Отопление с естественной циркуляцией: ключевые элементы системы и особенности ее проектирования (85 фото)

Качественное отопление необходимо для любого частного дома, что в особенности актуально для большей части территории России. Из всего разнообразия решения этой задачи отопление с естественной циркуляцией своими руками создается проще всего, и его нельзя отнести к слишком затратному варианту.

Но его правильное создание потребует некоторых навыков и знания основ строительства, чтобы подобрать необходимые компоненты и качественно соединить их в одну рабочую систему.

Как работает такая система

Движение воды в магистрали парового отопления может происходить без использования циркуляционного насоса, в соответствии с базовыми физическими законами. Знание основ подобных процессов дает возможность правильно рассчитать систему отопления на все случаи жизни.

Главное качество жидкости– это снижение коэффициента плотности при повышении количества градусов. Чем вода сильнее нагревается, тем ниже ее плотность. Генерируется дифференциация напряжения между холодной и нагретой жидкостью. Первая течет самопроизвольно к теплообменнику, при этом вытесняя горючую воду, она движется по магистрали.

При такой циркуляции существует различия в давлении между различными жидкостям. Любой такой контур можно дифференцировать по блокам:

1. Вода поднимается, нагревая трубы.
2. По холодным трубам она движется вниз.

Разграничивающий элемент – это крайние точки общего контура (верх и низ).

При создании системы с простым кругооборотом, решается задача достижения дифференциации между водой, которая имеет разные температуры.

Одним из базовых блоков в подобных системах делается базовый стояк – это перпендикулярно зафиксированная труба, которая проводит воду вверх от теплообменного блока. Коллектор разгона обладает повышенной температурой, его «закутывают» в утеплитель особенно тщательно, если вода подается, минуя несколько этажей.

Как правило, система создается так, чтобы верхняя точка коллектора соответствовала верней точке всей магистрали. Там устанавливают выход на бак, также возможно поставить клапан, который будет управлять отводом лишнего воздуха.

Следует учитывать, чтобы блок с высокой температурой самого контура не соприкасался с элементов, по которому движется остывшая вода. Нижня точка магистрали соприкасается с теплообменником, инсталлируется в нагревающий агрегат.

Почему падает давление в закрытой системе отопления?

Причина, по которой падает давление, существует одна – отсутствие герметичности, то бишь, протечка. Вопрос в том, чтобы ее найти. Характерным признаком протечки служит лужица в определенном месте либо бурое пятно, когда вода успевает высохнуть. В процессе поиска следует осмотреть следующие узлы и элементы:

• соединения труб и фитинги: бывает, что в последних возникают трещины;
• автоматические воздухоотводчики: неисправный элемент с застрявшим поплавком будет пропускать воду;
• запорно — регулирующая арматура, предохранительный клапан;
• расширительный бак: трещина в мембране вызовет падение давления, появление воздуха в системе и частое отключение котла.

Для устранения протечки не обойтись без частичного или полного опорожнения трубопроводов. По окончании работ придется снова залить воду в систему, создать необходимое давление и проследить за манометром в течении нескольких дней.

Преимущества гравитационной системы

Система отопления с естественной циркуляцией обладает рядом преимуществ, из которых следует выделить

• Полная энергонезависимость системы. Если вы испытываете постоянные перебои со светом, возможно стоит смотреть в сторону отопления с естественной циркуляцией
• Отсутствие сложных систем в виде насоса, предохранительной арматуры и тд;
• Идеальная система для твердотопливных котлов
• Максимально простая обвязка котельной
• Доступная по цене

Во время монтажа необходимо скрупулезно рассчитать все показатели и выбрать схему контура правильно.

Воздушное отопление

Из самого названия понятно, что отопление происходит нагретым воздухом. Воздух нагревается генератором тепла, а затем по каналам-воздуховодам поступает в помещения. По обратным каналам остывший воздух возвращается на подогрев. Довольно комфортная система.

Первым в истории теплогенератором была печь. Она нагревала воздух, который расходился по каналам в порядке естественной циркуляции. Такая система воздушного отопления использовалась в прошлых веках в продвинутых городских домах.

Сейчас используют самые разные теплогенераторы-котлы: газовые, твёрдотопливные, дизельные, электрические. Кроме естественной циркуляции используется и принудительная. Она, конечно, более эффективна:

• Во-первых, гораздо быстрее прогревает помещения;
• Во-вторых имеет более высокий КПД, так как гораздо эффективнее отводится тепло от теплогенератора;
• В-третьих, её можно объединить с системой кондиционирования.

Вы, наверное, уже поняли, что здесь частным домом и «не пахнет». Да, верно, для частного дома эта схема отопления слишком громоздка и дорога. Одни расчёты чего стоят, а если допустить ошибку, то она будет, как говорят, фатальной.

Но давайте не будем расстраиваться. Если хочется все-таки обогреваться воздухом – выход есть. Это камин.

Причем, на мой взгляд, не обычный камин-пожиратель дров, а показанная на рисунке выше чугунная каминная топка. Это идеальный вариант домашнего уютного дровяного теплогенератора. Он и предназначен именно для нагрева воздуха, а не кирпича, как традиционный камин.

Воздух заходит в подкаминное пространство (где дрова лежат для антуража), обтекает его нагретый корпус. Затем обтекает раскалённую дымовую трубу по коробу камина и выходит через отверстия в верхней части короба. Кстати, к этим отверстиям можно подвести воздуховоды и распределять горячий воздух по помещениям.

Вполне достойный вариант, только если делать с воздуховодами, то при строительстве нужно не забыть их уложить в стены и перекрытия. Кое-кто ставит ещё и поддув, создавая принудительную вентиляцию. Но это, по-моему, уже перебор. У камина приятно слушать потрескивание дров, а не шум вентилятора.

Думаю, стоит упомянуть ещё тепловентиляторы и тепловые пушки. Это, так сказать, мобильные воздухоотопительные установки. Очень полезные приборы, особенно когда основная система отопления не работает или нужно быстро «догреть» воздух в помещении. Но в качестве основного варианта отопления их, по-моему, нельзя рассматривать.

Итак, каминная топка, как источник воздушного отопления – хорошее, а к тому же, приятное решение для частного дома.

Ленинградка

«Ленинградка» имеет базовый недостаток: есть большие тепло потери на магистралях, их всегда учитывают специалисты при проектировании отопления. Достоинства этой системы: с использованием вентилей отопление можно отключать, делая профилактический ремонт. «Ленинградка» нередко используется в квартирах, выглядят трубы эстетично и не привлекают внимания.

Трудности заключаются в том, что отключение одной из секций приводит к остановке циркуляции теплоносителя во всем контуре. Нередко применяют метод с монтажом «байпаса», когда батареи можно «обходить» с использованием боковых ответвлений у которых присутствуют шаровые краны (2 шт.).

Для двухэтажных объектов (и одноэтажных) используют схемы с одной трубой и перпендикулярными стояками. При таких обстоятельствах жидкость распределяется более равномерно. Вертикальные трубы боле эстетично выглядят, их легко замаскировать в угловых нишах.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров, их выполняют по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с использованием одной магистрали

Систему отопления с использованием одной и той же трубы для последовательного подвода воды к радиаторам называют однотрубной. Самым простым однотрубным вариантом является отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решения обогрева дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный значимый минус – внешний вид громоздких труб.

При самом экономном варианте однотрубной схемы с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения теплоноситель остывает, поэтому последующие радиаторы получают воду более холодную, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная схема (вверху) требует минимального количества монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант внизу позволяет отключать радиаторы без остановки всей системы

Самым эффективным способом подключения приборов отопления к однотрубной сети считается диагональный вариант.

Согласно этой схеме контуров отопления с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после охлаждения отводится через расположенный внизу патрубок. При прохождении подобным образом нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входного патрубка, так и выходного, теплоотдача существенно уменьшается, потому что нагретому теплоносителю надо пройти максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» характеризуется внушительными теплопотерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Плюс ее в том, что при использовании запорных вентилей на входном и выходном патрубке приборы выборочно можно отключать для ремонта без остановки отопительного цикла (+)

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов получили название “Ленинградка“. Несмотря на отмеченные потери тепла, им отдают предпочтение в обустройстве систем квартирного отопления, что обусловлено более эстетичным видом прокладки трубопровода.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключить одну из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру.

Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой “байпаса” для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до полного его отключения.

Для двух и более этажных строений применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. К тому же вертикальные стояки менее протяженные и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубную схему с вертикальной разводкой успешно применяют при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов

Вариант с применением обратной трубы

Когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, такую схему отопления называют двухтрубной. Подобную систему при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную.

Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

• более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
• проще выполнить расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значениях температуры;
• эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, двухтрубные системы подразделяют на попутные и тупиковые. В попутных схемах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах, охлажденная вода движется навстречу горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя отличаются. Так как скорость в системе небольшая, то и время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды меньше, будут нагреты быстрее.

При выборе тупиковой и попутной схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратной трубы

Существует два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхняя и нижняя. При верхней подводке труба, подающая горячую воду, располагается выше радиаторов отопления, а при нижней подводке – ниже.

При нижней подводке возможно удаление воздуха через радиаторы и отсутствует необходимость проведения труб поверху, что хорошо с позиции дизайна помещения.

Однако без коллектора разгона перепад давления будет гораздо меньше, чем при использовании верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции практически не применяют.

Паук

Принцип простой:

1. Вода нагревается в котле.
2. Поднимается в бак.
3. Затем расходится самотеком по трубам меньшего диаметра.

Такая схема идеально подходит для объекта с небольшим количеством этажей

Достоинства «паука» равномерное и простое распределение теплоносителя, нет также горизонтальной разводки по разным помещениям.

На подаче присутствует только стояк крупного размера, он ведет от котла к емкости. Трубы при этом могут быть диаметром до 25 мм. На ответвления нередко используют трубы ПВХ или металлопластик.

Из недостатков этой системы с естественной циркуляцией можно вспомнить:

1. Наличие большого числа стыков.
2. Применяется много труб разных диметров.
3. Требуется много утеплителя.
4. Обязательно в здании должно присутствовать чердачное помещение.

Зачем нужен клапан

Правильный проект системы отопления разрабатывают с учётом разницы температурных значений в трубах подвода теплоносителя и обратки.

Нередко, вместо установки бойлера, применяют другой вариант защиты, обеспечивающий продолжительную эксплуатацию твердотопливного котельного оборудования.

Помогает подсоединение байпаса, который представляет собой специально врезанную трубу, позволяющую остывшему теплоносителю изменить направление движения в обход котла.

Байпас обеспечивает циркуляцию теплоносителя по, так называемому, малому контуру. При формировании этого контура, в месте соединения байпаса и обратки ставят термостатический или трёхходовой кран.

Он срабатывает в зависимости от предварительно настроенного режима температуры. По достижении теплоносителем, циркулирующим по малому кругу, заданной температуры (обычно 55—60°), клапан приоткрывается. Это обеспечивает поступление очередной порции остывшего теплоносителя из системы обратки и позволяет значительно сократить время его нагрева перед поступлением в котёл.

Постоянное смешивание горячего и холодного теплоносителя поддерживает температуру жидкости, входящей в котёл, на оптимальном значении.

Важно! Малый циркуляционный круг позволяет прогреть достаточно большой объём воды, что предотвратит процесс образования конденсата на камере сгорания и сохраняет её герметичность, а значит и работоспособность, длительное время.

Какие нужны диаметры труб

При расчете системы особое внимание уделяется местоположению нагревательного элемента, емкости и радиаторов. Диаметр труб также очень важен, должно существовать давление, которое позволит эффективно функционировать всей отопительной системе.

Критерии выбора диаметра труб для отопления с естественно циркуляцией:

1. Можно ли использовать для горячей воды.
2. Сложно ли монтировать.
3. Сроки использования.
4. Гарантии от производителя.

При монтаже естественного кругооборота воды используются трубы с большим сечением. Для обогрева объекта общей площадью 220 кв. метра, сечение трубы при входе обратки в теплообменник равняется приблизительно двум дюймам.

Обусловлено это тем, что скорость жидкости уменьшается, что может вызвать такие вопросы:

1. Уменьшение теплоотдачи за определенную единицу времени.
2. Возникновению «пробок» воздуха.

Потому важно, при монтаже контура, чтобы в него не попадал воздух, в противном случае будут возникать пробки.

Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости. Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр.

Основные ограничения

Основные ограничения у систем с естественной циркуляцией – это риск возникновения воздушных пробок. Одна такая пробка способна вывести из строя всю систему. СНИП 41-02-2004 утверждает, что нельзя проводить трубопроводы, если вода в них движется со скоростью менее 25 см в секунду. Во время установки особое внимание уделяется углу наклона магистралей, тогда воздух (если он попадет в систему) сбудет выводиться. Угол наклона составляет порядка трех миллиметров на один погонный метр. В квартирах этот показатель достигает 5,5 мм на один погонный метр.

Также существую ограничения по монтажу радиаторов. Главный недостаток схемы «Ленинградка», например, — это невысокий разгон жидкости при затекании в радиаторы, что неизбежно приводит к снижению КПД. Число батарей ставится в ограниченных количествах, при этом «дальние» батареи имеют существенно более низкую температуру.

Возможные причины, почему трубы обратки холодные или слишком горячие

При недостаточном обогреве помещений следует искать неполадки в системе отопления, при этом полезно знать, как определить отводы подачи и обратки, холодная температура последних говорит о неисправностях в отопительном контуре. В этом случае нарушается работа всех автоматических систем и терморегуляторов, связанных с реагированием на температурные параметры выходного теплоносителя – это может привести к сбою в работе всей системы.

Основными причинами холодных труб обратки являются:

Ошибки в монтаже. Подобная ситуация с большой вероятностью может произойти при нижней подводке специальными узлами панельных стальных радиаторов, имеющих два встроенных вывода со стандартным осевым размером. Помимо того, что их встроенные внутрь радиаторные каналы рассчитаны на подключение только своей подающей или обратной линии, корректная работа самих узлов становится невозможной, если перепутать подходящие к ним трубы, вид которых указан стрелками на корпусе приборов.

Завоздушивание. Наличие воздуха в любых стояках, трубопроводе или радиаторах приводит к сбоям в работе системы, при которых на теплообменники поступает недостаточное количество теплоносителя, в результате чего температура выходящей жидкости будет слишком мала.

Рис. 14 Трубопровод обратки в коллекторной разводке

Уменьшение сечения канала. При механических дефектах, загрязнении каналов в результате использования жесткой воды или просроченного антифриза, при котором заужено сечение, объем теплоносителя, поступающего в обогреватель слишком мал и обратка будет иметь низкую температуру. Часто забиваются узкие проходные каналы запорной сантехнической арматуры – в этом случае кран нужно демонтировать и очистить средством для удаления известковых отложений или других продуктов распада.

Поломки оборудования. Выход из строя циркуляционного насоса приведет к прекращению движения потока жидкости, охлаждению всех контуров и холодной обратке, такая проблема может произойти от недостаточной скорости движения жидкости в линии, возникающий при неисправности или недостаточной мощности циркуляционного электронасоса. При механических повреждениях, ослаблении компрессионных муфт происходит разгерметизация, вытекание теплоносителя и соответственно потеря работоспособности всей системы.

Технологические причины. В принудительных контурах движение теплоносителя осуществляется при помощи электронасоса, при его отключении из-за отсутствия электроэнергии движение жидкости и обогрев помещений прекращаются, также не работает электрический котел и батареи остаются холодными. Если прекращена подача топлива для газонагревательного котла или дизельного горючего, дом также останется без обогрева.

Рис. 15 Нарушения при пайке полипропилена

Передавливание подачи

Уменьшение подачи способствует снижению температуры обратной линии, причин этому несколько, помимо забивания основного прохода из-за загрязнений, часто засоряются зауженные каналы в местах размещения запорных клапанов регулировочных вентилей, в отводах с подключенными вспомогательными приборами, например счетчиками жидкости или терморегуляторами.

Во многих случаях определяющим фактором низкой подачи становятся грубые ошибки в монтаже, при этом нужно обратить внимание в первую очередь на нарушения технологии, связанные с пайкой полипропиленовых труб неопытными специалистами. При перегреве поверхностей во время стыковки происходит вдавливание расплавленного полипролена внутрь трубной оболочки и заужение проходного канала, приводящее к недостаточному нагреву всех обогревателей и холодной обратке.

При засорах потребуется промывка системы горячей жидкостью и перепайка всех стыков при неправильном соединении полипропиленовых труб.

Рис. 16 Засоренный трубопровод отопления

Плохо циркулирует теплоноситель

Плохая циркуляция часто встречается в открытых самотечных системах, она происходит в случае недостаточной температурной разницы носителя на входе и выходе котла. В замкнутом контуре при возникших проблемах эксплуатации его низкая скорость связана с плохой работой циркулярного электронасоса, забиванием канала и арматуры известковым налетом, продуктами разложения антифризов.

Может потребоваться промывка частей системы со сливом теплоносителя, отдельные приборы (насос, гидрострелка, трехходовой кран) при сильных загрязнениях снимают и чистят отдельно. На циркуляционном насосе следует выбрать более высокую скорость вращения вала электродвигателя с рабочим колесом (стандартное устройство содержит 2 или 3 скорости).

Перегрев теплоносителя обратки

Иногда возникает ситуация, когда средняя температура воды в обратке слишком высока, данное явление может привести к сбою работы системы, режим которой связан с измерением температуры носителя в линии. Основными причинами данного явления являются слишком высокая скорость циркуляции воды по отопительному контуру и переток через байпасы однотрубных систем, соединяющих подающий и обратный трубопровод. Так как носитель переносит тепло с малой эффективностью, отдавая его радиаторам в слишком большом объеме или минуя их по байпасной перемычке, данное явление приводит к неоправданному повышенному расходу электроэнергии, снижению КПД всей системы.

Для ликвидации негативных последствий перегрева в частном доме снижают скорость вращения центробежного колеса циркуляционного насоса, уменьшают температуру нагрева рабочего тела, сужают проходной канал байпасов, устанавливая трубы меньшего сечения или монтируя в каждом из них вентильные регулировочные краны, аналогичные операции с байпасом проводят и в многоквартирных домах.

Рис. 17 Как выбрать схему подключения с точки зрения эффективности

Для реализации отопления в частных домах используют однотрубные и двухтрубные системы, первые является наиболее бюджетными, а вторые обеспечивает равномерный прогрев всех теплообменников при использовании петли Тихельмана. Необходимо отметить, что обратный контур в отоплении играет важную роль: его правильный монтаж повышает эффективность работы системы, а температурные параметры используют при работе автоматических приборов, оптимизирующих обогрев и повышающих КПД, а также в выявлении неисправностей.

Главные минусы

У данного типа отопления есть и существенные минусы:

1. Существует большой перепад температур между точками.
2. Все трубы открыты в комнатах, что выглядит неэстетично.
3. Контур должен время от времени пополняться в течение времени работы.
4. Трубы сечением до 50 мм стоят недешево (обычно в целях экономии ставят ПВХ или сталь). Используются радиаторы, у которых коэффициент сопротивления имеет минимальное значение (чугун, биметалл, сплавы алюминия).
5. Невозможность покомнатного регулирования температуры, что сильно влияет на затраты на отопление.
6. Небалансируемая система. Невозможно сделать так, чтобы все радиаторы грели примерно одинаково

Теплоснабжения за счет естественного оборота теплоносителя может, подойди для объектов, которые имеют 65 кв. метров, при этом длина труб не должна превышать 32 метров. Важно также учитывать: сколько этажей имеет объект, от этого зависит схема устройства разгонного блока. В регионах, где бывают суровые зимы, такая схема отопления объекта не подходит, будет отсутствовать необходимое рабочее давление в контуре.

Таблица температуры в трубопроводе отопления

Температура отопления, включая трубы обратки, напрямую зависит от показателей уличных термометров. Чем холоднее воздух на улице и выше скорость ветра, тем больше затрат на тепло.

Разработана нормативная таблица, отражающая значения температур на входе, подаче и выходе теплового носителя в системе отопления. Представленные в таблице показатели обеспечивают комфортные условия для человека в жилом помещении:

Темп. внешняя, °С	+8	+5	+1	-1	-2	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35
Темп. на входе	42	47	53	55	56	58	62	69	76	83	90	97	104
Темп. радиаторов	40	44	50	51	52	54	57	64	70	76	82	88	94
Темп. обратки	34	37	41	42	43	44	46	50	54	58	62	67	69

Важно! разница между температурами значениями подачи и обратки зависит от направления движения теплоносителя. Если разводка сверху, перепады составляют не больше 20°С, если снизу — 30°С.