Процесс движения воды в отопительном контуре без применения циркуляционного насоса происходит благодаря естественным физическим законам.

Понимание сущности этих процессов позволит вам компетентно решать типичные и нестандартные случаи.

Галерея изображений

Фото

Естественный вариант, определяющий движение теплоносителя под действием силы тяжести, применяется в коттеджах и квартирах с автономной системой отопления.

Запас объема, необходимый для расширения теплоносителя при отоплении, обеспечивает открытый расширительный бак

В построении систем с естественным движением теплоносителя бывают одно- и двухтрубные схемы. Однотрубные контуры устраивают с верхней разводкой

Самотечные двухтрубные системы конструируются с верхней и нижней разводкой. Горизонтальные участки всегда прокладывают с уклоном 2-3 мм на погонный метр

Существенным недостатком самотечных систем отопления является малый напор, из-за чего в них не строят контуры более 30 м по горизонтали

В системах с гравитационным движением теплоносителя, минимум технических устройств, как следствие, минимум проблем с наладкой и ремонтом

При подготовке теплоносителя используются твердотопливные, жидкотопливные и все виды газовых котлов

Предположим, что на выходе из котла теплоноситель прогрет до температуры парообразования +105º. Этот факт необходимо учитывать при выборе оборудования и труб для строительства.

Вариант естественного отопления

Открытый расширительный бак

Схема однотрубной разводки

Двухтрубные разновидности

Ограничения естественного отопления

Простота системы естественного отопления

Естественные котлы и отопительное оборудование0003

Максимальный перепад гидростатического давления

Основным физическим свойством любого теплоносителя (воды или антифриза), способствующим его движению по контуру при естественной циркуляции, является уменьшение плотности с повышением температуры.

Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому существует разница в гидростатическом давлении столба теплой и холодной жидкости. Холодная вода, стекающая в теплообменник, вытесняет горячую воду вверх по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является разница гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости

Отопительный контур дома можно разделить на несколько фрагментов. По «горячим» фрагментам вода направлена ​​вверх, по «холодным» – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точки системы отопления.

Основной задачей при моделировании воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в «горячем» и «холодном» фрагментах.

Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является ускорительный коллектор (магистральный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.

Ускорительный коллектор должен иметь максимальную температуру, поэтому он изолирован по всей длине. Хотя, если высота коллектора не большая (как для одноэтажных домов), то утепление можно не проводить, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно система устроена так, что верхняя точка коллектора ускорения совпадает с верхней точкой всего контура. Устанавливают выход на или вентиляционный клапан, если используется мембранный бак.

Тогда длина «горячего» участка контура минимально возможная, что приводит к снижению теплопотерь на этом участке.

Также желательно, чтобы «горячий» участок контура не совмещался с протяженным участком, транспортирующим охлажденный теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, размещенного в отопительном приборе.

Чем ниже расположен котел в системе отопления, тем ниже гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура

Для «холодного» участка водяного контура также существуют свои правила, повышающие напор жидкости:

• чем больше потери тепла на «холодном» участке тепловой сети , тем ниже температура вода и тем больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
• чем больше расстояние от низа контура до патрубка радиатора , тем больше сечение водной толщи с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Для обеспечения соблюдения последнего правила часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Такое расположение котла обеспечивает максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагреваются только теплообменник и нижняя часть ускорительного коллектора.

Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то перепад давления в «горячем» фрагменте контура будет незначительным и процесс циркуляции не запустится.

Применение систем с естественной циркуляцией для двухэтажных зданий оправдано, а для больших этажей потребуется циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо принять с учетом скорости теплоносителя по контуру.

Во первых чем быстрее скорость, тем быстрее теплообмен по системе «котел – теплообменник – водяной контур – радиаторы отопления – помещение».

Во вторых чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше скорее всего она будет кипеть, что особенно важно при отоплении печки

Кипятить воду в системе может быть очень дорого – затраты на демонтаж, ремонт и переустановку теплообменника требуют много времени и денег

В системах скорость воды в основном зависит от параметров.

При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:

• перепады давления между фрагментами контура в нижней его точке;
• Гидродинамическое сопротивление Система отопления.

Способы обеспечения максимального перепада давления обсуждались выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы невозможно точно рассчитать из-за сложной математической модели и большого количества входных данных, точность которых трудно гарантировать.

Тем не менее, есть общие правила, соблюдение которых позволит снизить сопротивление контура отопления.

Основными причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок трубы и наличие сужений из-за наличия арматуры или запорной арматуры. При малом расходе сопротивление стенки практически отсутствует.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . Как правило, для него выделяют отдельные схемы с принудительной циркуляцией.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией необходимо учитывать наличие технических ограничений при монтаже системы. поэтому их нежелательно использовать при естественной циркуляции воды из-за соединения их фитингами со значительно меньшим внутренним диаметром.

Арматура металлопластиковых труб несколько сужает внутренний диаметр и является серьезным препятствием для стока воды при низком давлении (+)

Правила выбора и монтажа труб

Выбор между стальными или с любой циркуляцией происходит по критерию возможности их использования для горячего водоснабжения, а также с позиций цены, простоты монтажа и срока службы.

Стояк монтируется из металлической трубы, так как через нее проходит вода наиболее высокой температуры, а в случае печного отопления или неисправности теплообменника возможен вариант пропуска пара.

При естественной циркуляции необходимо использовать несколько больший диаметр трубы, чем в случае с циркуляционным насосом. Обычно для обогрева помещений до 200 кв. м, диаметр ускорительного коллектора и патрубка на входе обратки в теплообменник 2 дюйма.

Это вызвано меньшей скоростью воды по сравнению с вариантом с принудительной циркуляцией, что приводит к следующим проблемам:

• снижение теплоотдачи в единицу времени от источника в отапливаемое помещение;
• засорение или воздушная пробка , которая не справляется с небольшим давлением.

Особое внимание при использовании естественной циркуляции с нижним контуром подачи необходимо уделить проблеме удаления воздуха из системы. Его нельзя полностью удалить из теплоносителя через расширительный бачок, так как кипяток сначала попадает в приборы по магистрали, расположенной ниже их самих.

При принудительной циркуляции давление воды подает воздух в воздухосборник, установленный в самой высокой точке системы – устройство с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. Через В основном регулируется теплоотдача.

В самотечных тепловых сетях с подводом, расположенным ниже приборов, краны Маевского используются непосредственно для стравливания воздуха.

Все современные радиаторы отопления имеют устройства для отвода воздуха, поэтому для предотвращения образования пробок в контуре можно сделать уклон, подгоняя воздух к радиатору

Воздух также может быть удален с помощью воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на ВЛ, проходящей параллельно магистралям системы. Из-за внушительного количества воздухоотводящих устройств самотечные схемы с нижней разводкой встречаются крайне редко.

При низком давлении небольшая воздушная пробка может полностью остановить систему отопления. Так, согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладка трубопроводов системы отопления без уклона при скорости воды менее 0,25 м/с.

При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому помимо увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для удаления воздуха из системы отопления. Уклон проектируют из расчета 2–3 мм на 1 метр, в квартирных сетях уклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.

Уклон подачи делается по направлению движения воды так, чтобы воздух двигался к расширительному баку или системе стравливания воздуха, расположенной в верхней точке контура. Хотя можно сделать контрсмещение, но в этом случае необходимо дополнительно установить .

Уклон обратки делается, как правило, в сторону движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура совпадет с входом обратки в теплогенератор.

Наиболее распространенное сочетание уклона подающего и обратного трубопроводов для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо исключить попадание воздуха в узкие и горизонтальные трубы данной системы отопления. Перед теплым полом необходимо разместить устройство удаления воздуха.

Схемы отопления однотрубные и двухтрубные

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. Независимо от длины, количества радиаторов и других параметров они выполняются по однотрубной или двухтрубной схеме.

Однолинейный контур

Система отопления, использующая одну и ту же трубу для последовательной подачи воды к радиаторам, называется однотрубной. Самый простой однотрубный вариант – это отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это самый дешевый и наименее проблемный способ решения отопления дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный существенный минус – появление громоздких труб.

У самых экономичных с радиаторами отопления горячая вода проходит последовательно через каждый прибор. Здесь нужно минимальное количество труб и вентилей.

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

Простая однотрубная схема (выше) требует минимального объема монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант, представленный ниже, позволяет отключить радиаторы без остановки всей системы.

Наиболее эффективным способом подключения отопительных приборов к однотрубной сети является диагональный вариант.

По данной схеме отопительных контуров с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после остывания отводится через трубу, расположенную внизу. Проходя таким образом, нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к аккумулятору, как входного патрубка, так и выходного патрубка значительно снижается теплоотдача, т. к. нагретый теплоноситель должен идти как можно дольше. Из-за значительного охлаждения в таких схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» отличается внушительными теплопотерями, что необходимо учитывать при расчете системы. Его плюс в том, что при использовании запорной арматуры на входном и выходном патрубках приборы можно опционально отключить для ремонта без остановки отопительного цикла (+)

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов называются ««. Несмотря на отмеченные тепловые потери, им отдают предпочтение при обустройстве квартирных систем отопления, что обусловлено более эстетичным видом трубопровода.

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

Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой «» Для обхода радиатора используют ответвление с двумя шаровыми кранами или трехходовой кран. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до его полного отключения.

Для двухэтажных и более этажных зданий применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. Кроме того, вертикальные стояки менее вытянуты и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубная схема с вертикальной разводкой успешно применяется для отопления двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов.

Вариант обратки

Когда одна труба используется для подачи горячей воды к радиаторам, а вторая для отвода охлажденной в котел или печь, такая схема отопления называется двухтрубной. Подобная система при наличии радиаторов отопления используется чаще, чем однотрубная.

дороже, так как требует установки дополнительной трубы, но имеет ряд существенных преимуществ:

• более равномерное распределение температуры теплоноситель подводится к радиаторам;
• проще сделать расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значений температуры;
• более эффективное управление теплом для каждого радиатора.

В зависимости от направления движения охлажденной воды, относительно горячей, подразделяются на проходные и тупиковые. В связанных контурах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах охлажденная вода движется в сторону горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя разные. Поскольку скорость в системе небольшая, время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды короче, будут нагреваться быстрее.

При выборе тупиковых и сопутствующих схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратки

Возможны два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхнее и нижнее. При верхнем подключении труба горячего водоснабжения располагается над радиаторами, а при нижнем – ниже.

При нижнем подключении воздух можно отводить через радиаторы и нет необходимости держать трубы сверху, что хорошо с точки зрения дизайна помещения.

Однако без ускорительного коллектора падение давления будет намного меньше, чем при использовании верхней подачи. Поэтому нижняя подводка практически не используется при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции.

Выводы и полезное видео по теме

Организация однотрубной схемы на базе электрокотла для небольшого дома:

Работа двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на базе твердотопливного котла длительного горения:

Использование естественной циркуляции при движении воды в контуре отопления требует точного расчеты и технически грамотные монтажные работы. В этих условиях система отопления обогреет помещения частного дома и избавит владельцев от шума насоса и зависимости от электричества.

Если у вас есть вопросы по теме или есть желание поделиться личным опытом организации и эксплуатации системы отопления гравитационного типа, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Поле обратной связи расположено ниже.

Самая эффективная система отопления для строительства нового дома

В предыдущем блоге мы обсуждали выбор правильного котла в случае замены. Точно так же, как выбрать наиболее эффективную систему отопления для нового дома?

Существует множество систем отопления на выбор. Наилучшее решение зависит от множества факторов. К счастью, многие факторы зависят от вещей, которые вы уже приняли во внимание при определении специфики вашего нового дома. Например: Как долго я буду в этом доме? Насколько важны комфорт и энергоэффективность? Важна ли для меня цена перепродажи этого дома? Какое напольное покрытие будет использоваться во всем доме? Насколько длинные и холодные зимы в моем регионе?

Основные опции системы отопления:

• Электрический плинтус
• Геотермальная энергия (тепло из грунта)
• Печь (с принудительной подачей воздуха)
• Тепловой насос (подача воздуха)
• Плинтус с оребрением (водяной нагреватель)
• Панельные радиаторы (водяное отопление)
• Теплые полы (водяное отопление)

Водяные системы отопления используют горячую воду из котла для обогрева вашего дома. Эти системы обычно считаются лучшим выбором и предлагают наибольшую гибкость с точки зрения вариантов отопления и возможности подключения производства горячей воды для бытовых нужд в одну и ту же систему.

Если вы надеетесь построить дом как можно дешевле или если комфорт и эффективность не являются приоритетом, водяная система может быть не лучшим вариантом, поскольку она, как правило, требует более высоких первоначальных затрат, а дивиденды выплачиваются позже. Во всех других ситуациях, когда важны комфорт, эффективность, эксплуатационные расходы, долговечность, тихая работа и стоимость дома, вам следует обсудить возможность установки водяной системы отопления со своим строителем или профессиональным подрядчиком по ОВКВ. Это особенно актуально при наличии природного газа и в регионах с умеренными и суровыми зимами.

Давайте углубимся в основные параметры системы отопления.

С учетом затрат на установку и ежемесячных расходов электрические плинтусы и геотермальные представляют собой две крайности спектра. Электрические плинтусы недороги в установке и обладают некоторыми из тех же преимуществ, что и плинтусные радиаторы с горячей водой. Где они отстают, так это в сезонных операционных расходах. Ежемесячные затраты на обогрев дома такой системой отопления в районе с более холодными зимами исключительно высоки. Дома с такой системой отопления также, как правило, имеют более низкую стоимость при перепродаже по сравнению с аналогичными домами с более традиционными системами.

Геотермальные системы отопления также используют электричество для циркуляции тепла, но ежемесячная стоимость очень низкая. Это в основном потому, что они используют небольшое количество электричества для циркуляции тепла от постоянного источника, который заперт глубоко в земле. Хотя это кажется идеальной концепцией с точки зрения окружающей среды и затрат, у нее есть некоторые существенные недостатки. Первоначальная стоимость одной из этих систем исключительно высока – почти в два раза больше, чем стоимость высококлассной водяной системы отопления. Хотя эти системы не используют обычное топливо в качестве источника тепла, существуют опасения относительно того, насколько они на самом деле «зеленые». Они требуют глубокого бурения, чтобы получить доступ к теплу под землей, и этот процесс также может привести к выбросу парниковых газов, которые в противном случае были бы заперты в земле. Кроме того, эти системы не могут быть установлены везде — они зависят от наличия подземных геологических условий и местных норм, разрешающих глубокое бурение.

Если вы жили в доме с принудительным воздушным нагревом, вырабатываемым печью или тепловым насосом, вы, вероятно, знакомы с движением воздуха. Воздух забирается из дома через возвратные воздуховоды, нагревается оборудованием HVAC и направляется обратно в жилое помещение через приточные воздуховоды.

Несмотря на то, что системы принудительной вентиляции подают теплый воздух в жилые помещения, они не нагревают помещение полностью. Часто в домах с принудительным воздушным отоплением можно обнаружить холодные и/или более теплые участки. Эффективно управлять потоком воздуха из печи, чтобы сбалансировать холодные и теплые участки в доме, очень сложно и довольно неточно. Кроме того, может быть заметен чрезмерный шум от вентиляторов, заслонок и вентиляционных отверстий.

Системы принудительной вентиляции также осушают воздух в помещении. Это одна из причин, по которой зимой многие люди борются с сухостью кожи или потрескавшимися губами. Движение воздуха в доме также может вызывать и распространять аллергены, пыль, перхоть и микробы. В результате общая эффективность нагрева вашей печи или теплового насоса в вашем новом доме может быть неоптимальной.

Одним из основных преимуществ водяных систем отопления является то, что они не требуют циркуляции воздуха в доме. Гидравлические системы обогревают помещение с помощью теплой массы, такой как радиатор или теплые полы. Из-за этой массы и того факта, что вода является гораздо лучшим проводником энергии, чем воздух, холодные точки в доме гораздо меньше влияют на правильно спроектированную гидравлическую систему.

Радиаторы и системы лучистого пола обогревают помещение двумя способами: теплопроводностью и излучением. Например, представьте себе котел, который подает и циркулирует горячую воду через различные радиаторы дома. Затем радиаторы нагревают воздух, с которым он сталкивается, за счет теплопроводности. Он проводит энергию (тепло) в воздух. Этот воздух, поскольку он теплее окружающего воздуха, имеет тенденцию подниматься вверх.

А радиация? Радиация нагревает все в пространстве независимо от воздуха. Подумайте о кружке горячего кофе. Возьмите его и держите в одной руке. Теперь поместите другую руку на несколько дюймов ниже кружки. Несмотря на то, что воздух, нагреваемый за счет теплопроводности, поднимается вверх, вы все равно можете ощущать тепло от нижней стороны кружки. Это радиация на работе. Таким образом, радиатор нагревает воздух, людей и предметы в доме за счет излучения.

Одна из основных причин, по которой системы принудительной вентиляции обычно считаются выбором по умолчанию для новостроек, связана с использованием кондиционеров в летние месяцы. На первый взгляд может показаться, что и отопление, и кондиционирование воздуха подаются в салон по одним и тем же воздуховодам. Это стоит меньше, верно?

Да, как правило, при строительстве нового дома установка обычной системы вентиляции и кондиционирования обходится дешевле. Однако в конечном итоге это может стоить дороже. Причина в эффективности; теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается.

Как правило, перед установкой системы принудительной вентиляции принимается решение, что в новой постройке предпочтение отдается либо отоплению, либо кондиционированию воздуха с установкой вентиляционных отверстий. Они либо в полу (в пользу тепла), либо в потолке (в пользу кондиционера). Во всех районах с умеренными и суровыми зимами вентиляционные отверстия будут в полу, потому что тепло поднимается вверх. В летние месяцы система кондиционирования воздуха будет использовать те же вентиляционные отверстия в полу, чтобы накачивать прохладный воздух в жилое помещение. Это будет зависеть от системного вентилятора, который будет доставлять холодный воздух до верхней части жилых помещений, чтобы обеспечить комфорт. Это означает длительные и частые циклы, более высокие счета за охлаждение и дополнительную нагрузку на оборудование.

Если вы хотите, чтобы кондиционер дополнял водяную систему отопления, выходные вентиляционные отверстия должны быть в потолке, а не в полу. Прохладный воздух будет рассеиваться более равномерно и естественным образом рассеиваться в жилом пространстве, потому что холодный воздух падает. Это должно привести к сокращению времени цикла, снижению затрат на охлаждение и снижению нагрузки на оборудование.

Ниже приведен краткий обзор первичных гидравлических систем. Размер гидравлической системы практически не ограничен. На самом деле, перечисленные ниже предметы можно смешивать и сочетать в одном доме.

• Плинтус с ребрами

Радиаторы с медными ребристыми трубками (обычно называемые плинтусными радиаторами, не путать с электрическими плинтусами), вероятно, являются наиболее распространенным применением водяного отопления в жилых помещениях. Они экономичны, просты в установке и обеспечивают превосходный комфорт, которым славятся гидравлические системы.

• Чугунные радиаторы

Когда люди думают о чугунных радиаторах, они сразу же думают о старых стоячих радиаторах, типичных для старых домов на северо-востоке. Однако чугунные радиаторы можно использовать и в новостройках, особенно когда владелец ищет винтажную атмосферу. Эти проверенные временем радиаторы служат практически вечно и прекрасно сочетаются с современными котловыми технологиями.

• Чугунный плинтус

Чугунный плинтус встречается реже, чем стоячие чугунные радиаторы, но не менее хорош.

• Панельные радиаторы

Панельные радиаторы бывают самых разных размеров, форм и областей применения. Они обычно вешаются на стену и выглядят очень современно. Панельные радиаторы часто используются в Европе. Панельные радиаторы также могут служить вешалками для одежды и держателями для полотенец в зависимости от области применения и желаемого использования.

• Теплый пол

Если вы желаете иметь самую удобную систему отопления, которую можно купить за деньги, вам следует подумать об установке внутрипольного лучистого тепла. Теплый пол состоит из водяных труб, установленных под полом. Это может быть бетонная плита, система направляющих или прибитая снизу к нижней стороне чернового пола.

Вы можете легко добавить водонагреватель косвенного нагрева к любой водяной системе отопления. Водонагреватель с непрямым нагревом, также называемый косвенным баком или боковым баком, представляет собой водонагреватель, который не имеет собственного автономного нагревательного элемента. Эти изолированные резервуары содержат теплообменник, который позволяет домашнему котлу обеспечивать все необходимое для дома горячее водоснабжение (ГВС). ГВС — это горячая вода, используемая для душа, раковин, посудомоечных и стиральных машин.

Преимущества бака косвенного нагрева по сравнению с обычным водонагревателем включают в себя более быстрое восстановление (скорость, с которой устройство производит горячую воду), более низкие эксплуатационные расходы и меньшее техническое обслуживание.