Використання систем опалення з природною циркуляцієюналічує багато десятиліть. Їх використання почалося практично одночасно з появою парового опалення. Існує кілька актуальних на сьогодні схем опалення з природною циркуляцією для приватного будинку, і кожна з них може з успіхом застосовуватись високому ККДу найбільш комфортних для неї умовах.
Конструкційні особливості
Основна відмінність схеми опалення самопливом полягає в тому, що в ланцюгу, по якому переміщається теплоносій, відсутній циркуляційний насос, що примусово штовхає воду.
Популярними аргументами, що наводяться на користь самопливної системи опалення, є такі пункти:
- повна незалежність від наявності електроенергії у приміщенні;
- висока міра інертності, при якій мінімізовано вплив сторонніх факторів на перерозподіл тепла.
Необхідно враховувати, що збільшення діаметра труб опалення у такій ситуації позитивно позначається на експлуатації системи. Однак, варто дотримуватись певних обмежень у габаритах.
Принцип дії
Під час роботи опалення з природною циркуляцією використовуються фізичні принципи, при яких тепліша рідина піднімається, переміщаючись від вищої точки по створеному для неї монтажному ухилу з магістральних труб.
- При такій схемі необхідно встановлювати котел нижче за рівень секцій з радіаторами.
- Під час руху від верхньої точки вода переміщається до секцій. Патрубки, що з'єднують із магістраллю радіатори, повинні бути значно меншими за діаметром, ніж основна магістраль. Затребуваною дана схема опалення приватного будинку з природною циркуляцією виявиться з верхнім видом роздачі.
- Для нижньої роздачі потрібно передбачити деякий розгінний контур. Його формують при монтажі трубопроводу, що йде вгору до встановленого розширювального бачка. Після цього здійснюється зниження на горизонталь вікна, від якої ведеться подальше розведення.
У систем опалення без насоса знижується ефективність у приміщеннях з низькими стелями, так як бажано відводити трубу з верхньою точкою магістралі системи на 1,5-1,6 м вище за казан, а над нею повинен ще монтуватися розширювальний бачок.
За рахунок того, що переміщення в опаленні здійснюється без насоса, за час досягнення далеких ділянок магістралі теплоносій встигає віддати достатню кількість теплової енергії. Такий принцип дії передбачає роботу у невеликих за площею приміщеннях. Вважається, що для магістралей із довжиною контуру понад 30 м схема із самопливною системою опалення приватного будинку втрачає свою ефективність.
ВІДЕО: Розрахунок опалення з природною циркуляцією
Особливості монтажу
Казани з природною циркуляцією можуть мати підключення магістралей двох типів:
- однотрубні;
- двотрубні.
Обидва варіанти розведення мають індивідуальні особливості монтажу, але за ефективністю використання з гравітаційною системою опалення вони слабо відрізняються. Важливо дотримуватись ухил труб опалення при природній циркуляції, щоб забезпечити безперебійне переміщення та відсутність завозених ділянок. У відкритих системахВихід газових утворень здійснюється природним шляхом через розширювальний бачок.
При монтажі своїми руками магістралей опалення з природною циркуляцією витримується ухил, що забезпечує падіння висоти на метр довжини в 5-10 мм.
Гідродинамічні сили, що розвиваються в умовах системи, що визначають швидкість переміщення потоку, безпосередньо залежать від рівня підйому контуру. Важливо монтувати радіатори вище за рівень установки котла, а опір трубопроводу залежить від діаметрів магістралей.
Коли монтаж системи опалення з природною циркуляцією здійснено з численними розгалуженнями та частими заломленнями, це сприяє підвищенню гідроопір. Крім цього, невиправдано висока кількість вмонтованої запірної арматури також збільшує це значення. Мінімізація подібних ділянок плюс збільшення розумного діаметра магістралей сприяє підвищенню тиску в системі.
Монтаж двотрубної системи
Природна циркуляція у системі опалення може бути передбачена у двотрубних контурах. Перша трубу (подача) направляє потік гарячого теплоносія від котла, а друга труба (холодна) повертає в котел воду, що охолола. Під час монтажу здійснюються такі дії:
- вгору від теплогенератора відводиться гілка, яка виходить на розширювальний бачок;
- монтаж бочка може бути здійснений як під стелею, так і на рівні горищного приміщення, що утеплює;
- до нижньої частини бачка монтується трубопровід, що йде до приміщення, опускаючись на рівень 2/3 висоти від стелі;
- розведення ведеться до найближчої секції радіаторів;
- другий патрубок секції монтується до обернення;
- поворотна магістраль монтується паралельно до подачі, але ухил забезпечується до котла.
Як визначити обсяг розширювального бачка
Об'єм розширювального бачка відкритого типувизначається дуже просто - 10% від загального обсягу теплоносія, що циркулює за водяним контуром. Визначення десятої частки вважається універсальним способом обчислення обсягу експанзомату, у якому він працює ідеально.
Визначення обсягу бачка закритого типувже трохи складніше, але його цілком здолати неспециалисту. Для підрахунку вам потрібно знати наступні вступні дані:
- відсоток збільшення обсягу теплоносія при нагріванні (ОВ) - стандартні 5% для води та 10% дою антифризу;
- загальна кількість води або антифризу у водяному контурі (ВК) – якщо немає таких даних, доведеться весь теплоносій зливати та заміряти відрами чи іншими приладами. Завдання – визначити максимально точний обсяг;
- тиск контуру та котла (ДК) - ця інформація відображена у техпаспорті на котел. Якщо його немає – врятує інтернет;
- граничний тиск в експанзоматі (ДБ) - також вся інформація відображена у техпаспорті.
Застосовуємо формулу:
|
ОВ х ВК х (ДК + 1) / ДК – ДБ |
Отримане значення округляємо до цілого числа та отримуємо розрахунковий обсяг розширювального бачка.
Це значення завжди більше методу «на око – 10%», але це не є порушенням. Якщо обсяг експанзомату більший, ніж потрібно для водяного контуру, необхідно правильно його налаштувати.
Монтаж однотрубної системи
Даний тип циркуляції води в системі опалення, на відміну від двотрубної схеми, не залежить від рівня розташування радіаторних секцій. Розширювальний бочок підбирається об'ємом 25-32 л. Його заповнення має бути на 2/3 обсягу.
Розташування котла так само, як і в однотрубній, повинно бути нижче рівня радіаторів, щоб забезпечити природний відтік. Забезпечується монтажний ухил для магістралей 5-70. Запитування радіаторів здійснюється трубами не нижче 32 мм діаметром. Переважним матеріалом для розведення є полімерний трубопровід. Для підведення до патрубків радіатора використовують діаметр труб до 20 мм.
Якщо діаметри підібрані правильно, то балансування не потрібне. Однак, бажано встановити запірні кранина підведення/відведення теплоносія до радіаторів. Це забезпечить легкість демонтажу секцій для профілактичних чи ремонтних робіт.
Двотрубна система коштує дорожче, тому що доводиться використовувати подвоєну магістраль. У зв'язку з цим часто для невеликих приміщень із природною подачею опалення актуально використовувати однотрубні схеми.
ВІДЕО: Схема опалення із природною циркуляцією
Застосування такого типу опалення, як система опалення з природною циркуляцією, є найпоширенішим для заміських будинківта дач. Її переваги – доступність, економічність, простота монтажу та експлуатації. Створення системи опалення з природною циркуляцією не вимагає використання насосів або додаткового обладнання, джерел живлення, оскільки гідростатичний напір виникає мимоволі під час руху теплоносія.
Схема опалення із природною циркуляцією
Багато хто вважає недоліком те, що використання цієї системи припустимо лише в досить невеликих будівлях. Зокрема, радіус системи (горизонтальне розташування) не повинен перевищувати 30 метрів. Крім того, не всі воліють використовувати опалення без насоса, оскільки швидкість увімкнення мережі також є досить низькою.
Переваги системи із природною циркуляцією
Першим і однією з основних переваг системи можна назвати її економічність. Насправді її монтаж, а також і подальше обслуговування вимагають відносно невеликих фінансових витрат. Схема опалення із природною циркуляцією не потребує додаткового обладнання у вигляді циркуляційних насосів. А це означає, ви не відчуватимете вібрацію та шум їхньої роботи. Крім того, відсутність необхідності встановлення такого насоса означає, що вам не доведеться витрачати додаткові кошти на оплату електроенергії, необхідної для роботи.
Ще однією вагомою перевагою даної системи є те, що теплоносій безперервно циркулює.
Це зумовлено тим, що постійно відбувається зміна температури та щільності теплоносія. При цьому завдяки такій циклічності відбувається рівномірне розподілення тепла всіма опалювальними елементами, що входять до опалення будинку з природною циркуляцією.
Популярність системи пов'язана ще й з тим, що її проектування, монтаж та подальше обслуговування не потребують спеціальних навичок.
Тобто для того, щоб створити якісну опалювальну систему, не потрібно залучати додаткових фахівців – все можна зробити самостійно. Так само самостійно надалі власник будівлі зможе впоратися і з незначними поломками. Проте за умови правильного планування та якісного виконання опалення приватного будинку без насоса зможе працювати, не вимагаючи капітального ремонту не менше 30-35 років.
Як працює ця система?
Рух теплоносія (води) по трубах обумовлено тим, що при підвищенні та зниженні температури змінюється маса та щільність рідини. Зниження маси та густини води відбувається, коли вона нагрівається в котлі. У цей час в трубах знаходиться холодна вода, що вже віддала своє тепло, має велику масу і щільність. При цьому під дією гравітаційних сил холодна вода в радіаторі заміщується гарячою водою.
Щоб зрозуміти, як саме функціонує гравітаційна система опалення, досить просто згадати курс фізики. Нагріта в котлі вода, будучи легшою, вільно піднімається трубами центрального стояка. В цю мить важка холодна вода опускається в опалювальний котел. Гаряча вода, досягнувши верхньої точки, рівномірно розподіляється радіаторами. У них холодна вода опускається до нижньої частини батареї, а потім взагалі залишає її, тому що її просто «витіснила» гаряча.
У момент надходження у радіатор гарячого теплоносія відбувається процес віддачі тепла. Тобто поступово нагріваються матеріали радіатора, передаючи тепло безпосередньо в приміщення. Далі - охолоджений теплоносій знову заміщається гарячим. Цей процес безперервний. Рідина циркулює доти, доки йде її нагрівання – тобто, поки працює котел.
Принцип побудови опалювальної системи із природною циркуляцією
Самопливна система опалення приватного будинку складається з таких елементів:
- казан. Саме він здійснює нагрівання теплоносія. Існує велика кількість видів казанів, які працюють на різного типу паливі.
- трубопровід. Він може бути як одинарним, і подвійним (для зворотного струму).
- опалювальні елементи – радіатори.
- розширювальний бак.
При проектуванні та монтажі такої схеми, як самопливна система опалення, дуже важливо дотримуватися обов'язкової вимоги – труба, якою рухається теплоносій, неодмінно повинна мати ухил.
Він повинен становити мінімум 0,005 м на метр погонної труби і бути спрямованим у бік бака, що нагріває. Тобто, якщо радіатор та котел розташовані на одному поверсі, то рівень входу труби в радіатор має бути дещо вищим. Необхідність наявності ухилу пояснюється кількома факторами:
- по трубі, що має ухил, холодна вода значно швидше рухається до нагрівального бака.
- Наявність ухилу вкрай важлива для того, щоб бульбашки повітря, що з'явилися в процесі нагрівання теплоносія, ефективніше піднімалися в спеціальний розширювальний бак, а звідти - видалялися в атмосферу.
Наявність розширювального бака в такій системі, як гравітаційна система опалення з поліпропілену, благотворно впливає на створення додаткового тиску в системі, що робить швидкість пересування теплоносія дещо вищою.
Слід зазначити, що швидкість переміщення теплоносія у трубі безпосередньо залежить відразу від кількох факторів. Насамперед, це різниця таких величин, як щільність, маса, об'єм теплоносія в гарячому та холодному стані.
Крім цього, на швидкість переміщення теплоносія впливає також рівень розташування опалювальних елементів (радіаторів) щодо нагрівального котла. Однак гравітаційний тиск, що виникає під час переміщення теплоносія, певною мірою витрачається в момент, коли рідина долає опір трубопроводу.
Додатковими перешкодами, на які також витрачається значна кількість гравітаційного тиску, є додаткові радіатори, розгалуження, повороти в системі. Для більш ефективного обігріву (і досягнення максимальної швидкості переміщення теплоносія) слід проектувати опалення з природною циркуляцією так, щоб таких перешкод було менше. Якщо така «складність» системи викликана необхідністю, рішенням складності, що виникла, є використання труб більшого діаметру.
Більш складна гравітаційна схема опалення, що передбачає наявність одразу двох контурів опалювальної системи. По одному відбувається пересування гарячої води, яка рухається від казана до радіаторів. А другий контур призначений для відтоку охолодженого теплоносія від радіаторів до нагрівального котла. Ця самопливна система опалення передбачає більш ретельне планування та використання збільшеної кількості матеріалів (труб).
Принцип монтування двотрубної системи, що передбачає опалення самопливом, є досить трудомістким процесом, який можна розділити на кілька етапів:
- монтаж основного стояка Опалювальна труба (по якій рухається гаряча вода) піднімається від котла до розширювального бака. Варто зазначити, що найкраще місцеприєднання стояка до бака – нижня третина загальної його висоти.
- на рівні приблизно третини висоти приміщення (відміряти слід від рівня підлоги) опалювальна труба з'єднується з розведенням. Саме від неї і прокладатимуться труби до приладів опалення – радіаторів.
- для своєчасного видалення надлишків рідини в системі в бак повинна бути врізана труба переливу. За допомогою її використання зайва рідина буде направлена у каналізацію.
- труби для відведення вже відпрацьованої (тобто – охолола) води слід врізати в нижню частинурадіатора. По цих труб вода повертається до нагрівального котла. Прокладаються вони паралельно до труб подачі гарячого теплоносія.
Плануючи природне опаленнявдома слід враховувати деякі особливості. Насамперед, труба основного стояка обов'язково має бути утеплена – інакше існує ймовірність суттєвої втрати тепла.
Крім того, обов'язково слід утеплити приміщення, де стоїть розширювальний бак. Найчастіше таким приміщенням є спеціальна кімната на верхньому поверсі або горище. Якщо ця кімната не буде утеплена, це може призвести до того, що частина теплоносія просто замерзне - а це спровокує поломку системи.
Ще одна важлива особливість - при плануванні системи перед тим, як зробити опалення без насоса, необхідно ретельно прорахувати рівень розташування котла, розширювального бака і радіаторів. При правильному плануванні досягається необхідний тиск, що сприяє ефективнішій роботі системи. Слід враховувати, що найнижчий повинен розташовуватись нагрівальний котел.
Для нього найкраще обладнати окрему кімнату на цокольному поверсіабо у підвалі. Якщо можливості обладнання окремого приміщення немає (або просто немає цоколя, підвалу), котел слід розташовувати у заглибленні. При правильному розрахунку, такої системи достатньо для обігріву будівлі, що складається з 4-5 кімнат з прилеглими побутовими приміщеннями.
Однотрубна схема – найпростіша модель опалювальної системи. Така природна системаопалення передбачає розташування опалювального контуру максимально високо (під стелею). При цьому труби для повернення відпрацьованого теплоносія розташовані під рівнем підлоги.
Популярність системи обумовлена тим, що для створення використовується мінімальна кількість труб. При цьому монтаж не забирає багато часу та сил, оскільки немає необхідності вмурувати їх у стіни.
Перевага даної системи полягає ще й у тому, що для її нормального функціонування допускається розташування радіаторів та нагрівального котла на одному рівні. При цьому слід зазначити, що двотрубна гравітаційна система опалення двоповерхового будинкупри такому розташуванні радіаторів і котла не працюватиме, оскільки в ній недостатньо буде тиску для нормальної циркуляції теплоносія.
Для правильного функціонування системи потрібна наявність у ній розширювального бака. Багато в чому його обсяг залежить від кількості та розміру радіаторів, що використовуються. При цьому слід зробити точний розрахунок гравітаційної системи опалення, що максимально бак можна заповнювати лише на обсягу.
Слід бути максимально уважними – рівень теплоносія не повинен опускатися нижче за рівень труби, по якій гаряча вода поширюється трубами до радіаторів.
Якщо вода не досягатиме рівня розгалужувача – подача її до радіаторів буде припинена. Щоб була можливість поповнювати кількість води у системі, слід підключити до бака трубу з краном, з'єднану із системою подачі води. У такому випадку ви завжди зможете заповнити кількість теплоносія. Крім того, в баку необхідно встановити ще один кран - за допомогою його можна буде спускати всю воду із системи у разі, якщо потрібен ремонт.
Можна з упевненістю сказати, що гравітаційне опалення - ідеальний вибір практичного власника невеликого заміського будиночка. А для великих будов доцільніше використовувати не самопливні системи опалення, а двотрубну систему, доповнивши її циркуляційним насосом.
Додати коментар
Облаштовуючи опалення невеликого заміського будиночка або котеджу, в першу чергу замислюються про економічність, простоту та максимальну надійність. Найчастіше зустрічається система опалення з природною циркуляцією, що задовольняє всім вищезгаданим критеріям.
Докладніше про природну циркуляцію
Примусова циркуляція теплоносія трубними магістралями здійснюється за допомогою , який встановлюється на ділянці теплотраси. Завдяки такій взаємодії забезпечується постійне та швидке переміщення рідини. Недоліком стають витрати на додаткове обладнання.
Щоб облаштувати опалювальну систему з природною циркуляцією, в насосі немає потреби. Щільність нагрітої води нижча ніж у холодної, за рахунок чого відбувається виштовхування однієї рідини іншою. Теплоносій, рухаючись по магістралі, віддає частину тепла радіаторам і поступово остигає, повертаючись назад і витісняючи теплішу і легшу воду в труби. Цикл знову повторюється.
Цей процес не можна буде зупинити до тих пір, поки котел гріє. Систему з природною циркуляцією можна в будь-який момент часу оснастити насосом і запускати його при необхідності для рівномірного та швидкоплинного прогрівання приміщень.
Вступне відео
Основні плюси
Однією з переваг, якими володіють подібні системи, є економічність. Витрати на облаштування та обслуговування зводяться до мінімуму.
Присутність насоса спричинить додаткові витрати за електроенергію. Його відсутність навпаки дасть змогу заощадити. Такі системи абсолютно безшумні та не викликають зайвих вібрацій.
Серед інших переваг можна назвати:
- Здатність до саморегулювання
- Теплова стійкість
- Тривалий термін безвідмовної роботи – 30 років
- Висока ремонтопридатність
Типова схема
Якщо докладніше розглядати контур з природною циркуляцією теплоносія, він міститиме наступний набір елементів:
- Розширювальний бачок, який розташовують у верхній точці
- Опалювальні радіатори
- Трубопровід (подвійний, одинарний)
- Котельне обладнання, що нагріває теплоносій
Сила та швидкість, з якими теплоносій циркулюватиме по опалювальній системі, залежать від ваги, об'єму та щільності гарячої рідини. Важливу роль надають внутрішні поверхні труб, від яких залежить коефіцієнт опору, та висота розташування щодо котла.
Особливі вимоги пред'являються горизонтальним трубопроводам. Вони повинні мати обов'язковий нахил близько 5 мм на метр у напрямку руху. Тільки в цьому випадку остигла рідина буде прагнути назад до котла.
Необхідно постаратися, щоб на шляху теплоносія було менше елементів, здатних збільшити опір. Численну запірну арматуру, розгалуження та злами доводиться компенсувати великим діаметром труби.
Можливо, вас так само зацікавить оригінальний спосіб опалення.
Розраховуємо потужність самотужки
Починаючи облаштовувати систему опалення з природною циркуляцією теплоносія, необхідно визначити потужність опалювального котла. Провести розрахунки можна одним із двох методів:
- За об'ємом
- По площі
Слід сказати, що обидва варіанти розрахунку дають приблизні результати за ідеальних умов. Якщо будинок не утеплений, необхідно придбати обладнання з невеликим запасом. У свою чергу для енергозберігаючих будівель достатньо прийняти значення потужності 60 Вт на квадрат.
Розраховуємо потужність за обсягом
Найбільш точним є розрахунок за обсягом опалювального приміщення. Спочатку необхідно вирахувати цю величину і помножити на 40 Вт. Далі вводяться поправні коефіцієнти:
- Для приватного будинку, що межує з вулицею зверху та знизу, рекомендується множити результат на 1.5
- Якщо кімната розташована біля утепленої стіни, значення множиться на 1.1, біля неутепленої – 1.3
- Для кожних дверей, що виводить на вулицю, додається 150-200 Вт
- Для кожного вікнадодається 70-100 Вт залежно від його розміру
Розраховуємо потужність за площею
Необхідно брати до уваги коефіцієнти для різних територіальних районів:
- Крайня Північ – 1.5-2
- Середня смуга - 1.2-1.4
- Південні райони – 0.8-0.9
Вибираємо схему розведення для систем із природною циркуляцією
Існує безліч схем, згідно з якими можна реалізувати природне регулювання. Але всі вони поділяються на 2 категорії:
- Двотрубна
Двотрубна схема
Незважаючи на складніший монтажний процес, поширення набула саме двотрубна схема опалення з природною циркуляцією теплоносія. Рідина транспортується двома трубами: одна прокладається вгорі і нею тече розігріта вода, друга внизу і тече вода.
Щоб самостійно зробити простий двотрубний контур, можна дотримуватися наступної інструкції:
- Спочатку вибирається місце, в якому розміщуватиметься накопичувальний агрегат.
- Над котлом встановлюється розширювальний бачок, разом вони з'єднуються вертикальною трубою, яку обертають теплоізоляційний матеріал.
- На рівні 1/3 розширювального бочка відбувається врізання верхньої труби для транспортування розігрітого теплоносія
- Замірявши відстань від підлоги до верхньої точки, необхідно на висоті приблизно 2/3 зробити врізання до розведення
- Ближче до верху розширювального бачка врізається друга труба – переливна, за допомогою якої в каналізацію відбуватиметься видалення надлишків
- Потім необхідно пустити труби до радіаторів.
- Батареї з'єднуються з нижнім водопроводом, прокладання якого має вестись паралельно верхньому
Потрібно максимально точно розташувати труби в системі опалення з природною циркуляцією і забезпечити оптимальну різницю висот між радіаторами і котлом. Останній слід розташовувати нижче батарей, тому перевагу надають підлоговим пристроям, які розміщують у спеціальному заглибленні або підвалі.
Горищне приміщення доведеться утеплити. Якщо в ньому буде дуже холодно, можливе замерзання рідини в трубах.
Розглянемо ще кілька правил, яких слід дотримуватись:
- Верхню трубу рекомендується пускати з незначним ухилом. 6-7 градусів
- По можливості котел встановлюють значно нижче опалювальних приладів
- Потрібно вибирати труби з металопласту або на основі полімерів із внутрішнім діаметром 32 мм.
Балансувати двотрубне опаленняЯкщо труби підібрані правильно, не потрібно. Проте встановити на підводках до кожної батареї дроселі слід обов'язково. Також варто відзначити високі початкові витрати на прокладання відразу двох контурів та тривалість витраченого часу на проведення робіт.
Однотрубна схема
Щоб скоротити монтажні витрати, вибирають варіант із прокладкою всього однієї труби. У цьому випадку виходить циклічний замкнутий контур, що відповідає наступним умовам:
- Радіатори повинні врізатися паралельно основному кільцю, а не розривати його у певних точках
- Потрібно забезпечити повітряником кожну з батарей. Таке рішення надасть можливість стравлювати повітря однією конкретною ділянці
- Для вирівнювання температури рекомендується встановлювати термоголовки та дроселі
Популярністю користується закрита однотрубна система опалення із природною циркуляцією. У конкретному випадку можна буде знехтувати розширювальним бачкомповністю ізолювавши теплоносій.
Що впливає швидкість циркуляції?
Якщо в примусовій системі швидкість циркуляції теплоносія трубами залежить від продуктивності насоса, тут справи інакше. Щоб її збільшити, необхідно дотримуватись ряду правил:
- Слід оптимально підбирати запірну арматуру та стежити за переходами діаметрів труб
- Різноманітні повороти можуть ставати непереборною перешкодою, тому їх кількість зводять до мінімуму, намагаючись зробити всі ділянки прямолінійними
- Найбільш відповідний внутрішній діаметртруб – 32-40 мм
- Внутрішня поверхня труб має бути ідеально рівною і не накопичувати на собі відкладення, сталеві вироби розглядати не варто
Відео робочої системи
У підсумку
Облаштування опалювальних систем із природною циркуляцією потребує певної підготовки, умінь та знань. Але щоб залишатися впевненим у її працездатності, варто здійснити врізання насоса, включення якого відбуватиметься у разі потреби.
Опалення у ванній
Давайте розберемося з тим, як працює система опалення з природною циркуляцією. У ній вода від казана до радіаторів і назад рухається за рахунок дії гідростатичного натиску. А цей натиск виникає через різну щільність нагрітої в теплообміннику і води, що охолодилася в радіаторах.
Принцип роботи
Розігріта вода має меншу щільність і може підніматися по подаючому стояку вгору. З стояка теплоносій надходить у трубопроводи, що розводять, а потім через стояки, що подають, безпосередньо в нагрівальні прилади. Тут вода остигає і стає більш щільною та важкою. Охолоджений теплоносій по зворотним стоякам спускається вниз і витісняє своєю вагою воду в котлі. Ось такий виходить кругообіг, або схема системи опалення.
Цей процес постійно повторюється і вода безперервно рухається за рахунок природної циркуляції. Її сила, яку правильніше називати циркуляційним тиском, залежить від того, яка різниця ваги стовпа гарячої та холодної води. Тобто тиск залежить від різниці температури теплоносія в головній і зворотній лінії. Також сила визначається тим, як високо розміщується нагрівальний прилад - котел.
Тут справедливо правило - чим вище знаходиться котел, тим більший циркуляційний тиск.Саме цим моментом пояснюється явище, що часто спостерігається в влаштованих таким чином опалювальних системах. Елементи, розташовані на верхніх поверхах, нагріваються набагато краще ніж на нижніх. Наведені міркування дозволяють зробити висновок, що у двотрубній опалювальній системі з природною циркуляцією радіатори, що знаходяться з котлом на одному рівні або нижче, прогріватимуться слабо або взагалі не працюватимуть.
Тому котельня повинна мати достатній рівень заглиблення. А відстань між центрами котла та нагрівальних пристроїв на нижньому поверсі не повинна бути меншою за 3 метри.
Переходимо до однотрубної схеми
Влаштування однотрубної системи
Цей недолік повністю виключається при облаштуванні однотрубної системи опалення. У ній гідростатичний натиск, завдяки якому вода циркулює в системі, утворюється за рахунок охолодження теплоносія в трубопроводі, що підводить нагріту воду до радіаторів, а також відводить охолону воду до котла. Охолодження створює гідростатичний напір, а також додатково обігріває приміщення.
Тому трубопровід прокладають відкрито та без ізоляції. Але охолодження води в основному стояку однотрубної системи небажано, оскільки призводить до зниження температури теплоносія. Наслідком цього стає збільшення його щільності та зниження напору. Тому підйомний стояк у такій схемі опалення треба ретельно ізолювати.
Інакше подібна не працюватиме Скільки тепла отримає приміщення від радіаторів, залежить від об'єму та температури води, що надходить. А кількість води, пропущеної через труби опалювальної системи, залежить від того, наскільки сильною буде природна циркуляція. Саме завдяки їй відбувається рух теплоносія трубами. Чим більша циркуляційна сила, тим меншого діаметра можна брати труби. І, відповідно, що вона менше, то більше має бути діаметр труб.
Щоб подібна система працювала нормально, необхідно виконати ще одну важливу умову. Циркуляційний тиск повинен мати достатню величину для того, щоб подолати всі опори по дорозі теплоносія.Це і тертя об стінки трубопроводу, і місцеві опори – трійники, відводи, крани, хрестовини, котли та інше. Опір теплоносія через тертя залежить від діаметра та довжини трубопроводу, а також від швидкості протікання води. Причому спостерігається квадратична залежність.
Збільшення швидкості течії води вдвічі призведе до чотириразового збільшення опору. Тому - чим менше діаметр труб, більша їх довжина і вища швидкість теплоносія, тим більший опір створюватиметься.
Схема опалення з нижнім та верхнім розведенням
Водяне опалення
Прийнято розрізняти системи опалення з природною циркуляцією з верхнім та нижнім розведенням. У першому випадку теплоносій через головний стояк піднімається в прокладений по горищі будинку магістральний трубопровід, а звідти розподіляється нагрівальними елементами.
У системі з нижнім розведенням магістраль, що подає, від якої запитуються висхідні стояки, монтують у підвалі і на першому поверсі. Також для цього може використовуватися підпільний канал. У такій схемі зворотні стояки приєднують до єдиної зворотної магістралі. Принцип дії системи з нижнім розведенням аналогічний тій, у якій використовується верхнє розведення. В обох схемах циркуляція забезпечується за рахунок того, що гаряча вода витісняється охолола вгору по стояках, а остигаючи, спускається по зворотній лінії і повертається в котел для нагрівання.
Варто зазначити, що в тих місцях, де організується природна циркуляція опалення, в будинках, що мають невелику поверховість, циркуляційний тиск буде невеликим. З цієї причини високої швидкості руху теплоносія не можна допускати. Тому діаметри труб беруться більшими. І цілком можливо, що така опалювальна схема виявиться невигідною з економічного погляду. Загалом знавці вважають, що пристрій систем опалення на основі природної циркуляції допустимий лише для будівель невеликого розміру.
Розберемо конструктивну схему.
Набравшись теоретичного досвіду, розберемо схеми опалення за їх конструктивним особливостям. Подібні системи прийнято розділяти за:
- Місця розташування основної магістралі, що подає - схеми з верхнім і нижнім розведенням.
- способів приєднання нагрівальних приладів- схеми однотрубні та двотрубні.
- Розташування опалювальних стояків - з вертикальними та горизонтальними стояками.
- Схема прокладки - з тупиковою магістраллю або з попутним рухом води.
Тонкощі однотрубної системи
Схеми прокладки
Відзначимо ряд важливих особливостейоднотрубної опалювальної схеми:
- Така система не оснащується зворотним стояком, а вода, що охолодилася в радіаторі, повертається в магістраль, що подає.
- У такій системі в нагрівальні елементи, розташовані внизу, надходитиме суміш з гарячої води, що вже охолодилася у верхніх радіаторах. Для того щоб забезпечити рівномірне опалення на верхніх і нижніх поверхах, доведеться збільшувати поверхню нагріву у радіаторів, що розташовані внизу.
- Циркуляція води за радіаторами здійснюється за рахунок різниці температур. При цьому однотрубна система може бути влаштована таким чином, що в радіатор надходитиме тільки частина води, а решта теплоносія - прямувати до нагрівальних елементів, розташованих нижче. При цьому на радіаторах ставляться крани, за допомогою яких можна регулювати конкретну кількість води, що надходить.
- Якщо ж організується проточна система опалення, то теплоносій проходитиме послідовно через всі радіатори - з верхнього до нижнього. В результаті в нижчі батареї надійде тільки охолоджена вода. У такій системі не можна ставити крани. Їх монтаж призведе до зменшення подачі теплоносія у всі інші прилади, розташовані на цьому стояку, а повне закриття крана просто перекриє. Однак ставити радіатори без кранів не дуже добре, тому що виключається можливість регулювання температури повітря в приміщеннях шляхом зміни обсягу теплоносія.
Однотрубна система
Вважається що однотрубні системиможуть бути зроблені лише за схемою з верхнім розведенням. Тому їх використовують лише в будинках з горищем, де можна розмістити магістраль, що подає. З іншого боку таку систему простіше монтувати. Крім того, опалювальних труб використовується менше, тому розведення вважається більш привабливим з точки зору естетики. Через простоту монтажу, менші витрати на роботи та матеріали ці схеми опалення знаходять досить широке застосування.
Споруду автономної мережі опалення гравітаційного типу вибирають, якщо недоцільно, а іноді й неможливо встановити циркуляційний насос або підключитися до централізованого електропостачання. Щоб система опалення з природною циркуляцією функціонувала безперебійно, необхідно розрахувати її параметри, правильно встановити компоненти та обґрунтовано вибрати схему водяного контуру.
Процес руху води в контурі опалення без застосування циркуляційного насосавідбувається з природних фізичних законів.
Розуміння природи цих процесів дозволить грамотно розробити проект системи опалення для типових та нестандартних випадків.
Максимальна різниця гідростатичного тиску
Основне фізична властивістьбудь-якого теплоносія (води чи антифризу), що сприяє його руху по контуру при природній циркуляції – зменшення щільності зі збільшенням температури. Щільність гарячої води менша, ніж холодної і тому виникає різниця в гідростатичному тиску теплого та холодного стовпа рідини. Холодна вода, стікаючи до теплообмінника, витісняє гарячу по трубі.
Рушійною силою води в контурі при природній циркуляції є перепад гідростатичного тиску між холодним та гарячим стовпами рідини
Опалювальний контур будинку можна умовно поділити на кілька фрагментів. По «гарячих» фрагментах вода прямує вгору, а «холодними» – вниз. Межами фрагментів є верхня та нижня точка системи опалення. Головним завданням при моделюванні природною циркуляцією води є досягнення максимально можливої різниці між тиском стовпа рідини в гарячому і холодному фрагментах.
Класичним для природної циркуляції елементом водяного контуру є колектор розгону (головний стояк) – вертикальна труба, спрямована вгору теплообмінника. Колектор розгону повинен мати максимальну температуру, тому його утеплюють по всій протяжності. Хоча якщо висота колектора не велика (як для одноповерхових будинків), то можна не проводити утеплення, так як вода в ньому не встигне охолонути.
Зазвичай, систему проектують таким чином, щоб верхня точка колектора розгону збігалася з верхньою точкою всього контуру. Там встановлюють вихід на бак-розширювач відкритого типу або клапан для відведення повітря, якщо використовують мембранний бак. Тоді довжина «гарячого» фрагмента контуру є мінімально можливою, що призводить до зменшення тепловтрат на цій ділянці.
Також бажано, щоб «гарячий» фрагмент контуру не поєднувався з тривалою ділянкою, що транспортує охолоджений теплоносій. В ідеалі нижня точка водяного контуру збігається з нижньою точкою теплообмінника, поміщеного у пристрій нагрівання.
Чим нижче в системі опалення розташований котел, тим менший гідростатичний тиск стовпа рідини у гарячому фрагменті контуру
Для «холодного» сегмента водяного контуру теж є свої правила, які збільшують тиск рідини:
- чим більше тепловтрати на «холодній» ділянці опалювальної мережі, тим нижча температура води та більша її щільність, тому функціонування систем з природною циркуляцією можливе лише за значної тепловіддачі;
- чим більша відстань від нижньої точки контуру до точок підключення радіаторів, тим більша ділянка стовпа води з мінімальною температурою та максимальною щільністю.
Щоб забезпечити виконання останнього правила, часто піч або котел встановлюють у нижній точці будинку, наприклад, у підвалі. Таким розміщенням котла забезпечують максимально можливу відстань між нижнім рівнем радіаторів та точкою входу води у теплообмінник.
Однак висота між нижньою та верхньою точками водяного контуру при природній циркуляції не повинна бути надто великою (на практиці не більше 10 метрів). Пекти або котел, нагрівають тільки теплообмінник і нижню частину колектора розгону. Якщо цей фрагмент незначний щодо всієї висоти водяного контуру, то падіння тиску в гарячому фрагменті контуру буде несуттєвим і процес циркуляції не буде запущений.
Використання систем із природною циркуляцією для двоповерхових будов цілком виправдане, а для більшої поверховості буде необхідний циркуляційний насос
Мінімізація опору руху води
При проектуванні системи з природною циркуляцією необхідно враховувати швидкість руху теплоносія за контуром. По-перше, що швидше швидкість, то швидше відбуватиметься передача тепла за системою «котел – теплообмінник – водяний контур – радіатори опалення – приміщення». По-друге, чим швидше швидкість рідини через теплообмінник, тим менша ймовірність її закипання, що особливо важливо при пічному опаленні.
Закипання води в системі може обійтися дуже дорого - вартість демонтажу, ремонту та зворотного встановлення теплообмінника вимагає багато часу та коштів
У системах опалення з примусовою циркуляцією швидкість руху води залежить від параметрів циркуляційного насоса. При водяному опаленні із природною циркуляцією швидкість залежить від наступних факторів:
- різниці тиску між фрагментами контуру в нижній його точці;
- гідродинамічного опору опалювальної системи
Способи забезпечення максимальної різниці тиску було розглянуто вище. Гідродинамічний опір реальної системи не піддається точному розрахунку через складну математичної моделіта великої кількості вхідних даних, точність яких важко гарантувати. Тим не менш, існують загальні правила, дотримання яких дозволить зменшити опір контуру опалення.
Основними причинами зниження швидкості руху води є опір стінок труб та присутність звужень, як результат наявності фітингів або запірної арматури. При невеликій швидкості потоку опір стін практично відсутній, за винятком випадків довгих і тонких труб, характерних для опалення за допомогою теплої підлоги. Як правило, для нього виділяють окремі контури із примусовою циркуляцією.
При виборі типів труб для контуру із природною циркуляцією доведеться враховувати наявність технічних звужень під час монтажу системи. Тому металопластикові труби використовувати при природній циркуляції води небажано через з'єднання їх фітингами, зі значно меншим внутрішнім діаметром.
Фітинги металопластикових трубзначно звужують внутрішній діаметр і є серйозною перепоною на шляху води при слабкому тиску
Правила вибору та монтажу труб
Вибір між сталевими або поліпропіленовими трубамиза будь-якої циркуляції відбувається за критерієм можливості їх використання для гарячої води, а також з позицій ціни, легкості монтажу та терміну експлуатації. Стояк подачі монтують із металевої труби, так як через нього проходить вода сама високої температури, а у випадку пічного опаленняабо несправності теплообмінника можливий варіант проходження пари.
При природній циркуляції необхідно використовувати діаметр труб більший, ніж у разі застосування циркуляційного насоса. Зазвичай, для обігріву приміщень до 200 квадратних метрів, діаметр колектора розгону та труби на вході обратки в теплообмінник дорівнює двом дюймам. Це викликано меншою швидкістю води порівняно з варіантом примусової циркуляції, що призводить до таких проблем:
- менший обсяг переносимого тепла за одиницю часу від джерела до приміщення, що обігрівається;
- невеликий натиск не зможе продавити засмічення чи повітряні пробки.
Особливу увагу при використанні природної циркуляції з нижньою схемою підведення подачі необхідно приділити проблемі видалення повітря із системи. Він може повністю відводитися з теплоносія через розширювальний бак, т.к. закипаюча вода надходить спочатку в прилади по магістралі, розташованій нижче, ніж вони самі.
При примусовій циркуляції тиск води зганяє повітря до встановленого в найвищій точцісистеми повітрозбірнику - пристрою з автоматичним, ручним або напівавтоматичним керуванням. За допомогою кранів Маєвського переважно проводиться регулювання тепловіддачі.
У гравітаційних опалювальних мережахз подачею, розташованою нижче за прилади, крани Маєвського застосовуються безпосередньо для стравлювання повітря. Повітря також може відводитися за допомогою відвідників повітря, встановлених на кожному стояку або на повітряній лінії, прокладеної паралельно магістралям системи. Через значну кількість пристроїв для відведення повітря гравітаційні схеми з нижнім розведенням застосовуються вкрай рідко.
На всіх радіаторах опалення сучасного типу є пристрої для випуску повітря, тому для запобігання утворенню пробок у контурі можна робити ухил, зганяючи повітря до радіатора
При слабкому натиску невеликий повітряний затор здатний повністю зупинити систему обігріву. Так, згідно зі СНиП 41-01-2003 не допускається прокладати без ухилу трубопроводи систем опалення за швидкості руху води менше 0,25 м/с.
При природній циркуляції такі швидкості недосяжні. Тому крім збільшення діаметра труб необхідно дотримуватися постійних ухил для виведення повітря із системи опалення. Ухил проектують із розрахунку 2-3 мм на 1 метр, у квартирних мережах нахил досягає 5 мм на погонний метр горизонтальної лінії.
Ухил подачі роблять по ходу руху води, щоб повітря рухалося до бака-розширювача або системи, що наповнює повітря, розташованої у верхній точці контуру. Хоча можна зробити контр-ухил, але в цьому випадку необхідно додатково встановити клапан для відведення повітря.
Ухил обратки роблять, як правило, по ходу руху охолодженої води. Тоді нижня точка контуру співпадатиме з входом зворотної труби в теплогенератор.
Найпоширеніша комбінація напрямку ухилу труби, що подає та зворотна, для видалення повітряних пробок з водяного контуру з природною циркуляцією.
При встановленні теплої підлоги невеликої площі в контурі з природною циркуляцією необхідно не допустити попадання повітря у вузькі та горизонтально розташовані труби цієї системи обігріву. Необхідно поставити пристрій для видалення повітря перед теплою підлогою.
Однотрубні та двотрубні схеми опалення
При розробці схеми опалення будинку з природною циркуляцією води можливе проектування як одного, так і окремих контурів. Вони можуть істотно відрізнятись один від одного. Незалежно від довжини, кількості радіаторів та інших параметрів, їх виконують за однотрубною або двотрубною схемою.
Контур із використанням однієї труби
Систему опалення з використанням однієї і тієї ж труби для послідовного підведення води до радіаторів називають однотрубною. Найпростішим однотрубним варіантом є опалення металевими трубамибез використання радіаторів. Це найдешевший і найменш проблемний спосіб вирішення обігріву будинку при виборі на користь природної циркуляції теплоносія. Єдиний значний мінус - зовнішній виглядгроміздких труб.
При найекономнішому варіанті однотрубної схеми з радіаторами опалення гаряча вода послідовно протікає через кожен пристрій. Тут необхідна мінімальна кількість труб та запірної арматури. У міру проходження теплоносій остигає, тому наступні радіатори одержують воду холоднішу, що необхідно враховувати при розрахунку кількості секцій.
Проста однотрубна схема (вгорі) вимагає мінімальної кількості монтажних робіт та вкладених засобів. Більш складний та витратний варіант внизу дозволяє відключати радіатори без зупинки всієї системи
Самим ефективним способомПідключення приладів опалення до однотрубної мережі вважається діагональний варіант. Відповідно до цієї схеми контурів опалення з природним типом циркуляції гаряча вода надходить у радіатор зверху, після охолодження відводиться через розташований внизу патрубок. При проходженні так нагріта вода віддає максимальну кількість тепла.
При нижньому підключенні до батареї як вхідного патрубка, так і вихідного тепловіддача істотно зменшується, тому що нагрітому теплоносію треба пройти максимально довгий шлях. Через значне охолодження в подібних схемах не використовуються батареї з великою кількістю секцій.
«Ленінградка» характеризується значними тепловтратами, які необхідно враховувати при розрахунку системи. Плюс її в тому, що при використанні запірних вентилів на вхідному та вихідному патрубку прилади вибірково можна відключати для ремонту без зупинки опалювального циклу
Опалювальні контури з подібним підключенням радіаторів отримали назву "Ленінградка". Незважаючи на зазначені втрати тепла, їм віддають перевагу в облаштуванні систем квартирного опалення, що зумовлено більш естетичним видом прокладання трубопроводу.
Істотним недоліком однотрубних мереж є неможливість відключити одну із секцій опалення без припинення циркуляції води по всьому контуру. Тому зазвичай застосовують модернізацію класичної схеми з установкою «байпасу» для обходу радіатора за допомогою відгалуження з двома кульовими кранами або триходовим краном. Це дозволяє регулювати подачу води до радіатора, аж до повного відключення.
Для двох і більше поверхових будов застосовують варіанти однотрубної схеми із вертикальними стояками. У цьому випадку розподіл гарячої води рівномірніший, ніж при горизонтальних стояках. До того ж вертикальні стояки менш протяжні та краще вписуються в інтер'єр будинку.
Однотрубну схему з вертикальним розведенням успішно застосовують при обігріві двоповерхових приміщень з використанням природної циркуляції. Представлений варіант із можливістю відключення верхніх радіаторів
Варіант із застосуванням зворотної труби
Систему опалення, коли одну трубу використовують для подачі гарячої води до радіаторів, а другу для відведення охолодженої до котла або печі, називають двотрубною. Таку схему подачі та відведення за наявності радіаторів опалення використовують частіше, ніж однотрубну. Вона дорожча, оскільки вимагає монтажу додаткової труби, але має низку значних переваг:
- відбувається більш рівномірний розподіл температури теплоносія, що подається до радіаторів;
- простіше виконати розрахунок залежності параметрів радіаторів від площі опалювального приміщення та необхідних значеннях температури;
- простіше виконувати регулювання подачі тепла до кожного радіатора.
Залежно від напрямку руху охолодженої води щодо гарячої, двотрубні системи поділяють на попутні та тупикові. У попутних схемах рух охолодженої води відбувається у тому напрямі, як і гарячої, тому довжина циклу всього контуру збігається.
У тупикових схемах охолоджена вода рухається назустріч гарячій, тому для різних радіаторів довжини циклів обороту теплоносія відрізняються. Так як швидкість в системі невелика, то час нагрівання може істотно відрізнятися. Ті радіатори, у яких довжина циклу кругообігу води менша, будуть нагріті швидше.
При виборі тупикової (вище) та попутної (нижче) схем опалення виходять насамперед із зручності проведення зворотної труби
Існує два типи розташування підводки щодо радіаторів опалення: верхня та нижня. При верхньому підведенні труба, що подає гарячу воду, Розташовується вище радіаторів опалення, а при нижній підводці - нижче.
При нижньому підведенні можливе видалення повітря через радіатори та відсутня необхідність проведення труб поверху, що добре з позиції дизайну приміщення. Однак без колектора розгону перепад тиску буде набагато меншим, ніж при використанні верхньої підводки. Тому нижнє підведення при опаленні приміщень за принципом природної циркуляції практично не застосовують.
Відео-приклади схем із природною циркуляцією
Однотрубна схема на основі електрокотла для невеликого будинку
Двотрубна система для одноповерхового дерев'яного будинкуна основі твердопаливного котла тривалого горіння:
Комбінована система на основі твердопаливного котла з наявністю теплоакумулятора:
Використання природної циркуляції під час руху води в опалювальному контурі потребує точних розрахунків та технічно грамотного виконання монтажних робіт. При виконанні цих умов система опалення якісно нагріватиме приміщення приватного будинку і позбавить господарів від шуму насоса та залежності від електроенергії.
