Самотечная система отопления дома. Чем она хороша?

Как устроена система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, принцип работы. Схемы и расчет самотечного отопления, монтаж гравитационной системы.

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.

Разновидности 

sistema-otopleniya-s-prinuditelnoj-cirkulyaciej1Рассмотрим варианты систем отопления для частных и многоквартирных домов:

• с использованием принудительной циркуляции теплоносителя;

• естественная циркуляция с использованием самотёка теплоносителя.

Системы с естественной циркуляцией получили широкое распространение, главным образом, благодаря своим сильным сторонам:

• функционирование системы с естественной циркуляцией независимо от того есть напряжение в сети или нет;

• высокие показатели инерционности системы, где внешние факторы не влияют на распространение тепла.
[advice]Примите к сведению: следует с особым вниманием подойти к выбору диаметра используемых труб для системы отопления, учитывая то, что больший диаметр улучшает циркуляцию воды, однако и здесь тоже следует знать меру.[/advice]

Статья, посвящённая установке насоса в систему отопления, расположена здесь: https://teplo.guru/sistemy/sistemy-otopleniya-s-nasosnoi-tsirkulyatsiei.html

Принципиальная схема самотечной системы отопления

Наиболее удобной для рассмотрения является однотрубная система, на примере которой можно выявить практически все рабочие моменты, связанные с самотечной системой отопления. Для примера в качестве теплоносителя будет использована вода, поскольку в таком случае принцип работы системы получается наиболее понятным.

Конечно, при необходимости постоянного отопления в систему можно заливать и другие жидкости, которые не боятся замерзания (антифризы и др.). Использование антифризов позволяет избежать размораживания всей отопительной системы. Кроме того, после сборки системы желательно залить ее именно антифризом, который позволит выявить все негерметичные участки трубопровода. 

Как выглядит отопление самотеком – схема довольно проста: самотечная отопительная система работает по принципу естественной циркуляции теплоносителя за счет разности температур на входном и выходном канале котла (детальнее: “

Как устроена система отопления с естественной циркуляцией – какие бывают схемы подключения

“). Эта система используется очень давно, и ее популярность неуклонно падает вследствие ее низкой эффективности, высокой стоимости и неоправданном расходе энергоресурсов. На сегодняшний день использовать такую систему можно разве что в небольших домиках, к которым не подведено электричество, что встречается довольно редко. 

схемы самотечного отопления

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:

Принцип работы самотечной системы

Один из принципов, используемых при работе системы, известен всем из школьного курса физики: это подъём вверх горячих воды и воздуха и их опускание вниз – при низких температурах.

После того, как вода прогреется в котле, она начинает своё движение вверх – по стояку. В результате она попадает в отопительный радиатор, где передаёт часть своего тепла, став от этого холодней, чем в сточке. Охлаждённая, вода начинает двигаться вниз – и поступает в очередной радиатор. Так продолжается до возвращения воды в котёл.

Плюсы и минусы самотечной системы

Преимущества гравитационного тока:

  1. Простота монтажа, эксплуатации и обслуживания сети.
  2. Не нужно монтировать циркуляционное оборудование и систему безопасности.
  3. Это полностью энергонезависимая схема, которая может работать при отключении подачи электроэнергии.

Недостаток контуров с естественным током в том, что они не подходят для больших и многоэтажных домов, потому что из-за низкой скорости движения теплоносителя не смогут эффективно и равномерно обогревать постройку.

2

Преимущества и недостатки системы

Система отопления самотеком имеет много недостатков. К наиболее ощутимым из них относятся:

  • низкий коэффициент эффективности;
  • монтаж трудоемкий, требующий больших денежных затрат;
  • проложенные трубы смотрятся неэстетично;
  • высокая цена приобретаемых материалов.

Самотечная система отопления

Первые радиаторы нагреваются сильнее, учитывая последовательность движения воды. В дальнейшем идет остывание теплоносителя. Система нуждается в установке расширительного бачка. Он необходим для выхода воздуха, случайно попавшего в трубы.

Несмотря на большое количество недостатков, система востребована. Часто дачный домик располагается в загородной зоне и только так его можно отопить. Поскольку система простая, она меньше ломается, а движение теплоносителя проходит бесшумно.

Установка отопления в частном доме своими руками

Установка отопления в частном доме своими руками

Используемые радиаторы отопления

1391766261_05_1pyatnicaНаиболее значимый показатель здесь – это минимальное сопротивление потоку воды. А от ширины просвета радиатора зависит струя теплоносителя, вне зависимости от того, используете вы трубы из полипропилена или из других материалов. Однако, чугунные радиаторы в данном отношении будут просто идеальными, особенно когда используется однотрубная система. Они имеют наименьшее гидравлическое сопротивление.

Хорошо себя зарекомендовали в использовании алюминиевые и биметаллические радиаторы, но нужно обращать внимание на их внутренний диаметр, который не должен быть менее 3/4”. Этого будет для отопления одноэтажного дома вполне достаточно, не используя циркуляционный насос. Разрешается использовать стальные трубчатые батареи.
[advice]Обратите внимание: нежелательно использовать на водяное отопление панельные батареи из стали или другие с маленьким сечением, через которые вода или не сможет протекать вообще, или же будет проходить очень небольшой струйкой, что в однотрубной разновидности ограничит циркуляцию или станет для нее препятствием.[/advice]

Уклон в самотечных системах

Все системы самотеком обязательно с использованием уклона труб. Таким образом гравитация помогает движению жидкости. Разные варианты используются разный уклон – от 3 мм до 1 см на 1 метр.

Существует СНиП 41-01-2003 гравитационных систем, согласно которому уклон должен быть не менее 10 мм : 1 метр длины трубы. При наличии на участке трубы соединений, углов, уклон необходимо увеличивать.

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).

Трубы для самотека

Важной точкой принятия решения является выбор материала, из которого изготовлены трубы самотечной системы отопления.

Рассмотрим наиболее распространенные в настоящий момент трубы:

  1. Медные трубы. Из плюсов этих труб: максимальная теплоотдача, невероятно долгий срок службы – до 100 лет, прекрасный внешний вид. Но есть минусы: колоссальная стоимость материала, необходимость применения пайки на всех соединениях при монтажных работах, ее сложность, ведь найти хорошего мастера на такие работы очень сложно, а стоимость его работы так же будет высокой.
  2. Полипропиленовые трубы. Является усредненным вариантом. Средний срок службы – до 25 лет. Они имеют гладкую внутреннюю поверхность, что снижает возможность образования наростов отложений, легкий материл, устойчивый к коррозии – основные положительные стороны этих труб. Из минусов: монтаж осуществляется специализированным инструментом, самому сделать сложно, высокая стоимость труб, хоть и меньшая чем у медных, так же снижают привлекательность материала.
  3. Стальные трубы. Самый доступный материал из всех. Данный тип труб очень устойчив любым механическим воздействиям. Есть недостатки материала: монтаж осуществляется с применением сварки, большого количества фитингов, а также у данного материала есть риск коррозии, зарастания отложениями.

Многоуровневый пол

Для зонирования пространства мастера монтируют полы на разном уровне. Они советуют устанавливать подиум для разграничения кухни и столовой. Этот вариант считается одним из самых практичных, поскольку, кроме прочего, у хозяев дополнительное свободное место, где можно что-нибудь прятать.
Для этого удобно использовать коробки или ящики. Хорошо будут выглядеть плетеные корзиночки. Но такое пространство может оставаться свободным.


Однако такую конструкцию не стоит делать, если в семье есть маленькие дети, так как подиум может стать для него препятствием. Кроме того, можно использовать различные покрытия для пола.
Они будут зонировать пространство между гостиной с кухней и защитят подиум от повреждений. К пример, в кухонной зоне укладывают плитку, в столовой — ламинатное покрытие. Главное подобрать цвета и фактуры, правильно сочетать отделку.

Дата: 25 сентября 2020

Закрытая самотечная система

Большой диаметр труб предполагает большое количество теплоносителя. А при нагреве любой жидкости, она расширяется. Для этого создаются расширительные бачки. Такие расширительные баки бывают двух видов: открытые, закрытые.

Открытые собой открытые емкости, куда выдавливаются из системы излишки теплоносителя. Дополнительная безопасность, чтобы не было перелива устанавливают трубу, отходящую к стоку, которая так называется – перелив. Данный расширительный бак можно изготовить самостоятельно, а можно приобрести. Данная система открыта, из расширительного бачка жидкость испаряется, поэтому для такой отопительной системы можно использовать только воду, так как антифриз быстро испариться. Периодически требуется доливать воду для пополнения общего объема, сохранении его наполненности.

Закрытые расширительные баки – емкости, разделенные на две части специальной мембраной. Одна половина такого бака заполняется излишками теплоносителя, вторая половина заполнена газом (воздухом или азотом). Нагретая вода вытесняется в расширительный бачок, растягивает мембрану, сжимая газ во второй полости, когда температура жидкости снижается, давление газа и мембрана возвращают теплоноситель в систему. Итогом будет отсутствие потери жидкости, система отопления всегда заполнена, нет необходимости доливать теплоноситель, можно использовать антифриз.

Прокладка трубопровода при гравитационном отоплении

Многие специалисты считают, что прокладка трубопровода должна происходить с уклоном по направлению движения теплоносителя. Не спорю, что в идеале так и должно быть, но на практике это требование не всегда удается выполнить. Где-то балка мешает, где-то потолки сделаны в разных уровнях. Что же будет, если смонтировать подающий трубопровод с обратным уклоном?

Уверен, что ничего страшного не произойдет. Циркуляционное давление теплоносителя, если и снизится, то совсем на небольшую величину (несколько паскалей). Произойдет это за счет паразитного влияния, остывающего в верхнем розливе теплоносителя. При такой конструкции воздух из системы придется удалять с помощью проточного воздухосборника и воздухоотводчика. Такое устройство показано на рисунке. Здесь дренажный кран предназначен для выпуска воздуха в момент заполнения системы теплоносителем. В рабочем режиме этот кран должен быть закрыт. Такая система останется полностью работоспособной.

Упрощенный вариант системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Гравитационная система отопления плюсы и минусы

Ставится котёл, место для него определяется заранее. От котла выводится подающий стояк, причём по заранее определённому месту вверх, на сколько это возможно в здании. Как правило, на чердак или в какую-нибудь кладовку верхнего этажа загородного дома.

К стояку наверху устанавливается расширительный бак с переливной трубой, выведенной в подсобное помещение, где есть канализация. Если же расширительный бак предполагается закрытый, то тогда он устанавливается на обратке в котельной или ином помещении, в самой верхней точке устанавливается автовоздушник. Группа безопасности также устанавливается в котельной на 1 этаже. Котёл необходимо установить как можно ниже, в приямке или подвале. Газовый котел в подвале ставить запрещается. С верхней точки, там, где устанавливался открытый расширительный бак или автовоздушник, делается опуск. Получается напорная петля. Далее поговорим для чего нужна напорная петля.

Способы соединения радиаторов

Классический многосекционный радиатор состоит из нескольких секций, передающих тепло от теплоносителя в окружающий воздух. При сборе радиатора, благодаря резьбовому соединению верхний и нижний коллектор каждой секции герметично соединяются друг с другом, наращивая общую длину. Образуется замкнутая система, использующая теплоноситель в качестве источника энергии.

схема радиатора отопления

Существует 3 схемы подключения батареи отопления к системе:

  1. Боковая.
  2. Нижняя.
  3. Диагональная.

Разберем детально каждый вариант.

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.

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