Гравитационная система отопления: плюсы и минусы

На каком принципе работает гравитационная система отопления

Гравитационное отопление еще называют системой естественной циркуляции. Ее стали применять для обогрева домов с середины прошлого века. Сначала простое население не доверяло такому способу, но видя его безопасность и практичность, постепенно стали заменять кирпичные печи водяным отоплением.

Затем с появлением твердотопливных котлов необходимость в громоздких печах отпала вовсе. Гравитационная система отопления работает на простом принципе. Вода, находящаяся в котле, нагревается, и ее удельный вес становится меньше холодной. В результате этого она поднимается по вертикальному стояку до верхней точки системы. После этого остывающая вода начинает свое движение вниз, и чем сильнее она остывает, тем больше скорость ее движения. Создается поток в трубе, направленный к самой нижней точке. Этой точкой является обратная труба, вмонтированная в котел.

По мере движения от верха к низу вода проходит через радиаторы отопления, оставляя часть своего тепла в помещении. В процессе движения теплоносителя не участвует циркуляционный насос, делая эту систему независимой. Поэтому она не боится отключения электричества.

Расчет гравитационной системы отопления делается с учетом теплопотерь дома. Подсчитывается необходимая мощность отопительных приборов, и на этом основании выбирается котел. Он должен иметь запас по мощности в полтора раза.

Принцип работы гравитационной системы отопления частного дома

Гравитационная система отопления частного дома основана на двух физических принципах. Первый заключается в том, что вещества при разных температурах имеют разную плотность. Второй заключается в том, что давление в системе создается из-за разницы уровней нахождения жидкости, и чем больше разница между верхней и нижней точки, тем выше давление в системе.

Первый принцип гравитационной системы отопления выражается в том, что при нагревании жидкого теплоносителя, и это не обязательно должна быть вода, он меняет свою плотность. Вода в обычном состоянии при температуре 20 градусов имеет плотность большую, чем нагретая до 45 градусов, при нагреве до 80 градусов разница будет такова, что потребуется дополнительный объем для воды. В таком случае теплоноситель одной и той же массы будет занимать разный объем, из-за чего он начинает расширяться и вытесняться за пределы теплообменника. В замкнутом пространстве после начала движения нагретого теплоносителя его место занимает охлажденный теплоноситель. Так под действием нагрева возникает поток, и гравитационная система отопления начинает работать.

Второй принцип работы этой схемы начинает работать с того момента, как только теплоноситель начинает движение. По мере нагрева, у воды или антифриза скорость движения увеличивается, поскольку температура растет быстро и расширение объема заставляет вытеснять жидкость за пределы водяной рубашки котла с большей скоростью. Покидая объем котла, жидкость вырывается по вертикальной трубе к расширительному баку. Достигнув уровня ответвления, жидкость заполняет объем трубы и по петле напора устремляется к трубопроводам ведущим к радиаторам отопления, создавая необходимое давление. Учитывая разницу высот между точкой попадания жидкости в петлю напора и нижней точкой слива создавшееся давление дополнительно воздействует на холодный теплоноситель.

Постепенно прогреваясь, система уменьшает разницу температур между холодным и горячим теплоносителем, и таким образом, скорость движения жидкости в системе увеличивается до максимальной и даже может достигнуть 1 метра в секунду.

Описание схемы

Для того чтобы работало подобное отопление, должны быть правильно подобраны соотношения труб, их диаметров и углов наклона. Кроме того, некоторые виды радиаторов в этой системе не используются.

Рассмотрим, из каких элементов состоит вся конструкция:

1. Твердотопливный котел. Заход воды в него должен находиться в самой низкой точке системы. Теоретически котел может быть также электрический или газовый, но на практике для подобных систем они не применяются.
2. Вертикальный стояк. Низ его соединен с подачей котла, а верх разветвляется. Одна часть соединяется с подающим трубопроводом, а вторая соединена с расширительным баком.
3. Расширительный бачок. В него переливаются излишки воды, которые образуются при расширении от нагрева.
4. Подающий трубопровод. Для того чтобы гравитационная система водяного отопления работала эффективно, трубопровод должен иметь нижний уклон. Величина его составляет 1-3 %. То есть на 1 метр трубы перепад должен составлять 1-3 сантиметра. Кроме этого, трубопровод по мере удаления от котла должен уменьшать диаметр. Для этого применяют трубы разного сечения.
5. Отопительные приборы. В качестве них устанавливают либо трубы большого диаметра, либо чугунные радиаторы М 140. Современные биметаллические и алюминиевые радиаторы ставить не рекомендуют. Они имеют малое проходное сечение. А поскольку давление в гравитационной системе отопления малое, то продавить теплоноситель через такие отопительные приборы сложнее. Скорость потока будет снижаться.
6. Обратный трубопровод. Так же, как и подающая труба, он имеет уклон, который позволяет воде свободно стекать в сторону котла.
7. Краны для слива и забора воды. Сливной кран устанавливается в самой низкой точке, непосредственно рядом с котлом. Кран для забора воды делается где удобно. Чаще всего это место, близкое к трубопроводу, который соединяется с системой.

Особенности и принципы работы системы

Другими словами, систему называют самотечной или с естественной циркуляцией. При нагреве, вода имеет свойство «расширятся», в этом и кроется весь принцип, по которому происходит циркуляция воды по трубам с помощью создания разного давления по замкнутому контуру. Простым языком, вода нагретая котлом, поступает к батареям, отдает своё тепло и возвращается, вытесняя вновь нагретую часть воды. Это происходит потому, что масса остывшей воды больше, а плотность выше. Такое явление, называется — конвекцией. Процесс в гравитационной системе отопление будет повторяться бесконечное количество раз, пока работает котёл. Придавать воде движения, котлу помогает разгонный коллектор. Он устанавливается вертикально над котлом, как можно выше, иногда на чердак дома, а сам котёл максимально низко по отношению к отопительным батареям. Скорость, которую он будет предавать воде, выталкивая её, напрямую зависит от высоты этого вертикального столба над котлом.

Вся система состоит из таких элементов:

1. Котел;
2. Расширительный бак;
3. Трубы для циркуляции воды;
4. Радиаторы (батареи);
5. Гравитационный клапан (если потребуется).

На скорость циркулирующей воды в гравитационной системе отопления влияет ещё один фактор — гидравлическое сопротивление. Он зависит от следующих параметров:

• от изгибов по контуру циркуляции воды и от их количества. Это напрямую влияет на сопротивление, которое будет встречаться на пути у воды;
• от диаметра трубы;
• от количества задвижек, кранов, клапанов и т.д.

Обратите внимание!

Для того, чтобы краны не мешали напору воды свободно двигаться по трубам, они должны быть в открытом состоянии и иметь просвет, который будет максимально близок к диаметру трубы.

Когда вода, постоянно будет находиться в процессе нагревания, определённая её часть будет исчезать под видом испарений. Для этого, в верхней части конструкции установлен расширительный бак. Его функции таковы:

1. Вывод образовавшегося пара из системы;
2. Компенсация потерянного объема воды;

Такая схема с использованием расширительного бака, называется — открытой. Она имеет свой недостаток — вода испаряется достаточно быстро. Во избежание подобных ситуаций, используют схему закрытого типа, для больших систем гравитационного отопления. Она отличается от открытой тем, что:

• в ней нет расширительного бака открытого типа. Вместо него, в том же месте, устанавливается воздухоотводчик, он срабатывает автоматически;
• схема защищает систему от ржавления труб и установленных на них элементов, за счет вывода кислорода из состава воды;
• чтобы компенсировать давление остывшей воды, устанавливается расширительный бак с мембраной закрытого типа. Она эластична и играет компенсирующую роль в изменении гравитационного давления в замкнутом контуре.

Недостатки

Сторонники закрытых систем приводят массу недостатков гравитационного отопления. Многие из них выглядят надуманными, но все же их перечислим:

1. Некрасивый внешний вид. Подающие трубы большого диаметра проходят под потолком, нарушая эстетику помещения.
2. Сложность в монтаже. Здесь речь идет о том, что подающая и отводящая трубы ступенчато изменяют свой диаметр в зависимости от количества отопительных приборов. Кроме того, гравитационная система отопления частного дома выполняется из стальных труб, а они сложнее в установке.
3. Низкая эффективность. Считается, что закрытое отопление более экономичное, однако встречаются грамотно спроектированные системы естественной циркуляции, работающие не хуже.
4. Ограниченная площадь отопления. Гравитационная система хорошо работает на площадях до 200 кв. метров.
5. Ограниченная этажность. Подобное отопление не устанавливают в домах выше двух этажей.

Кроме перечисленного, гравитационное теплоснабжение максимум имеет 2 контура, тогда как в современных домах часто делают несколько контуров.

О расчете параметров системы отопления с естественной циркуляцией для одноэтажного дома

Ввиду отсутствия в гравитационных системах отопления одноэтажного здания дополнительных механизмов, обеспечивающих стабильно высокое давление, любое из возможных нарушений при установке трубопровода может обернуться проблемами с подачей тепла. К таким нарушениям можно отнести:

• пренебрежение необходимостью в соблюдении углов наклона;
• неверный выбор труб;
• избыток поворотов при монтаже системы.

Уровень уклона при установке трубопровода для отопления частном доме регламентируется положениями СНиПов. В соответствии с ними, для каждого погонного метра необходим наклон, величиной в 1 см. Это обеспечивает нормальное продвижение теплоносителя по трубопроводу. При нарушении указанного норматива возможно завоздушивание системы и снижение общего уровня ее КПД.

О расчете давления и мощности отопления

Исходя из положений СНиП, каждый кВт тепловой мощности предназначен для обогрева площади в 10 кв.м дома. При расчете уровня мощности для регионов с жарким или холодным климатом, следует воспользоваться специальными коэффициентами. В первом случае он составит от 0,7 до 0,9, во втором – от 1,5 до 2.

Однако способ расчета, пренебрегающий высотой потолочных перекрытий, не всегда идеален. Поэтому существует еще один вариант – на основе объема помещения. В этом случае в основу расчетов ложатся показатели тепловой мощности (40 ватт) для каждого кубического метра. При этом наличие окон увеличивает полученное в итоге число на 100 ватт (для каждого окна), а двери – на 200 ватт (для каждой). При этом для одноэтажных частных домов применяется коэффициент 1,5.

Собственно, стандартный объем мощности, закладываемый в проекте частных одноэтажек, предполагает необходимость в мощности обогрева не менее чем в 50 ватт на 1 кв.м

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Диаметр труб в гравитационных системах рассчитывают исходя из:

• потребности здания в объеме тепловой энергии (+20%);
• определение требуемого типа материала изготовления трубы (например, диаметр трубы из стали должен составлять не менее 0,5 см);
• данных СНиП относительно отношения мощности и внутреннему диаметру трубы.

Стоит учитывать, что при выборе труб с неоправданно большим сечением могут увеличиться расходы на отопление при снижении теплоотдачи. Расчет диаметра труб для систем с самоциркуляцией предполагает выполнение еще одного простого правила, предполагающего сужение диаметра трубы на размер после каждого разветвления.

Отличия в работе твердотопливного котла

Сердцем любой отопительной системы является котел. Несмотря на то что можно устанавливать одинаковые модели, работа с разным типом отопления будет отличаться. Для нормальной работы котла температура водяной рубашки должна быть не ниже 55 °C. Если температура будет ниже, то в этом случае котел внутри будет покрываться дегтем и сажей, в результате чего КПД его будет снижаться. Его нужно будет постоянно очищать.

Чтобы этого не происходило, в закрытой системе на выходе из котла устанавливается трехходовой клапан, который гоняет теплоноситель по малому кругу, минуя отопительные приборы, до тех пор, пока не нагреется котел. Если температура начинает превышать 55 °C, то в этом случае клапан открывается, и начинается подмес воды в большой круг.

Трехходовой клапан для гравитационной системы отопления не требуется. Дело в том, что здесь циркуляция происходит не за счет насоса, а за счет нагрева воды, и пока она не нагреется до высокой температуры, движение не начинается. Топка котла в данном случае остается постоянно чистой. Трехходовой клапан не требуется, что удешевляет и упрощает систему и добавляет плюсов к ее достоинствам.

Для чего нужна напорная петля в гравитационной системе отопления

Чтобы было понятно, можно привести простой пример с мячом. Возьмём резиновый мячик, утопим его рукой в ванне с водой на небольшую глубину, отпустим его. Мячик вылетит из воды, всплывёт, замеряем расстояние на сколько он вылетит. Проделаем опыт повторно, только мячик утопим как можно глубже и так же отпустим, опять замеряем, на сколько он выпрыгнет. Во втором случае мяч выпрыгнет выше. То же самое происходит и теплоносителем, когда речь идёт о системе отопления с гравитационной или естественной циркуляцией. Горячая вода легче, чем холодная, а значит, будет идти вверх. Котёл нагревает воду, и чем выше она поднимется по стояку от котла, да если ещё он прямой и диаметр его не занижен в сравнении с выходом из котла, тем больше вода сможет разогнаться внутри стояка, а стало быть создаст давление.

Горячая вода устремиться вверх и будет за собой из обратки тянуть холодную воду в котёл, где она опять же нагреется. Таким образом, в системе отопления будет реализована естественная циркуляция.

Чем быстрее и лучше будет идти циркуляция, тем меньше в системе будет разница температур подачи и обратки. Скорость воды при хорошо работающей системе может достигать 1м/с. От опуска варится розлив будущей системы отопления.

Какие трубы можно использовать?

Для монтажа системы можно использовать не только стальные трубы. Можно и полипропиленовые, медные, нержавейку и др. Главное, при использовании полимерных труб смотреть на температуру, на которую допустимо использовать данную трубу. К розливу системы потом варятся стояки, которые и служат для подключения радиаторов.

Причём, розлив в гравитационной системе может быть по этажам и нижним, так всеми любимым. Но для этого должно выполняться условие: верх котла должен быть по горизонту ниже, чем низ радиаторов. То есть котёл должен стоять в подвале или, как уже говорилось, быть заглублён. Но ничто не мешает сделать смешанную разводку, первый этаж, с верхним розливом, а второй и более верхний с нижним. Причём, нижний розлив второго или иного верхнего этажа может быть как однотрубным, так и двухтрубным.

Безопасность отопления

Как упоминалось выше, давление в закрытой системе больше, чем в гравитационной. Поэтому в них применяется разный подход к обеспечению безопасности. В закрытом отоплении расширение теплоносителя компенсируется в расширительном баке с мембраной.

Он полностью герметичен и имеет регулировку. После превышения предельно допустимого давления в системе излишки теплоносителя, преодолевая сопротивление мембраны, уходят в бак.

Гравитационное отопление называется открытым по причине негерметичного расширительного бачка. Можно установить бак мембранного типа и сделать закрытую гравитационную систему отопления, но ее эффективность будет гораздо ниже, потому что повысится гидравлическое сопротивление.

Объем расширительного бака зависит от количества воды. Для расчета берется ее объем и умножается на коэффициент расширения, который зависит от температуры. К полученному результату добавляют 30 %.

Коэффициент выбирается согласно максимальной температуре, которую достигает вода.

Воздушные пробки и как с ними бороться

Для нормальной работы отопления необходимо, чтобы система была полностью заполнена теплоносителем. Присутствие воздуха категорически не допускается. Он может создать пробку, препятствующую прохождению воды. В этом случае температура водяной рубашки котла будет сильно отличаться от температуры отопительных приборов. Для удаления воздуха монтируются воздушные клапаны, краны Маевского. Они устанавливаются в верху отопительных приборов, а также на верхних участках системы.

Однако если гравитационное отопление имеет правильные уклоны подающих и отводящих труб, то никаких клапанов не требуется. Воздух в наклонном трубопроводе будет беспрепятственно подниматься к верхней точке системы, а там, как известно, находится открытый расширительный бак. Это также добавляет преимущество открытому отоплению, сокращая количество ненужных элементов.

Можно ли монтировать систему из полипропиленовых труб

Люди, делающие отопление самостоятельно, часто задумываются о том, можно ли сделать гравитационную систему отопления из полипропилена. Ведь пластиковые трубы монтировать легче. Здесь нет дорогих сварочных работ и стальных труб, а полипропилен может выдерживать высокие температуры. Можно ответить, что такое отопление будет работать. По крайней мере какое-то время. Затем эффективность начнет снижаться. В чем причина? Дело в уклонах подающей и отводящей труб, которые обеспечивают самотек воды.

Полипропилен имеет большее линейное расширение, нежели стальная труба. После многократных циклов нагревания горячей водой пластиковые трубы начнут провисать, нарушая необходимый уклон. В результате этого скорость потока если не прекратится, то значительно снизится, и придется задумываться об установке циркуляционного насоса.

Как это работает

Схема гравитационной системы отопления

Сразу стоит сказать, что благодаря особому устройству, система работает без принудительной циркуляции теплоносителя. Движение воды в трубах происходит за счет того, что при охлаждении плотность воды увеличивается, и она стекает к котлу по трубам, установленным под уклоном, выталкивая из него подогретую воду.

Хотя система отопления с естественной циркуляцией может работать без насоса, всё же его лучше поставить. При включенном насосе теплоноситель быстрее проходит по трубам, следовательно, помещение прогревается быстрее.

При выходе из котла вода поступает в разгонный коллектор, доходит по нему до верхней точки и по трубам, установленным под уклоном от котла, охлаждаясь, продолжает свой путь по кругу.

Сложности установки гравитационной системы в двухэтажном доме

Гравитационная система отопления двухэтажного дома также может работать эффективно. Но монтаж ее значительно сложнее, чем для одноэтажного. Это связано с тем, что не всегда делают крыши чердачного типа. Если второй этаж представляет собой мансарду, то встает вопрос: куда девать расширительный бак, ведь он должен находиться на самом верху?

Вторая проблема, с которой придется столкнуться — это то, что окна первого и второго этажей не всегда находятся на одной оси, следовательно, верхние батареи невозможно соединить с нижними, проложив трубы кратчайшим путем. Это значит, что придется делать дополнительные повороты и изгибы, которые увеличат гидравлическое сопротивление в системе.

Третья проблема — криволинейность крыши, из-за которой, возможно, будет сложно выдержать правильные уклоны.

Плюсы и минусы

Хотя естественная система отопления пользуется большой популярностью, она не лишена определенных недостатков.

В первую очередь – это ограниченная длина трубопровода.

Длинный трубопровод не способен распределить равномерно давление жидкости внутри всей системы, поэтому максимально допустимая длина по горизонтали составляет 30 метров. Превышать этот показатель не имеет смысла, так как чем больше расстояние между котлом и трубой, тем меньше в ней давление.

Также среди недостатков системы с ЕЦ выделяют высокую стоимость установки.

По подсчетам специалистов, расходы на монтаж гравитационной системы отопления составляют порядка 7% от стоимости строительства самого дома. Это связано с приобретением труб большого диаметра, которые необходимы для создания нужного давления для большого объема теплоносителя.

Еще одно отрицательное качество: медленное прогревание радиаторов отопления.

Но и преимуществ у такой системы тоже не мало.

Система с естественной циркуляцией является самым надежным видом автономного отопления в плане количественного саморегулирования.

Гравитационная система отопления двухэтажного дома

При изменении температуры рабочей жидкости изменяется и её расход.

Чем больше в системе теплоносителя, тем выше теплоотдача радиаторов. Этот показатель взаимодействует и с теплопотерями помещения, в котором они установлены. Чем больше теплопотери помещения, тем выше теплоотдача.

Это и называется саморегуляцией.

Другие плюсы гравитационной системы:

• простотой монтаж и эксплуатация;
• отсутствие циркуляционного насоса, а значит – полная энергонезависимость;
• продолжительный срок службы – около 40 лет;
• высокая надежность.

Советы по монтажу гравитационного отопления в двухэтажном доме

Большинство этих проблем можно решить на этапе проектирования дома. Также есть небольшой секрет того, как увеличить работоспособность отопления двухэтажного дома. Нужно отводящие трубы радиаторов, установленных на втором этаже, подключать напрямую к обратке первого этажа, а не делать обратку на втором.

Еще одна хитрость — это выполнить подающий и обратный трубопроводы из труб больших диаметров. Не менее 50 мм.

Нужен ли насос в самотечной системе отопления?

Иногда возникает вариант, когда отопление было неправильно смонтировано, и разница между температурой рубашки котла и обраткой очень велика. Горячий теплоноситель, не имея достаточного напора в трубах, остывает, не доходя до последних отопительных приборов. Все переделывать — трудоемкая работа. Как решить вопрос с минимальными затратами? Помочь может установка циркуляционного насоса в гравитационную систему отопления. Для этих целей изготавливается байпас, в который встраивается маломощный насос.

Большой мощности не требуется, поскольку при открытой системе дополнительный напор создается в стояке, выходящем из котла. Байпас нужен для того, чтобы оставить возможность работы без электричества. Он устанавливается на обратке перед котлом.

Самотечное отопление плюсы гравитационной системы отопления

Прежде чем рассматривать положительные качества самотечных систем отопления с естественной циркуляцией воды стоит отдельно рассмотреть все минусы системы. Для многих первый и главный недостаток гравитационной системы отопления является ее архаичность. Действительно, это одна из самых древних систем отопления использующих жидкий теплоноситель. Именно с этой системы были в дальнейшем выработаны одно и двухтрубные схемы разводки, именно эта система использовалась для массовой установки, когда промышленность освоила отопительные твердотопливные а немного позже и газовые котлы отопления. Но с другой стороны гравитационная система отопления является и одной из самых надежных – срок ее эксплуатации составляет в среднем 45-50 лет. То есть ровно столько, сколько времени необходимо, чтобы под действием теплоносителя металлические трубы потеряли свою герметичность.

Второй момент заключается в невысоком коэффициенте полезного действия гравитационной системы отопления. Действительно, сама схема, основанная на естественной циркуляции воды, подразумевает инертность процесса прогрева помещения, пока отопительный котел наберет необходимую мощность, а разница температур между нагретым и охлажденным теплоносителем достигнет минимума, пройдет довольно много времени. Но с другой стороны, даже после того как котел перестанет поддерживать горение процесс циркуляции продолжается, при этом, большой объем воды в системе будет остывать намного дольше чем в системе с принудительной циркуляцией.

Еще одни минус может записать в свой актив гравитационная система отопления из-за своей громоздкости. На практике, при одинаковой площади отапливаемого помещения система с принудительной циркуляцией по сравнению с самотечной, будет занимать гораздо меньше места. В гравитационной системе отопления кроме батарей будут размещаться и трубы верхней разводки, без которых создание необходимого давления жидкости невозможно.

Ну и конечно, вопрос контроля температуры в отдельных радиаторах, и возможность ее регулировки. Гравитационная система отопления в классическом виде с однотрубной схемой постройки не может обеспечить такую функцию из-за невозможности перекрытия отдельного радиатора.

Но с другой стороны, это идеальная система для установки в домах, где нет электричества или постоянно возникают проблемы с его подачей. Гравитационная система отопления способна работать и без электричества, поскольку основной силой движения теплоносителя по системе выступает не циркуляционный насос, а тепловое расширение объема теплоносителя.

Большой объем теплоносителя в системе позволяет обеспечить плавный прогрев помещения. С другой стороны, такой объем нагретого теплоносителя и остывает гораздо медленнее, чем объем системы с принудительной циркуляцией. Особенно ярко это проявляется при отключении электричества или затухании топлива в топке. Система с принудительной циркуляцией остывает в 3-4 раза быстрее, чем такая архаическая гравитационная система отопления.

Это свойство часто используется при временном пребывании в доме – просто вместо обычной воды в систему вливается антифриз, и даже после полного остывания ни трубам, ни радиаторам угроза разрыва из-за замерзания воды не грозит.

Ну и конечно, просто необходимо отметить, что такая система просто безотказна в работе. При правильной ее эксплуатации она может прослужить около 50 лет, при этом у нее всего два фактора риска. Первый – это угроза перегрева котла, но и здесь это в основном зависит от человеческого фактора, а не от системы. Второй – это замерзание теплоносителя, но и в этом случае, применение антифриза сводит риск этой аварии практически к нулю.

Как еще повысить эффективность

Казалось бы, система с естественной циркуляцией уже доведена до совершенства, и ничего повышающего эффективность придумать невозможно, но это не так. Можно значительно повысить удобство ее использования, увеличив время между топками котла. Для этого нужно установить котел большей мощности, чем требуется для отопления, а излишки тепла отводить в теплоаккумулятор.

Такой метод работает даже без использования циркуляционного насоса. Ведь горячий теплоноситель также может подниматься по стояку из теплоаккумулятора, в то время когда в котле прогорела закладка дров.

Система отопления с естественной циркуляцией

Систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя называют так же самотечной или гравитационной. Ее функциональность основана на разнице в плотности холодной и горячей воды и разнице по высоте в расположении отопительных приборов и котла. У горячей воды плотность гораздо ниже, поэтому более холодный теплоноситель, поступающий из радиаторов, вытесняет ее из котла и направляет вверх по стояку. После того, как тепло отдано радиаторам, холодная вода перемещается по направлению к котлу под воздействием гравитационных сил, на ее место поступает более горячая вода от стояка.

Виды гравитационных систем

Самотечные системы монтируются в квартирах с автономным отоплением и небольших домах. Они не требуют использования электроэнергии или применения дорогого оборудования.

Самотечная отопительная система может быть однотрубная или двухтрубная.

• котла;
• контура (расширительного бака, труб, соединительных элементов, вентилей);
• теплоносителя (воды или антифриза);
• отопительных приборов (конвекторов, радиаторов, теплых полов).

Основное преимущество естественной циркуляции — независимость от остальных коммуникаций. Если в доме установлен котел на дровах, отопление получается полностью независимым даже от поставок электроэнергии (нет насоса), что совсем немаловажно в некоторых регионах. Но подобные схемы пригодны только для небольших площадей, так как общая длина контура не может быть больше, чем 30 м.

Когда котел работает на полную мощность, вода получается очень горячая, с невысокой плотностью. В отопительных приборах температура теплоносителя снижается, плотность повышается. Таким образом, скорость потока зависит от температуры воды на выходе из котла и скорости ее остывания в радиаторах. Если в помещении очень холодно, вода остывает быстро, поток ускоряется. При повышении температуры воздуха вода остывает медленнее, скорость потока снижается.

Можно смонтировать как однотрубную, так и двухтрубную самотечную отопительную систему, но только с вертикальной разводкой.

Одноконтурная самотечная система отопления

Однотрубное самотечное отопление можно монтировать только с вертикальной разводкой и с последовательно присоединенными радиаторами. В доме с одним этажом подобная схема более эффективна, чем в двухэтажном. Горячая вода из расширительного бака течет сверху вниз и наполняет отопительные приборы. Если этаж один, то разница в температуре в радиаторах незначительная.

В двухэтажном варианте на втором этаже радиаторы более горячие, чем на первом. Чтобы как-то уравновесить температуру, можно на первом этаже установить более объемные отопительные приборы. Такая схема не предусматривает монтаж регулировочных кранов — если перекрыть воду на одном радиаторе, уменьшится ее поток и в других. Это значит, что невозможно в помещениях регулировать температуру. Кроме того, нельзя отключить отопление на одном из этажей.

Эффективность отопления можно повысить, если установить байпас (замыкающий участок). Диаметр у байпаса может быть такой же, как у трубопровода, идущего к радиаторам верхнего этажа, или на 1−2 миллиметра меньше. Если диаметры одинаковые, то в трубопроводе требуется вентиль или трехходовой кран. Эта арматура позволяет регулировать скорость потока в зависимости от потребностей. Например, если нужна одинаковая температура во всех помещениях, то вентиль открывается, и часть воды (мимо радиаторов второго этажа) направляется на первый этаж. В результате она имеет более высокую температуру, чем при отсутствии вентиля.

Трехходовой кран — современный вариант вентиля, который можно оснастить электроприводом и контроллером для определения температуры воздуха или теплоносителя. При малейших изменениях он отдает команду трехходовому крану на увеличение или снижение объема подачи теплоносителя на радиаторы верхнего этажа.

Нормы температуры воздуха и факторы, влияющие на неё, подробно изложены в данном материале: https://teplo.guru/normy/temperatura-v-kvartire.html

Но можно обойтись и без вентиля, и без трехходового крана, если диаметр байпаса на размер меньше, чем у трубы, по которой идет теплоноситель к радиаторам верхнего этажа. Вода, которая поступает сверху, делится на два отдельных потока. Если диаметры одинаковые, вода перестанет поступать в радиаторы верхнего этажа — весь поток направится вниз — по пути меньшего сопротивления.

Особенности монтажа и преимущества однотрубной гидравлической системы отопления:

• низкая стоимость материалов, создания и обслуживания;
• нет необходимости приобретать насос и тратить электроэнергию;
• срок эксплуатации достигает 40 лет;
• простой ремонт (практически все поломки можно устранить самостоятельно);
• система способно саморегулироваться, поэтому достаточно теплоустойчива.

При монтаже следует особое внимание уделить разнице по высоте между радиаторами и котлом, а так же углу уклона контура. Уклон должен быть таким, чтобы на каждый метр приходилось 5−10 мм, что обеспечит надлежащую скорость теплоносителя и выход воздуха из системы. Большое значение имеет и диаметр труб— чем он больше, тем меньше гидравлическое сопротивление и выше скорость потока. Кроме того, желательно при монтаже использовать минимум арматуры (она снижает скорость потока).

Самотечное двухтрубное отопление

По направлению движения теплоносителя двухконтурные системы делятся на: с попутным движением и тупиковые. В тупиковом варианте горячий и остывший теплоноситель движется в разных направлениях. При использовании подобной схемы монтажа длина колец циркуляции получается не одинаковой. Это значит, что для самых дальних отопительных приборов кольцо гораздо длиннее, чем для тех, которые находятся по-близости от котла. Поэтому те радиаторы, которые ближе к стояку, греются лучше.

При использовании схемы с попутным движением воды все кольца циркуляции получаются одинаковыми по длине, поэтому радиаторы прогреваются одинаково. Но такие схемы используются редко из-за большого расхода трубных материалов. Чаще всего стараются улучшить характеристики тупиковой системы путем монтажа двух или нескольких контуров вместо одного.

Двухтрубная система — это два отдельных трубопровода, проведенные параллельно: один для горячей воды (от котла), второй — для охлажденной (прошедшей через отопительные приборы). Отопление с применением двух контуров можно установить, если использовать верхнюю разводку и трубы с диаметром 32 мм или более.

Вода от котла поднимается в распределительный бак, из которого спускается к отопительным приборам самотеком. Если диаметр трубопровода слишком маленький, создается высокое гидравлическое сопротивление, которое препятствует циркуляции.

Особенности монтажа

От котла монтируется труба, соединяющая его с расширительным баком, который установлен на утепленном чердаке или под потолком в одном из помещений верхнего этажа. Для того, чтобы снизить потери тепла, стояк желательно утеплить. От нижней части бака отходит труба с горячей водой, соединенная с радиаторами. В баке так же должен быть отвод, через который уходит в канализацию лишняя вода. От каждого отопительного прибора отводится труба, по которой удаляется охлажденная вода, и присоединяется к отводящему контуру, направленному к котлу. Оба контура (подающий и отводящий) монтируются параллельно.

Существуют так же схемы устройства двухконтурной гравитационной системы с нижней разводкой, но они практически не используются. Во многом они схожи со схемами верхней разводки, поэтому требуют большого количества труб. Стояки приходится монтировать в жилых помещениях, поэтому теряются все преимущества нижней разводки. Кроме того, на радиаторах необходимо устанавливать спускники воздуха. При использовании этих схем в систему монтируются расширительные баки, которые сообщаются с внешней средой и забирают из нее воздух. Поэтому стравливать воздух приходится каждую неделю, а иногда даже чаще.

Преимущества и недостатки

К преимуществам относится:

• энергонезависимость;
• простота и легкость монтажа;
• легкий и быстрый ввод;
• отсутствие вибрации и шума, создаваемого насосом;
• длительный срок эксплуатации;
• простое обслуживание;
• высокая ремонтнопригодность;
• саморегуляция (при понижении температуры воздуха скорость потока увеличивается).

• ограничение объема отапливаемых помещений;
• высокая инертность;
• необходимость соблюдать при монтаже уклон;
• разводка трубопроводов может быть только открытая;
• необходимость постоянно контролировать уровень теплоносителя в расширительном баке;
• невысокий КПД, что увеличивает расходы на отопление;
• необходимость в монтаже трубопровода с большим диаметром;
• опасность замерзания (низкая скорость потока).

Двухконтурную самотечную отопительную систему нельзя установить в доме без подвала достаточной глубины. Если расстояние (по высоте) от центра котла до отопительных приборов первого этажа меньше, чем 3 метра, радиаторы греться не будут. Так же не стоит монтировать сложную систему в небольшом одноэтажном доме, в котором вполне можно обойтись однотрубной самотечной конструкцией.

Перед тем, как выбрать схему разводки отопительной системы, стоит узнать и о преимуществах применения насоса:

• возможность использовать трубы с маленьким диаметром;
• насос предотвращает перепады температуры в системе;
• можно регулировать температуру теплоносителя при помощи регулировки скорости потока.

Но циркуляционный насос сделает отопление зависимым от подачи электроэнергии и создаст определенный уровень шума в доме.

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты.

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы, прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы.

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Справка! Сконструировать систему отопления с естественной циркуляцией можно самостоятельно. Правильный расчёт параметров, выбор схемы контура и грамотная установка всех компонентов гарантирует срок работы конструкции до 35 лет.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м 2 , имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков, ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов, особенно если используется насос.

Внимание! Основной минус конструкции — необходимость установки большого бака, для которого нужно место. Длительные перебои с электричеством приведут к снижению эффективности схемы с насосом.

Источник https://aniko-gas.ru/sistemy-otopleniya/samotechnaya-sistema-chastnogo-doma.html

Источник https://teplo.guru/sistemy/sistema-otopleniya-s-estestvennoi-tsirkulyatsiei.html

Источник https://ogon.guru/otoplenie/sistemi/s-estestvennoy-tsirkulyatsiey.html

Источник