Естественная циркуляция нагретой воды по трубам – еще актуальна, но отходит в прошлое
Сейчас в проектах отопления частного двухэтажного дома уже не встретишь чертежей отопительных контуров, работающих без включения в схему циркуляционных насосов. Но еще не так давно обогрев частных домовладений с индивидуальным водяным отоплением осуществлялся исключительно благодаря естественному движению воды по трубам. В некоторых домах, построенных и оборудованных всем необходимым раньше, системы отопления с самотечной циркуляцией теплоносителя функционируют по сей день.
Система отопления с естественной циркуляцией постепенно отходит в прошлое Рекомендуем
- Схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией – какая лучше?
- Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией – неэстетично, но практично
- Схема газового отопления частного дома – самостоятельное подключение настенного котла
За счет чего движется жидкость в таких трубных контурах? Циркуляцию здесь обеспечивает разница в плотности воды с различной температурой. Горячая жидкость легче (меньше плотность), поэтому стремится вверх, более холодная – вниз. Нагретый котлом теплоноситель уходит по стояку наверх, на его смену приходит остывшая вода из обратного трубопровода. Это называется конвекцией, которая обеспечивает половину энергии, необходимой для осуществления естественной циркуляции.
Вторую половину движущей силы придает жидкости гравитация. Чтобы сила притяжения действовала эффективнее, горизонтальные трубы контура (лежаки) устанавливают с уклоном в сторону движения теплоносителя. Подающий трубопровод наклонен к радиаторам отопления, обратный лежак – к котлу. Кроме уклона труб в самотечном контуре большое значение для успешного осуществления циркуляции имеют такие факторы:
- положение котла относительно обратной трубы (чем ниже установлен агрегат, тем лучше);
- диаметр трубных коммуникаций (чем шире просвет трубопровода, тем ниже сопротивление);
- сечение внутренних отверстий в батареях (та же закономерность, что и для труб).
Соблюдение этих правил позволяет сделать эффективный самотечный контур в доме своими руками. Однако условия, которые необходимо соблюдать при монтаже системы с естественным движением теплоносителя, являются причиной таких ее недостатков:
- громоздкие трубы (обычно стальные) нельзя проложить скрыто, они всегда на виду;
- для котла необходимо делать углубленную площадку, что делает неудобным его обслуживание;
- необходимо поддерживать разницу между горячим и остывшим теплоносителем не менее 25 градусов;
- оптимальными батареями отопления, имеющими наибольший внутренний просвет и меньшую подверженность коррозии (при естественной циркуляции в теплоносителе много воздуха), являются чугунные (выбор невелик);
- большой объем теплоносителя и необходимость монтировать громоздкий расширительный бак открытого типа;
- сложно провести правильные теплотехнические расчеты для равномерного обогрева комнат.
Кроме того, самотечный контур не способен полноценно обогреть габаритные постройки. Эффективная естественная циркуляция возможна при длине лежаков до 45 м и площади до 180 м2 (в двухэтажном доме). Эти минусы делают самотечные контуры минимально востребованными у домовладельцев. Но все же остаются приверженцы отопительных гравитационных систем, аргументирующие свои предпочтения такими преимуществами самотечных контуров:
- независимость от бесперебойной подачи электричества;
- бесшумность движения жидкости по трубам;
- эффективность отопительной системы при эксплуатации твердотопливных котлов (высокая инерционность частично нивелирует частые и значительные температурные перепады).
Жидкость по трубам в таких системах движется за счет разницы плотности горячей и холодной воды
При монтаже гравитационных контуров применяются две схемы трубной разводки – однотрубная, когда теплоноситель от батарей отводится по той же трубе, что и подается, и двухтрубная, когда подача жидкости и ее отведение обратно к котлу осуществляется двумя коммуникациями. Для отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией применяются те же схемы разводки. На второй этаж теплоноситель подается по стояку, отходящему от котла, остывшая жидкость сверху отводится по обратной вертикальной трубе. Лежаки на обоих этажах присоединяются к стоякам согласно примененной схемы разводки отопительных коммуникаций.
Совместимость с разными котлами
Настенная конструкция подходит для любых конфигураций с принудительной циркуляцией. Поскольку часто такие приборы снабжены встроенным насосом и закрытым расширительным баком, их применение упрощает проектирование и установку теплосети. Но ограничения по максимальной мощности не позволят справиться с отоплением жилья большой площади.
Энергонезависимые напольные агрегаты совместимы с любыми одно- и двухтрубными конфигурациями с гравитационной или принудительной циркуляцией. При подключении электронасоса такой котел справится с отоплением любой площади. Допускает сборку открытой системы. Главный недостаток, он же достоинство — прибор требует отдельного помещения с принудительной вентиляцией и дымоотводом.
Основные узлы системы отопления
Котел, в котором происходит нагрев теплоносителя. Располагается ниже уровня радиатора и трубопроводов. После определения оптимального месторасположения котла необходимо наметить место установки радиаторов, прокладки трубопроводов и источника подачи воды в систему.
Трубопровод. Могут быть применяться стальные и пластиковые трубы.
Металлические трубы характеризуются высокой теплопроводностью, высокой стойкостью к механическим воздействиям. К недостаткам относят подверженность коррозии.
Поливинилхлоридные трубопроводы имеют ряд преимуществ: малый вес, быстрый монтаж, длительный срок эксплуатации, устойчивость к коррозии. За счет низкой температуры уменьшаются тепловые потери в трубопроводах.
Важно! Антифриз нельзя использовать в качестве теплоносителя в трубах из металла.
Радиаторы – для осуществления теплоотдачи. Применяются из разных материалов:
- чугунные;
- алюминиевые;
- биметаллические.
Алюминиевые рассчитаны на давление до 18 атмосфер. Главным преимуществом является высокая теплоотдача. Не рекомендован слив теплоносителя из сети на долгое время из-за подверженности материала коррозии.
Элементы управления системой отопления
Биметаллические. Применяют при повышенных напорах до 40 атмосфер. Характеризуются высокой теплоотдачей и прочностью.
Стальные. Рассчитаны на работу при давлении до 8 атмосфер. Как и алюминиевые, подвержены коррозии.
Чугунные — классический тип радиаторов. Имеют высокий коэффициент теплоотдачи. Преимущества: медленное остывание, устойчивость к коррозии.
- Циркуляционный насос (в случае искусственной циркуляции) для принудительной подачи воды в систему.
- Расширительный бак – для отвода избыточного давления теплоносителя.
- Термостатический и предохранительный клапан.
- Запорная арматура.
- Приборы КИПиА.
Система отопления двухэтажного дома
Отопление воздухом
Воздушная система отопления делится на два условных типа:
- принудительная вентиляции
- гравитационная
Гравитационная система
Предусматривает движение воздуха за счет различия температур. Как известно, такие условия заставляют воздух двигаться самостоятельно. Движение также объясняется и различающейся плотностью воздуха.
Теплый воздух проходит по путям воздуховодов, и освобождается под потолком. Затем движение происходит в сторону окон и дверей, где преобладает холодный воздух, и происходит вытеснение холодного воздуха.
Плюс данной системы заключается в независимости от электричества, а минусом является то, что происходит постоянный приток холодного воздуха из окон и дверей.
Это приводит к тому, что воздух в рабочей части остается холодным, а скопившийся под потолком горячий воздух образует перегрев
Система принудительной вентиляции
Предусматривает наличие специального оборудования, которое обеспечивает движение воздуха в заданных направлениях. Воздух, при этом, нагревается посредством специальных устройств, которыми, как правило, выступают теплогенераторы.
Такие устройства позволяют прогреть воздух до 60 градусов, а затем вентиляционная система разносит горячий воздух по установленным путям.
Холодный воздух поступает обратно в генератор, путем решеток и обратных воздуховодов, и схема повторяется.
Минусом такой системы является то, что образуется большое количество шума
Отопление электричеством
Известно несколько способов электрического отопления, в число которых входит:
- потолочные инфракрасные обогреватели
- пленочные системы отопления
- кабельные системы отопления
- электроконвекторы.
Электроконвекторы
Электроконвекторы устанавливают там где нет возможности использовать магистральный газ.
Принцип действия таких конвекторов заключается в том, что они обеспечивают циркуляцию горячего воздуха в помещении, при этом конвекторы обладают высокой защитой от влаги, и их установка возможно также и в ванных комнатах.
Дорогие модели обладают функцией, позволяющей не сушить воздух. Работа основана на нагреве воздуха специальными элементами, и затем, за счет увеличения в объеме, воздух поднимается выше и происходит циркуляция.
Уровень температуры может регулироваться, термостат при этом, может быть встроенным, а также выносным.
Режимы могут быть отрегулированы в зависимости от требований заказчика, и выключение требуется только при длительном отсутствии в доме.
Разница между встроенным и выносным термостатом заключается в том, что первый невозможно установить в другой точке.
Выносной термостат может быть установлен на стене, на уровне 1 метра, и при этом противостоять сквозняками.
Выбираю систему отопления для дома, прочитайте статью Как выбрать электрический котел отопления, возможно это то, что нужно вам
Если вы сомневаетесь в том как подключить радиатор к системе отопления, эта статья поможет вам во всем разобраться.
Водяное отопление
Такая схема водяного отопления двухэтажного дома является самой простой и доступной из всех представленных.
Котел нагревает воду до необходимой температуры, после чего нагретая вода поступает по трубам во все помещения, концентрируясь в батареях и радиаторах.
Теплоносителем в данной системе может выступать вода или антифриз для системы отопления, которые за счет циркуляции по замкнутой системе из трубопроводов, отдает тепло, полученное в начале цикла от отопительного котла.
В настоящее время особое применение получили системы водяного отопления частного дома:
- с естественной циркуляцией (работа такой системы осуществляется при разности давлений в контуре)
- с принудительной циркуляцией (с помощью работы циркуляционного насоса)
Современные системы водяного отопления включают в себя набор следующих вспомогательных элементов:
- Отопительный котел
- Подающий (главный) стояк
- Система разводящих трубопроводов
- Прямой и обратный стояк
- Обратный трубопровод с запорными вентилями
Кроме того, водяное отопление в двухэтажном доме можно сделать своими руками и устраивать по схемам, как с верхней, так и с нижней разводкой. Подобная двухтрубная система отопления двухэтажного дома имеет прямой и обратный стояк, и оснащается горизонтальной разводкой.
Принцип работы водяного отопления – в переносе воды, нагретой в котле, наверх по системе трубопроводов и далее по всем разводящим трубопроводам.
С помощью разводки теплоноситель попадает в радиаторы, где со временем охлаждается и становится тяжелее. После охлаждения вода по обратным стоякам с помощью самотека стекает в обратный трубопровод и опять поступает для нагрева в котел.
Что представляет собой двухтрубная система отопления
Конструкция состоит из котла, радиаторов, запорной арматуры и двух трубопроводов. Первый нужен для подачи теплоносителя к радиаторам, второй – для слива остывшей воды и транспортировки ее в котел нагрева. Цикл замкнутый, постоянный, подключение радиаторов может быть последовательным, но лучше делать параллельное, при котором в каждую батарею подается теплоноситель нужного температурного уровня.
Достоинства и недостатки системы
Преимущества двухконтурной схемы отопления:
- одинаковый температурный режим теплоносителя для каждого радиатора;
- возможность регулировать интенсивность обогрева в любой батарее путем установки термостата;
- возможность замены одного радиатора без уменьшения работы всей отопительной системы;
- двухконтурный вариант позволяет обогревать помещения площадью от 150 м2
К минусам относят увеличенный расход материалов – придется покупать вдвое больше труб, арматуры, крепежей, чем при формировании однотрубной системы. Также могут возникнуть сложности при формировании контуров.
Самотечное отопление
В основе системы, где используется естественная циркуляция, лежит конвекция. Согласно этому принципу, нагретая жидкость стремится перейти в верхний слой воздуха по трубе, а ее место занимают холодные слои атмосферы. Котел начинает постепенно нагревать воду, которая теряет свой вес и двигается по трубе через вертикальное сооружение – после этого она постепенно расходится по нескольким ветвям батареи. Такую систему можно часто увидеть в двухэтажных зданиях. Особенности установки этой схемы:
- Используется горизонтальная верхняя разводка, которая начинается от общей части стояка. Сам же он начинает подниматься над котлом, где на вершине монтируют расширительный бак, активно взаимодействующий с атмосферой.
- При укладке специалисты следят, чтобы минимальный наклон составлял 3 мм на метр. Труба подачи всегда склоняется в сторону к радиатору, а обратная часть наклоняется к источнику тепловой энергии.
- Если сравнить тип труб со стандартными напорными системами, то здесь они намного больше – подразумевается, что здесь вода будет двигаться с небольшой скоростью.
Если дом одноэтажный, то радиаторы будут подключены поодиночке. Здесь вся подающая часть проводится через потолок или чердак, а обратные элементы находятся под полом. Здесь уже не получится смонтировать нижнюю разводку, поскольку теплоноситель двинется в сторону батареи, а значит, что количество тепла в помещении уменьшится.
Самотечная система отопления с естественной циркуляцией
Оборудование, комплектующие и материалы
Следующий шаг после разработки схемы – подбор всех элементов отопления:
- теплогенератора;
- радиаторов, коллектора теплых полов;
- труб;
- расширительного бачка, циркуляционного насоса, арматуры и деталей обвязки отопителя.
Сразу оговоримся, что в качестве отопительного агрегата будем рассматривать водогрейный котел. Установить воздушный или геотермальный тепловой насос без помощи специалистов у вас не получится, а присоединение водяного контура печки выполняется аналогично обвязке твердотопливного теплогенератора.
Как рассчитать вместительность расширительного резервуара, правильно подобрать насос и арматуру:
- Полезный объем бачка должен составлять минимум 10% от общего количества теплоносителя, циркулирующего в тепловой сети. Водяная рубашка котла тоже считается.
- Если площадь здания не превышает 150 м², то циркуляцию обеспечит насос с 25/40 либо 32/40. Первая цифра – диаметр резьбового присоединения, вторая – развиваемое давление. Агрегат 25/40 оснащен трубной резьбой 1” и способен выдать напор 0.4 Бар.
- Для коттеджа больших размеров и напольных контуров насос лучше подобрать по алгоритму.
- Отсекающие шаровые краны ставятся перед теплогенератором, расширительным резервуаром, насосным агрегатом и на патрубке подпитки. Дополнительное оборудование – буферная емкость, бак косвенного нагрева, гелиосистема – тоже должны отсекаться кранами.
- Каждый радиатор отопления снабжается термостатическим клапаном на входе и балансировочным вентилем на выходе. В нерегулируемом исполнении на подающем патрубке батареи ставится шаровой кран.
Окончательный список комплектующих составляется после выбора основных элементов – теплосиловой установки, батарей и насоса с баком. Соответственно, дальше мы рассмотрим вопрос…
Тупиковые отопительные ветви
Данную схему можно увидеть в коттеджах и загородных домах. Сейчас такая система стала применяться и в многоэтажках. В этом случае сеть, состоящая из радиаторов, представлена в виде нескольких двухтрубных веток. Теплоноситель также идет по одной части в сторону батареи, а по другой – обратно к котлу. Сама работа происходит за счет циркуляционного насоса, который размещают у котла. Среднее давление во всей конструкции составляет 1-2,5 бар. Чтобы компенсировать расширение жидкости, в агрегате присутствует мембранный бак – его устанавливают в котельной. Перед циркуляционным насосом можно увидеть точку врезки. Также здесь предусмотрены дополнительные элементы для избавления от лишнего воздуха: применяются краны Маевского и группа безопасности. В конструкции находится манометр для контроля состояния давления и предохранительный клапан. Здесь чаще всего используют нижнюю горизонтальную разводку: обе трубы монтируются под радиатором открытым способом.
Тупиковые отопительные ветви
Способ циркуляции воды
Первым делом, разберем наиболее важные моменты. Одним из них является способ циркуляции воды. Основной принцип работы системы отопления довольно прост. В специальном котле, виды которого мы обсудим позже, происходит нагрев теплоносителя. Затем горячая вода (или то, что ее заменяет) по трубам идет в место назначения, а точнее — в радиаторы. Этот маршрут называется прямым током.
В процессе своего путешествия теплоноситель естественным образом потихоньку остывает. Пройдя через радиаторы, он должен вернуться обратно для повторного подогрева. Таким образом, вода беспрестанно «бегает» по кругу. И это движение может происходить либо естественным, либо принудительным путем.
Естественная циркуляция
Циркуляция воды естественным способом происходит исключительно под влиянием законов физики, которые мы знаем еще из школьного курса. Если кто-то напрочь забыл, о чем говорилось на некоторых уроках, напомним: плотность горячей воды отличается от того же показателя холодной.
Что это нам дает? То, что более плотная холодная вода по факту возвращения в котел вытесняет горячую, как бы выпихивая ее оттуда и, тем самым, провоцируя на новый заход по нужному маршруту. С такой подачи теплоноситель устремляется в стояк, из которого разбегается по сделанным ответвлениям, ведущим к радиаторам.
Чтобы этот путь был еще проще, трубы, ведущие от стояка к батареям, монтируются под небольшим уклоном. Буквально 3–5 градусов в сторону радиатора — и вот уже воде ничто не мешает достичь цели.
С одной стороны, это самый простой способ получить тепло в доме. Единственная сложность заключается, пожалуй, в соблюдении необходимого уклона труб во время установки. Поэтому справиться с монтажом такой системы может даже неопытный мастер.
С другой стороны, давление при естественной циркуляции довольно невелико. И это приводит нас к первому различию систем в одноэтажном и двухэтажном доме. Дело в том, что при естественной циркуляции длина контура довольно ограничена, как и количество радиаторов, которые можно к нему присоединить.
Вода идет по трубам не слишком быстро, а в процессе постепенно остывает. Если маршрут будет слишком длинным, то к его концу теплоноситель уже не сможет выполнять свои функции, и вы получите практически неотапливаемые помещения. Да и для поднятия на второй этаж давления просто не хватит. Поэтому для двухэтажного здания такой вариант не подходит.
Принудительная циркуляция
В отличие от предыдущего метода, здесь все решает дополнительное оборудование — циркуляционный насос. Он отвечает за движение воды и, соответственно, за давление в трубах. С помощью циркуляционного насоса необходимое ускорение задается как прямому, так и обратному ходу теплоносителя.
Это оборудование может обладать различной мощностью, а потому вполне реально подобрать необходимые параметры для здания с любыми габаритами. Циркуляционный насос легко загонит воду и на второй этаж, и на третий, при этом она не успеет остыть. То есть ограничение длины контура, свойственное случаям с естественной циркуляцией, здесь не имеет значения.
Монтаж системы с циркуляционным насосом не вызывает особых затруднений. Некоторые моменты реализуются даже проще, чем при естественной циркуляции — например, отпадает нужда соблюдать необходимый уклон участков трубопровода, подводящих теплоноситель к радиаторам.
Но есть, конечно, и минусы. Помимо самого факта необходимости приобретения оборудования (и сопутствующих этому затрат), необходимо учитывать еще и то, что для работы циркуляционного насоса необходима электроэнергия. Если в вашем месте проживания отключение света является довольно регулярным событием, то необходимо позаботиться о приобретении и установке запасного генератора.
В противном случае, при отключении электричества в зимний период вы рискуете получить не только охлаждение помещений, но и нарушение работоспособности всей отопительной системы. Если насос простоит долгое время, а во внешней атмосфере будет температура ниже нуля, то вода в трубах замерзнет и расширится. Это напрямую скажется на состоянии трубопровода.
Впрочем, запасной генератор, в любом случае, является полезной вещью, поэтому его приобретение наверняка не раз вас выручит. Если же не зацикливаться на зависимости от электроэнергии, то принудительная циркуляция является оптимальным — а для двухэтажных домов и единственно возможным — вариантом.
Порядок обустройства двухтрубного отопления в двухэтажном коттедже
Отопительный контур такого типа подразумевает наличие следующих элементов:
- нагревательного котла;
- автовоздушного узла;
- радиаторов в необходимом количестве;
- клапанов – балансировочного, термостатического, предохранительного;
- насоса циркуляционного;
- расширительного бака;
- вентилей;
- подающего и обратного коллекторов (при коллекторной схеме);
- подающих и отводящих труб;
- измерительного оборудования – например, термоманометра.
Алгоритм установки:
Выбрать наиболее подходящую схему.
Заказать в проектном бюро чертежи схемы и расчёт количества необходимых материалов.
Установить в подходящем помещении, с хорошей вентиляцией и огнеупорным покрытием поверхностей, отопительный котёл
Если котёл электрический, эти предосторожности не нужны.
Поставить расширительный бак, соединяемый, при необходимости, с распределительным коллектором.
Оснастить систему приборами измерения и регулирования.
Подключить ко всем радиаторам трубы – подводящие и отводящие. Подключить к обратному контуру циркуляционный насос (аппарат лучше работает при невысоких температурах).
Визуально оценить качество работ и провести испытания.
Если расчёты были верно проведены и сборка осуществлялась с должной аккуратностью, отопительная система прослужит долго, без перебоев в работе.
Как работает
Принцип работы
Схема такой системы отопления довольно проста. В основе всего стоит любой котел. Он нагревает теплоноситель подаваемый по трубе, исходящей из котла. Почему такая схема называется однотрубной? Потому что по всему периметру прокладывается одна труба, которая исходит из котла и входит в него же. В нужных местах на кронштейны устанавливаются радиаторы и подсоединяются к трубе. Теплоноситель (чаще всего вода) движется от котла, наполняя первый радиатор в узле, потом второй и так далее. В конце вода возвращается в исходную точку и цикл повторяется. Происходит непрерывный процесс циркуляции.
Следует отметить, что собрав такую схему, можно столкнуться с одной трудностью. Так как скорость продвижения теплоносителя может быть небольшая, то возможны потери температуры. Почему? Если говорить о двухтрубной системе, то принцип ее работы таков: по одной трубе вода попадает в батарею, по другой выходит из неё. В таком случае его движение проходит сразу через все радиаторы, и потери тепла не происходит.
В однотрубной же системе теплоноситель поступает во все батареи постепенно и, проходя через них, теряет температуру. Так, если при выходе из котла температура носителя была 60˚ C, пройдя по всем трубам и радиаторам, она может снизиться до 50˚C. Что делать в таком случае? Для преодоления таких колебаний можно увеличить теплоемкость батарей в конце цепочки, повысив их теплоотдачу, или повысить температуру в самом котле. Но все это приведет к дополнительным затратам, которые невыгодны и делают стоимость отопления дороже.
Чтобы избавиться от такой проблемы без больших затрат, нужно увеличить скорость движения теплоносителя по трубам. Для этого есть 2 способа:
Технология монтажа насоса в систему отопления
Поставить циркуляционный насос. Так можно значительно увеличить скорость движения воды в системе. В этом случае потери тепла на выходе значительно уменьшатся. Максимум потерь может составить несколько градусов. Такие насосы работают от электричества. Следует учесть, что для загородных домов, где часто отключают электричество, такой вариант не будет идеальным.
Установка коллектора сразу за котлом
Установить разгонный коллектор. Это высокая прямая труба, благодаря которой вода, проходя по ней, набирает большую скорость. Тогда теплоноситель в системе с естественной циркуляцией делает полный круг быстрее, что тоже решает проблему потери тепла. Особенно хорошо применять такой способ в многоэтажном доме, так как в одноэтажном с низкими потолками работа будет неэффективной. Для нормального функционирования коллектора его высота должна быть больше 2, 2 м. Следует знать, что чем выше будет разгонный коллектор, тем быстрее, эффективнее и тише будет происходить движение в трубопроводе.
В такой системе обязательно должен быть расширительный бачок, который лучше устанавливать в верхней точке. Он действует как стабилизатор, контролируя повышение объема теплоносителя. Как он работает? При нагреве объем воды увеличивается. Эти излишки попадают в бак, предотвращая возникновение избыточного давления. Когда температура падает, объем снижается и из расширительного бака попадает обратно в сеть обогрева.
Вот и весь принцип работы однотрубной системы отопления. Это замкнутый контур, в который входит котел, магистральные трубы, радиаторы, расширительный бачок и элементы, обеспечивающие циркуляцию воды. Различают принудительную циркуляцию, когда всю работу выполняет насос, и естественную, при которой монтируется разгонный коллектор. Отличием такой конструкции является то, что в ней не предусмотрена труба обратного действия, по которой теплоноситель возвращается к котлу. Вторая половина такой разводки называется обраткой.
