Автономную систему отопления гравитационного типа используют, когда установка циркуляционного насоса не представляется возможной или экономически оправданной, а также при отсутствии возможности подключения к централизованной электросети.
Эта система стоит меньше в установке и не нуждается в электричестве. Но её эффективность сильно зависит от точности проекта.
Для бесперебойной работы системы отопления с естественной циркуляцией требуется расчет параметров, правильная установка компонентов и обоснованный выбор схемы водяного контура. В этом мы готовы помочь.
В тексте изложены основные принципы работы системы водоснабжения, предоставлены рекомендации по выбору трубопроводов, описаны правила сборки контура и установки рабочих узлов. Особое внимание уделено особенностям проектирования и функционирования однотрубных и двухтрубных схем отопления.
Принципы процесса естественной циркуляции
Движение воды в системе отопления без насоса обусловлено природными законами физики.
Познание сущности этих процессов обеспечит умелое разработать проект системы отопления для типовых и нестандартных случаев.
Максимальная разность гидростатического давления
Любой теплоноситель (вода или антифриз) перемещается по контуру при естественной циркуляции благодаря тому, что при повышении температуры его плотность уменьшается.
Разница в плотности горячей и холодной воды создаёт разницу гидростатического давления между ними.
Холодная вода, текущая к теплообменнику, заставляет горячую подниматься по трубе.
В системе отопления дом делится на участки, по которым вода движется в разdirections: «горячая» вода поднимается, а «холодная» опускается. Границы участков – это верхняя и нижняя точки всей системы.
Главной задачей при моделировании системы с естественной циркуляциейМаксимальное различие давлений столбов жидкости в теплом и холодном участках – это то, что представляет собой достижение воды.
В водяном контуре естественного движения рабочей жидкости главным элементом служит коллектор разгона — вертикальная труба, ведущая от теплообменника вверх.
Коллектор разгона следует поддерживать максимально горячим, для чего его утепляют по всей длине. Если высота коллектора невелика (например, для одноэтажных зданий), утепление может быть необязательным, поскольку вода в нем не успевает сильно остыть.
Систему обычно проектируют так, чтобы высшая точка коллектора разгона соответствовала высшей точке всего контура. На это место монтируют выход. бак-расширитель открытого типа В случае применения мембранного бака можно использовать клапан для сброса воздуха.
В результате такого подхода длина участка контура с наибольшим нагревом становится минимальной, благодаря чему снижаются теплопотери на этом участке.
Рекомендуется избегать сопоставления «горячего» участка контура с длинным отрезком, по которому движется охлажденный теплоноситель. Лучше всего, если нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника в нагревательном устройстве.
Для участка водяного контура с низкими температурами существуют собственные нормы, повышающие давление рабочей жидкости.
- Чем значительнее потери тепла на прохладном участке системы отопления. Чем ниже температура воды, тем выше ее плотность, вследствие чего работа систем с естественной циркуляцией возможна лишь при большой теплоотдаче.
- Чем дальше расстояние от нижнего края контура до подключения радиаторов. Чем глубже водоем, тем обширнее участок столба воды с наименьшей температурой и наибольшей плотностью.
Для достижения цели часто печь или котел располагают в самом низком месте здания, например, в подвальном помещении. Такое расположение котла позволяет получить наибольшее расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.
Высота разницы между нижней и верхней точками водной петли при естественном движении воды не должна быть чрезмерной (не более 10 метров в обычной практике). Печь или котел нагревают лишь теплообменник и нижний участок коллектора разгона.
Если данный участок мал по сравнению со всей высотой водяного контура, то снижение давления в «горячем» участке контура незначительно, и циркуляция не начнется.
Минимизация сопротивления движению воды
При разработке системы с естественной циркуляцией важно обращать внимание на скорость течения теплоносителя в контуре.
Во-первыхЧем больше скорость передачи, тем ускореннее происходит распространение тепла от котла к радиаторам.
Во-вторыхЧем выше скорость жидкости в теплообменнике, тем меньше риск её закипания, что принципиально для системы отопления с использованием печи.
В системах отопления с принудительной циркуляцией Скорость потока воды определяется параметрами. циркуляционного насоса.
Скорость водяного отопления с естественной циркуляцией определяется следующими факторами:
- разницы давления В месте соединения частей контура снизу.
- гидродинамического сопротивления отопительной системы.
Способ достижения максимального перепада давлений обсуждался ранее. Математическая модель и большое количество исходных данных, необходимых для расчета гидродинамического сопротивления реальной системы, затрудняют получение точных результатов.
Существуют общие правила, соблюдение которых может снизить сопротивление отопительного контура.
Снижение скорости движения воды обусловлено сопротивлением стенок труб и наличием сужений, вызванных установкой фитингов или запорной арматуры.
Исключение составляют длинные и тонкие трубы, используемые в системах отопления. теплого полаОбычно для этого создают отдельные контуры с обязательным движением жидкости.
При подборе труб для контура с естественной циркуляцией нужно принимать во внимание возможность появления технических сужений во время монтажа системы. металлопластиковые трубы Фитинги с меньшим внутренним диаметром, используемые для соединения труб при естественной циркуляции воды, нежелательны.
Правила выбора и монтажа труб
Выбор между стальными или полипропиленовыми трубами Выбор системы отопления осуществляется с учётом её способности обеспечивать горячую воду, стоимости, простоты установки и продолжительности работы.
Монтаж стояка подачи осуществляют из стальной трубы, поскольку по нему течет вода с наивысшей температурой, а при работе печного отопления или поломке теплообменника может быть прохождение пара.
При естественной циркуляции рекомендуется выбирать трубы с большим диаметром, чем при использовании насоса. Для отопления помещений площадью до 200 квадратных метров диаметр коллектора разгона и трубы на входе обратки в теплообменник обычно составляет 2 дюйма.
Это объясняется более медленным течением воды по сравнению с системой принудительного циркулирования, что влечёт за собой ряд проблем.
- снижение объема переносимого тепла Время, затрачиваемое на прохождение тепла от источника к комнате.
- появление засоров или воздушных пробокС которыми не сможет справиться слабый напор.
При использовании естественной циркуляции с нижней схемой подвода подачи важно уделить проблеме удаления воздуха из системы. Воздух не может полностью отводиться из теплоносителя через расширительный бак, так как закипающая вода поступает сначала в приборы по магистрали, расположенной ниже самих приборов.
При принудительной циркуляции напором вода вытесняет воздух в установленный на самой высокой точке системы воздухосборник, который может иметь автоматическое, ручное или полуавтоматическое управление. кранов Маевского в основном производится регулировка теплоотдачи.
В системах отопления с нижним расположением подачи, вентили Маевского служат для удаления воздуха из системы.
Воздух можно удалять при помощи воздухоотводчиков, расположенных на каждом стояке или по воздушной линии, пролегающей параллельно магистралям системы. Из-за большого количества устройств для отвода воздуха гравитационные схемы с нижней разводкой практически не используются.
При недостаточном напоре маленькая воздушная пробка может полностью остановить работу системы обогрева. Согласно СНиП 41-01-2003 прокладывать без уклона трубопроводы систем отопления при скорости движения воды менее 0,25 м/с запрещено.
При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Потому кроме увеличения диаметра труб нужно соблюдать постоянные уклоны для удаления воздуха из системы отопления. Уклон проектируют с расчётом 2-3 мм на 1 метр, в сетях квартирных наклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.
По подаче уклона движется воздух к баку-расширителю или системе стравливания воздуха, находящейся в верхней точке контура. Можно выполнить и контр-уклон, но тогда потребуется дополнительно установка. клапан для отвода воздуха.
Направление уклона магистрали обратки обычно совпадает с направлением потока охлажденной воды. В этом случае нижняя точка контура будет располагаться напротив входа обратной трубы в теплогенератор.
При установке теплого пола На небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией важно предотвратить попадание воздуха в тонкие и горизонтальные трубы системы отопления. Пред теплому полу нужно установить устройство для удаления воздуха.
Однотрубные и двухтрубные схемы отопления
При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды можно проектировать как один, так и несколько отдельных контуров, которые могут существенно отличаться друг от друга. Независимо от длины, количества радиаторов и других параметров, выполняют 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 применения радиаторов.
Это самый бюджетный и простой способ отопления дома с использованием естественного движения теплоносителя. Главным недостатком выступает крупный размер труб.
При самом экономном варианте однотрубной схемы По системе трубопроводов с радиаторами отопления горячая вода поступает в каждое устройство по очереди.
По мере прохождения теплоноситель Поскольку система охлаждается, радиаторы позже получают более прохладную воду. Это важно помнить при определении числа секций.
Более сложная и дорогая система (вверху) дает возможность отключить радиаторы без остановки всей системы.
Для однотрубной системы отопления наилучшим выбором является диагональное подключение бытовых приборов.
Эта схема контуров отопления с естественной циркуляцией предусматривает подачу горячей воды в радиатор сверху, а отвод охлажденной воды — через патрубок снизу. Такой способ обеспечивает отдачу максимально возможного количества тепла нагретой водой.
При нижнем подключении к батарее как входного, так и выходного патрубка теплоотдача значительно снижается из-за большого расстояния, которое прогретому теплоносителю необходимо пройти. В связи с существенным остыванием в подобных схемах не применяют батареи с большим числом секций.
Преимущества в том, что с запорными вентилями на входе и выходе приборы можно отключить поочередно для ремонта без остановки работы отопительной системы.
Подобное подключение радиаторов получила название… ЛенинградкаНесмотря на теплопотери, трубы из стали предпочитают использовать для установки системы отопления квартир из-за более привлекательного внешнего вида разводки.
Однотрубные сети страдают от того, что для отключения одной секции отопления приходится останавливать движение воды по всему контуру.
В связи с этим чаще всего используют модернизацию классического варианта, дополнив его . байпасаРадиатор можно обойти ответвлением с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Такая конструкция дает возможность регулировать подачу воды к радиатору, даже полностью его отключить.
Для многоэтажных зданий используют однотрубные системы с вертикальными стояками. Такое распределение горячей воды более равномерное по сравнению с горизонтальными стояками. Кроме того, вертикальные стояки короче и гармоничнее смотрятся в интерьере дома.
Предложен вариант с функцией отключения радиаторов на верхнем этаже.
Вариант с применением обратной трубы
При использовании одной трубы для подачи горячей воды к радиаторам, а второй – для отвода охлажденной к котлу или печи, получают двухтрубную схему отопления. Такая система с радиаторами встречается чаще, чем однотрубная.
Её цена выше из-за необходимости установки дополнительного трубопровода, однако у неё есть ряд существенных плюсов:
- более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
- проще выполнить расчет Как параметры радиаторов меняются при изменении площади отапливаемого помещения и требуемых значений температуры?
- эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.
В зависимости от того, как движется охлажденная вода по отношению к горячей, двухтрубные системы Существуют схемы двух типов: попутные и тупиковые. В попутных схемах охлаждённая вода движется в том же направлении, что и горячая, поэтому длина цикла для всего контура одинакова.
В замкнутых контурах охлажденная вода перемещается к горячей, поэтому продолжительность оборотов теплоносителя различается для различных радиаторов. Из-за низкой скорости в системе время нагрева может существенно варьироваться. Радиаторы с более коротким циклом обращения воды нагреваются быстрее.
Существуют две разновидности подключения труб к радиаторам отопления: верхнее и нижнее. В первом случае труба с горячей водой размещается над радиаторами, во втором — под ними.
Нижняя подводка теплого пола позволяет удалить воздух через радиаторы и исключает необходимость прокладки труб по потолку, что улучшает внешний вид помещения.
Без коллектора разгона давление будет значительно ниже, чем с использованием верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку для отопления по принципу естественной циркуляции почти не используют.
Выводы и полезное видео по теме
Схема отопления однотрубная с использованием электрокотла для частного дома малой площади.
В чем заключается принцип функционирования двухтрубной отопительной системы в одноэтажном доме из дерева с твердотопливным котлом медленного горения?
Работа системы отопления с естественной циркуляцией воды подразумевает точные расчеты и профессиональный монтаж. При соблюдении условий эффективное обогрев помещений дома обеспечен, а хозяева освобождаются от шума насоса и потребления электричества.
По вопросам о теме или желанием рассказать о собственном опыте в организации и эксплуатации отопительных систем гравитационного типа просьба оставить комментарии под данной статьей. Форма обратной связи размещена ниже.