Расчет гравитационной системы отопления частного дома

Гравитационные схемы отопления для одноэтажного и двухэтажного дома

Несколько вариантов подключения приборов для однотрубного отопления

Если планируется, что гравитационное отопление под давлением будет устанавливаться в одноэтажном доме – можно применить однотрубную схему «ленинградка».

Особенностью этой схемы является одна труба, к которой параллельно подключаются несколько приборов отопления. Однако это приводит к неравномерному распределению тепла — чем дальше радиатор от котла – тем ниже температура воды, поступающая в него. Для решения этой проблемы можно модернизировать гравитационную систему отопления закрытого типа:

• Установка запорной арматуры. С ее помощью можно уменьшить объем теплоносителя для приборов отопления, расположенных ближе к котлу. Таким образом, снизится тепловая отдача энергии на первых участках системы;
• При удалении от котла увеличивать количество секций радиаторов;
• В месте подключения патрубков к приборам отопления установить трубы большего диаметра. Это снизит гравитационное давление системы отопления на этом участке, что уменьшит скорость циркуляции воды в радиаторе.

Такая схема приемлема при небольшой протяженности магистрали. Однако для двухэтажного дома ее устанавливать не рекомендуется. В этом случае потребуется двухтрубная разветвленная гравитационная система отопления, расчет для которой выполняется по отдельным участкам.

Гравитационная система с верхней разводкой

Ее особенность состоит в том, что к центральной трубе, расположенной в верхней части магистрали, ведут отдельные контуры. К каждому из них подключаются приборы отопления

Важно, чтобы их длина была одинакова. В противном случае вся жидкость будет устремляться в область наименьшего сопротивления – в короткий контур

Для предотвращения движения теплоносителя к выходному патрубку котла уславливается клапан обратный гравитационный для отопления. Это обязательный элемент для гравитационной системы отопления двухэтажного дома.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.

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.

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.

Котел для самотечного отопления и его подключение

Особое внимание следует уделить выбору котла для самотечного водяного отопления. По сути, любой отопительный агрегат, предназначенный для работы с принудительной циркуляцией, будет работать и в самотечной системе

Однако для надежной работы необходимо выполнение нескольких условий:

• входной и выходной патрубки котла должны быть достаточно большого размера;
• внутренние элементы котла должны быть достаточно объемными, так чтобы сопротивление движению жидкости было минимальным;
• выходной патрубок должен быть направлен вверх, а не в сторону.

Читайте, как выбрать мощность котла для отопления частного дома.

Подключение котла к системе должно производиться трубами не меньшего диаметра, чем входной и выходной патрубки. Допускается незначительное уменьшение сечения на небольшом участке магистрали, однако протяженность такого участка должна быть невелика.

Количество контуров в системе

Два контура

Двухтрубная система отопления частного дома, которая предусматривает наличие двух контуров, считается наиболее сложной.

По одному контуру нагретый теплоноситель перемещается от котла к радиаторам, а по второму охлажденный теплоноситель возвращается из радиаторов в котел. Такая схема с естественной циркуляцией требует более тщательного проектирования и увеличенного расхода материала (труб).

Непосредственно монтаж двухконтурной самотечной системы представляет собой достаточно трудоемкий процесс.

Его можно разделить на несколько этапов:

1. установка основного стояка, который нужно проложить от расширительного бака к котлу (по нему будет двигаться горячая жидкость);
2. на уровне 1/3 высоты помещения от уровня пола необходимо соединить основной стояк с разводкой, от которой будут прокладываться трубы к радиаторам;
3. в расширительный бак необходимо врезать трубу перелива, по которой лишняя жидкость будет стекать в канализацию;
4. в нижнюю часть радиаторов врезаются трубы обратки, по которым остывший теплоноситель будет поступать для нагрева обратно в котел.

Самое главное – это тщательно рассчитать уровень расположения расширительного бака, котла и радиаторов. Только при правильном планировании можно достичь необходимого давления в системе.

Один контур

Схема однотрубной системы отопления считается самой простой. Она предусматривает расположение контура отопления максимально высоко, практически под потолком, а трубы обратки располагаются над уровнем пола.

Чем обусловлена популярность этой схемы:

• малый расход материала при ее монтаже;
• установка системы проходит быстро и легко, так как нет необходимости замуровывать трубы в стену;
• она будет работать даже если радиаторы и котел будут расположены на одном уровне.

Объем расширительного бака в одноконтурной самотечной системе напрямую зависит от размера и количества используемых радиаторов. Как правило, бак заполняется на три четверти от своего объема.

Нужно постоянно следить за тем, чтобы уровень теплоносителя в расширительном баке не опустился ниже уровня трубы, по которой распределяется к радиаторам горячий теплоноситель! Если такое произойдет, то подача теплоносителя прекратиться.

При проектирование естественной отопительной системы нужно особое внимание уделить правильному распределению теплоносителя и равномерному распределению давления во всех узлах системы. Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают

Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают

Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают.

Неправильно смонтированная система принесет в процессе эксплуатации массу проблем. Чтобы этого не произошло, установку системы с естественной циркуляцией лучше всего доверить профессионалам.

Газовое отопление на сегодняшний день является самым надежным, оптимальным и дешевым способом отопления дома в зимнее время. О том, как выбрать газовый котел, мы написали интересную и полезную статью.

Если вы предпочитаете котлы на твердом топливе, но финансы не позволяют запланировать покупку, предлагаем большую инструкцию, с помощью которой вы сможете сделать самодельный твердотопливный котел.

Мифы «гравитационки»

Стереотипы, о которых пора забыть. До следующего урожая: как правильно обрезать куст крыжовника осенью. Туристы в Бразилии нашли письмо в бутылке. Внутри была записка на русском.

Цели и задачи гидравлического расчёта

На кухне у старушки нашли потерянный шедевр стоимостью миллионы евро. По горизонтальной плоскости — менее 30 метров.

Основной особенностью гравитационной отопительной системы является движение теплоносителя самотеком. В таких системах в качестве отопительных приборов чаще всего применяют змеевики, сваренные из труб значительных диаметров.

Такая отопительная система включает в себя котел, два трубопровода — подающий и обратный, отопительных приборов и расширительного бачка. Вода нагревается в теплогенераторе и поступает по прямому трубопроводу к нагревательным приборам. Отдав часть тепла, теплоноситель по обратному трубопроводу возвращается к источнику тепловой энергии.

Правильная схема естественной циркуляции водяного отопления

Итак, самотечное отопление частного дома с естественной циркуляцией необходимо проектировать, соблюдая ряд условий:

• секции котла и трубы магистрали (стояки и лежаки) должны быть как можно большего диаметра;
• для того, чтобы система не завоздушивалась, лежаки не должны быть идеально горизонтальными, а небольшой уклон должен быть направлен от самой высокой точки в направлении движения теплоносителя;
• схема самотечного отопления в частном доме должна быть оборудована расширительным баком, подключенным в самой верхней точке;
• котел для самотечной системы отопления необходимо располагать как можно ниже по отношению к остальным элементам системы, что обеспечит лучший нагрев радиаторов, а соответственно и комнаты, в которой они расположены;
• главный коллектор и все трубы самотечной системы, проходящие в неотапливаемых помещениях, должны быть хорошо утеплены.

А вот устанавливать теплоаккумулятор для отопления с гравитационной системой не рекомендуется — эффект он не даст, а дополнительное сопротивление для движения теплоносителя обеспечит.

Несоблюдение одного из вышеприведенных условий может значительно ухудшить работу системы. Если же пренебречь двумя или более, отопление может не работать вовсе. И наоборот, правильная самотечная система отопления, выполненная своими руками, обеспечит тепло при любых погодных условиях.

Гравитационное отопление — замена воды на антифриз

Где-то прочитал, что гравитационное отопление, рассчитанное на воду, можно безболезненно перевести на антифриз. Хочу вас предостеречь от таких действий, так как без надлежащего расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что растворы на гликолевой основе обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих жидкостей ниже, чем у воды, что потребует, при прочих равных условиях, повышения скорости циркуляции теплоносителя. Эти обстоятельства существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.

Электрическое отопление дома

Электрическое отопление можно организовать и без установки котла, в этом случае в качестве нагревающих элементов выступают отдельные тепловые устройства и приборы. Наибольшее применение получили:

Греющий кабель резистивного и саморегулирующегося типа

Первый стоит дешевле, но необходимо учитывать, что он отдает тепло равномерно по всей длине. Из-за этого может возникнуть перегрев на отдельных участках. Кроме того, такой кабель нельзя резать, уменьшая его длину.

Саморегулирующийся таких недостатков лишен — он сам меняет температуру в зависимости от внешних условий, имеется возможность менять длину линии. Но стоит такой материал существенно дороже.

Нагревающие маты

По сути, это греющий кабель, уложенный и закрепленный на специальной подложке. Применение этого материала существенно упрощает монтаж.

Потребуется приобрести мат соответствующей площади, раскатать и подключить.

ИК нагревательная пленка

Этот вариант подойдет под большинство напольных покрытий. Главный плюс — минимальная толщина. Представляет собой карбоновые элементы, запаянные в двухстороннюю пленку. Укладывается как простые греющие маты.

Электрические конвекторы

Тепловые электроприборы для локального отопления в отдельных комнатах. Устанавливаются на пол или вешаются на стену. Отличаются высокой эффективностью, обеспечены системами защиты от перегрева, опрокидывания.

Обогрев обеспечивается за счет создания конвекционных воздушных потоков и прямого излучения тепла с наружной поверхности.

ИК-обогреватели

Мобильные устройства, не нагревающие воздух в помещении, а передающие тепло непосредственно на поверхность предметов, находящихся в зоне действия. Человек чувствует тепло под воздействием ИК-лучей, а предметы мебели, стены после нагревания сами становятся источниками теплового излучения.

Все электроприборы довольно эффективны, но следуют понимать, что их применение приводит к существенному повышению потребления электроэнергии. Поэтому они применяются в основном в качестве дополнительных отопительных устройств.

Хороший результат они показывают и в загородных домах, в которых не предусмотрено постоянное проживание. Например, на даче, которую посещают только по праздникам, вполне можно обойтись подобными устройствами.

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.

Выводы и рекомендации

Двухконтурная система подходит для большинства домов разной этажности и площади. Главное – правильно подобрать конструкцию и сделать расчеты. Тогда в комнатах будет тепло, а все элементы теплосистемы прослужат долго.

При покупке комплектующих не берите дешевые китайские модели

Иначе все отопление через пару лет придется переделывать.
Если в систему планируется заливать незамерзайку, при покупке радиаторов и комплектующих обращайте внимание на совместимость с такими растворами.
Нередко установить такую теплосистему легче, чем добиться ее стабильной работы. Поэтому, если не получилось отбалансировать все элементы самостоятельно, не бойтесь обращаться к специалистам.