Угол наклона труб отопления с естественной циркуляцией

Угол наклона труб отопления с естественной циркуляцией

Система отопления с естественной циркуляцией

06.01.18 Дата добавления 2225 Просмотров 5.0 Рейтинг

Н есмотря на то, что сейчас распространены передовые технологии обогрева помещений, система отопления с естественной циркуляцией весьма востребована. В первую очередь это связано с тем, что она проста в монтаже, а если еще и учитывать нестабильность обеспечения частного сектора электричеством, то становится понятна популярность такой автономной системы отопления.

Cодержание статьи

Как работает система отопления с естественной циркуляцией

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.

Обратите внимание! 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.

Недостатки и преимущества системы отопления с естественной циркуляцией

Вначале поговорим о недостатках. Такой подход поможет определиться, подойдет ли вам такая система отопления.

• Если в системе нет насоса, то нужно довольно долго ждать, пока горячая вода достигнет батарей и пройдет по ним.
• Неравномерный разогрев радиаторов отопления. Связано это с тем же нюансом – сверху горячая вода, а снизу холодная.
• Монтаж выполняется более дорогими трубами большого диаметра.
• Необходима установка открытого расширительного бачка, вследствие чего вода испаряется и ее периодически нужно доливать в систему. Установка расширительного бачка закрытого типа может ухудшить работу системы.
• Страдает дизайн помещения.
• Нельзя нарушать уклон труб, даже если нужно обойти двери.
• В системе должно быть как можно меньше поворотов.
• При планировании системы отопления без насоса, нужно правильно определить уровень расположения батарей, расширительного бачка и котла, который должен быть установлен в самой нижней точке.

• Электронезависимость. Даже если установлен насос, то при отключении электроэнергии (или при выходе насоса из строя), система отопления продолжает работать.
• Монтаж и дальнейшее обслуживание не требует особых навыков.
• Бесшумность работы.

Виды систем отопления

Самотечная система отопления

Как уже говорилось, в самотечной системе отопления не должно быть перепадов по высоте, иначе она просто не будет работать. По этой причине может быть сделано несколько контуров.

Одноконтурная

Схема подключения отопления с естественной циркуляцией

Здесь всё предельно ясно – одна труба идет от котла, а другая к нему, а между ними подключаются батареи. Представленная схема поможет в этом разобраться.

Обратите внимание! Одноконтурная система может быть и однотрубной, только в этом случае нужно учесть тот фактор, что каждая последующая батарея в самотечной системе будет чувствительно холоднее предыдущей.

Двухконтурная

Двухконтурная система отопления

Двухконтурные системы могут отличаться направлением движения теплоносителя:

• Со встречным движением.
• С попутным движением.

Обратите внимание! Выбор способа монтажа труб с учетом направления движения теплоносителя, в основном зависит от того, где в помещении расположены двери или есть другие нюансы, из-за которых монтаж обратки в этом месте невозможен.

Независимо от выбранной системы, угол уклона труб не изменяется.

Как рассчитать мощность батарей и котла отопления

Обратите внимание! Говорить о точных результатах не приходится, так как каждый дом индивидуален и может отличаться по многим параметрам, учесть которые в общей схеме невозможно, да и в этом нет необходимости. При идеальных условиях принято считать, что для обогрева 1 м2 достаточно 60 Вт мощности радиатора. Вполне понятно, что если дом не утеплен, в нем установлены простые деревянные окна, то потребуется установить более мощные батареи.

Чтобы потом не заниматься переделкой, важно еще на этапе планирования выяснить, какой должна быть мощность батареи (или батарей), которая будет установлена в конкретном помещении. Для этого можно воспользоваться одним из двух методов.

По объему

Более точные данные можно получить, учитывая объем помещения. Выполняем замеры и, получив данные по высоте, ширине и длине комнаты, перемножаем их между собой, а результат умножаем на 40 Вт. Учитывая особенности строения, вводим поправочный коэффициент.

• Для одноэтажного частного дома с неутепленным чердаком – 1,5;
• Для комнаты с утепленной стеной – 1,1;
• Для комнаты с неутепленной стеной – 1,3;

Важно учитывать количество дверей и окон:

• Если в помещении есть входная дверь, то к полученной цифре нужно добавить еще 150–200 Вт.
• Если окна небольшие и энергоемкие, то для каждого потребуется еще по 70 Вт.
• Для больших или неутепленных окон нужно добавить по 100 Вт.

По площади

Рассчитывая количество батарей по площади помещения, используется усредненный показатель – 1 кВт на 10 м2. По такому же принципу высчитывается мощность приобретаемого для дома котла отопления.

Рассмотрим на примере, как можно произвести расчеты:

• Имеется дом с внутренними габаритами 9×8 м. Умножаем ширину на длину и получаем площадь – 72 м2.
• 72 м2 разделим на 10 (1 кВт на 10 м2), и получим 7,2 – это мощность котла в кВт.
• Теперь узнаем мощность батареи для помещения 2×4 м.
• Площадь получилась 8 м2.
• Пользуясь теми же расчетами, что и для котла, получим цифру 0,8 – мощность батареи в кВт.

Теперь внесем поправки по климатическим зонам. Рассмотрим коэффициенты:

• В Южных регионах – 0,8–0,9.
• Для Крайнего Севера – 1,5–2.
• В зоне Средней полосы – 1,2–1,4.

В нашем примере требовался котел мощностью 7,2 кВт. С учетом коэффициента рассчитаем окончательные данные для Средней полосы:

• 7,2×1,4=10,08.
• Учитывая, что котел должен иметь запас мощности, приобретаем отопительный прибор мощностью 12–15 кВт.
• Таким же образом подходим к подсчетам мощности батареи для использованного в примере помещения: 0,8×1,4=1,12 кВт. Округляем в большую сторону и получаем 1,2 кВт.

Обратите внимание! Мощность батареи указана в паспорте изделия. Если не уверены в правильности своих расчетов, то приобретите более мощный радиатор, установив на него терморегулятор.

Монтаж отопления

Монтаж самотечной системы отопления

• Как уже упоминалось, котел должен быть установлен в самой нижней точке.
• Ни одна труба не должна находиться ниже уровня входа обратки в наш отопительный прибор. Пренебрежение этим требованием приведет к существенному ухудшению работы отопительной системы.
• На стенах делается разметка расположения труб и радиаторов.
• Выполняется навешивание радиаторов – их положение проверяется строительным уровнем.
• От трубы подачи котла монтируется разгонный коллектор. Это должна быть труба большого диаметра.

Расширительный бак для системы отопления дома

• В верхней точке устанавливается открытый расширительный бачок. Если он будет находиться на чердаке, то емкость и трубопровод нужно основательно утеплить.
• Трубы крепятся с уклоном в 1 см на погонный метр трубы. Если нет возможности придерживаться этой нормы, то можно уменьшить перепад до 0,5 см, но не меньше. Нужно учитывать, что с уменьшением уклона трубы, уменьшается КПД всей системы отопления.
• В нужном месте выполняется врезка трубы, идущей к радиатору. В металлическом трубопроводе отвод может быть приварен или подключен через тройник. При работе с пластиковыми трубами нужно пользоваться фитингами, спаивая их, не забывая про краны и терморегуляторы (если их установка предусмотрена).
• В нижней точке системы (обычно это возле котла) нужно установить отвод с краном – через него вода будет заливаться в систему.

Обратите внимание! Планируя изготовление самотечной системы в двухэтажном доме, нужно учесть, что подача теплоносителя выполняется на второй этаж, а потом он по стоякам опускается в радиаторы, установленные на первом этаже.

Осталось заполнить систему водой, и, проверив ее на наличие протечек, обогревать помещение, не беспокоясь о том, что могут отключить электричество.

Видео

Посмотрите видео о том, как выполнить расчет отопления с естественной циркуляцией:

В этом видео демонстрируется пример отопления с естественной циркуляцией:

Организация уклона труб в системе отопления

СНиП 2.04.05-86 в приложении №10 даёт указания по применению паровых и водяных систем отопления в промышленности и быту. Пар используется на производстве, вода – в жилом фонде. Пар нагревает приборы отопления до температуры свыше 100°С, что опасно для жильцов. Действие указанного документа не распространяется на частные домовладения. Физика процессов обогрева паром состоит в использовании сухого пара, который конденсируясь, выделяет много тепла. В процессе конденсации 1кг пара выделяется 2300 кДж тепловой энергии. Вода, остывшая на 50°С, даёт 120 кДж.

Паровое отопление

Разницей в выделяемой энергии объясняются преимущества парового отопления:

• уменьшенное число радиаторов;
• быстрый прогрев системы;
• отсутствие эффекта «размораживания» при перерывах в работе;
• заметно более низкие расходы на отопление в процессе монтажа и эксплуатации.

Второй и третий пункт важны для дач и загородных домов – строений, в которых жильцы бывают наездами.

По давлению пара, используемого в системе, различают:

• Системы высокого давления (свыше 6 атм)- позволяют обогревать большие площади с длинными напорными и конденсаторными магистралями.
• Низкого давления (1,7-6 атм) – возможно применение в частном жилищном строительстве.
• Вакуумные (давление менее 1 атм) – интересны возможностью реализовать кипение воды при температурах ниже 100°C и снизить температуру нагревательных приборов до безопасной. Применяются крайне редко в силу необходимости обеспечить высокую герметичность системы.

Система, сообщающаяся с атмосферой, считается «открытой», не сообщающаяся – «закрытой».

К недостаткам пара относят:

• чрезмерный нагрев труб и радиаторов;
• износ элементов системы из-за агрессивности пара;
• шумы, сопровождающие работу системы.

При монтаже применяют однотрубную и двухтрубную схемы разводки. В первом случае пар и конденсат движутся по одной трубе. Пар идёт от котла, конденсат – навстречу ему. В двухтрубной – пар по напорной магистрали поступает к радиаторам и, конденсируясь в них, по самотёчной конденсаторной магистрали в виде воды возвращается в ёмкость для его сбора или непосредственно к котлу.

Уклон при прокладке парового отопления принимают в 1-2% в сторону движения пара и конденсата для двухтрубных систем. Те же 1-2% в сторону движения конденсата принимают для однотрубной системы.

Водяное отопление

Популярность водяного отопления объясняется безопасностью и большим комфортом. Существуют системы с естественной и принудительной циркуляцией. В первых движение теплоносителя происходит из- за разности удельного веса горячей и холодной воды, во вторых – обеспечивается циркуляционным насосом. Применяются однотрубные и двухтрубные схемы монтажа.

Читать еще:  Изоляционный материал для труб отопления

При естественной циркуляции уклон принимают в пределах 5-10 мм на погонный метр трубы. Наклон в отопительной системе устраивают в направлении движения воды, т.е. напорную магистраль наклоняют от котла к радиаторам, а обратку – от радиаторов к котлу. Водогрейный прибор надо располагать ниже радиаторов, что может привести к необходимости размещения котла в приямке. В частном доме это проблем не создаёт. Если же к аналогичному результату приводит уклон при монтаже отопления в квартире, необходимо увеличить высоту расположения радиаторов и уменьшить уклоны труб. Приходится решать, какой минимальный уклон в отоплении с естественной циркуляцией может быть принят без ущерба для работоспособности. Практика подсказывает величину в 5 мм на погонный метр. Подробнее ознакомиться с нормативными требованиями можно в СНиП 2.04.05.-91*.

Для создания движения воды в сложных системах применяют насосы. Если помпа обеспечивает скорость потока более 0,25 м в сек, уклоны труб могут отсутствовать. Важно, чтобы воздушные пробки перемещались быстрее жидкости и собирались вблизи воздушных клапанов, располагаемых в верхних точках системы. В процессе эксплуатации возможны ремонты, требующие слива теплоносителя. Поэтому уклоны труб желательно выполнить так, чтобы обеспечить полный слив теплоносителя.

Какой минимальный уклон принимают для водяных систем отопления, зависит от конкретных обстоятельств. Он не должен быть менее 3 мм на 1 м. Угол наклона магистрали однотрубного отопления выбирают исходя из тех же соображений.

Характеристики труб отопления

Трубы, применяемые в системах отопления, разделяют на металлические и пластмассовые. К первым относятся:

• стальные;
• из нержавеющей стали;
• из нержавеющей стали гофрированные;
• медные.

Перечисленные материалы долговечны и обладают высокими эксплуатационными свойствами, но дороги и сложны в монтаже. Их использование оправдано в паровых системах отопления.

Пластмассовые трубы бывают:

• металлопластиковыми;
• полипропиленовыми;
• из сшитого полиэтилена.

К их общим достоинствам можно отнести простоту монтажа, небольшой вес, приемлемую цену.

Рекомендации по установке и монтажу

Начиная монтаж, следует в соответствии с имеющимся проектом системы отопления определить места расположения котла, радиаторов, насосов, расширительного бака и т.п. Далее при помощи уровня на стены наносят метки, указывающие, какой уклон должен быть у системы отопления на всех её участках. При монтаже трубопроводов отопления с принудительной циркуляцией можно не выполнять уклоны.

Испытания системы после монтажа

После окончания монтажа визуально проверяют качество выполненных работ. Главная задача испытания состоит в выявлении мест течи. Применяют, как правило, гидростатический метод. Систему заполняют водой и подают давление на 25-50% превышающее рабочее. Выдерживают 1 час. Общая длина испытуемого участка не должна превышать 100 м. Другой способ – испытание сжатым воздухом. До заполнения отопления теплоносителем в систему подают сжатый воздух с давлением на 1-1,5 атм превышающим рабочее, в течение 30 минут контролируют падение давления. Если падения нет – система герметична. В противном случае ищут место протечки. Определяют течь обмыливанием.

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

• Простой монтаж и обслуживание.
• Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
• Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

• Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
• Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

• Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
• Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
• Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
• Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

• Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
• СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
• Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

Читать еще:  Как разобрать алюминиевый радиатор отопления своими руками?

Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

• Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.
• Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.
• Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.
• Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.
• Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

Система отопления с естественной циркуляцией

Система водяного отопления с естественной циркуляцией в удаленном от города частном или дачном доме – решение, востребованное в местности с нестабильным электроснабжением. Кроме того, гидравлическая система не требует финансовых вложений в электрооборудование, без которого не обойтись при обустройстве радиаторного обогрева с подачей теплоносителя насосом.

Энергонезависимая система отопления доступна для самостоятельного расчета и монтажа.

Функционирование самотечной системы

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией обладает рядом достоинств:

• нет потребности в покупке дорогостоящего оснащения;
• энергонезависимость (подбирается соответствующий котельный агрегат);
• монтаж легко осуществить собственными руками;
• нетребовательность в обслуживании.

Циркуляция в такой системе обеспечивается за счет того, что плотность жидкости в результате нагревания уменьшается (она становится легче), а в ходе остывания плотность возвращается к первоначальной.

В самотечной конструкции практически отсутствует давление – расчеты показывают, что на 10 метров напора водяного столба давление составляет 1 атмосферу. Таким образом, гидростатическое давление в отопительной системе одноэтажного сооружения составит 0,5-0,7 атм., а в трубопроводе двухэтажного дома – не превысит 1 атм.

Гравитационная циркуляция происходит благодаря расширению и уменьшению плотности нагреваемого теплоносителя – он поднимается по вертикальному разгонному участку и с верхней точки перемещается вниз по трубопроводу, смонтированному с уклоном и проходящему через последовательно подключенные приборы отопления, на пути обратно к котлу.

К трубопроводу с самотечным перемещением воды подсоединяется расширительный бак – резервуар для «излишков» теплоносителя, который образуется за счет теплового расширения жидкости. Буферная емкость (мембранная или открытая) монтируется в верхней точке контура на подающую трубу.

Отопительная самотечная система способна функционировать в комплексе:

• С водонагревателем косвенного нагрева. Если бойлер установить в верхней части системы ниже расширительного бака, нагрев воды для ГВС будет осуществляться без использования электрооборудования. При невозможности такого монтажа бойлер комплектуется насосом и ставится обратный клапан, который предотвратит рециркуляцию теплоносителя.
• С теплым полом. На проложенный в полу контур устанавливается циркуляционный насос. При временном отключении электроснабжения комната продолжит обогреваться настенным радиатором.

Виды самотечных систем

Планируя смонтировать отопление частного дома с естественной циркуляцией своими руками схемы подбирают в соответствии с планируемой производительностью системы и особенностями здания.

Отопительные контуры с самотечным движением теплоносителя делятся на типы по разным параметрам:

• по характеристике расширительного бака (открытые и закрытые);
• по принципу подключения радиаторов отопления (однотрубные и двухтрубные).

Чтобы определить оптимальный вариант, необходимо произвести гидравлические расчеты с учетом расположения и диаметра труб, принять во внимание характеристики котельного агрегата и тепловые потребности помещений. Расчет лучше доверить профессионалам, так как даже небольшие неточности негативно повлияют на эффективность обогрева дома.

Закрытый тип

Закрытая система безнасосной циркуляции теплоносителя с успехом применяется для отопления одноэтажного и двухэтажного дома. Функционирует она следующим образом:

• при расширении теплоносителя излишки жидкости вытесняются из отопительного контура;
• жидкость попадает в расширительный бак мембранного типа – это закрытая емкость с эластичной мембраной, которая разделяет предназначенную для теплоносителя часть и секцию бака, заполненную воздухом или азотом;
• нагретая жидкость растягивает мембрану, сжимая газ во второй секции бака, при остывании теплоносителя газ расширяется и выталкивает жидкость обратно в систему, в результате чего водяной контур постоянно остается заполненным.

Установка мембранного бака в самотечный отопительный контур снижает риск коррозии металлических элементов системы. Но в России такое решение используется относительно редко, так как стоимость мембранного бака в разы превышает затраты на покупку или самостоятельное изготовление емкости открытого типа.

Открытый тип

Принцип функционирования тот же, что и у закрытого варианта. Но в этом случае излишки теплоносителя вытесняются в бак открытого типа, который монтируется под потолком помещения или на чердаке.

Открытый бак представляет собой резервуар с негерметичной крышкой, который снабжают аварийным переливом – трубой, выведенной за пределы чердака на улицу или подключенной к канализации.

К недостаткам открытой системы относится постоянное поступление кислорода в теплоноситель, что ускоряет коррозию металла, из которого изготовлены элементы контура. Происходит и завоздушивание трубопровода – чтобы избежать этого, радиаторы крепят под небольшим уклоном и в верхней части монтируют автоматические воздухоотводчики – краны Маевского.

Помимо этого, жидкость из бака открытого типа испаряется и требуется регулярно подливать воду, чтобы открытая система могла нормально функционировать. Подливают воду в бак вручную из ведра, либо подводят водопроводную трубу с вентилем.

Преимущества баков открытого типа – доступная стоимость и возможность своими руками изготовить резервуар необходимых габаритов.

Однотрубный контур

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией не относится к эффективным. Она не подходит для прогрева помещений двухэтажного дома и применяется в одноэтажных зданиях небольшой площади.

Теплоноситель проходит по разгонному участку трубопровода вертикально вверх, затем попадает в трубу, которая ведет к горизонтальному трубопроводу, последовательно соединяющему радиаторы отопления. От крайнего радиатора остывший теплоноситель возвращается напрямую в котел.

При такой схеме подключения приборов отопления температура радиаторов снижается по мере удаления от подающего стояка – это серьезный недостаток системы. Чтобы повысить эффективность, используют байпасы – соединяют перемычками подающую трубу в тех местах, где подключены радиаторы. Это способствует более равномерному прогреву помещений.

К преимуществам однотрубной системы относятся простая конструкция, минимальные финансовые расходы на ее монтаж. Кроме того, не требуется монтировать трубы под потолком, ухудшая интерьер помещения.

Однотрубная горизонтальная схема даже при условии точных расчетов редко оправдывает себя, если речь не идет об отоплении двух-трех небольших помещений одноэтажного дома. В остальных случаях ее модернизируют, добавив циркуляционный насос.

Двухтрубный контур

Конструктивные особенности самотечного двухтрубного контура:

• для подачи и обратки монтируются отдельные трубы;
• труба подачи подключается к каждому прибору отопления через отдельный входной отвод;
• труба обратки подсоединяется к каждому прибору отопления отдельно.

Двухтрубная самотечная система отопления частного дома отличается от однотрубной тем, что во все радиаторы подается не успевший остыть теплоноситель, благодаря чему:

• тепло в доме распределяется равномерно;
• не требуется увеличивать количество секций в радиаторе с целью улучшить обогрев;
• легче регулировать температуру в системе;
• для монтажа трубопровода требуются трубы меньшего диаметра, чем для однотрубного контура;
• отсутствуют жесткие требования к соблюдению уклона при монтаже элементов системы – некоторые отклонения от расчетных значений не критичны.

Двухтрубная система отопления с разводкой верхней и нижней проста в монтаже и эффективна, ее можно использовать для обогрева двухэтажного дома.

Особенности расчета

Расчет системы отопления с естественной циркуляцией значительно сложнее подготовки проекта отопительной системы с принудительной подачей теплоносителя. Так как давление в контуре отсутствует, на работоспособность системы напрямую влияет количество поворотов трубопровода, угол уклона каждого отрезка. Неправильный расчет или погрешности в монтаже отражаются на функциональности контура.

При расчете безнасосного контура принимается во внимание:

• минимально допустимый угол уклона;
• материал изготовления труб и их диаметр;
• принцип подачи теплоносителя;
• разновидность теплоносителя.

Рекомендуемый уклон труб

При расчетах следует опираться на строительные нормы для отопительных систем с самотечной циркуляцией (СНиП 41-01-2003 для гравитационных систем). На перемещение теплоносителя в трубопроводе негативное воздействие оказывает гидравлическое сопротивление в сложных местах – на поворотах, в углах и т.д.

Согласно СНиП, трубы монтируются под уклоном не менее 10 мм на 1 метр длины. Иначе системе грозит завоздушивание, плохой прогрев дальних радиаторов.

Читать еще:  Регулировочные клапана для систем отопления

Выбор труб

От материала изготовления трубопровода зависит гидравлическая сопротивляемость контура, его устойчивость к коррозии и теплотехнические параметры, технология монтажа. В список востребованных материалов входят:

• Стальные трубы. Доступны по цене, устойчивы к механическим нагрузкам. Недостатки: монтируются со сваркой или большим количеством фитингов, склонность труб к коррозии и зарастанию.
• Металлопластиковые трубы. Внутренняя поверхность идеально гладкая, что препятствует нарастанию отложений, устойчивость к коррозии, небольшой вес, устойчивость к термическому расширению. Недостатки: высокая стоимость, ограниченный срок эксплуатации (около 15 лет), необходимость использовать сварные фитинги или регулярно подтягивать резьбовые соединительные элементы.
• Полипропиленовые трубы. Гладкие внутри, долговечны (срок службы от 25 лет), устойчивы к высоким температурам. Недостатки: высокая стоимость, монтаж при помощи специального инструмента.
• Медные трубы. Максимальная теплоотдача и долговечность (свыше 100 лет), стильный внешний вид. Недостатки: высокая стоимость, необходимость пайки при монтаже.

Диаметр труб

Чтобы рассчитать диаметр труб, требуется:

1. Выполнить тепловой расчет помещений и прибавить к результату около 20%.
2. Рассчитать сечение трубопровода исходя из соотношения тепловой мощности и внутреннего сечения трубы (значения указаны в таблицах СНиП).
3. Подобрать диаметр трубы, базируясь на выполненных теплотехнических расчетах и с учетом материала изготовления труб. Для стальных труб минимальный размер внутреннего сечения составляет 50 мм.

Чтобы самотек был интенсивнее, применяют следующий принцип: диаметр подающей трубы после каждого разветвления должен быть меньше предыдущей на 1 размер. Обратка должна собираться с расширением.

Таким образом, расчет позволяет определить минимальный диаметр подающей и обратной трубы, относительно этого значения определяются параметры труб на разных участках системы согласно подготовленной схеме для одноэтажного или двухэтажного дома.

Вид розлива

Естественная циркуляция воды в системе отопления зависит от принципа подачи теплоносителя от котла к отопительным приборам. Различаются контуры с нижним и верхним розливом.

Нижний розлив дает возможность обойтись без монтажа высоких вертикальных труб – коммуникации прокладывают на уровне пола. Такой вариант пригоден только для однотрубных контуров и относится к малоэффективным без установки циркуляционного насоса.

Верхний розлив – оптимальный вариант, поскольку распределительная труба двухтрубной системы располагается под потолком и обеспечивает активную подачу нагретого теплоносителя в каждый радиатор, из которого остывшая вода уходит в трубу обратки, размещенную вдоль пола. Для однотрубной системы розлив верхнего типа также предпочтительнее.

Двухтрубная система отопления с верхним розливом

Выбор теплоносителя

Теплоносителем может служить вода или антифриз. Для самотечной системы предпочтительнее использование воды, поскольку у антифриза выше плотность и меньше теплоотдача, для его нагрева требуется больше тепловой энергии – то есть, расход топлива выше. Если в системе устанавливается мембранная буферная емкость, ее объем должен быть больше, чем у бака для теплоносителя-воды, так как антифриз расширяется сильнее.

Использование «незамерзайки» имеет смысл в том случае, если дом в зимний период отапливается нерегулярно с большими перерывами. В этом случае воду пришлось бы постоянно сливать, чтобы трубы не разорвало при перемерзании.

Заключение

Устройство безнасосной системы отопления позволяет сделать свой отапливаемый дом энергонезависимым на случай перебоев с электропитанием. Такая система подключается к отопительному котлу без электрооборудования для регулировки мощности или к обычной твердотопливной печи с водяным теплообменником в топочной камере.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией

Важным пунктом расчета системы отопления является выбор диаметра труб. Учитывается ряд факторов, зависящих от типа подключения отопительных элементов, необходимой мощности системы, параметров котла и т.п. Начинать рассчитывать диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией необходимо с выбора конкретного способа подключения системы и ее основных параметров. В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о целесообразности применения того или иного диаметра или же корректировать параметры системы, исходя из экономических, технологических или даже эстетических соображений.

Что учитывается при расчете

Основные критерии, которые важно учесть:

• объем теплоносителя, достаточного для заполнения системы;
• длина отопительного контура;
• номинальная скорость потока теплоносителя;
• требуемая продуктивность, кВт;
• циркуляционное давление;
• сопротивление труб и фитинга в отопительном контуре.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий оптимальные параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры отопления, используемые для расчета диаметра труб

• объем контура отопления;
• скорость движения теплоносителя;
• теплоемкость;
• перепад давления горячего и остывшего теплоносителя;
• высота контура.

Объем жидкости в системе с естественной циркуляцией, сам по себе, не играет ключевой роли. Чем больше теплоносителя, тем больше тратится топлива для нагрева, однако за счет увеличенного объема повышается давление циркуляции, что способствует росту КПД отопления.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией выбирается по возможности большим. Особенно, когда нет возможности повысить общую высоту контура.

Нужно распределять трубы и радиаторы таким образом, чтобы сократить путь от котла к радиатору. Слишком длинные линии на подаче, хоть и обеспечат больший напор в системе, однако снизят эффективность обогрева в дальних ее точках. При этом влияние оказывает только высота участка.

Скорость жидкости ограничивается в пределах 0,4-0,6 м/с, что позволит снизить до минимума сопротивление в трубах. Желательно поддерживать переходной тип движения воды в трубах между ламинарным (равномерным) и турбулентным (с завихрениями).

Требуемая мощность рассчитывается по формуле:

где V – объем помещения в метрах кубических, dt – перепад температуры на улице и в помещении, k – коэффициент теплопотерь для ограждающих конструкций помещения. Это приближенная формула расчета.

При естественной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость движется исключительно под действием сил гравитации. Горячий теплоноситель поступает в трубы, расположенные выше котла, например под потолком или на чердаке. В радиаторах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения. Холодная вода имеет большую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая естественный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образуя неразрывный цикл

Основная формула напора естественной циркуляции:

где h – высота в метрах, g – ускорение свободного падения, ρпт и ρот – плотность воды в среднем значении в подающем трубопроводе и обратном.

Основной параметр, влияющий на эффективность отопления – это высота уровня воды в системе, разница между уровнями подвода и отвода воды от радиатора. Именно она задает необходимый циркуляционный напор под действием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подключения высота считается между средней линией радиатора и средней линией котла, потому логично, что котел должен располагаться значительно ниже. Для одноэтажного дома это означает расположение котла в подвальном помещении.

Высота при вертикальном распределении обозначает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условии, что котел находится именно на уровне отводящей линии или немного ниже. Однако часто технически невозможно распределить котел и радиаторы на достаточной разнице высот, потому следует уменьшать сопротивление контура, в том числе увеличивать диаметр труб.

Иногда достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту контура отопления. Формировать его следует непосредственно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому радиатору в контуре.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход. Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм. После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

• Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

где H – условная высота равная сопротивлению контура, λ – коэффициент шероховатости, Lк – длина контура, Dт – внутренний диаметр канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность. Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора. Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов определяется оптимальный размер трубы. Однако следует учитывать, что окончательное проектирование должно выполняться профессионалам и с применением значительно более сложных формул и схем. Учитываются и количество колен, способ подключения, оптимизация по затратам, экономической целесообразности и даже эстетического вида. При выборе диаметра учитывается разделение труб на основные и подводящие, наличие запорной арматуры и регулирующих приборов, с помощью которых настраивается обогрев в отдельных комнатах.

Удалось ли Вам самостоятельно выполнить подбор диаметра трубы для отопления? Как вариант, можно попробовать пересчитать параметры своего существующего отопления и определить его эффективность. Возможно, стоит пересмотреть некоторые моменты для достижения лучших показателей, особенно в экономии. Свои результаты, а также мнение о данной инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Частая ошибка старых систем отопления с естественной циркуляцией связана с разводкой труб. Колена формировались слишком угловатым и с заужением сечения, что приводит к существенному повышению гидродинамического сопротивления. Для снижения сопротивления необходимо соблюсти правильный радиус разворота (для стальных труб это 2-2,5D) и использовать трубогиб для сохранения профиля труб.