Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя


Любая гидравлическая система отопления представляет собой комплекс отопительных устройств и нагревательных приборов, соединенных между собой трубопроводом в определенном порядке. При нагревании теплоносителя он изменяется в объеме (расширяется). Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией предусматривают компенсацию этого процесса за счет расширительного бака.

В зависимости от того, сообщается ли такой бак с наружным атмосферным воздухом, отопительные системы делятся на две разновидности – открытые и закрытые системы отопления.

Схема закрытой системы отопления

Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса. Включение насоса в гидравлическую схему позволяет проводить обогрев помещений более эффективно. Принудительная циркуляция позволяет включать в такую схему дополнительные отопительные устройства (например, системы «тёплый пол»).

Наличие насоса в схеме ставит отопление в зависимость от электроснабжения, но при этом циркуляция теплоносителя происходит намного эффективнее.


При реализации такой схемы установка этого насоса проводится на обратной магистральной трубе перед котлом. Там же устанавливается и расширительный бак для отопления закрытого типа.

Понятно, что такое расположение делает сам монтаж проще, так как отпадает необходимость соблюдать угол уклона, утеплять трубопровод и на главные стояки (магистрали) устанавливать трубы большего диаметра (что не всегда эстетично в жилом помещении).

Система отопления закрытого типа предупреждает испарение теплоносителя. В связи с этим отпадает необходимость постоянного контроля его уровня в системе.

Принудительная циркуляция теплоносителя позволяет проводить прогрев за меньшее время и изменять нагрев в каждом отдельном помещении. Если в цепь включен комнатный термостат, то появляется возможность эффективно обогревать помещения при изменении температуры ниже установленной.

Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Принципиальная схема

Элементы отопительной схемы

Схема отопления закрытого типа включает такие элементы:

  • котел для отопления частного дома (любого типа – газовый, твердотопливный и т.п.);
  • мембранный расширительный герметичный бак;
  • циркуляционный насос;
  • радиаторы и батареи отопления;
  • трубы для магистралей стояков, подводки и перемычки;
  • фитинги (переходники для труб);
  • краны (пробковые и шаровые) и клапаны (системы Маевского);
  • фильтры (в основном для поддержания работоспособности котла);
  • крепежи (хомуты и пр.).

Принцип работы

  1. Теплоноситель (вода или антифриз) нагреваются в отопительном котле. При увеличении температуры среды увеличивается объем. Излишек теплоносителя переходит в расширительный бак, который по своему виду напоминает капсулу, разделенную на два отделения. Одно отделение – это гидравлическая камера, куда поступает жидкий теплоноситель при нагревании. Второе отделение – газовая камера, которая заполнена азотом под определенным давлением;

Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Как работает расширительный мембранный бак

  1. До запуска отопления в баке устанавливается давление, равное гидростатическому давлению в контуре. При нагреве теплоносителя он поступает в расширительный бак через клапан. За счет этого выравнивается давление внутри системы (так как объем газовой камеры уменьшается, а давление газа – увеличивается). Из расширительного бака теплоноситель возвращается в систему тем же циркуляционным насосом.

ОТОПЛЕНИЕ ОТКРЫТОГО И ЗАКРЫТОГО ТИПА


Также система отопления может быть открытого или закрытого типа. Системы водяного отопления с естественной циркуляцией — это всегда открытые системы. Они предусматривают наличие открытого расширительного бачка, расположенного в самой высокой точке дома. Через горловину вода постепенно испаряется, поэтому периодически её надо доливать.

Второй тип — это герметичный объём, внутри которого располагается резиновая мембрана, благодаря растяжению которой создаётся давление внутри системы, что помогает движению теплоносителя. Как правило, закрытая модель устанавливается с циркуляционным насосом, а место её установки может быть любым.

Конструктивные особенности закрытой системы отопления

Схема отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа имеет некоторые особенности. Расширительный бачок и циркуляционный насос можно размещать в одном и том же помещении вместе с нагревательным котлом.

Это дает ряд преимуществ – уменьшается общая длина трубопроводов, отпадает необходимость в установке труб большого диаметра и соблюдения углов наклона при монтаже.

Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Общий вид котельной

Герметичная конструкция расширительного бака такого типа препятствует испарению теплоносителя из системы и завоздушиванию трубопроводов.

Важно! Расширительный бак мембранного типа и циркуляционный насос необходимо устанавливать на обратной магистральной трубе. Насос можно дольше эксплуатировать, если по нему проходит жидкость, температура которой ниже.


Открытая разновидность схемы отопления имеет определенные ограничения по размерам, поэтому может применяться только в небольших по площади помещениях. Отопление закрытого типа таких ограничений не имеет.

Достоинства и недостатки закрытой системы отопления

Герметичная система отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа отопления имеет свои плюсы и минусы. Плюсов у нее больше, поэтому их следует рассмотреть более подробно, хотя существуют и негативные моменты.

Преимущества закрытой отопительной системы

  • Большая теплоотдача;
  • Отсутствие испарения теплоносителя;
  • Возможность использования труб меньшего диаметра;
  • Срок службы котла выше за счет уменьшения разницы температуры на входе и выходе;
  • Уменьшение коррозии за счет герметичности;
  • Возможность применения антифриза в качестве теплоносителя.

Недостатки закрытой отопительной системы

  • Энергозависимость (требуется электроснабжение для циркуляционного насоса для отопления);
  • Объем расширительного бака должен быть намного больше, естественно, что он несколько дороже.

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Главная задача водяной отопительной системы – это заставить теплоноситель циркулировать по трубам. Чтобы дом прогревался, горячая вода из котла должна поступать в трубы и радиаторы. Система отопления с естественной циркуляцией работает по принципу гравитации. Жидкость перемещается по трубам гравитационным способом без использования насоса. Плотность и вес жидкости становится меньше при нагревании, а после остывания приходит в первичное состояние.


В таком устройстве давление фактически отсутствует. По расчетам, можно увидеть, что при напоре 10-метрового водяного столба приходится давление в 1 атмосферу. Получается, что в устройстве отопления одноэтажного дома давление составит от 0,5 до 0,7 атм., а в двухэтажном доме – не более 1 атм.

Достоинства и недостатки обогрева с естественной циркуляцией

Как и любое устройство, водяное отопление с естественной циркуляцией имеет свои преимущества, но также и недостатки. Чем хороша система?

  1. Простая установка и обслуживание, легкий запуск системы. Весь монтаж можно сделать самостоятельно.
  2. Не нужно покупать дорогое оснащение.
  3. Система работает стабильно. Теплоноситель дает наибольшую тепловую отдачу и сохраняет нужную температуру в помещении.
  4. Нет зависимости от электричества. Устройство продолжит работать, если электричество отключат.
  5. Если дом утеплен хорошо, то с такой системой можно хорошо сэкономить.
  6. Отсутствие насоса, который создает много шума.
  7. Если вовремя проводить техническое обслуживание, то отопительное устройство может проработать свыше 35 лет.

Минусы системы:


  • Несмотря на то что отопительная система требует мало материалов, расходы станут намного больше при уменьшении местного сопротивления трубопровода. Потому что, придется устанавливать трубы большего размера.
  • Дом прогревается намного медленнее.
  • Если трубы проходят через не отапливаемые помещения, то эти участки следует утеплить. Иначе есть риск, что жидкость замерзнет.
  • Такая система отопления подходит только для частных домов с площадью не более 100 кв. м., так как она действует в радиусе до 30 метров. Это происходит из-за того, что система имеет маленький циркулярный напор.
  • Главное условие – чердак в доме. Именно туда устанавливают расширительный бак.

Переоборудование открытой системы с естественной циркуляцией в закрытую

Вариант закрытой системы отопления с естественной циркуляцией – это способ оборудования системы отопления без циркуляционного насоса. В практике такая разновидность организации отопления встречается крайне редко, но ее работоспособность сомнениям не подвергается.

Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Циркуляционный насос

Как правило, она специально не проектируется изначально в таком виде, но при замене своими руками обычного расширительного бака на мембранный, она превращается из открытой системы с естественной циркуляцией в закрытую с естественной циркуляцией.


Само собой, что можно и заранее рассчитать, спроектировать и собрать такую систему, но при этом многие из очевидных преимуществ закрытых систем теряются. Например, нужно очень точно рассчитывать диаметры стояков и магистралей, трубы укладывать под уклоном, будут образовываться воздушные пробки.

Достоинство, которое дает естественная циркуляция в закрытой системе отопления, это – независимость от электроснабжения.

Стоит ли такое сомнительное преимущество конкретных минусов? Вряд ли кому-то в голову придет строить жилье с водяным отоплением, но без электричества. Цена обычного насоса – около ста долларов. При этом он берет электроэнергии, как лампочка накаливания от настольной лампы – 40-60 Вт.

Как работает схема с естественной циркуляцией

В качестве теплоносителя, чаще всего используют обычную воду, которая перемещается по контурам от котла к батареям и обратно за счёт изменения своих термодинамических свойств. То есть при нагревании плотность жидкости понижается и увеличивается объём, её выдавливает холодным потоком, который идёт обратно, и поднимается по трубам. Пока теплоноситель расходится по горизонтальным ответвлениям, его температура снижается и он возвращается к котлу. Так круг замыкается.


Если для частного дома было подобрано отопление водой с естественной циркуляцией, то все горизонтальные трубы прокладывают с уклоном по ходу движения теплоносителя. Это даёт возможность радиаторам не «завоздушиваться». Воздух легче жидкости, потому он уходит по трубам вверх, попадает в расширительную ёмкость, а потом, соответственно, в воздух.

В бак сливается жидкость, объём которой увеличивается с повышением температуры, и создаёт непрерывное давление.

Чтобы создать необходимый циркуляционный напор, нужно обязательно просчитать всю систему отопления при проектировании частного дома. Он зависит от уровня середины котла

и самой нижней батареи. Чем больше перепад высоты, тем лучше жидкость перемещается по системе. На него оказывает влияние и разница плотностей горячей и охладившейся жидкости.

Характеризуется система отопления с натуральной циркуляцией изменением температуры в радиаторах и в котле, которая происходит по центральной оси устройств. Горячая вода находится вверху, холодная – снизу. Под воздействием гравитации остывшая жидкость перемещается вниз по трубам.

Передвижение прямо зависит от высоты установки радиаторов. Его повышению содействует и угол наклона подающей линии, которая направлена в сторону батарей, и уклон обратки, направленной к котлу. Это даёт возможность жидкости легче одолевать местное сопротивление труб.

При установке системы отопления в частном доме с естественной циркуляцией котёл ставят в самой нижней точке так, чтобы все батареи находились выше.

Чтоб влияет на скорость циркуляции?

Интенсивность, с которой теплоноситель будет циркулировать в самотёчной отопительной системе, зависит не только от циркуляционного напора. На скорость движения горячей воды также влияют:


  • Диаметр элементов трубной разводки. Чем меньше диаметр труб, тем больше будет гидравлическое сопротивление, а значит, тем ниже будет интенсивность движения теплоносителя. Чтобы избежать потерь тепла, для формирования отопительных контуров используют трубы достаточно большого диаметра. Если же необходимо встроить в систему коллекторный узел – используют Valtec VT,VAR30.G 1 1/4″  или аналогичное изделие с диаметром выходов в дюйм с четвертью.
  • Материал, из которого изготовлены трубы. Здесь все очевидно: со временем на стальных трубах внутри формируются отложения, которые повышают гидравлическое сопротивление. Полипропиленовые трубы для отопительных систем лишены этого недостатка.
  • Конфигурация системы. Чем больше в контурах отводов и поворотов, чем больше запорной арматуры и обособленных веток – тем сложнее теплоносителю перемещаться по ней. В идеале монтируется кольцевая разводка (одно- или двухтрубная) с общей длиной контуров не более 30м.

Преимущества системы с естественной циркуляцией

Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат. Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум  их работы. Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.


система отопления с естественной циркуляцией

Еще одним весомым преимуществом данной системы является то, что теплоноситель циркулирует непрерывно.

Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.

Популярность системы связана еще и с тем, что ее проектировка, монтаж и дальнейшее обслуживание не требуют специальных навыков.

То есть, для того чтобы создать качественную отопительную  систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно. Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками. Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.

Как работает данная система?

Движение теплоносителя (воды) по трубам обусловлено тем, что при повышении и понижении температуры изменяется масса и плотность жидкости. Снижение массы и плотности воды происходит, когда она нагревается в котле. В это время в трубах находится уже отдавшая свое тепло более холодная вода, имеющая большую массу и плотность. При этом под действием гравитационных сил холодная вода в радиаторе замещается водой горячей.

Для того чтобы понять, как именно функционирует гравитационная система отопления, достаточно просто вспомнить курс физики. Нагретая в котле вода, являясь более легкой, свободно поднимается по трубам центрального стояка. В этот момент тяжелая холодная вода опускается в отопительный котел. Горячая вода, достигнув верхней точки, равномерно распределяется по радиаторам. В них холодная вода опускается к нижней части батареи, а после и вовсе покидает ее, потому что ее попросту «вытеснила» горячая.

Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

В момент поступления в радиатор горячего теплоносителя происходит процесс отдачи тепла. То есть, постепенно нагреваются материалы радиатора, передавая тепло непосредственно в помещение. Далее – остывший теплоноситель вновь замещается горячим. Этот процесс непрерывен. Жидкость циркулирует  до тех пор, пока идет ее нагрев – то есть, пока работает котел.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома состоит из таких элементов:

  • котел. Именно он осуществляет нагрев теплоносителя. Существует большое количество видов котлов, которые работают на различного типа топливе.
  • трубопровод. Он может быть как одинарным, так и двойным (для обратного тока).
  • отопительные элементы – радиаторы.
  • расширительный бак.

При проектировании и монтаже такой схемы, как самотечная система отопления, крайне важно придерживаться обязательного требования – труба, по которой движется теплоноситель, непременно должна иметь уклон.

Он должен составлять минимум 0,005 м на метр погонный трубы и быть направленным в сторону нагревающего бака. То есть, если радиатор и котел расположены на одном этаже, то уровень входа трубы в радиатор должен быть несколько выше. Необходимость наличия уклона объясняется несколькими факторами:

  • по трубе, которая имеет уклон, холодная вода значительно быстрее движется к нагревательному баку.
  • наличие уклона крайне важно для того чтобы пузырьки воздуха, появившиеся в процессе нагревания теплоносителя, эффективнее поднимались в специальный расширительный бак, а оттуда – удалялись в атмосферу.

гравитационная система отопления

Наличие расширительного бака в такой системе, как гравитационная система отопления из полипропилена, благотворно влияет на создание дополнительного давления в системе, что делает скорость передвижения теплоносителя несколько выше.

Следует отметить, что скорость перемещения теплоносителя в трубе напрямую зависит сразу от нескольких факторов. Прежде всего, это разница таких величин, как плотность, масса,  объем теплоносителя в горячем и холодном состоянии.

Помимо этого, на скорость перемещения теплоносителя влияет также и уровень расположения отопительных элементов (радиаторов) относительно нагревательного котла. Однако гравитационное давление, возникающее во время перемещения теплоносителя, в некоторой степени расходуется в момент, когда жидкость преодолевает сопротивление трубопровода.

Дополнительными препятствиями, на которые также расходуется значительное количество гравитационного давления, являются дополнительные радиаторы, разветвления, повороты, присутствующие в системе. Для более эффективного обогрева (и достижения максимальной скорости перемещения теплоносителя) следует проектировать отопление с естественной циркуляцией так, чтобы подобных препятствий было меньше. В случае если подобная «сложность» системы вызвана необходимостью, решением возникшей сложности является использование труб большего диаметра.

самотечная система отопления

Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Более сложная гравитационная схема отопления, предусматривающая наличие сразу двух контуров отопительной системы. По одному происходит передвижение горячей воды, которая движется от котла к радиаторам. А второй контур предназначен для оттока остывшего теплоносителя от радиаторов к нагревательному котлу. Данная самотечная система отопления предусматривает более тщательное планирование и использования увеличенного количества материалов (труб).

отопление с естественной циркуляцией

Принцип монтирования двухтрубной системы, предполагающей отопление самотеком, являет собой довольно трудоемкий процесс, который можно разделить на несколько этапов:

Лучевая система отопления " src="/wp-content/uploads/c6de92109c16459ebbdab561d05e2ba1.jpg" alt="Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя" width="140px" height="100px" />

  • монтаж основного стояка. Отопительная труба (по которой движется горячая вода) поднимается от котла к расширительному баку. Следует отметить, что наилучшее место присоединения стояка к баку – нижняя треть от общей его высоты.
  • на уровне примерно трети высоты помещения (отмерять следует от уровня пола) отопительная труба соединяется с разводкой. Именно от нее и будут прокладываться трубы к приборам отопления – радиаторам.
  • для своевременного удаления излишков жидкости в системе в бак должна быть врезана также труба перелива. Посредством ее использования лишняя жидкость будет направлена в канализацию.
  • трубы для отведения уже отработанной (то есть – остывшей) воды следует врезать в нижнюю часть радиатора. По этим трубам вода возвращается к нагревательному котлу. Прокладываются они параллельно трубам подачи горячего теплоносителя.

Планируя естественное отопление дома, следует учитывать некоторые особенности. Прежде всего, труба основного стояка непременно должна быть утеплена – иначе существует вероятность существенной потери тепла.

Кроме того, обязательно следует утеплить помещение, в котором стоит расширительный бак. Чаще всего таким помещением является специальная комната на верхнем этаже или чердак. Если данная комната не будет утеплена, это может привести к тому, что часть теплоносителя попросту замерзнет – а это спровоцирует поломку системы.

гравитационная система отопления схема

Еще одна важная особенность – при планировании системы, перед тем, как сделать отопление без насоса, необходимо тщательно просчитать уровень расположения котла, расширительного бака и радиаторов. При правильном планировании достигается необходимое давление, которое способствует более эффективной работе системы. Следует учитывать, что ниже всего должен располагаться нагревательный котел.

Для него лучше всего оборудовать отдельную комнату на цокольном этаже или в подвале. Если возможности оборудования отдельного помещения нет (или просто нет цоколя, подвала), котел следует располагать в углублении. При правильном расчете, подобной системы достаточно для обогрева строения состоящего из 4-5 комнат с прилегающими бытовыми помещениями.

самотечная система отопления частного дома


Использованные источники

  1. forumhouse.ru/threads/40764/
  2. scherbinka-dom.ru/klimat/otoplenie-bez-obratki-2.html
  3. alfatep.ru/article/radiatory_otopleniya/otopitelnaya_sistema_s_estestvennoy_tsirkulyatsiey/
  4. mastergrad.com/forums/t168310-kakie-ne-chugunnye-radiatory-mozhno-ispolzovat-v-sisteme-s-ec/
  5. otoplenie-doma.org/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.