Преимущества системы отопления дома с естественной циркуляцией воды

Содержание:

Циркуляция теплоносителя в комбинированной (разветвлённой) системе отопления
Отопительные котлы
Какое отопление лучше, естественное или принудительное?
Принцип работы
Монтаж открытой системы отопления: фото
Двухтрубная система отопления. Принцип действия.
- Однотрубная система отопления. Принцип действия.
Состав и принцип работы системы
Выбор циркуляционного насоса
Рекомендации по монтажу своими руками

Циркуляция теплоносителя в комбинированной (разветвлённой) системе отопления

Начнём разбор циркуляции теплоносителя со сложной системы – тогда с простыми схемами вы разберётесь без проблем.

Вот схема такой системы отопления:

В ней три контура:

1) котёл – радиаторы — котёл;

2) котёл – коллектор — водяной тёплый пол — котёл;

3) котёл – бойлер косвенного нагрева — котёл.

Во-первых, обязательно наличие циркуляционных насосов (Н) для каждого контура. Но этого мало.

Чтобы система работала, как мы того хотим: бойлер отдельно, радиаторы – отдельно, нужны обратные клапаны (К):

Без обратных клапанов, допустим, мы включили бойлер, однако и радиаторы «ни с того, ни с сего» начали греться (а на дворе лето, нам всего-то нужна была горячая вода в водопроводе). Причина? Теплоноситель пошёл не только в контур бойлера, который нам сейчас нужен, а и в контуры радиаторов. А всё потому, что мы сэкономили на обратных клапанах, которые не пропустили бы теплоноситель, куда не надо, а позволили бы каждому контуру работать, независимо от других.

Даже если у нас система без бойлеров и не комбинированная (радиаторы + водяной теплый пол), а «только» разветвлённая с несколькими насосами, то и тогда на каждую ветку ставим обратные клапаны, цена которых однозначно меньше, чем переделка системы.

Отопительные котлы

Схема принудительного отопления для частного дома не может обойтись без отопительного оборудования, в качестве которого может выступать котел одного из следующих видов:

Газовые. Наиболее распространенный вариант. Для установки газовых котлов нужна подведенная магистраль, а процесс установки обходится достаточно дорого. Впрочем, на этом недостатки заканчиваются – работающие на газе котлы обходятся дешевле всех остальных в эксплуатации, и внимания они к себе не требуют.
Электрические. Менее распространенный и сравнительно недорогой вид котлов. Самым большим недостатком подобных устройств является стоимость электроэнергии и ее расход – в конечном итоге затраты на отопление оказываются чрезмерно велики.
Жидкотопливные. Довольно экономичный вид котлов, но назвать его лидером по данному параметру нельзя. В качестве топлива обычно используется солярка, что, с одной стороны, обходится сравнительно недорого, но с другой стороны – ее придется периодически доливать, поэтому оставить котел без внимания будет невозможно.
Твердотопливные. Такие котлы обходятся недорого, да и стоимость твердого топлива (угля, дров и пеллет) сравнительно невелика. Разумеется, для поддержания рабочей температуры придется постоянно закладывать новую порцию топлива – то есть в эксплуатации твердотопливные котлы довольно неудобны.

Чтобы схема отопления частного дома с принудительной циркуляцией была достаточно эффективной, нужно еще на этапе ее проектирования рассчитать необходимую мощность котла. Лучше всего будет обратиться к специалистам, но при большом желании можно выполнить эту работу и самостоятельно – например, воспользовавшись онлайн-калькулятором. Существует и методика, позволяющая рассчитать приблизительное значение мощности, согласно которой, на отопление каждых 10 кв.м. помещения требуется 1 кВт тепловой энергии.

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Если дом не отличается величиной площадей, насчитывает всего 1 этаж и количество радиаторов не превышает 3-5 шт., самотечная система отопления будет оптимальным решением задачи.

Во всех прочих случаях следует продумать установку циркуляционного насоса, и вот по каким причинам:

При наличии насоса жидкость быстрее прогревается, достигает положенной температуры в + 50 С, расширяется и начинает циркулировать по системе. То есть прогрев помещений будет более быстрым.
При самотечном движении воды теплоноситель в крайнем радиаторе будет остывшим, поэтому число модулей в батарее нужно увеличить, а это дополнительные расходы.
Если стоит насос, риск завоздушивания батарей минимальный, даже при формировании открытой системы отопления.

При подключении насоса есть возможность управлять температурой прогрева, интенсивностью подачи теплоносителя в трубы, самотечная система такого не подразумевает.

Принцип работы

Схематично отопительный контур ОС можно представить в виде длинного вертикального кольца. Одна сторона кольца – с горячей водой (стояк подачи от котла к РБ), другая сторона – с холодной (стояк с обраткой от радиаторов). Плотность горячего теплоносителя меньше, чем холодного – от нагревания вода расширяется.

Следовательно, вес воды и давление водяного столба в холодной части контура будет выше, чем вес воды и давление столба в горячей ветке.

По закону сообщающихся сосудов жидкость будет стремиться к уравновешиванию давлений – к переходу из холодной ветки в горячую.

Так как контур — это такое замкнутое кольцо, происходит циркуляция или самотёк теплоносителя.

Стояк подачи максимально утепляется по всей высоте.
Котёл находится как можно ниже последнего радиатора.
В контуре имеется ёмкость для выхода избыточного объёма нагретого теплоносителя – расширительный бак (для обеспечения пониженной плотности и низкого давления водяного столба в нагретой ветке).

С естественной циркуляцией

Теплоноситель при естественной циркуляции движется под действием циркуляционного напора Pн (в мм. водного столба):

Pн=H x (pхол — pгор).

Н – перепад высот между котлом и последним радиатором, м;
pхол — плотность воды в холодном стояке обратки, кг/м³;
pгор — плотность воды в горячем стояке подачи, кг/м³.

Во время циркуляции по контуру теплоноситель тратит часть давления на преодоление гидравлического сопротивления труб, радиаторов, запорной арматуры. Поэтому при проектировании ОС выбирают материалы с низким гидравлическим сопротивлением, чтобы они в сумме не превышали расчётный напор Pн(не запирали систему).

Важно! В теплоносителе ОС присутствует воздух, который подмешивается в расширительном бачке. Для удаления воздуха трубы делают с наклоном не менее 3–5 мм на п

м. трубы.

С циркуляцией от насоса

Для увеличения естественного напора в контур ОС включают циркуляционный насос.

Существует два места врезки насоса в существующую ОС:

На трубе обратки перед котлом. Расширительный бачок при этом переподключают к трубе обратки перед насосом (в зоне всасывания).
На верхней подающей трубе сразу после точки подключения расширительного бачка.

Справка! Место врезки насоса оборудуют байпасом с лепестковым обратным клапаном.

Однотрубная

Однотрубная система с естественной циркуляцией делается только с верхней раздачей теплоносителя.

Все радиаторы в стояке однотрубной ОС соединяются последовательно – выход одной батареи подключается ко входу другой.

Малое количество труб.
Простота монтажа.

Несбалансированность системы – верхние батареи горячие, нижние – холодные. Для выравнивания температурного режима нижние радиаторы устанавливают с большим количеством секций.
Невозможность проведения терморегуляции из-за высокого сопротивления регулирующих кранов.

Двухтрубная

Двухтрубная система характеризуется тем, что к каждому радиатору подходят две трубы: одна доставляет горячий теплоноситель от стояка подачи, другая отводит охлаждённую воду в стояк обратки.

Сбалансированность всех батарей по температуре.
Радиатор можно заменить без отключения котла.

Увеличенный расход труб.
Трудоёмкость монтажа.

С верхней подачей

Горячая вода подаётся от котла вверх по вертикальному стояку на чердак или под крышу, откуда разводится по лежакам к вертикальным радиаторным веткам (как однотрубным, так и двухтрубным). Пройдя радиаторы, охлаждённый теплоноситель собирается в обратку и поступает в котёл.

Монтаж открытой системы отопления: фото

Перед монтажом необходимо выполнить расчёт радиаторов, гидравлический расчёт циркуляционного напора, разработать монтажную схему, составить перечень материалов и комплектующих.

Фото 1. Отопительный газовый котел стального цвета напольного типа, установленный в помещении со всем оборудованием.

ОС состоит из следующих элементов:

Отопительный котёл – газовый или твердотопливный.
Трубы.
Расширительный бак.
Радиаторы.
Арматура (краны, обвязка котла, клапаны).
Циркуляционный насос (опционально).

Фото 2. Циркуляционный насос, врезанный в трубы, повышает эффективность работы всей отопительной системы.

Уклон труб горизонтальных лежаков подачи и обратки — не менее 3–5 ммна погонный метр.
Используют трубы диаметром не менее 30 мм.
Объем расширительного бака 15% от общего объёма теплоносителя.

Фото 3. Расширительный бачок, выполненный из металла, монтированный под потолком чердачного помещения частного дома.

Схема

На схеме, выполненной в удобном масштабе на листе миллиметровой бумаги, должны быть указаны:

Габариты помещений, где проходят трубы ОС.
Схема расположения труб.
Места размещения радиаторов, котла (с обеспечением необходимого перепада высоты между котлом и радиаторами), расширительного бачка, трубной арматуры.
Размеры заготовок труб.
Элементы крепежа труб к элементам здания.

Подготовить комплект необходимого инструмента (в зависимости от выбранного материала труб).
Выполнить монтаж котла и котельного оборудования согласно руководству по эксплуатации котла.
Изготовить расширительный бак, установить его на чердаке.
Выполнить монтаж вертикального стояка.
Установить радиаторы в комнатах.
Произвести окончательный монтаж труб, соединяющих все элементы системы.
Выполнить теплоизоляцию расширительного бака.
Заполнить систему.
Проверить систему на герметичность.
Произвести пробный запуск.

Расширительный бачок для ОС

В качестве расширительного бака (РБ) может служить любая открытая самодельная металлическая ёмкость или фляга с требуемым объёмом не менее 15% от общего объёма теплоносителя в системе.

РБ выполняет следующие функции:

Служит буферной ёмкостью для размещения излишков теплоносителя, которые возникают из-за расширения жидкости при нагреве в котле.
Обеспечивает атмосферное давление в системе.
Является элементом, через который систему покидают пузырьки воздуха. Всплытие пузырьков воздуха обеспечивается уклоном труб.

Рекомендации по монтажу:

Монтаж вертикального стояка от котла следует выполнять из стальной трубы диаметром 40–50 мм.
Размер остальных труб – чем больше, тем лучше (меньше гидравлическое сопротивление).
Лучше всего использовать чугунные радиаторы.
Стараться минимизировать количество поворотов труб и запорно-регулирующей арматуры.
Применять только полнопроходные шаровые краны.

Особенности установки в частном доме

Небольшая площадь (не более 150 м²).
Наличие чердака.
Возможность низкой установки котла по отношению к последнему радиатору.

Что делать, если в баке быстро закипает вода?

Если обнаружено, что вода закипает быстро, нужно как можно быстрее выполнить весь комплекс действий по аварийной остановке котла (перечисленных в инструкции по эксплуатации), чтобы избежать разрушения оборудования.

Затем надо разобраться с причинами.

Если вода закипела при первом запуске котла, то необходимо проверить гидравлический расчёт и правильность выбора и монтажа всех элементов.

Если вода закипает спустя какое-то время после нормальной работы, то нужно проверить следующие параметры:

уровень теплоносителя в системе (необходимость подпитки);
работоспособность котла;
нормальную работу обратного клапана (при наличии насоса с байпасом);
нормальную работу расширительного бака.

Двухтрубная система отопления. Принцип действия.

Данный вариант состоит из следующих элементов:

Котёл.
Подающий трубопровод.
Обратный трубопровод.
Отопительные приборы.
Расширительный резервуар (бачок).

Теплоноситель, в качестве которого выступает вода, нагревается в теплогенераторе, после чего подаётся к отопительным приборам через прямой трубопровод. Возвращение обогревающей жидкости к источнику энергии осуществляется посредством обратной трубы.

Стоит отметить, что расчёт гравитационной системы отопления предполагает, в данном случае, выполнение небольшого уклона горизонтальных труб. Это создаёт оптимальные условия для выдавливания горячей воды вверх по стояку, где осуществляется её распределение по отопительным приборам.

Отдав своё тепло, охлаждённая вода направляется назад к котлу. Имея большую массу, она буквально выталкивает подогретую жидкость, благодаря чему приобретает возможность нагреться. Сей цикл повторяется снова и снова, однако необходимо периодически проверять уровень воды в бачке, поскольку она имеет свойство испаряться.

Таким образом, особенностью закрытой гравитационной системы отопления является то, что перемещение теплоносителя внутри системы осуществляется за счёт перепада температур, который обусловливает изменение плотности воды.

Уклон труб позволяет также избавиться от воздуха, который может попадать в систему. Указанное вещество обладает меньшим весом, нежели теплоноситель, что способствует беспрепятственному проникновению оного в расширительный бак, удаляясь, таким образом, из отопительного оборудования.

Важно заметить, что двухтрубная система может иметь два варианта разводки:

Наиболее оптимальным является первый вариант, поскольку второй связан с большими затратами на обеспечение следующих моментов:

Отвод воздуха, который скапливается в трубах.
Увеличение давления теплоносителя, которое способствует движению воды внутри системы.

Однотрубная система отопления. Принцип действия.

Однотрубная система может быть выполнена исключительно с верхней разводкой. В ней присутствует только подающий трубопровод, наличие обратной трубы не предусмотрено конструкцией.

Монтаж такой системы возможен по двум схемам:

Проточная.
Имеющая замыкающие участки.

В первом случае подающий стояк отсутствует. Отопительные радиаторы, смонтированные друг над другом, имеют последовательное соединение, что обусловливает прохождение теплоносителя через указанные приборы по нисходящей. В связи с данной особенностью системы, нижние радиаторы наполняются уже охлаждённой жидкостью. Это провоцирует отличный отопительный эффект на верхних этажах здания и достаточно невысокую температуру воздуха на нижних.

Система, имеющая замыкающие участки, оснащена байпасами. Благодаря этому, часть горячей воды поступает непосредственно в нижние радиаторы, способствуя более равномерному распределению температур.

Следует заключить, что гравитационная система с двухтрубной развязкой более надёжна и удобна для эксплуатации в жилых помещениях. Но нельзя исключать применение однотрубной развязки, поскольку она обеспечивает увеличение скорости перемещения теплоносителя, что качественно отражается на теплоотдаче и равномерности распределения тепла.

Состав и принцип работы системы

Все системы отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя рассчитаны на небольшие протяженности трубопроводов — не больше 25-35 м в одну сторону.

Состав системы отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя включает следующие элементы:

котел, как правило, твердотопливный;
трубопроводы: в зависимости от типа системы отопления может быть один или два трубопровода — подающий и обратный;
отопительные радиаторы;
расширительный бачок.

На первом рисунке видна взаимосвязь всех перечисленных выше компонентов.

Изображение 2. Схема возникновения циркуляционного напора.

В котле сгорает топливо (дрова, брикет и так далее). По подающему трубопроводу нагретый теплоноситель доставляется до радиаторов. Здесь теплоноситель отдает часть своего тепла в окружающую среду. Посредством обратного трубопровода остывший теплоноситель отопительной системы попадает обратно в котел. Расширительный бачок нужен для непрерывной подачи теплоносителя в систему отопления.

Такой цикл повторяется постоянно. Теплоноситель двигается за счет создаваемого давления. Его создает расширительный бачок. Давление воды создается за счет атмосферного давления, так как расширительный бачок находится выше всех остальных элементов системы отопления частного дома. Именно по этой причине такие системы называются системами с естественной циркуляцией.

Системы отопления двухэтажного коттеджа работают по такому же принципу, только в них существуют еще и вертикальные трубопроводы, которые называются стояками.

Вода течет по ним за счет давления, в образовании которого принимают участие сразу три фактора:

давление за счет расширительного бачка;
давление за счет расширения теплоносителя вследствие его нагревания;
давление за счет действия холодного, более тяжелого теплоносителя.

Вода, сильно нагреваясь от котла, поднимается по стояку, а потом вытесняется более тяжелой холодной водой. Дальше вода растекается по горизонтальному трубопроводу. Эти движения происходят только за счет указанных выше составляющих общего давления, то есть самотеком. Таким же образом вода поступает обратно.

Стоит заметить, что все радиаторы и трубопроводы должны быть расположены под небольшим углом, чтобы создать дополнительное давление в трубах.

Схема разводящего трубопровода горячей и холодной воды.

Кроме того, наклон трубопроводов способствует удалению воздушных подушек через расширительный бачок. Это происходит по той причине, что воздух легче воды, поэтому стремится попасть в самую верхнюю точку — расширительный бак.

Расширительный бак имеет и другое предназначение — забирать нагретую воду, объем которой при нагревании увеличивается, при остывании вода возвращается обратно.

Если говорить кратко, то принцип действия движения воды такой: вода поднимается по стояку вследствие нагревания, а также под воздействием давления. Циркуляция теплоносителя обуславливается разностью между двумя плотностями — нагретой и остывшей воды.

Несмотря на наличие давления, хоть и небольшого, движение воды не имеет большой скорости. Это связано с тем, что атмосферное давление в системе отопления частного дома расходуется на преодоление сопротивления, которое возникает в результате трения воды о внутренние стенки труб. Особенно большое сопротивление теплоноситель испытывает в местах поворота трубы, в местах прохода через водопроводную арматуру и так далее.

В общем смысле скорость движения теплоносителя, то есть ее напор, зависит от многих факторов:

от разности двух высот — высоты центра котла и высоты центра отопительного радиатора. Чем больше эта разность, тем быстрее движется вода в системе отопления двухэтажного частного дома с естественной циркуляцией;
от разности плотностей холодной и горячей воды — чем выше температура, тем меньше ее плотность, а соответственно, и разность больше.

Выбор циркуляционного насоса

Циркуляционный насос

Чтобы правильно выбрать насос, необходимо принять во внимание всего лишь два его качества. Он должен быть:

Энергосберегающим.
Простым и надежным в эксплуатации.

Такие показатели, как мощность и напор, определяются размерами самого дома. К примеру:

Площадь дома 250 квадратных метра — выбирайте насос мощностью 3,5 кубических метров в час и напором 0,4 атмосферы.
Площадь 250-350 куб м — мощность 4,5 куб м/ч, напор — 0,6 атм.
Площадь 350-800 куб м — мощность 11 куб м/ч, напор — 0,8 атм.

Конечно, точно сказать, какой насос лучше всего использовать для конкретного дома, сложно. Здесь придется делать расчет, который может выполнить только специалист. Ведь для этого необходимо учесть множество факторов.
Сюда обязательно входят:

Диаметр труб и материал, из которых они изготовлены.
Длина всей системы.
Количество радиаторов, запорной арматуры и других приборов, а также их вид.
Вид топлива, на котором будет работать котел.

Циркуляционный насос с мокрым ротором для любых систем водяного отопления

Как видите, учесть все факторы и сделать расчет самостоятельно очень сложно, это под силу только специалисту.

И последнее. Часто на форумах можно услышать сетования частных застройщиков, что нет циркуляции в системе отопления. Что делать?

Причина может быть только одна — это воздушные пробки внутри. Чтобы их удалить, необходимо на каждый радиатор установить краны Маевского. Это эффективное средство в борьбе с воздухом, который остается внутри системы после ее заполнения водой. Так что надо разориться и купить эти устройства.

Кстати, в настоящее время такие краны производят с автоматическим выпуском воздуха. Отличный вариант, при котором нет необходимости контролировать образование воздушных пробок.

В водяных отопительных системах нередко появление проблемы, приводящей к ухудшению циркуляции воды внутри контура. Проблема имеет конкретное название – завоздушивание в системе отопления. Бесперебойная работа водяного отопления построена на принципах циркуляции горячей воды (теплоносителя) внутри контура и теплоотдачи через радиаторы, которые обогревают помещения. Воздух в системе приводит к появлению воздушных пробок и, как следствие, к неэффективному функционированию всей системы из-за снижения теплоотдачи.

Чтобы приступить к решению проблемы, надо установить причины появления воздуха: естественные или искусственные. К естественной причине относится завоздушивание системы вследствие свойства нагретой воды выделять воздух. Чем выше температура теплоносителя, тем больше выделяется воздушных пузырьков. По физическим законам скопление пузырьков происходит в верхней части контура, та как воздух легче воды.

Остальные причины считаются искусственными. Полный перечень привести сложно, но основными причинами принято считать следующие:

недостаточность давления в системе;
ошибки монтажа отопительного контура (например, неправильный уклон труб);
ошибки при запуске системы в работу (например, слишком быстрое заполнение контура водой);
высокая концентрация воздуха в используемой воде;
некорректная работа запорной аппаратуры (возможно, неплотные соединения отдельных элементов);
засор трубопроводов;
последствия ремонтно-профилактических работ;
коррозия на металлических поверхностях элементов контура;
некорректная работа воздухоотводчиков или их отсутствие.