Как сделать систему отопления с естественной циркуляцией

Закрытая система

Закрытый тип отопительной системы применяется как для одноэтажных, так и для двухэтажных домов. Система работает по следующему принципу:

• нагреваясь, теплоноситель расширяется и выдавливается из системы;
• после чего она поступает в расширительный бачок – резервуар, имеющий мембрану, закрытого типа. Мембрана выполняет функцию разделителя, между емкостью и системой отопления. Бачок имеет воздушное, либо азотное наполнение;
• мембрана под воздействием нагретой жидкости размягчается и растягивается. Жидкость входит в бачок, поджимая газ, который сужается. После того как вода опять остывает, газ возвращается в исходное состояние и выдавливает ее обратно. Благодаря такому устройству система никогда не пустует.

С установкой расширительного бачка с мембраной в систему с естественной циркуляцией, понижается вероятность появления ржавчины на металлических частях.

Закрытая система отопления

2.3. Однотрубные системы отопления с естественной циркуляцией

Рис. 10. Однотрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды (вверху) и конструкции радиаторных узлов (внизу)

Однотрубные системы с естественной циркуляцией теплоносителя делаются только с верхней разводкой подающего трубопровода, в которой отсутствуют обратные стояки (рис. 10). По сравнению с двухтрубными системами однотрубные проще в монтаже, на их устройство требуется меньше труб и они выглядят более красиво.

Однотрубные системы отопления подразделяются на два вида.

По одной схеме — проточной, подающий стояк, как таковой, отсутствует, а радиаторы по высоте дома последовательно соединены друг с другом. Горячая вода подачи последовательно, сверху вниз, протекает через все радиаторы, начиная с верхнего, и в радиаторы нижних этажей поступает охлажденной. Поэтому на верхних этажах жарко, а на нижних — холодно. Чтобы как-то сбалансировать отопительный контур, в нижних этажах ставят радиаторы с большим числом секций. В проточной системе нельзя ставить регулировочные краны, так как при уменьшении или перекрытии крана у того или иного радиатора частично или полностью перекрывается весь стояк.

При такой схеме нельзя регулировать температуру воздуха в помещениях. Если дом двухэтажный, то невозможно осуществить пуск системы отопления только на одном этаже. Проточные схемы отопления были весьма популярны в середине ХХ века, когда основной целью была экономия труб. В настоящее время ее почти не применяют.

При другой схеме с замыкающими участками (байпасами), показанной на рис. 11, из стояка часть воды поступает в верхние радиаторы, а остальная вода направляется по стояку к радиаторам, расположенным ниже. Вода в такой системе остывает чуть меньше, а значит, меньше и разница между температурами на верхних и нижних этажах. Фактически это улучшенная проточная схема, в которой между трубами подключения радиатора сделан замыкающий участок — байпас.

Рис. 11. Схемы присоединения отопительных приборов в однотрубной и двухтрубной системах отопления

Диаметр трубы замыкающего участка делают на один размер меньше, чем диаметр труб подключения радиатора. В результате поступающий сверху теплоноситель разделяется на два потока: одна часть поступает в радиатор, другая через байпас — к нижним радиаторам. Если диаметр байпаса сделать таким же, как и трубы для подключения радиатора, то теплоноситель в радиаторе перестанет циркулировать, поскольку гидравлическое сопротивление в радиаторе будет больше, чем в байпасе. Ведь вода всегда течет там, где меньше гидравлическое сопротивление.

При установке байпаса с диаметром, равным диаметрам труб подключения радиаторов для балансировки отопительной системы, количество поступающей в прибор воды регулируется вентилями, которые устанавливаются на трубе подключения и байпасе. Таким образом, закрытием (открытием) вентилей на подающей трубе подключения радиаторов или байпасе можно регулировать поступление теплоносителя в радиатор или стояк. Например, можно полностью отключить радиатор и перенаправить весь теплоноситель в байпас и далее к нижним радиаторам на стояке или, наоборот, закрыть байпас и направить весь тепловой поток в радиатор.

Рис. 12. Схема системы отопления и горячего водоснабжения дома

В современных отопительных системах два вентиля, установленных на подающей трубе и байпасе, заменяют одним, называющимся трехходовым краном. В зависимости от положения закрывающей заслонки, трехходовой кран одновременно открывает путь теплоносителю в радиатор и закрывает поступление в байпас или, наоборот, закрывает байпас и открывает путь к радиатору. Такие краны могут снабжаться электрическим приводом, подключенным к специальному прибору — контроллеру. Контроллер измеряет температуру воздуха в помещении или температуру теплоносителя и отдает команду на трехходовой вентиль, который увеличивает или уменьшает подачу теплоносителя в радиатор, а остальной теплоноситель сбрасывает в байпас.

Как и в системах с двухтрубной разводкой, в однотрубной можно обеспечить тупиковое и попутное движение теплоносителя в обратной магистрали. При попутном движении все кольца отопительного контура становятся одинаковой длины и систему можно сбалансировать. При тупиковом движении делать балансировку температуры теплоносителя очень трудно, поскольку разбалансировка идет не только по длине колец, но и по высоте стояков, чем отличается от двухтрубных систем, где разбалансировка температуры была только по кольцам.

Выбор труб

Также, на выбор материала большое влияние оказывает котел, поскольку в случае с твердотопливным предпочтение следует отдать стальным, оцинкованным трубам или же изделиям из нержавейки, в связи с высокой температурой рабочей жидкости.

Однако, металлопластиковые и армированные трубы предполагают использование фитингов, что значительно сужает просвет, армированные полипропиленовые трубы будут идеальным вариантом, при рабочей температуре 70С, и пиковой – 95С.

Изделия из особого пластика PPS имеют рабочую температуру 95С, и пиковую – до 110С, что позволяет использовать в открытой системе.

2.1. Двухтрубные системы отопления с верхней разводкой

Вода из котла поднимается вверх по подающему трубопроводу и далее поступает по стоякам и подводкам в отопительные приборы (рис. 3-5). Горизонтальные магистрали прокладываются с уклоном. От отопительных приборов вода по обратным подводкам и стоякам поступает в обратный трубопровод и из него в котел.

Рис. 3. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды

Рис. 4. Схема двухтрубной водяной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды: 1 — котел; 2 — главный стояк; 3 — подающая магистраль; 4 — горячие стояки; 5 — обратные стояки; 6 — обратная магистраль; 7 — расширительный бак

Каждый отопительный прибор данной системы отопления (рис. 4) обслуживается двумя трубопроводами — подающим и обратным, поэтому такая система называется двухтрубной. Подпитку воды в систему осуществляют от водопровода, а если его нет, то воду заливают вручную через отверстие расширительного бака. Подпитку отопительной системы из водопровода лучше делать в обратную магистраль, так как холодная вода из водопровода будет смешиваться с относительно горячей водой обратной магистрали и повышать ее плотность, увеличивая циркуляционный напор на время подпитки.

Системы отопления с естественной циркуляцией делают одно- и двухконтурными (рис. 5). В одноконтурных системах котел устанавливают в начале контура, а трубную разводку делают справа или слева от него, опоясывая по периметру весь дом или квартиру, при этом длина кольца по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше до 20 м). Чем длиннее кольцо, тем больше в нем гидравлические сопротивления (силы трения внутри трубы). В двухконтурных системах котел размещают в центре, а трубную разводку (контуры колец) — в обе стороны от котла, общая длина труб по горизонтали не должна превышать 30 м (лучше – до 20 м). Чтобы получить гидравлически сбалансированную систему, длины колец двухконтурной системы и количество секций радиаторов надо делать примерно одинаковыми.

В зависимости от направления движения теплоносителя в магистральных трубопроводах системы отопления могут быть тупиковыми и с попутным движением воды.

Рис. 5. Схема двухтрубной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя

В тупиковых системах отопления движение горячей воды в подающей магистрали противоположно движению остывшей воды в обратной магистрали. В этой схеме длина циркуляционных колец неодинакова, чем дальше от котла расположен отопительный прибор, тем больше протяженность циркуляционного кольца.

В тупиковых системах добиться одинаковых сопротивлений в коротких и более отдаленных циркуляционных кольцах трудно, поэтому отопительные приборы, близко расположенные к главному стояку, будут прогреваться гораздо лучше, чем удаленные от него. А при малой тепловой нагрузке ближайших к главному стояку циркуляционных колец их гидравлическая увязка становится еще сложнее.

В системах отопления с попутным движением воды все циркуляционные кольца имеют длину протяженность, поэтому стояки и отопительные приборы работают в одинаковых условиях. В таких системах независимо от расположения отопительного прибора по горизонтали в отношении главного стояка их прогрев будет одинаковым. Однако системы отопления с попутным движением воды применяют ограниченно, так как часто при проектировании реальных отопительных систем, учитывающих планировку дома, оказывается, что при монтаже потребуется большее количество труб, чем для тупиковых систем. Поэтому такие системы используют в тех случаях, когда в тупиковой системе невозможна увязка циркуляционных колец между собой.

Чтобы расширить применение тупиковых систем, сокращают протяженность магистралей и вместо одного контура большой длины делают два коротких контура или несколько. В таких случаях обеспечивается лучшая горизонтальная регулировка системы. Балансировку (гидравлическую увязку) отопительных колец контура начинают еще на стадии проектирования системы отопления. Чтобы она работала равномерно, все кольца контура должны иметь примерно одинаковые гидравлические сопротивления, то есть кольцо, расположенное близко к главному стояку, должно иметь почти такое же сопротивление, как и кольцо, удаленное от главного стояка, а сумма гидравлических сопротивлений всех колец не должна превышать величины циркуляционного напора. Иначе циркуляции теплоносителя в системе может не быть.

Выбор расширительного бака

Обычно система отопления с естественной циркуляцией оборудуется расширительным баком открытого типа. Такие модели могут выполнять сразу три основные функции:

• клапана безопасности при избыточном давлении,
• пункта снабжения системы дополнительными порциями теплоносителя,
• отвода избыточных газов, образующихся при нагревании воды.

При подборе расширительного бака нужно учитывать следующие факторы:

• Общий объем теплоносителя (С). От этого показателя зависит емкость бака. Определяется он путем сложения объемов котла, подводящих труб, радиаторов и других элементов конструкции, если они имеются.
• Коэффициент расширения теплоносителя (Е).
• Начальное давление в баке (Рмин.).
• Максимально допустимое давление (Pmax).
• Коэффициент заполнения при заданных условиях работы (Кзап). Определить его можно по специальным таблицам.

Расчет объема бака производится по формуле V = (E x C / 1 – Рмин. / Pmax) / Кзап.

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.

Особенности организации системы

Следует понимать, что для стабильной циркуляции теплоносителя требуется более тщательный и внимательный подход к этапам проектирования и монтажа. Любая ошибка станет причиной появления воздушных пробок, которые естественной системе отопления пробить будет проблематично.

Исходя из этого, выделим ряд основных особенностей, которые необходимо учитывать при выборе такого способа отопления в частном доме.

Использование труб большего диаметра

Учитывая то, что в подобной системе отопления перепад давления на подаче теплоносителя и линии обратки минимален, движущаяся вода испытывает довольно ощутимое сопротивление. По этой причине появляется необходимость использовать трубы большего диаметра. В системах отопления частного дома с принудительной циркуляцией такой потребности нет.

Чаще всего при монтаже используют материалы следующего диаметра:

• При подключении к котельному оборудованию ставят трубы 50 мм.
• Для подводки к группе радиаторов используют трубу 32 мм.
• Для подключения отдельных радиаторов обычно применяют трубы 20 мм.

Соблюдение уклонов горизонтальных магистралей

Уклон — еще один важный показатель, который важно соблюдать, монтируя естественное отопление. Благодаря ему создаются более благоприятные условия, позволяющие обеспечить перемещение теплоносителя самотеком

Нарушение уклона приводит к повышению сопротивления сети, добиться в таком случае нормальной работы системы практически нереально.

Разница температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях

Этот показатель не имеет значения для отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией. А вот для естественной он очень важен. Чем больше разница температуры, тем меньше плотность горячего теплоносителя. Благодаря этому, охлажденной воде из обратной магистрали легче вытолкнуть его в систему.

Монтаж расширительного бака открытого типа

Расширительный бак служит предохранительным устройством, позволяющим избежать повышения давления в системе и предотвратить ее разрыв. Естественное отопление предполагает установку такого бака в самой верхней точке сети. Причем он должен быть открытого типа, то есть сообщаться с окружающей атмосферой.

Установка котла

Рекомендуется таким образом, чтобы патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа. За счет этого обеспечивают больший перепад давления в сети, благодаря чему естественный поток теплоносителя будет преодолевать меньшее сопротивление.

В большинстве случаев котельное оборудование устанавливают в специальных помещениях, уровень которых ниже по сравнению с жилыми комнатами. При принудительной циркуляции такой необходимости нет, как пример можно привести системы автономного отопления в квартирах, в которых все оборудование смонтировано практически на одном уровне.

Типы систем для такой циркуляции

В зависимости от особенностей планировки дома, наличия чердачных помещений и ряда других факторов, естественная циркуляция теплоносителя в системе отопления может быть обеспечена при монтаже нескольких отличающихся схем разводки труб:

Однотрубная — известна как «ленинградка». Один из наиболее дешевых вариантов разводки, который требует прокладки только одного кольца труб. Это сокращает расход материалов

Отличается тем, что все отопительные приборы врезаются параллельно основному кольцу отопления. Обращаем внимание, что помимо расширительного бака такая система требует установки кранов для стравливания воздуха, а также дополнительных балансирующих устройств, позволяющих уравновесить температуры во всех радиаторах.

Двухтрубная — наиболее распространенная схема разводки, предполагающая прокладку двух контуров труб, на обратку и подачу. Используется как для принудительной, так и для естественной циркуляции

Несмотря на увеличенный расход материалов такая система будет работать более эффективно. Она позволяет обеспечить более равномерный нагрев радиаторов. Обращаем внимание! Особое значение имеет соблюдение уклонов. Рекомендована такая разводка для домов с большой площадью.

Лучевая — Эта система становится все более популярной. Она предполагает разводку к каждому радиатору двух труб — подачи и обратки. Благодаря этому удается регулировать температуру каждого теплового прибора в отдельности, отключать аварийные участки независимо от остальной сети. Но стоит отметить, что по расходу труб — это один из самых емких способов разводки при монтаже.

Разновидности систем с естественной циркуляцией

Перед тем как производить монтаж отопительного оборудования с самотечной системой, подбираются устройства исходя из особенностей помещения и требуемой производительности.

Отопительные ветки можно разделить на два типа:

• с открытым и закрытым видом подключения;
• однотрубное отопление и с двумя трубами.

Исходя из расчетов, в которых учитывается положение и окружность труб, необходимо принимать во внимание характеризирующие данные котла и тепловую потребность комнаты, выбирается наиболее подходящий вариант. Нежелательно проводить расчеты самостоятельно, чтобы исключить малейшие погрешности, которые могут негативно отразиться на отопительном процессе жилого помещения

Монтаж и расчет уклона

Чтобы движение теплоносителя не было затруднено трением, на горизонтальных участках труб создаются уклоны. Благодаря этому самотечная система отопления дома типа «ленинградка» не имеет мест, где может произойти скопление воздуха. Чтобы рассчитать уклон, нужно помнить, что разница в высоте каждого метра трубопровода должна составлять около 10 мм. Но это правило не всегда должно соблюдаться с точностью. Если количество ответвлений и поворотов меньше, то уклон может быть меньше. В таком случае разница между высотой труб на протяжении 1 м может составлять 5 мм. Благодаря знанию этих данных производится расчет, на основании которого происходит монтаж и подключение всех элементов.

Монтаж производится в определенной последовательности:

1. При создании двухтрубной схемы отопления своими руками сначала происходит подключение газового котла, от которого вверх отводится основная магистраль, соединяемая с расширительным бачком. Последний устанавливается в самой высокой точке;
2. После этого производятся работы по установке снизу бачка трубы, которая будет соединена с радиаторами. Ее высота составляет одну треть от расстояния до потолка.
3. Далее происходит подключение радиаторов, от нижней части которых отводятся трубы для охлажденного теплоносителя. Затем трубы соединяются в общую магистраль. Чтобы это сделать, сначала нужно составить схему, в которой будет полностью отображена двухтрубная система.

Читать также: Двухтрубная система отопления: схема, монтаж, балансировка

Монтаж труб для холодной воды производится параллельно тем, по которым теплоноситель попадает в радиаторы. Установка однотрубной системы для частного дома своими руками отличается только схемой расположения радиаторов и труб.

Особенности монтажа

Если производится монтаж схемы типа «ленинградка», то используется минимальное количество труб, ведь все радиаторы соединяются последовательно на одном уровне. Существует несколько способов создания такой системы. Например, монтаж по такой схеме может производиться без запорных кранов, благодаря чему теплоноситель частично обходит систему радиаторов. Возможен вариант, при котором под всеми батареями устанавливаются краны. В этом случае вода начинает проходить только по радиаторам.

Байпасы (обходные участки трубы) устанавливаются для регулировки уровня нагрева радиатора, то есть при прохождении части теплоносителя по обходному пути теплоотдача радиатора уменьшается.

Однотрубная система типа «ленинградка» устанавливается во многих домах благодаря простоте выполняемых работ. Но она имеет и недостатки, к которым можно отнести отсутствие возможности контролировать температуру в помещении. Ее монтаж может производиться в доме с одним и двумя этажами. Двухтрубная система устанавливается в коттеджах со множеством комнат и является более эффективной.

Читать также: Нормы и оптимальные значения температуры теплоносителя

Перед началом работы необходимо произвести гидравлический расчет.

Гидравлический расчет – это действия по определению оптимального диаметра трубопровода и расчету падения напора жидкости для обеспечения эффективной работы системы. В некоторых случаях расчет нужен для определения пропускной способности магистралей.

Благодаря учету особенностей работы системы можно определить:

• Возможные потери давления;
• Необходимый диаметр труб;
• Количество радиаторов;
• Необходимый уклон.

Расчет необходимо для составления схемы, по которой будет производиться монтаж котла и подключение других элементов.

Читать также: Стояк отопления: виды. нумерация, срок службы