Система отопления с естественной циркуляцией, схема и принцип работы

Схема системы отопления частного дома с естественной циркуляцией. Как сделать систему отопления в дом своими руками.

Что такое система с естественной циркуляцией.

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Системы отопления (СО) частных домов выполняются по двум основным схемам работы: отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией (ЕЦ) и принудительной (ПЦ) циркуляцией теплоносителя.
Несмотря на то, что вторая является более эффективной, система ЕЦ до сих пор достаточно часто используется в частном домостроении, особенно в небольших по площади одноэтажных домах.

Если говорить о том, как работает данная система, без использования технических терминов, то выглядит это так.

В отопительном котле нагревается определённый объём воды, вследствие чего она увеличивается в объёме, плотность её уменьшается. За счёт этого поступающая снизу холодная вода выдавливает её в верхнюю часть отопительной системы. Отсюда вода самотёком начинает перемещаться по СО, постепенно остывая и отдавая тепло радиаторам и трубам отопления. Завершив полный круг, она возвращается в нижнюю часть котла. Затем этот цикл повторяется.

Система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома имеет особенности функционирования, которые достаточно часто используются для резервирования работы системы с ПЦ. Установленный в ней насос в штатном режиме работает, а при пропадании электропитания система переходит на работу по варианту с ЕЦ.

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.

Принцип работы систем отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

По сути, естественная циркуляция применялась во всех системах водяного отопления в частных домах до появления малогабаритных насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по сети. Отказ от электрооборудования делает отопление энергонезависимым, существенно упрощает обслуживание, срок службы при грамотном монтаже также увеличен.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома довольно прост, и его можно объяснить без сложных технических терминов:

  • Котельное оборудование или печь нагревает теплоноситель.
  • В результате этого увеличивается объем и снижается плотность воды.
  • Горячая вода вытесняется более холодной, поступающей в котел по обратке.
  • Попадая в верхнюю часть сети горячий теплоноситель поступает к радиаторам и другим тепловым приборам под собственным весом (самотеком).

Важно! В отличие от систем отопления с принудительной циркуляцией не требуется подключение к электросети, котлы оборудуются простейшими механическими регуляторами интенсивности горения топлива. А это позволяет сделать отопление частного дома более дешевым. Именно по этой причине подобное решение и остается востребованным.

Лучшие котлы и оборудование для системы отопления одноэтажного частного дома

Схема подключения газового котла.

На современном рынке представлен достаточно большой выбор оборудования (котлов), при помощи которого может быть создана эффективная однотрубная система водяного отопления одноэтажного дома.

Так, лучшими из газовых котлов являются конденсационные. Они дают возможность извлечь максимум тепла за счет конденсации продуктов сгорания. Среди твердотопливных котлов лидерами являются пиролизные, в которых топливо сначала при ограниченном доступе воздуха становится пиролизным газом, а уже затем сгорает и он сам. Остается минимум отходов. Кроме того, пиролизный котел может работать в полуавтоматическом режиме с минимальным вмешательством человека.

Какие ставить батареи — это вопрос личных предпочтений. Учитывайте, что количество радиаторов рассчитывается по следующей формуле: на 10 м² площади помещения нужен 1 кВт мощности при стандартной (порядка 3 м) высоте потолков. Данные о тепловой мощности батареи обычно приводятся в сопроводительной документации.

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

Схема отопления загородного дома

Системы водяного отопления загородного дома, в зависимости от особенностей конструкции, можно разделить на несколько типов:

  • однотрубные и двухтрубные (зависит от типа присоединения нагревательного устройства);
  • с попутным движением воды и тупиковой схемой (зависит от типа прокладывания магистрали);
  • с нижней и верхней подводкой (зависит от места прохождения стояка с горячей водой);
  • с горизонтальными и вертикальными стояками.

На видео вы можете посмотреть примеры различных систем отопления в частных домах

Вернуться к оглавлению

Общая информация.

Тот факт, что схема отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией практически не имеет движущихся элементов, позволяет эксплуатировать её без капитального ремонта длительное время. Если разводка СО проведена с использованием труб оцинкованных или полимерных, то сроки могут достигать пятидесяти лет.

ЕЦ автоматически подразумевает низкий перепад давлений на входе и выходе. Естественно, теплоноситель испытывает определённое сопротивление своему движению, проходя через отопительные приборы и трубы. С учётом этого определён оптимальный радиус для нормальной работы СО с ЕЦ, тридцать метров. Но надо понимать, что цифра достаточно условна и может колебаться.

В силу особенностей конструкции система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома обладает высокой инерционностью. С момента розжига котла до стабилизации температуры в помещениях здания проходит не менее нескольких часов. Причина проста. Сначала прогревается теплообменник котла и только потом начинается медленное перемещение теплоносителя.

Схема отопление дома с естественной циркуляцией

Схема отопление дома с естественной циркуляцией

Важно, чтобы в тех местах, где трубы СО проложены горизонтально, они имели обязательный уклон по направлению течения теплоносителя. Этим достигается перемещение воды в системе без застоя и автоматическое удаление воздуха из системы в её верхнюю точку, которая находится в расширительном бачке. Он выполняется по одному из трёх вариантов: открытый, со встроенным воздушником или герметичный.

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).

Причины отсутствия циркуляции воды

Часто пользователи одно- или двухэтажных домов сталкиваются с такой ситуацией, когда обогреватели начинают работать менее эффективно. Если нет циркуляции в системе отопления, на то могут быть свои причины.

Отсутствие циркуляции в системе теплоснабжения может быть вызвано:

  • насос мокрого типа в системе отопленияЗагрязнением системы. Батареи необходимо периодически промывать, иначе конструкция может забиться по всему диаметру. Если такое произошло, придется менять трубы.
  • Диаметр труб слишком маленький. А чем диаметр труб меньше, тем гидравлическое сопротивление больше. Это тоже может быть причиной того, что нет циркуляции в радиаторе отопления либо она есть, но очень слабая.
  • Завоздушиванием обогревателя. Для решения такой проблемы устанавливают краны Маевского.

Очень часто в системах теплоснабжения с естественной циркуляцией устанавливают насосы мокрого типа мощностью до 40-60 Вт. Более подробно о работе тепловых насосов для отопления можно прочитать здесь. Это один из вариантов, как улучшить циркуляцию воды в системе отопления дома. Помимо этого насосы могут помочь сэкономить до 25% затрат.

Преимущества и недостатки

Главными достоинствами СО, использующих для работы естественную циркуляцию, являются простота монтажа и длительный срок эксплуатации.

Однако плюсов без минусов не бывает. К числу основных недостатков указанных СО относятся:

  • Малое рабочее расстояние (радиус действия). Приемлемые характеристики достигаются только в том случае, когда длина трубопроводов ≤ 30 погонных метров.
  • Регулировать температуру в каждом из помещений дома по отдельности не представляется возможным технически.
  • Вода циркулирует в СО под небольшим давлением, что приводит к различным температурам в разных помещениях (тем ниже, чем дальше от котла).
  • Длительный промежуток времени, который требуется для выхода системы на рабочий режим и полного прогрева всех помещений дома.

Рейтинг статьи:

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд

(всего 2 голосов, рейтинг: 4,50 из 5)

loading.gif

Загрузка…

Как сделать своими руками отопление частного дома с естественной циркуляцией

Качественная система отопления частного дома с естественной циркуляцией может быть смонтирована самостоятельно, без привлечения специалистов. Для этого следует выполнить необходимые расчеты и неукоснительно следовать подробным указаниям специальных пособий, пошагово описывающих весь процесс монтажа систем водяного отопления с естественной циркуляцией в частном доме.

Способы подачи теплоносителя

Теплоноситель может циркулировать от котла к отопительному прибору двумя способами. Через нижний или верхний розлив.

  • Нижний розлив. Этот способ розлива используют только для однотрубных систем. Трубопровод прокладывают на уровне пола, при этом вертикальные трубы можно не устанавливать. Без циркулярного насоса нижний розлив является малоэффективным.
  • Верхний розлив. Используют как для однотрубной, так и для двухтрубной системы. Благодаря тому, что распределительную трубу устанавливают под потолком, горячий теплоноситель активно подается к каждому радиатору. Далее, остывая, вода уходит в обратную трубу, вмонтированную вдоль пола.

Выбор теплоносителя

Теплоносителем может служить вода или антифриз. Для самотечной системы предпочтительнее использование воды, поскольку у антифриза выше плотность и меньше теплоотдача, для его нагрева требуется больше тепловой энергии – то есть, расход топлива выше. Если в системе устанавливается мембранная буферная емкость, ее объем должен быть больше, чем у бака для теплоносителя-воды, так как антифриз расширяется сильнее.

Использование «незамерзайки» имеет смысл в том случае, если дом в зимний период отапливается нерегулярно с большими перерывами. В этом случае воду пришлось бы постоянно сливать, чтобы трубы не разорвало при перемерзании.

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