 2 .

Исходя из определенных теплопотерь (обозначаются Q) можно найти мощность насоса по формуле:

c – удельная теплоемкость теплоносителя (1,16 для воды или другое значение из сопроводительных документов к антифризу);

Dt – разница температур между подачей и обраткой. Этот параметр зависит от типа системы и составляет: 20 о С для обычных систем, 10 о С для низкотемпературных и 5 о С для систем теплого пола.

Полученную величину нужно перевести в производительность, для чего нужно разделить на плотность теплоносителя при рабочей температуре.

В принципе, можно при выборе мощности насоса для принудительной циркуляции отопления руководствоваться усредненными нормами:

  • с системах, обогревающих площадь до 250м 2. используют агрегаты производительностью 3,5м 3 /ч и создаваемым напором 0,4атм;
  • на площадь от 250м 2 до 350м 2 требуется мощность 4-4,5м 3 /ч и давлением 0,6атм;
  • в системы обогрева площади от 350м2 до 800м2 устанавливают насосы производительностью 11м 3 /ч и давлением в 0,8атм.

Но учесть нужно, что чем хуже утеплен дом, тем большие мощности оборудования (котла и насоса) могут потребоваться и наоборот – в хорошо утепленном доме могут потребоваться половинные от указанных величины. Эти данные – средние. То же самое можно сказать относительно создаваемого насосом давления: чем уже трубы и более шероховатая их внутренняя поверхность (выше гидравлическое сопротивление системы), тем выше должно быть давление. Полный расчет – сложный и муторный процесс, в котором учитывается множество параметров:

Мощность котла зависит от площади отапливаемого помещения и потерь тепла

  • сопротивление труб и фитингов (о том, как выбрать диаметр труб отопления читайте тут );
  • длина трубопровода и плотность теплоносителя;
  • количество, площадь и вид окон и дверей;
  • материал, из которого сделаны стены, их утепление;
  • толщина стен и утепления;
  • наличие/отсутствие подвала, цоколя, чердака а также степень их утепления;
  • тип кровли, состав кровельного пирога и т.д.

Вообще, теплотехнический расчет – один из самых сложных в области. Так что если хотите знать точно, какой мощности вам нужен насос в системе, закажите расчет у специалиста. Если нет – подбирайте основываясь на усредненных данных, корректируя их в ту или другую сторону в зависимости от вашей ситуации. Только нужно учесть, что при недостаточно высокой скорости движения теплоносителя система сильно шумит. Потому в данном случае лучше взять более мощное устройство — расход электроэнергии небольшой, да и система будет более эффективной.

Первое знакомство

Вы никогда не задумывались, что заставляет воду течь через батареи отопления?

В многоквартирном доме все понятно: там циркуляцию создает перепад давлений между подающим и обратным трубопроводами теплотрассы. Ясно, что если в одной трубе давление больше, а в другой меньше — в замыкающем их друг с другом контуре вода придет в движение.

В частных домах отопительные системы часто бывают автономными, использующими электричество или тепло сгорания различных видов топлива. В этом случае теплоноситель приводится в движение, как правило, циркуляционным насосом отопления — крыльчаткой с маломощным (до 100 ватт) электромотором.

Но ведь электрические насосы появились намного позже водяного отопления. Как без них обходились раньше? Наверняка этот опыт можно использовать и сейчас…

Когда-то котлы не комплектовались насосами. Отопление, однако же, работало.

Использовалась естественная циркуляция нагретой воды. Тепловое расширение порождает так называемую конвекцию: любая субстанция при нагреве уменьшает свою плотность и вытесняется окружающими ее более плотными массами вверх. В случае, если речь идет о замкнутом объеме — в верхнюю его точку.

Если создать контур соответствующей формы, конвекцию можно использовать для постоянного движения в нем теплоносителя по кругу.

Система с естественной циркуляцией представляют собой, упрощенно говоря, два сообщающихся сосуда, соединенных трубками (контуром отопления) в кольцо. Первый сосуд — котел, второй — отопительный прибор.

В котле вода, нагревшись, устремляется вверх. Природа не терпит пустоты, и ее место занимает более холодная (и плотная) вода из радиатора. Горячий же теплоноситель попадает в радиатор и там остывает, постепенно опускаясь в его нижнюю часть и далее — на повторный цикл в котел.

Несколько мер позволят ускорить циркуляцию в замкнутой системе:

Котел опускается как можно ниже относительно отопительных приборов. Если это возможно — он выносится в подвал.

От высоты H на схеме линейно зависит скорость циркуляции в контуре.

  • Разгонный коллектор, как правило, заканчивается под потолком или даже на чердаке. Там монтируется расширительный бак для отопления.
  • Постоянный уклон от расширительного бачка к котлу тоже будет способствовать циркуляции. Остывающая вода на всем пути через отопительные приборы будет двигаться по вектору гравитации.

Кроме того, при проектировании такой системы отопления своими руками нужно понимать одну вещь. На скорость циркуляции влияют два взаимодействующих фактора: перепад в контуре и его гидравлическое сопротивление.

От чего зависит последний параметр?

  • От диаметра розлива. Чем он больше — тем проще воде течь по трубе.
  • От количества поворотов и изгибов контура. Чем их больше — тем больше сопротивление контура потоку. Именно поэтому контур стараются делать максимально близким к прямой линии (насколько это позволяет форма здания, конечно).
  • От количества и типов запорной арматуры. Каждый вентиль, задвижка, обратный клапан оказывают сопротивление потоку воды.

В открытом состоянии шаровый вентиль имеет такой же просвет, как ведущая к нему труба. Гидравлическое сопротивление потоку воды минимально.

Типично гравитационные системы делаются открытыми, с негерметичным расширительным баком. Он не только вмещает избыток теплоносителя при нагреве: в него же вытесняются пузыри воздуха при заполнении сброшенной системы. При падении уровня воды она просто доливается в бак.

Схема с естественной циркуляцией

Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.

Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:

  1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
  2. Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
  3. Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
  4. Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

Принципиальная схема самотечной разводки с циркуляционным насосом

В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

  • из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
  • чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
  • здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
  • затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
  • схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
  • увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.

Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

Watch this video on YouTube

Советы по проектированию

Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

  1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
  2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
  3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
  4. Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
  5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
  6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
  7. Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.

Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

Материалы

При выборе труб вадно знать кол-во радиаторов

Выбор труб для создания системы зависит от:

Диаметр трубы должен быть таким, чтобы обеспечить теплоносителем нужное количество батарей. Чем их больше, тем шире должен быть просвет. На 4 радиатора нужно минимум 2,5 см. На 5 – 6 – примерно 2,7 – 2,8 см.

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Если в систему не планируется включать насос, то диаметр трубы должен составлять минимум 40 мм.

В зависимости от прогрева выбирают материал трубы. Если вода в системе будет достигать температуры свыше 90о С, лучше использовать сталь. Дело в том, что полипропилен плавится уже при 95о С.

Радиаторы подбирают исходя из эффективности их работы. Они должны обладать максимальной теплоотдачей

Это особенно важно потому, что в последние батареи контура попадает уже слегка остывшая вода. Так что для полной теплоотдачи они должны иметь высокий КПД

Дополнения для повышения эффективности системы

Отопительная установка может работать лучше, если в проект будут внесены усовершенствования. Данные меры оптимизируют систему, увеличивают КПД и сглаживают недостатки, которые могут сказаться на качестве функционирования. Можно предложить следующие дополнения:

  1. Монтаж обратного капкана, который блокирует случайное движение жидкости не в том направлении.
  2. Монтирование циркуляционного насоса. Установка этого дополнения снижает инерционность гравитационной системы. В случае превышения времени, отведенного на нагрев, данное улучшение увеличивает скорость протекания воды. В результате жидкость нагревается до необходимого уровня.
  3. Уклон магистрали. Позволяет получить оптимальный уровень давления в ходе работы системы.

Гравитационное отопление в базовой комплектации будет работать и без дополнительных мер, но монтаж вспомогательных элементов значительно повысит эффективность и снизит вероятность поломок. Для внесения изменений, их заранее обговаривают с теплотехником, ответственным за проект.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

  • При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
  • Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
  • При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам. Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

  1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
  2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования ).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

  1. Подача и обратка проходят по разным трубам.
  2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
  3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

  1. Равномерное распределение тепла.
  2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
  3. Проще выполнить регулировку системы.
  4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
  5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Главным достоинством двухтрубной системы отопления с нижней и верхней разводкой является простота и одновременно эффективность конструкции, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные в расчетах или во время проведения монтажных работ.

Естественная циркуляция

Чтобы гарантировать движение воды в самотечной системе, потребуется обустройство разгонного участка. Речь идет об отходящем от котла вертикальном патрубке, внутри которого нагретый теплоноситель двигается вверх. По достижении крайней верхней точки труба плавно поворачивается обратно: это придает воде необходимое ускорение для движения по магистрали. Отопительные системы, имеющие верхнюю разводку, не нуждаются в обустройстве отдельного патрубка: его функция выполняется подающей трубой, поднятой на достаточную высоту.

В одноэтажных зданиях с нижней горизонтальной разводкой для эффективного отопления потребуется наличие разгонного коллектора. Он должен возвышаться над уровнем первой батареи не меньше, чем на 1,5 м. Благодаря разгонному участку становится возможной циркуляция теплоносителя в самотечной системе отопления. Трубы на этом участке обладают большим сечением по сравнению с остальной частью контура. К примеру, если диаметр труб системы 25-32 мм, то разгонный участок должен иметь диаметр 40 мм. Главными преимуществами самотечной системы выступает ее абсолютная энергонезависимость (если используется твердотопливный котел), простота устройства и отсутствие сложных узлов.

Имеются также недостатки:

  1. Для минимизации гидравлического сопротивления необходимо применять трубы большого диаметра.
  2. Установка любого прибора и устройства приводит к затруднению движения теплоносителя, поэтому существуют определенные ограничения по количеству запорной арматуры (чем ее меньше – тем лучше). Как результат, ремонт и обслуживание усложняется, так как при этом требуется полное отключение системы и слив теплоносителя из контура.
  3. Чтобы самотечная система была максимально надежной, потребуется тщательный расчет и балансировка. Это предусматривает подбор оптимальных диаметров труб и числа радиаторных секций. Наиболее удаленные от котла батареи приходится делать на порядок шире: теплоноситель поступает на них достаточно охлажденным.

Недостатки.

Как и всё рукотворное, гравитационная отопительная система имеет свои недостатки, которые выражаются в следующем:

  1. В системе присутствует достаточно низкое циркуляционное давление, из-за чего радиус её действия сокращается до тридцати метров по горизонтали.
  2. Тот же фактор, наряду с большой теплоёмкостью воды, определяют низкую скорость запуска оборудования.
  3. Зачастую расширительный резервуар для воды устанавливается в неотапливаемом помещении, что может спровоцировать замерзание указанной жидкости в зимний период. Сие чревато нежелательными последствиями, проявляющимися в разрушении труб.

Для чего нужна напорная петля в гравитационной системе отопления?

Чтобы было понятно, можно привести простой пример с мячом. Возьмём резиновый мячик, утопим его рукой в ванне с водой на небольшую глубину, отпустим его. Мячик вылетит из воды, всплывёт, замеряем расстояние на сколько он вылетит. Проделаем опыт повторно, только мячик утопим как можно глубже и так же отпустим, опять замеряем, на сколько он выпрыгнет. Во втором случае мяч выпрыгнет выше. То же самое происходит и теплоносителем, когда речь идёт о системе отопления с гравитационной или естественной циркуляцией. Горячая вода легче, чем холодная, а значит, будет идти вверх. Котёл нагревает воду, и чем выше она поднимется по стояку от котла, да если ещё он прямой и диаметр его не занижен в сравнении с выходом из котла, тем больше вода сможет разогнаться внутри стояка, а стало быть создаст давление.

Горячая вода устремиться вверх и будет за собой из обратки тянуть холодную воду в котёл, где она опять же нагреется. Таким образом, в системе отопления будет реализована естественная циркуляция.

Чем быстрее и лучше будет идти циркуляция, тем меньше в системе будет разница температур подачи и обратки. Скорость воды при хорошо работающей системе может достигать 1м/с.
От опуска варится розлив будущей системы отопления.

Какие трубы можно использовать?

Для монтажа системы можно использовать не только стальные трубы. Можно и полипропиленовые, медные, нержавейку и др. Главное, при использовании полимерных труб смотреть на температуру, на которую допустимо использовать данную трубу.
К розливу системы потом варятся стояки, которые и служат для подключения радиаторов.

Причём, розлив в гравитационной системе может быть по этажам и нижним, так всеми любимым. Но для этого должно выполняться условие: верх котла должен быть по горизонту ниже, чем низ радиаторов. То есть котёл должен стоять в подвале или, как уже говорилось, быть заглублён. Но ничто не мешает сделать смешанную разводку, первый этаж, с верхним розливом, а второй и более верхний с нижним.
Причём, нижний розлив второго или иного верхнего этажа может быть как однотрубным, так и двухтрубным.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий