Схема самотечной системы отопления с естественной циркуляцией. Самотечная система отопления частного дома

Что такое? Принцип работы

Гравитация — система, основанная на законах физики, т.е. естественное движение теплоносителя по трубам. Теплая жидкость поднимается, холодная — опускается. Эта система отопления чаще всего используется в частном доме, если нет возможности подключиться к электричеству или нет стабильной подачи.

Единственное ограничение — высота потолка. Поскольку труба должна отходить от котла на расстояние до 1,5 метров, для расширительного бака требуется больше места. Существуют системные ограничения, такие как стоимость установки системы и снижение эффективности. Его стоимость примерно в 1,5 раза выше, чем изготовление простого нагревательного контура. Также необходимо точно смонтировать систему, соблюдая все перепады и сохраняя при этом внешний вид интерьера.

Принцип работы гравитационной проточной системы отопления заключается в продвижении жидкости к верху этой системы под воздействием физических законов, когда теплая жидкость становится легче, она поднимается, затем носитель движется по трубам с небольшим уклоном, постепенно отдает тепло, охлаждается, а затем также самотеком поступает в котел для повторного нагрева. В нем не используются никакие устройства для ускорения движения воды, поэтому он очень инертен.

Принцип работы самотечной системы

Один из принципов работы системы знаком из школьной физики: подъем горячей воды и воздуха и их опускание при низких температурах.

После того как вода нагреется в бойлере, она начинает свое движение вверх по стояку. В результате она достигает радиатора, где передает часть своего тепла, делая его более холодным, чем стояк. После охлаждения вода начинает двигаться вниз и попадает в другой охладитель. Это продолжается до тех пор, пока вода не вернется в бойлер.

Основные моменты

Отсутствие циркуляционного насоса и других движущихся частей, а также замкнутый контур, в котором количество взвешенных частиц и минеральных солей явно ограничено, делают срок службы этого типа системы отопления очень долгим. При использовании оцинкованных или пластиковых труб и биметаллических радиаторов он прослужит не менее полувека.
Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшую разницу давления. Трубы и радиаторы неизбежно оказывают некоторое сопротивление движению теплоносителя. Поэтому рекомендуемый радиус действия интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Конечно, это не означает, что при радиусе 32 метра вода замерзнет — этот предел довольно условен.
Инерция системы будет довольно высокой. С момента розжига или запуска котла до стабилизации температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котел должен нагреть теплообменник, и только после этого вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
Все горизонтальные участки труб должны быть наклонены в направлении потока воды. Это обеспечит свободное движение охлаждающей воды под действием силы тяжести с минимальным сопротивлением. И последнее, но не менее важное — в этом случае все пузырьки воздуха выталкиваются в самой высокой точке системы отопления, где установлен расширительный бак — герметичный, вентилируемый или открытый.

Саморегуляция

Отопление дома с естественной циркуляцией — это саморегулирующаяся система. Чем холоднее в доме, тем быстрее циркулирует теплоноситель. Как это работает?

Дело в том, что циркуляционный напор зависит от:

Разница в высоте между котлом и нижним радиатором. Чем меньше высота котла по отношению к нижнему радиатору, тем быстрее вода будет поступать в радиатор под действием силы тяжести. Принцип сообщающихся сосудов, помните? Этот параметр является стабильным и неизменным во время работы системы отопления.

На схеме четко показан принцип работы системы отопления.

Интересный факт: Именно поэтому рекомендуется устанавливать отопительный котел в подвале или просто как можно ниже внутри помещения. Однако автор видел прекрасно работающую систему отопления, в которой теплообменник в печи находился заметно выше радиаторов. Система была полностью готова к работе.

Разница в плотности воды на выходе из котла и в обратном трубопроводе. Что, понятно, зависит от температуры воды. Именно эта особенность делает естественное отопление саморегулирующимся: как только температура в помещении снижается, радиаторы остывают.

По мере снижения температуры теплоносителя его плотность увеличивается, и он начинает быстрее выталкивать нагретую воду из нижней части контура.

Конструктивные особенности

Чтобы самотечная система работала эффективно, должны быть выполнены следующие требования

Источником тепла является любой энергонезависимый теплогенератор с выходными отверстиями диаметром 40-50 мм;
На выходе из котла или печи с водяным контуром устанавливается диффузионный стояк — вертикальная труба, по которой подается нагретая среда;
Стояк заканчивается в расширительном баке открытого типа, который устанавливается на чердаке или под потолком верхнего этажа (в зависимости от типа разводки и конструкции частного дома);
Вместимость бака составляет 10 % от объема теплоносителя;
Для самотечного потока рекомендуется выбирать радиаторы с большими размерами внутренних каналов — чугунные, алюминиевые, биметаллические;
Для лучшей теплоотдачи радиаторы соединяются по-разному — снизу или по диагонали;
Соединения радиаторов оснащены специальными полнопроходными клапанами с термостатической головкой (подача) и балансировочными клапанами (обратка);
Радиаторы должны быть оснащены ручными воздухоотводчиками — кранами Маевского;
Дозаправка теплосети организуется в самой нижней точке — возле котла;
Все горизонтальные участки труб должны быть уложены с уклонами, минимальный — 2 мм на погонный метр, средний — 5 мм/1 м.

Фото слева: водяной стояк от напольного котла с байпасным насосом, фото справа: обратный патрубок

Внимание. Уклоны выполняют 2 функции — они помогают теплоносителю течь в нужном направлении и помогают воздуху течь вверх по трубам и наружу через открытый расширительный бак. Оговорка по поводу используемых радиаторов: если система спроектирована правильно, стальные панели также будут отлично нагреваться.

Гравитационные системы отопления сделаны открытыми, работающими при атмосферном давлении. Но будет ли гравитация работать в замкнутом контуре с мембранным баком? Ответ — да, естественная циркуляция сохранится, но скорость теплоносителя снизится, эффективность упадет.

Ответ легко обосновать, достаточно упомянуть об изменении физических свойств жидкостей под действием положительного давления. При напоре в системе 1,5 бар точка кипения воды перейдет к 110°C, и ее плотность также увеличится. Циркуляция замедлится из-за небольшой разницы в массе между горячим и холодным потоком.

Упрощенные диаграммы гравитационного потока с открытым и мембранным расширительным баком

Схемы самотечного отопления

Одним из первых шагов при монтаже рассматриваемой системы отопления является выбор схемы, от которой зависит последующий рабочий процесс и эффективность эксплуатационного периода.

Последствия выбора влияют на внешний вид помещения и равномерность распределения тепла, комфорт эксплуатации и, прежде всего, на общие усилия и цену материалов, используемых для установки.

Несмотря на огромное количество схем и чертежей, включая видео, доступных в виртуальном пространстве, разобраться в них самостоятельно — без специалиста — довольно сложно, а главное, каждую схему необходимо адаптировать под индивидуальный заказ.

Существует несколько популярных схем назначения выводов:

Однотрубный
Двухтрубный
Паук
Ленинградка

Выбор планировки зависит от количества этажей, размера дома и планировки. Рассмотрите каждый вариант отдельно.

Однотрубная

Самая простая гравитационная система отопления, но не самая эффективная. Самое главное — соблюдение технологии монтажа. Стояк горячей воды должен быть без перегибов, изгибов, пересечений, то есть прямым, а все трубы должны иметь постоянный технологический уклон.

Монтаж однотрубной системы можно выполнить самостоятельно. Для этого не требуется никаких специальных знаний, достаточно просто наблюдать за технологией. Конечно, наличие стыков, изгибов невозможно избежать, но их следует свести к минимуму. Их использование снижает эффективность всей системы.

Важным фактором в однотрубной гравитационной системе отопления является диаметр трубы, по которой проходит теплоноситель. Чем больше диаметр, тем лучше циркуляция. В однотрубных системах рекомендуется использовать трубы диаметром не менее 1″, лучше всего — 1,5″. Больший диаметр трубы означает меньшее сопротивление потоку теплоносителя.

Расположите бойлер в самой низкой точке системы и поднимите стояк горячей воды как можно выше. Укладывайте трубы с постоянным уклоном. Уклон должен составлять 1 см на каждый метр трубы. Наклон должен быть постоянным и является важным параметром для обеспечения функциональности системы.

Большинство систем требуют, чтобы труба горячей воды находилась под потолком, в чердачном помещении, обратный контур — над полом. Однотрубная система состоит из одного контура, по которому вода поступает к радиаторам, возвращаясь в тот же контур для отопления.

Двухтрубная

Самотечная система отопления на основе двух отопительных контуров. Первый контур питается от главного стояка через общую трубу горячей воды. От него питаются все радиаторы, причем для каждого радиатора предусмотрено отдельное подключение. Вода из радиаторов остывает и возвращается в котел по другой трубе.

Двухтрубная самотечная система подает тепло во все радиаторы одинаковой температуры и обеспечивает равномерное распределение тепла по всему дому. Вы можете уменьшить поток жидкости через один радиатор без ущерба для отопления остальной части дома.

Паук

Самотечная система Spider представляет собой установку, в которой ветка от общего стояка отопления с горячей жидкостью отходит к каждому радиатору отдельно. Труба большого диаметра используется в качестве стояка, а ответвления к радиаторам идут с помощью труб меньшего диаметра

Эта схема считается самой надежной из возможных. Конечно, она имеет некоторые сложности при монтаже и разводке, но из-за меньшего диаметра труб ее легче прокладывать и не нужно делать на потолке комнаты.

В схеме Spider используется значительное количество труб, соединений, что технически значительно усложняет проект. Каждое соединение — это риск утечки. Экономия от уменьшения диаметра также компенсируется длиной используемых труб и количеством соединений.

Обратный контур к котлу выполняется классическим способом, соединяя все радиаторы по кругу. Здесь обратная труба также имеет наклон, чтобы обеспечить естественный поток жидкости в котел для нагрева.

Ленинградка

Система по принципу «Ленинградки» строится следующим образом: коллекторная ветка проходит вдоль пола и соединяет все радиаторы. Также необходимо создать контур рассеивания, т.е. возвышение одного коллектора на выходе из котла, затем возврат на уровень пола и там поддержание уклона от подачи к возврату.

Самотечная система «Ленинградец» имеет преимущества: надежность, меньшее количество материалов. Недостатки: ограниченное количество радиаторов, необходимость в трубах большего диаметра, ленивый поток жидкости к радиатору.

Используется ограниченное количество радиаторов, так как при подключении схемы «Ленинградец» тепло отдают первые радиаторы, охлажденная жидкость возвращается в общий коллектор, что снижает температуру общего теплоносителя. Ленивый поток жидкости в охладитель значительно снижает эффективность каждого охладителя, поскольку он заполнен не на 100 процентов, невозможно использовать эффективность этого охладителя на 100 процентов. И эта схема не может быть выполнена с 2 единицами.

Преимущества и недостатки системы

Гравитационная система отопления имеет много недостатков. Наиболее ощутимыми из них являются:

низкий уровень эффективности;
установка занимает много времени и требует больших затрат;
проложенные трубы выглядят не эстетично;
высокая цена закупаемых материалов.

Первые радиаторы нагреваются сильнее, учитывая порядок подачи воды. Затем теплоноситель охлаждается. Система требует установки расширительного бака. Это необходимо для удаления воздуха, случайно попавшего в трубы.

Несмотря на множество недостатков, эта система пользуется популярностью. Часто это единственный способ обогреть дачный дом в сельской местности. Поскольку система проста, она менее подвержена сбоям, а движение теплоносителя происходит бесшумно.

Виды гравитационной циркуляции

Система отопления дома с гравитационной циркуляцией имеет несколько разновидностей, которые используются в зависимости от характера помещения. Существует 4 типа гравитационной циркуляции:

закрытый;
открытый; — открытый;
однотрубный контур;
однотрубная схема; двухтрубная схема.

Закрытый и открытый тип

Для отопления одно- и двухэтажных домов используется замкнутый или неактивный водяной контур. Принцип его работы заключается в следующем:

Во время работы вода вытесняется из контура в расширительный бак.

2 Резервуар состоит из двух частей, разделенных мембраной. Одна часть заполняется воздухом или азотом, и вытесненная жидкость перетекает в другую часть.
3 Нагретая жидкость давит на мембрану и сжимает газ, частично заполняя вторую часть резервуара.
4. со временем температура воды снижается, газ давит на мембрану и выдавливает воду. Он поступает обратно в систему и заполняет ее до прежнего уровня.

Преимущество такого типа самотечного потока заключается в том, что коррозия металла практически отсутствует, так как в систему не попадает воздух. Однако есть существенный недостаток — стоимость мембранного смыва очень высока.

Принцип работы такой же, как и для версии с открытой мембраной. Единственное отличие — это бак, который является открытым. Сверху имеется герметичная крышка. Система устанавливается в самой высокой точке (под потолком или на чердаке). Труба отходит от резервуара в дренажную систему или на открытую площадку. Этот вариант имеет несколько недостатков:

1. поскольку система постоянно подвергается воздействию воздуха, металлические детали подвергаются коррозии.
2. воздух попадает в контур. Вся система должна быть прокачана путем открытия клапана подпитки. Иногда радиаторы устанавливаются под небольшим углом, а сверху ставится клапан Маевского для выпуска воздуха.
3 Жидкость регулярно испаряется, поэтому ее необходимо постоянно доливать.

Однотрубный и двухтрубный контур

Однотрубная схема подходит только для отопления небольших площадей в одноэтажном доме. После выхода из котла вода последовательно поступает во все радиаторы. Для обеспечения равномерного распределения тепла в местах подключения радиаторов установлены байпасы. В противном случае последние радиаторы в контуре заполняются холодной водой.

Преимуществом однотрубных контуров является простота монтажа. Нет необходимости размещать трубы под потолком.

В двухтрубной схеме подача и возврат жидкости осуществляется через ответвления, которые подключаются к каждому радиатору отдельно. Другие выходы служат для забора воды для каждого устройства. Затем он подается в трубу, которая ведет к котлу. Это дает следующие преимущества:

тепло равномерно распределяется по всем радиаторам;
температуру в системе легче контролировать;
используются трубы меньшего диаметра;
градиент менее строгий.

Уклон в самотечных системах

Во всех самотечных системах обязательно используется уклон труб. Таким образом, гравитация способствует движению жидкости. В разных вариантах используются различные уклоны от 3 мм до 1 см на 1 м.

Для гравитационных систем существует СНиП 41-01-2003, согласно которому уклон должен быть не менее 10 мм : 1 метр длины трубы. Если на участке трубы имеются стыки, углы, уклон должен быть увеличен.

Трубы для самотека

Важным моментом при принятии решения является выбор материала труб для гравитационной системы отопления.

Рассмотрим наиболее распространенные сегодня трубы:

Медные трубы. Из плюсов этих труб: максимальная теплоотдача, невероятно долгий срок службы — до 100 лет, красивый внешний вид. Но есть и недостатки: огромная стоимость материала, необходимость использования пайки во всех соединениях при монтажных работах, его сложность, так как найти хорошего мастера по такой работе очень сложно, да и стоимость его работы тоже будет высокой.
Полипропиленовые трубы. Это средний вариант. Средняя продолжительность жизни составляет до 25 лет. Они имеют гладкую внутреннюю поверхность, что снижает возможность образования отложений, легкий материал, устойчивый к коррозии — основные положительные стороны этих труб. Из недостатков: монтаж производится специализированными инструментами, его трудно выполнить самостоятельно, высокая стоимость труб, хотя и ниже медных, также снижает привлекательность материала.
Стальные трубы. Самый доступный материал из всех. Этот тип труб очень устойчив к любым механическим воздействиям. Этот материал имеет некоторые недостатки: монтаж производится с помощью сварки и большого количества фитингов, существует риск коррозии и осаждения материала.

Закрытая самотечная система

Трубы большого диаметра требуют большого количества теплоносителя. А когда любая жидкость нагревается, она расширяется. Для этого создаются расширительные сосуды. Такие расширительные сосуды могут быть двух типов: открытые и закрытые.

Открытые сосуды — это открытые сосуды, в которых избыток теплоносителя выдавливается из системы. Дополнительной гарантией того, что перелива не было, является труба, идущая к сливу, так называемый перелив. Этот расширительный сосуд можно сделать самостоятельно или приобрести. Эта система является открытой, жидкость испаряется из расширительного бачка, поэтому для этой системы отопления можно использовать только воду, так как антифриз быстро испарится. Необходимо периодически добавлять воду для пополнения общего объема, поддерживая его полным.

Закрытые расширительные баки разделены на две части специальной мембраной. Одна половина такой емкости заполнена избыточным теплоносителем, другая — газом (воздухом или азотом). Нагретая вода поступает в расширительный бак, растягивает мембрану, сжимает газ во второй полости, поскольку температура жидкости снижается, газ давит, и мембрана возвращает теплоноситель в систему. В результате не происходит потери жидкости, система отопления всегда заполнена, нет необходимости доливать охлаждающую жидкость, можно использовать антифриз.

Какая схема лучше, принудительная или естественная?

Естественная система лучше, если вы хотите обогреть небольшой одноэтажный дом на одну семью. В этом случае нет смысла тратить деньги на насосное оборудование, если естественного потока теплоносителя достаточно для обогрева всего здания.

Для больших одноэтажных или многоэтажных домов лучше всего использовать напорные контуры. Благодаря быстрому потоку теплоносителя в сети, здания значительных размеров будут хорошо и равномерно обогреваться. Схемы с естественной циркуляцией не могут справиться с этой задачей.

Однотрубная система: как регулировать температуру?

Однотрубная система отопления имеет только один вариант разводки — верхняя система. Он не имеет обратного стояка, поэтому вода, охлажденная в радиаторах, возвращается в подающие трубы. Движение жидкости обеспечивается за счет разницы температур между жидкостью в нижнем и верхнем радиаторах.

Для обеспечения одинакового температурного режима в помещениях на каждом этаже площадь поверхности радиаторов на первом этаже должна быть несколько больше, чем на первом и последующих этажах. Смесь горячей и охлажденной воды в верхних теплообменниках поступает в нижние радиаторы.

В однотрубной системе может быть два пути потока теплоносителя. В первом случае одна часть идет к радиатору, а другая часть продолжается через стояк к нижним блокам.

В параллельной однотрубной системе теплообменники на верхних этажах получают горячую воду, а на нижних — уже охлажденную. Поэтому площадь поверхности последних должна быть увеличена, чтобы равномерно обогревать все помещения.

Во втором случае весь объем воды проходит через каждый теплообменник, начиная с самого верхнего. Главная особенность этой системы заключается в том, что радиаторы на первом этаже и в подвале получают только охлажденную воду.

При однотрубной разводке невозможно перекрыть или ограничить тепловой поток к одному радиатору. Отключение одного из них приведет к остановке циркуляции во всей системе.

В первом случае температуру в помещении можно регулировать с помощью кранов; во втором случае краны использовать нельзя, так как это приведет к снижению расхода на все последующие теплообменники. Кроме того, полное закрытие кранов означает прекращение циркуляции воды в системе.

При установке однотрубной системы лучше выбрать распределительную систему, которая позволяет регулировать подачу воды к каждому радиатору. Это позволяет регулировать температуру в отдельных помещениях и, естественно, делает систему отопления более гибкой и, следовательно, более эффективной.

Поскольку однотрубный коллектор может быть установлен только сверху, его можно устанавливать только в зданиях с чердаком. Здесь должна располагаться подающая труба. Основным недостатком является то, что отопление может быть запущено только один раз во всем здании. Конечно, у этой системы есть и свои преимущества. Главные из них — простота установки и низкая стоимость. С эстетической точки зрения, чем меньше трубы, тем легче их спрятать.

Как должна быть устроена двухтрубная система?

Этот тип схемы отопления включает подающую и обратную трубы. В верхней части системы циркулирует горячая вода, а нижняя часть охлаждает.

Двухтрубная система отопления является более гибкой при регулировании температуры в отдельных помещениях. Однако она требует больше материалов, чем однотрубная система.

От котла идет труба, которая соединена с расширительным баком. От бака идет труба линии горячей циркуляции, которая затем подключается к распределению. В зависимости от размера бака и объема воды в системе, от бака может отходить переливная труба. Излишки воды сбрасываются через эту трубу в канализацию.

Трубы, выходящие из нижней части теплообменников, соединяются, образуя обратную линию. Охлажденная вода поступает обратно в котел. Обратный поток должен проходить через те же помещения, что и подающий поток.

Горизонтальный или вертикальный стояк в разводке?

Стояковая система отопления означает, что радиаторы подключаются к ней с разных этажей. Его преимущество заключается в меньшем риске утечки, но недостатком является более высокая стоимость.

Когда теплообменники с одного этажа подключены к подающей трубе, это горизонтальная стояковая система. Этот вариант обойдется домовладельцам дешевле, но решит проблему воздушных карманов. Обычно достаточно установить вентиляционные отверстия.

Расчет самотечной системы

Чтобы рассчитать и спроектировать систему отопления с естественной циркуляцией, выполните следующие действия:

Определите, сколько тепла необходимо в каждой комнате. Используйте для этого наши инструкции.
Выберите энергонезависимый котел — газовый или твердотопливный.
Определите схему, используя один из приведенных здесь вариантов. Разделите распределение на две ветви так, чтобы магистраль не выходила за пределы входной двери дома.
Определите скорость потока для каждого помещения и рассчитайте диаметры труб.

Внимание. Уклон рассчитывать не нужно, возьмите стандартное значение 0,5 см на метр длины. Допускаются отклонения в большую или меньшую сторону в диапазоне 0,7…0,2 см/1 метр.

Сразу стоит отметить, что разделить «Ленинградку» на 2 ветки не представляется возможным. Это означает, что кольцевая труба обязательно пройдет под порогом входной двери. Чтобы сохранить все уклоны, котел придется устанавливать в траншее.

Чтобы рассчитать диаметры труб для всех секций двухтрубной гравитационной системы, сделайте следующее:

Возьмите теплопотери всего здания (Q, Вт) и определите массовый расход хладагента (G, кг/ч) в магистральной трубе по приведенной ниже формуле. Предположим, что разница температур между подачей и обраткой Δt составляет 25 °C. Затем переведите кг/ч в другие единицы измерения, например, в тонны в час.
Используя приведенную ниже формулу, найдите площадь поперечного сечения (F, м²) главного стояка, подставив в нее скорость естественной циркуляции ʋ = 0,1 м/с. Преобразуйте площадь круга в диаметр, получив размер основной трубы, идущей к котлу.
Рассчитайте тепловую нагрузку для каждой ветки, повторите расчеты и найдите диаметры этих магистралей.
Переходя к следующим помещениям, снова определите диаметры секций в зависимости от потребляемого тепла.
Выбирайте стандартные размеры труб, округляя полученные цифры в большую сторону.

Приведем пример расчета гравитационной системы в одноэтажном доме площадью 100 кв. м. Радиаторы и теплопотери уже отмечены на плане ниже. Начните с главного коллектора котла и продвигайтесь к последним комнатам:

Теплопотери дома Q = 10,2 кВт = 10200 Вт. Расход тепла в главном стояке G = 0,86 x 10200 Вт / 25 °C = 350,88 кг/ч или 0,351 т/ч.
Поперечное сечение питающей линии F = 0,351 т/ч / 3600 x 0,1 м/с = 0,00098 м², диаметр d = 35 мм.
Нагрузки на правую и левую ветви составляют 5480 и 4730 Вт соответственно. Количество теплоносителя: G1 = 0,86 x 5480 / 25 = 188,5 кг/ч или 0,189 т/ч, G2 = 0,86 x 4730 / 25 = 162,7 кг/ч или 0,163 т/ч.
Поперечное сечение правой ветви F1 = 0,189 / 3600 x 0,1 = 0,00053 м², диаметр составит 26 мм. Левая ветвь: F2 = 0,163 / 3600 x 0,1 = 0,00045 м², d2 = 24 мм.
В детской и на кухне появятся линии DN32 и DN25 мм (закругленные). Теперь рассчитайте размеры коллекторов для спальни и гостиной + прихожей с теплопотерями 2,2 и 2,95 кВт соответственно. Мы получаем оба диаметра DN20 мм.

Для подключения небольших радиаторов можно использовать DN15 (внешний d = 20 мм), на плане указаны размеры DN20

Внимание! Рассчитанные диаметры дают информацию о размере внутреннего прохода трубы (с маркировкой DN или DN).

Остается выбрать трубы. В случае использования сварной нагревательной стали, Ø48 x 3,5 будет использоваться для стояка котла, Ø42 x 3 и 32 x 2,8 мм для ответвлений. Остальная часть установки, включая подключения к радиаторам, будет выполнена с использованием труб 26 x 2,5 мм. Первое число относится к наружному диаметру, второе — к толщине стенки (сортамент стальных труб для воды и газа).

Расчет мощности

Эффективная тепловая мощность котла рассчитывается так же, как и во всех других случаях.

По площади

Самым простым методом является рекомендуемый расчет СНиП на основе площади помещения. На 10 м2 площади пола должен приходиться 1 кВт тепловой мощности. Для южных регионов мы принимаем коэффициент 0,7 — 0,9, для центральной части страны 1,2 — 1,3, для северных районов 1,5-2,0.

Как и любой приблизительный расчет, этот метод игнорирует множество факторов:

Высота потолков. Не везде есть стандартные 2,5 метра.
Выход тепла через отверстия.
Расположение помещения внутри дома или у внешних стен.

Все методы расчета очень подвержены ошибкам, поэтому тепловая мощность обычно включается в проект с некоторым запасом.

По объему с учетом дополнительных факторов

Другой метод расчета дает более точную картину.

За основу взята тепловая мощность 40 ватт на кубический метр объема помещения.
В этом случае также применяются круговые коэффициенты.
Каждое окно стандартного размера добавляет 100 ватт к нашему расчету. Каждая дверь добавляет 200.
Расположение комнаты напротив внешней стены даст коэффициент 1,1 — 1,3, в зависимости от ее толщины и материала.
Частный дом, где внизу и наверху греются не соседние жилища, а улица, рассчитывается с коэффициентом 1,5.

Однако: и этот расчет будет ОЧЕНЬ приблизительным. Достаточно сказать, что в частных домах, построенных по энергосберегающей технологии, в конструкцию заложена тепловая мощность 50-60 ватт на квадратный метр. Слишком большой объем определяется потерей тепла через стены и потолки.

Самотечное отопление в доме — как сделать

Большим преимуществом гравитационного отопления является его независимость от электричества. Гравитационное отопление также может быть основано на энергонезависимом твердотопливном котле в удаленном коттедже. Система бесшумна и надежна и, несомненно, будет востребована в будущем.

Имеется значительный опыт создания самотечных систем отопления, поскольку ранее все водяное отопление создавалось самотеком. Систему можно создать по «схеме типичных людей» и своими руками.

Недостатками являются ограничение мощности, обогреваемой площади, возможности подключения дополнительных контуров, при этом цена создания увеличивается.

Гравитационное отопление дороже, примерно в два раза, чем системы с принудительной циркуляцией, поскольку требует больших диаметров труб и специального размещения котлов. Проблема с гравитационной циркуляцией заключается в том, что трубы большого диаметра должны иметь крутой общий уклон, а это значит, что они не всегда вписываются в дизайн помещения и загромождают интерьер.

Как рассчитывается самотечная система

Вы можете заказать расчеты тепла и расхода у профессионалов, в лицензированных организациях, но это будет не дешево. Эти расчеты можно приближенно рассчитать с помощью известных программ или вручную.

Однако, как правило, применяются общеизвестные рекомендации, и этого обычно достаточно для создания эффективной самотечной системы.

Скорость движения жидкости через систему отнюдь не высока. Чем больше внутренние диаметры труб и радиаторов, а также котла, тем больше жидкости будет проходить через них, тем больше энергии может быть передано.

Важно ответить на вопрос: достаточно ли энергии, чтобы провести жидкость через него для обогрева здания, о котором идет речь? В этом и заключается смысл расчетов. Но если расчеты недоступны, необходимо обратиться к опыту создания аналогичных систем отопления и теплоизоляции зданий.

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Во-первых, необходимо определить уровень теплоизоляции здания — соответствует ли он требованиям нормативных документов. Если это не так, то не только система свободного потока может не иметь достаточной пропускной способности…….. Отопление холодного здания обходится дороже; утеплите здание вместо того, чтобы увеличивать мощность отопления.

После утепления здания можно обратиться к опыту эксплуатации подобных систем, из которого известно, что нормальная предельная площадь для гравитационного отопления составляет 150 м² на каждом этаже здания, радиаторы желательно располагать в 2 рукава на каждом этаже, а длина трубы, подводящей к каждому рукаву, не должна превышать 20 метров.

Необходимым условием работы системы является преобладание горячей среды (обычно это центральная линия радиаторов) над холодной средой (центральная линия теплообменника котла).

Если трубы длиннее, рекомендуется произвести расчеты, иначе можно предположить, что мощность системы (расход теплоносителя) может оказаться недостаточно высокой для поддержания тепла в здании в холодные периоды.

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Напор в системе гравитационной циркуляции будет напрямую зависеть от высоты столба воды при разности плотности воды (разности температур) и от самой разности плотности воды. Формула для головы приведена ниже.

Чем больше разница температур между подачей и обраткой и чем выше столб воды с этой разницей, тем быстрее будет циркулировать вода, тем больше тепла будет передаваться, тем надежнее будет система и тем большую площадь можно обогреть.

Дело в том, что вода больше всего охлаждается в радиаторах, перед ними она считается горячей. За радиаторами холодная вода движется вниз по обратке к теплообменнику котла, где она нагревается. Поэтому, чем ниже расположен теплообменник по отношению к радиаторам, тем выше будет давление в системе.

Кроме того, вода остывает и в трубе, выходящей из бойлера, а это значит, что чем выше труба с горячей водой, чем она длиннее и чем больше тепла она отдает, тем выше будет давление.

Однако такая тепловая мощность будет иметь низкую эффективность для отопления дома, если горячая труба находится под потолком. Лучше, если он будет располагаться вдоль пола обогреваемого помещения и являться для него радиатором.

Неправильно создавать только высокую колонку горячей воды, поднимая расширительный бак над крышей. В местах перепада температур необходимо обеспечить как можно больший перепад высот, а этого легче добиться, опустив котел ниже.

Типичная ошибка при создании гравитационной системы для двух этажей — подключение радиаторов на обоих этажах к одним и тем же стоякам. В результате 1-й этаж будет оставаться холодным, когда на 2-м этаже уже очень жарко. Правильным решением является создание отдельного, независимого отопительного рукава для чердака с собственным регулирующим клапаном.

Особенность системы:
— Жидкость в самотечной системе обычно значительно охлаждается из-за низкой скорости потока. Разница температур между подачей и обраткой обычно составляет от 25 до 30 градусов. Диапазон температур, например, на выходе из котла составляет 75 градусов, а на возврате — 45 градусов. Поэтому недопустимо создавать однотрубную систему с последовательно подключенными радиаторами. Подходит только двухтрубная система piggyback или тупиковая система.

Сфера применения и недостатки самотека

Гравитационная циркуляция предназначена для подачи тепла в дома без подключения к электросети, что полезно в отдаленных районах с частыми отключениями электроэнергии. Сеть самотечных труб и кранов способна работать с любым энергонезависимым котлом или плитой отопления (раньше говорили — паровой).

Давайте обсудим недостатки использования самотечного потока:

из-за низкой скорости потока необходимо увеличить поток охлаждающей жидкости, используя трубы большого диаметра, иначе охладители не будут нагреваться;
Чтобы «стимулировать» естественную циркуляцию, горизонтальные участки укладываются с уклоном 2-3 мм на 1 м сети;
Большие трубы, проходящие под потолком первого этажа и над вторым этажом, портят внешний вид комнат, как видно на фото;
автоматическое регулирование температуры воздуха затруднено — для радиаторов следует приобретать только полнодырочные термостатические клапаны, которые не мешают конвективной циркуляции хладагента;
программа не может работать с полами с подогревом и в 3-этажном доме;
увеличенный объем воды в тепловой сети означает длительное время нагрева и высокие затраты на топливо.

Чтобы выполнить Требование 1 (см. первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, владельцу двухэтажного частного дома придется понести расходы на материалы — трубы увеличенного диаметра и облицовку для декоративных воздуховодов. Остальные недостатки не критичны — медленный нагрев устраняется установкой циркуляционного насоса, неэффективность — установкой специальных термоголовки на радиаторы и изоляцией труб.

Советы по проектированию

Если вы взяли разработку схемы гравитационного отопления в свои руки, не забудьте учесть следующие рекомендации:

Минимальный диаметр вертикального участка, выходящего из котла, составляет 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
Допускается уменьшение горизонтального распределения и коллектора до 40 мм, перед последними радиаторами до 32 мм.
В направлении радиаторов на подаче и котла на обратке делается перепад 2-3 мм на 1 метр трубы.
Входное отверстие теплогенератора должно быть расположено ниже радиаторов на первом этаже, с учетом уклона обратной трубы. Возможно, потребуется сделать небольшое углубление в котельной для размещения источника тепла.
Для радиаторов на первом этаже предпочтительнее использовать прямой байпас небольшого диаметра (15 мм).
Постарайтесь установить верхний коллектор на чердаке, чтобы он не проходил под потолками комнат.
Используйте открытый расширительный бак с переливным соединением снаружи, а не в канализацию. Это позволяет легче контролировать переполнение резервуара. Система не будет работать с мембранным баком.

Доверьте расчет и проектирование гравитационного отопления в сложной системе бунгало профессионалам. И последнее: магистрали Ø50 мм и выше должны быть изготовлены из стальных, медных или сшитых полиэтиленовых труб. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена будет просто угрожающим из-за толщины стенок.

Как движется теплоноситель (вода)

Конструктивные особенности гравитационной системы отопления вытекают из вышесказанного.

Котел устанавливается в приямок в подвале, по крайней мере, желательно ниже осевой линии радиаторов.

Все трубы изготавливаются с общим уклоном в направлении потока жидкости:

вода из бойлера идет по вертикальному стояку до самой высокой точки;
от горячего стояка должен всегда идти вниз к входу в котел;
разница в высоте между начальной и конечной точками трубы должна составлять не менее одного процента, но уклон может меняться по мере необходимости по всей длине трубы;
всегда лучше обеспечить максимальный уклон.

Какие применить трубы

Диаметр подающей и обратной труб должен быть не менее 32 мм с одной стороны трубопроводной системы, при этом радиаторы можно подключать и к трубам с внутренним диаметром 20 мм. А для стояка и подвода к крылу не менее 50 мм. Однако не запрещается увеличивать эти диаметры, что только расширяет возможности системы.

На сегодняшний день традиционные стальные трубы считаются лучшим вариантом. При больших диаметрах они становятся конкурентоспособными с пластмассами. Кроме того, стальная труба большого диаметра сама по себе является нагревательным прибором благодаря значительной теплопроводности металла.

Котел, радиаторы, трубопровод

Используется специальный котел (как газовый, так и твердотопливный) с низким гидравлическим сопротивлением для самотечных систем.

Используются охладители с низким гидравлическим сопротивлением и большим диаметром внутреннего отверстия — обычно чугунные или алюминиевые.

В самой высокой точке трубопровода устанавливается стравливающий клапан (система под давлением с закрытым расширительным баком (гидроаккумулятором)). На выходе из котла установлены манометр и аварийный клапан. В качестве альтернативы в самой высокой точке располагается открытый расширительный бак.

Сливной кран устанавливается вокруг котла в самой низкой точке трубопровода, выход — в канализацию или в резервуар.

Котел выбирается как обычно — в соответствии с теплопотерями здания, а радиаторы — в соответствии с теплопотерями каждого помещения, в котором они установлены.

Более распространенным является следующее правило: радиаторы в общей сложности немного мощнее котла (учитывая, что номинальная температура теплоносителя обычно выше фактической, т.е. радиаторы приобретаются на 20-35% мощнее), после чего общая мощность радиаторов распределяется между комнатами.

Схемы самотечного отопления на одно крыло

Типичная схема самотечного водяного отопления. Есть только одно крыло. Горячая труба находится вверху, откуда стояки спускаются к каждому радиатору или паре радиаторов. На схеме вместо гидроаккумулятора показан расширительный бак.

На практике такие схемы часто реализуются таким образом, чтобы расширительный бак, верхняя труба находились на чердаке, а обратка часто опускается под пол подвала. В этом случае трубы меньше загромождают жилое пространство и не портят интерьер. Но тогда все трубы в холодных зонах должны быть хорошо изолированы — слоем минеральной ваты не менее 15 см. Пенопласт не подходит, так как его едят грызуны, и его нельзя нагревать до 70 градусов Цельсия.

Прокладка труб по чердаку

Вариантом этого метода является прокладка труб на чердаке вверх, так как проложить их внизу не всегда возможно — мешают дверные проемы, подвал и т.д.

В небольшом доме

Можно разместить радиаторы непосредственно рядом с котлом. Это возможно только в климатических зонах с постоянными положительными температурами и если окна достаточно изолированы (двойное остекление) и нет особой необходимости создавать тепловые завесы, размещая под окнами обогреватели. Эта схема используется, когда нет возможности опустить уровень котла — воздуховоды опускаются максимально.

Для двух этажей

Еще один пример из жизни самотечной трубопроводной системы. На этот раз отапливается весь этаж и чердак.

Поскольку чердачное крыло имеет низкую мощность, оно подключается с помощью меньшей трубы диаметром 25 мм. Здесь стояки используются для каждой пары радиаторов в комнатах первого этажа, а горячая труба прокладывается по чердачному перекрытию и образует нагревательный элемент для чердака.

Для циркуляции требуется достаточная высота, поэтому теплообменник котла размещается как минимум на полметра ниже осевой линии радиатора на первом этаже.

Правила монтажа контура без насоса

Теперь давайте поговорим о том, как циркулировать воду без насоса. Каждый тип гравитационной циркуляции имеет общий недостаток, который заключается в отсутствии давления в сети. Поэтому эффективность системы снижается из-за увеличения количества колен труб, неправильных уклонов и других ошибок при монтаже.

Чтобы правильно организовать схемы без помпы, необходимо соблюдать следующие требования:

Соблюдайте минимально необходимый уклон обратного трубопровода в сторону отопительного прибора.
Выберите правильные диаметры и типы труб для распределительной системы.
Соблюдайте тип используемого теплоносителя и условия его подачи.

Чтобы добиться уклона обратной трубы в сторону котла, установите отопительное оборудование в подвале или цокольном этаже или сделайте низкий пол в котельной на первом этаже.

Подбор трубопроводов и их уклона

Для безнапорного нагрева горячей воды в отдельно стоящем доме трубы должны иметь соответствующие размеры и рассчитанный уклон.

В гравитационной сети могут использоваться следующие типы труб:

Стальные трубопроводы недороги, достаточно прочны, чтобы выдерживать высокое давление. Основным недостатком является низкая коррозионная стойкость, особенно в засоренных сетях.
Металлопластиковые конструкции, благодаря своей гладкой внутренней поверхности, не так быстро засоряются. Они легкие, не подвержены коррозии и имеют низкое линейное расширение.
Полипропиленовые трубы характеризуются высокой герметичностью и долговечностью. Они просты в установке, служат долго и морозоустойчивы. Для сборки требуется специальное паяльное оборудование.
Медные трубы очень дороги, поэтому их редко используют. Это самые прочные и красивые трубы с хорошей теплоотдачей.

Важно: Минимальный уклон обратного трубопровода при естественном потоке составляет 0,5% на погонный метр. Если уклон неправильный, сеть быстро засорится, и дальние радиаторы будут плохо нагреваться.

Диаметр трубы выбирается на основании теплотехнических расчетов. Если диаметр трубы превышен, затраты на отопление увеличиваются, а тепловая эффективность снижается. Диаметр стальной трубы должен быть не менее 50 мм.

Выбор теплоносителя

Естественная циркуляция в системе отопления частного дома может быть организована с использованием жидкого теплоносителя — воды или антифриза. Вода используется чаще, поскольку более низкая теплоотдача и более высокая плотность антифриза увеличивают расходы на топливо и время, необходимое для обогрева дома.

Антифриз следует использовать, если вы не хотите покидать дом в холодное время года на некоторое время или посещаете его лишь периодически и не хотите постоянно сливать воду из системы. В пользу антифриза говорит его лучшая текучесть — он облегчает циркуляцию охлаждающей жидкости — и устойчивость к замерзанию.

Выбор нижнего или верхнего подключения подачи

Гравитационное отопление может быть организовано как с нижним, так и с верхним подключением теплоносителя к радиаторам.

Особенности каждого соединения следующие:

При нижней подаче трубы прокладываются на уровне пола, чтобы они не портили интерьер помещения. Однако однотрубные системы с нижней подачей имеют низкую тепловую эффективность, поэтому такое подключение используется при высоком давлении в сети.
Верхнее подключение будет лучше всего работать в частном доме с естественной циркуляцией. Трубы прокладываются под потолком. Поскольку жидкость подается к радиаторам сверху, ее легко стравить через краны Meusey. Однотрубная система с верхним подводом воды более эффективна, чем система с нижним подводом воды.

Принципы и выводы

Можно разработать любое количество схем гравитационного отопления, в зависимости от конкретной планировки дома, но всегда соблюдаются следующие правила — максимально возможный столб воды с перепадами температур, максимальные диаметры труб и специальные котлы и радиаторы, кольцо труб — «подача-радиатор-обратка» делаются как можно короче, для чего труба делится на несколько рукавов, которые подключаются к котлу параллельно.

Также важно: — Если гравитационное отопление в доме было создано самостоятельно, или хозяева активно участвовали в его создании, и все выявленные в процессе эксплуатации недостатки можно устранить своими руками, или система может быть доработана без больших затрат при выявлении ее недостатков.