Как устроена система отопления с естественной циркуляцией – какие бывают схемы подключения

Монтаж и расчет уклона

Чтобы движение теплоносителя не было затруднено трением, на горизонтальных участках труб создаются уклоны. Благодаря этому самотечная система отопления дома типа «ленинградка» не имеет мест, где может произойти скопление воздуха. Чтобы рассчитать уклон, нужно помнить, что разница в высоте каждого метра трубопровода должна составлять около 10 мм. Но это правило не всегда должно соблюдаться с точностью. Если количество ответвлений и поворотов меньше, то уклон может быть меньше. В таком случае разница между высотой труб на протяжении 1 м может составлять 5 мм. Благодаря знанию этих данных производится расчет, на основании которого происходит монтаж и подключение всех элементов.

Монтаж производится в определенной последовательности:

1. При создании двухтрубной схемы отопления своими руками сначала происходит подключение газового котла, от которого вверх отводится основная магистраль, соединяемая с расширительным бачком. Последний устанавливается в самой высокой точке;
2. После этого производятся работы по установке снизу бачка трубы, которая будет соединена с радиаторами. Ее высота составляет одну треть от расстояния до потолка.
3. Далее происходит подключение радиаторов, от нижней части которых отводятся трубы для охлажденного теплоносителя. Затем трубы соединяются в общую магистраль. Чтобы это сделать, сначала нужно составить схему, в которой будет полностью отображена двухтрубная система.

Читать также: Двухтрубная система отопления: схема, монтаж, балансировка

Монтаж труб для холодной воды производится параллельно тем, по которым теплоноситель попадает в радиаторы. Установка однотрубной системы для частного дома своими руками отличается только схемой расположения радиаторов и труб.

Особенности монтажа

Если производится монтаж схемы типа «ленинградка», то используется минимальное количество труб, ведь все радиаторы соединяются последовательно на одном уровне. Существует несколько способов создания такой системы. Например, монтаж по такой схеме может производиться без запорных кранов, благодаря чему теплоноситель частично обходит систему радиаторов. Возможен вариант, при котором под всеми батареями устанавливаются краны. В этом случае вода начинает проходить только по радиаторам.

Байпасы (обходные участки трубы) устанавливаются для регулировки уровня нагрева радиатора, то есть при прохождении части теплоносителя по обходному пути теплоотдача радиатора уменьшается.

Однотрубная система типа «ленинградка» устанавливается во многих домах благодаря простоте выполняемых работ. Но она имеет и недостатки, к которым можно отнести отсутствие возможности контролировать температуру в помещении. Ее монтаж может производиться в доме с одним и двумя этажами. Двухтрубная система устанавливается в коттеджах со множеством комнат и является более эффективной.

Читать также: Нормы и оптимальные значения температуры теплоносителя

Перед началом работы необходимо произвести гидравлический расчет.

Гидравлический расчет – это действия по определению оптимального диаметра трубопровода и расчету падения напора жидкости для обеспечения эффективной работы системы. В некоторых случаях расчет нужен для определения пропускной способности магистралей.

Благодаря учету особенностей работы системы можно определить:

• Возможные потери давления;
• Необходимый диаметр труб;
• Количество радиаторов;
• Необходимый уклон.

Расчет необходимо для составления схемы, по которой будет производиться монтаж котла и подключение других элементов.

Читать также: Стояк отопления: виды. нумерация, срок службы

Однотрубная горизонтальная

Самый простой вариант однотрубной горизонтальной системы отопления с нижним подключением.

При создании системы отопления частного дома своими руками схема с однотрубной разводкой может оказаться самой выгодной и дешевой. Она одинаково хорошо подходит как для одноэтажных домов, так и для двухэтажных. В случае с одноэтажным домом она выглядит очень просто – радиаторы соединяются последовательно – с целью обеспечения последовательного протекания теплоносителя. После последнего радиатора теплоноситель отправляется по цельной обратной трубе в котел.

Достоинства и недостатки схемы

Для начала мы рассмотрим основные достоинства схемы:

• простота реализации;
• отличный вариант для небольших домов;
• экономия материалов.

Однотрубная горизонтальная схема отопления — отличный вариант для небольших помещений с минимальным количеством комнат.

Схема действительно очень простая и понятная, поэтому с ее реализацией сможет справиться даже новичок. Она предусматривает последовательное соединение всех устанавливаемых радиаторов. Это идеальная схема разводки отопления для частного дома небольших размеров. Например, если это однокомнатный или двухкомнатный дом, то «городить» более сложную двухтрубную систему не имеет особого смысла.

Глядя на фото такой схемы, мы можем отметить, что обратная труба здесь цельная, она не проходит через радиаторы. Поэтому такая схема более экономичная в плане расхода материалов. Если у вас нет лишних денег, такая разводка станет для вас наиболее оптимальной – она сэкономит деньги и позволит обеспечить дом теплом.

Что касается недостатков, то их мало. Главным недостатком является то, что последняя батарея в доме будет холоднее, чем самая первая. Это связано с последовательным проходом теплоносителя через батареи, где он отдает накопленное тепло в атмосферу. Еще одним недостатком однотрубной горизонтальной схемы является то, что при выходе из строя одной батареи придется отключать сразу всю систему.

Несмотря на определенные недостатки, такая схема обогрева продолжает использоваться во многих частных домах небольшой площади.

Особенности монтажа однотрубной горизонтальной системы

Создавая водяное отопление частного дома своими руками, схема с однотрубной горизонтальной разводкой окажется самой простой для реализации. В процессе монтажа необходимо смонтировать батареи отопления, после чего соединить их отрезками трубы. После подключения самого последнего радиатора необходимо развернуть систему в обратном направлении – желательно, чтобы отводящая труба проходила по противоположной стене.

Однотрубная горизонтальная схема отопления может использоваться и в двухэтажных домах, каждый этаж здесь подключается параллельно.

Чем больше ваше домовладение, тем больше в нем окон и тем больше в нем радиаторов. Соответственно, растут и тепловые потери, в результате чего в последних комнатах становится ощутимо прохладнее. Компенсировать падение температуры можно путем увеличения количества секций на последних радиаторах. Но лучше всего смонтировать систему с байпасами или с принудительной циркуляцией теплоносителя – об этом мы расскажем чуть позже.

Аналогичная схема отопления может быть использована для обогрева двухэтажных домов. Для этого создаются две цепочки радиаторов (на первом и втором этажах), которые подключаются параллельно друг другу. Обратная труба в этой схеме подключения батарей одна, она начинается от последнего радиатора на первом этаже. Туда же подключается обратная труба, спускающаяся со второго этажа. Дата: 25 сентября 2021

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Принцип работы естественной циркуляции

При нагреве в котле вода расширяется, становится легче, поднимается вверх и освобождает место для притока остывшей жидкости.

На её место в котёл поступает остывшая вода из контура отопления – та, которая прошла радиаторы, отдала часть тепла окружающему пространству и остыла. Она имеет меньший коэффициент расширения, её плотность – больше, а вес – тяжелее.

Остывшая вода вытесняет из котла нагретую. Так образуется постоянный круговорот жидкости в системе отопления, называемый естественной циркуляцией теплоносителя в контуре.

Скорость движения воды самотёком зависит от нескольких факторов:

• разница температур на входе в котёл и на выходе из котла – формирует гравитационное давление жидкости;
• диаметр внутренних проходов в системе отопления – может снизить скорость хода потока;
• непрямое движение теплоносителя в системе – углы, повороты, сужения внутреннего диаметра труб или излучателей – снижают напор воды и замедляют её течение.

Принцип действия

Отопительный контур, называемый двухтрубным, состоит из радиаторов и двух магистральных трубопроводов – подающего и обратного. Нагретый котлом теплоноситель поступает в подающую магистраль, затем – в радиаторы, после чего по обратному трубопроводу снова возвращается к котлу.

Однотрубная и двухтрубная система отопления – в чем основное отличие? Главное отличие от однотрубной системы состоит в том, что радиаторы подключаются по параллельной схеме. Каждый из них находится между магистральным и обратным трубопроводами и своим входным патрубком подключается к первому, а выходным – ко второму.

Можно сказать, что трубопровод подачи в данном случае играет роль распределительной гребенки, из которой рабочая среда поступает сразу во все отопительные приборы.

Схема двухтрубной системы отопления с принудительной циркуляцией и теплыми полами

Если система отопления функционирует постоянно, в качестве теплоносителя используется подготовленная (обессоленная) вода. В случае работы контура в периодическом режиме следует применять антифриз.

Вся система отопления должна быть полностью заполнена теплоносителем, иначе при перетекании он будет издавать заметный шум. Но температура рабочей среды не всегда бывает постоянной и при нагреве объем ее может увеличиться. На этот случай предусмотрен компенсирующий элемент – расширительный бачок, подключаемый к контуру через тройник.

Все еще думаете, какую систему отопления выбрать? Тогда рассмотрите более упрощенный вариант – однотрубная система отопления частного дома. Достоинства и недостатки, а также разновидности систем.

О том, какой счетчик отопления выбрать, читайте тут. Есть ли смысл ставить общедомовой прибор учета?

Инфракрасный обогреватель – недорогой и удобный прибор для обогрева помещения. Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/vred-infrakrasnogo.html вы узнаете, полезны или вредны такие обогреватели.

Циркуляция теплоносителя и конструкция расширительного бачка

Очевидно, что для функционирования отопительной системы необходимо заставить теплоноситель перемещаться по контуру. Эту задачу решают одним из двух способов:

Организация конвективной (естественной) циркуляции

В данном случае используют свойство всех жидкостей и газов при нагреве перемещаться вверх. Отопительный контур начинается идущей прямо от котла вертикальной трубой – разгонным коллектором, имеющим в высоту не менее 1,5 м. Мощная конвекция на этом участке обеспечивает приемлемую циркуляцию теплоносителя в системе.

Двухтрубная система водяного отопления с естественной циркуляцией с верхней разводкой

У этого варианта есть два преимущества:

1. Энергонезависимость.
2. Максимально простая конструкция расширительного бачка. Он представляет собой установленную в наивысшей точке системы открытую емкость, в днище которой врезана ведущая к контуру труба.

Недостатков больше:

• длительная раскачка;
• необходимость применять трубы большого диаметра;
• работа котла на предельном режиме (теплоноситель успевает сильно остыть);
• необходимость нагрева теплоносителя до высокой температуры, что делает невозможным эксплуатацию системы в межсезонье.

Перекачивание с помощью насоса

Используются специальные насосы, называемые циркуляционными.

Поскольку система замкнутая, их мощность определяется только величиной гидравлического сопротивления контура (высота подъема теплоносителя значения не имеет).

Данный вариант лишен перечисленных в предыдущем пункте недостатков, но из-за повышенного давления здесь приходится применять расширительный бачок более сложной конструкции.

Это герметично закрытая емкость, разделенная гибкой мембраной на две полости. Одна из них заполнена сжатым воздухом, в другую поступает избыток теплоносителя.

Если применяется антифриз, лучше установить закрытый расширительный бачок, независимо от способа циркуляции. Из открытого бачка в помещение будут проникать вредные испарения.

Что приводит жидкость в движение – немного о законах физики

Основой для самостоятельного движения жидкости по отопительному контуру без применения нагнетающих устройств (циркуляционных насосов) является конвекция. Это физическое явление основано на том, что любая среда, нагреваясь, теряет плотность, то есть становится легче. Актуально это и для жидкостей, поэтому более холодная вода в замкнутом контуре стремится вниз, выталкивая более горячую вверх. Нагретый в теплообменнике котла теплоноситель устремляется вверх по вертикальному стояку, его место занимает остывшая жидкость, пришедшая по обратной трубе.

В системе отопления с естественной циркуляцией теплоноситель циркулирует самостоятельно за счет разницы в плотности горячей и холодной воды

Так образуется избыточное давление, достаточное для преодоления гравитации и сопротивления труб. В результате теплоноситель циркулирует самостоятельно, применяя лишь тепловую энергию, выделяемую использующимся для работы котла энергоносителем. Циркуляция воды в системе отопления такого типа не отличается высокой скоростью, поэтому прогрев отапливаемого помещения при первоначальном запуске котла происходит медленно. Увеличить скорость движения воды позволяют такие особенности самотечной отопительной системы, которые учитывают при устройстве контура:

• использование труб большого диаметра (обычно 50 мм или два дюйма) с целью максимально снизить сопротивление трубопровода;
• котел монтируют как можно ниже относительно горизонтальной разводки первого этажа;
• делают разгонную петлю (высокий вертикальный стояк, от которого в верхней точке отходит труба, идущая к батареям);
• горизонтальные участки разводки устаивают под уклоном (3-4 градуса) по направлению к котлу, используя для ускорения циркуляции силу гравитации.

Система отопления с естественной циркуляцией имеет еще одну особенность – она не может быть закрытого типа. В самотечном контуре предполагается только открытый расширительный бак, что устанавливается выше верхней точки разгонного стояка. У компенсационного бака две функции – выводить пузырьки образующихся газов из системы и сглаживать перепады давления, которые в самотечном отопительном контуре бывают значительными. Закрытый бачок мембранного типа, что устанавливается в системах, смонтированных по современным схемам с принудительной циркуляцией, не сможет полноценно сглаживать скачки давления, что неизбежно приведет к аварийным ситуациям.

Система отопления с естественной циркуляцией может быть только открытого типа

Нужно учитывать, что отопление с естественной циркуляцией из-за большого диаметра труб предполагает гораздо больший объем теплоносителя, который, расширяясь при нагревании, образует значительное количество «лишней» жидкости, она и заполняет открытый компенсационный бак.

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.

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.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

1. Минимальный угол уклонов.

Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.

Особенности подачи и вид теплоносителя.

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.

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 странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

• При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
• Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
• При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

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

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

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

1. Подача и обратка проходят по разным трубам.
2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

1. Равномерное распределение тепла.
2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
3. Проще выполнить регулировку системы.
4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Главным достоинством двухтрубной системы отопления с нижней и верхней разводкой является простота и одновременно эффективность конструкции, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные в расчетах или во время проведения монтажных работ.

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.