Автономную сеть отопления гравитационного типа применяют, когда установка насоса или подключение к электросети затруднено или невыгодно.
Такая система стоит дешевле в установке и не нуждается в электричестве. Её эффективность во многом определяется качеством проектирования.
Для бесперебойной работы системы отопления с естественной циркуляцией нужно рассчитать её параметры, верно установить элементы и обоснованно подобрать схему водяного контура. Мы готовы помочь с решением этих задач.
В тексте изложены основные принципы работы гравитационной системы, даны рекомендации по выбору трубопроводов, установлены правила сборки контура и размещения рабочих узлов. Особое внимание уделено особенностям проектирования и функционирования однотрубных и двухтрубных схем отопления.
Принципы процесса естественной циркуляции
В системе отопления без циркуляционного насоса движение воды обеспечивают природные силы.
Знание сущности этих процессов поможет правильно. разработать проект системы отопления для типовых и нестандартных случаев.
Максимальная разность гидростатического давления
Главным физическим качеством любых теплоносителей, таких как вода или антифриз, способствующим их перемещению в системе при естественной циркуляции, является снижение плотности при повышении температуры.
Из-за меньшей плотности горячая вода обладает меньшим гидростатическим давлением по сравнению с холодной, что приводит к разнице давления в столбах жидкости. Холодная вода движется к теплообменнику, заменяя горячую, которая поднимается вверх по трубе.
Контур отопления дома можно разделить на части. По «горячим» частям вода движется вверх, а по «холодным» — вниз. Границы частей — верхняя и нижняя точки системы отопления.
Главной задачей при моделировании системы с естественной циркуляциейЦелью состоит в создании максимального различия давлений столбов жидкости в «горячем» и «холодном» участках.
В системе естественного водокольцевого цикла классический элемент — это коллектор разгона, также называемый главным стояком, представляет собой вертикальную трубу, идущую вверх от теплообменника.
Коллектор ускорения нужно максимально нагревать, поэтому его всю длину утепляют. При небольшой высоте коллектора, например, в домах с одним этажом, утепление не требуется, ведь вода в нём успевает сохранять тепло.
Систему обычно проектируют так, чтобы высшая точка коллектора разгона совпадала с высшей точкой всего контура. В этом месте монтируют выход на… бак-расширитель открытого типаИли воздушный клапан, если применяется бачок с мембраной.
В результате длина «горячего» участка контура становится наименьшей, снижая тем самым тепловые потери на нем.
Лучше, чтобы участок контура с горячим теплоносителем не был рядом с длинным участком, где транспортируется остывший теплоноситель.
Желательно, чтобы нижняя точка водяного контура совпадала с нижней точкой теплообменника в устройстве нагрева.
Для холодной части водяного контура существуют собственные правила повышения давления жидкости.
- Чем значительнее потери тепла на «холодном» участке магистрали отопления. Чем ниже температура воды и чем выше её плотность, тем сложнее функционировать системам с естественной циркуляцией.
- Чем дальше расстояние от нижнего края контура до подключения радиаторов. Чем глубже слой, тем больше участок столба воды с наименьшей температурой и наибольшей плотностью.
Для выполнения указанного правила часто печь или котел устанавливают в самом низком месте дома, например, в подвальном помещении. Такое расположение котла позволяет достичь максимально возможного расстояния между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.
При естественном функционировании высота разницы между наивысшей и наинизшей точками водяного контура не должна быть большой (обычно не более десяти метров). Печь или котел прогревают исключительно теплообменник и нижнюю часть разгонного коллектора.
Если фрагмент мал по сравнению с высотой всего водяного контура, давление в «горячей» части контура изменится незначительно, и циркуляция не начнется.
Минимизация сопротивления движению воды
При разработке системы с естественной циркуляцией важно учитывать скорость течения теплоносителя в системе.
Во-первыхЧем выше скорость, тем быстрее происходит передача тепла от котла к помещению через теплообменник, водяной контур и радиаторы.
Во-вторыхСкорость течения жидкости через теплообменник напрямую влияет на вероятность её закипания, а это немаловажно при использовании печного отопления.
В системах отопления с принудительной циркуляциейСкорость потока воды главным образом определяется характеристиками. циркуляционного насоса.
При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость теплоносителя определяется следующими факторами:
- разницы давленияВ нижнем конце контура, между частями его очертания.
- гидродинамического сопротивления отопительной системы.
Способы достижения максимально возможной разницы давлений изучались ранее. Математическая модель реальной системы слишком сложна, а число входных данных велико, поэтому гидродинамическое сопротивление ее точно рассчитать невозможно из-за сложностей с гарантией точности данных.
Несмотря на это, есть общие правила, выполнение которых может снизить сопротивление отопительной системы.
Снижение скорости течения воды вызывается сопротивлением стенок труб и сужениями, созданными фланцами или запорной арматурой. При малой скорости потока сопротивление стенок почти незаметно.
Не подходят такие трубы, кроме как длинные и тонкие, которые часто используют при отоплении. теплого полаДля него обычно выделяют отдельные контуры с принудительным движением жидкости.
При подборе труб для контура с естественной циркуляцией важно принимать во внимание возможность возникновения технических сужений в процессе установки системы. металлопластиковые трубыВ процессе естественной циркуляции воды лучше избегать использования соединений с фитингами, имеющими меньший внутренний диаметр.
Правила выбора и монтажа труб
Выбор между стальными или полипропиленовыми трубамиПри любом выборе циркуляционных систем оценивают возможность использования их для нагрева воды, цену, простоту установки и срок службы.
Монтаж стояка подачи осуществляется из стальной трубы, поскольку по нему движется горячая вода, а при работающем печи или неисправном теплообменнике может протекать пар.
При естественной циркуляции труб необходимо использовать больший диаметр, чем при применении насоса. Обычно для обогрева помещений площадью до 200 квадратных метров диаметр коллектора разгона и трубы на входе обратки в теплообменник равен двум дюймам.
Пониженная скорость течения воды относительно метода принудительной циркуляции обуславливает ряд проблем.
- снижение объема переносимого теплаВ течение одного периода с места получения тепла до отапливаемого помещения.
- появление засоров или воздушных пробокС которыми не справится небольшой поток.
При использовании естественной циркуляции с нижней схемой подвода подачи важно уделить внимание удалению воздуха из системы. Полностью отводить его через расширительный бак невозможно, так как закипающая вода сначала поступает в приборы по магистрали, находящейся ниже их уровня.
При принудительном движении жидкости давление воды вытесняет воздух в установленный на самом высоком месте системы воздухосборник — устройство с автоматической, ручной или полуавтоматической регулировкой. кранов Маевского в основном производится регулировка теплоотдачи.
В системах отопления с нижней подачей теплоносителя вентили Маевского служат для выпуска воздуха из радиаторов.
Воздух можно отводить при помощи воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на отдельной воздушной линии, проложенной рядом с магистралями системы. В связи с большим числом устройств для отвода воздуха гравитационные схемы с нижней разводкой применяются крайне редко.
При низкой скорости подачи небольшая воздушная пробка может полностью блокировать систему отопления. Согласно СНиП 41-01-2003, трубопроводы отопительных систем без уклона нельзя прокладывать при скорости движения воды менее 0,25 м/с.
При естественной циркуляции таких скоростей невозможно достигнуть. Поэтому помимо увеличения диаметра труб требуется соблюдать постоянные уклоны для удаления воздуха из системы отопления. Угол проектируют с расчетом 2-3 мм на метр, в квартирных сетях наклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.
Угол наклона подающий трубы устанавливается таким образом, чтобы воздух направлялся к баку-расширителю или системе стравливания воздуха, размещенной в верхней точке контура. Можно сделать и обратный уклон, но тогда потребуется установка дополнительного оборудования. клапан для отвода воздуха.
Уклон магистрали обратки обычно обуславливают направлением потока охлаждённой воды. В этом случае нижнее положение контура будет соответствовать входу обратной трубы в теплогенератор.
При установке теплого полаЧтобы избежать попадания воздуха в трубки отопительной системы, расположенные горизонтально и имеющие маленький диаметр, на небольшой площади с естественной циркуляцией, следует установить прибор для удаления воздуха перед теплым полом.
Однотрубные и двухтрубные схемы отопления
При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров, которые могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров выполнение производится по однотрубной или двухтрубной схеме.
Контур с использованием одной магистрали
Отопительную систему, в которой одна труба последовательно подает воду к радиаторам, называют однотрубной. Самый простой однотрубный вариант – это отопление металлическими трубами без радиаторов.
Это самый бюджетный и простой вариант отопления, если использовать природную циркуляцию теплоносителя. Недостаток – большие трубы не очень эстетичны.
При самом экономном варианте однотрубной схемыЧерез каждое приспособление поочередно проходит горячая вода с радиаторами отопления.
По мере прохождения теплоносительТемпература воды снижается по мере прохождения через систему, вследствие чего следующие радиаторы получают более холодную воду, что нужно принимать во внимание при определении числа секций.
Для систем отопления с одной трубой наилучшим решением является диагональное подключение бытовых приборов.
При естественной циркуляции горячая вода подается в радиатор сверху и по нижнему патрубку отводится после охлаждения. Такой способ обеспечивает максимальный отдачу тепла.
При нижнем подключении к батарее к inlet и outlet трубе теплоотдача снижается из-за того, что нагретому теплоносителю приходится проходить максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не применяют батареи с большим количеством секций.
Системы отопления с таким типом подключения радиаторов называют… ЛенинградкаНесмотря на теплопотери, предпочтение отдаётся этим трубам при устройстве систем отопления в квартирах из-за их более привлекательного внешнего вида монтажа.
Однотрубные системы отопления не позволяют отключить отдельные участки без остановки движения воды по всей сети.
В связи с этим чаще всего используют обновление традиционной конструкции, предусматривающее внедрение « байпасаДля установки отвода от радиатора с использованием двух вентилей-шаровых кранов или трехходового крана можно настроить поток воды к радиатору, включая полный останов подачи.
Для зданий с двумя и более этажами используют однотрубную схему с вертикальными стояками для распределения горячей воды. Такой вариант обеспечивает более равномерное распределение, чем горизонтальные стояки. Вертикальные стояки имеют меньшую протяженность и гармоничнее вписываются в интерьер дома.
Вариант с применением обратной трубы
Схема отопления с одной трубой подачи горячей воды к радиаторам и второй – для отвода охлажденной воды к котлу или печи называется двухтрубной. Такую систему с радиаторами используют чаще, чем однотрубную.
Её цена выше из-за необходимости монтажа дополнительного трубопровода, но у неё есть важные плюсы:
- более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
- проще выполнить расчетВлияние размеров помещения и желаемой температуры на характеристики радиаторов.
- эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.
В зависимости от того, как движется охлажденная вода по отношению к горячей, двухтрубные системыСистема делится на попутные и тупиковые схемы. В попутных схемах поток холодной воды направлен в ту же сторону, что и горячего, так что длина цикла для всего контура одинакова.
В замкнутых системах охлаждения холодная вода течет к горячей, поэтому время прохождения теплоносителя по радиаторам разное. Медленный темп движения жидкости приводит к существенным различиям в нагревании. Радиаторы с более коротким циклом обращения воды нагреваются быстрее.
Существуют два способа подключения труб к радиаторам отопления: верхний и нижний. В первом случае труба с горячей водой находится над радиаторами, во втором – под ними.
Установка системы отопления снизу позволяет удалить воздух через радиаторы и исключает необходимость прокладки труб сверху, что благоприятно сказывается на дизайне помещения.
Без коллектора разгона разница в давлении будет значительно ниже, чем с верхней подводкой. Поэтому нижнюю подводку для отопления по системе естественной циркуляции почти не используют.
Выводы и полезное видео по теме
Проектирование системы отопления с одним контуром на базе электрического котла для частного дома.
Описание работы двухтрубной системы отопления одноэтажного деревянного дома с твердотопливным котлом длительного горения.
Для эффективной работы системы отопления с естественной циркуляцией воды нужны точные расчеты и правильный монтаж. В этом случае помещение дома будут быстро нагреваться, а владельцы не услышат шум насоса и не будут зависеть от электричества.
По вопросам темы или желающим поделиться опытом работы с отоплением гравитационного типа, просим оставить комментарии к статье. Форма обратной связи находится ниже.