Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты.

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы, прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы.

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м², имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков, ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов, особенно если используется насос.

Вам также будет интересно:

4 варианта установки: когда не обойтись без системы отопления с принудительной циркуляцией?

От чего зависит эффективность обогрева дома? Какая лучше система отопления: однотрубная или двухтрубная

Уютные отопительные печи Везувий: чем лучше обогревать небольшие помещения?

Открытый тип

Система отопления открытого типа включает в себя открытый, негерметичный расширительный бачок. Такую конструкцию чаще используют в старых помещениях. Несмотря на то что она теряет популярность, открытая схема остаётся надёжной и работоспособной.

Схема работы

Схема отопления с естественной циркуляцией открытого типа отличается от закрытого только устройством бачка и отсутствием необходимости установки электрозависимого агрегата.

Фото 2. Открытый тип циркуляционной отопительной системы, оснащен негерметичным расширительным бачком, без электрического насоса.

Отличие конструкции

Бак для открытого устройства можно сделать из подручных материалов и небольшого размера. Располагать ёмкость не обязательно в самой верхней точке.

Положительные и отрицательные стороны

К плюсам конструкции можно отнести простоту её монтажа, безопасность и независимость от внешних источников питания. Отрицательные стороны систем открытого типа связаны с попаданием в контур воздуха, что является причиной образования пробок, испарение воды и необходимость контроля её количества, а также невозможность использования антифриза из-за его вредного влияния.

Однотрубная

Однотрубная конструкция использует только одну линию трубопровода. Обладает низкой эффективностью, поэтому используется для обогрева маленьких помещений.

Контур

Трубы от нагревающего котла проходят по всему периметру комнаты, последовательно соединяясь с регистрами.

Вход горячей воды в батарею осуществляется через верхнее соединение, а слив – через нижнее. От последнего регистра остывшая жидкость самотёком направляется обратно к котлу.

Описание конструкции

Чтобы система хорошо функционировала, контур устанавливают под потолком, а трубы, несущие остывшую жидкость к котлу – под поверхностью пола. При выборе однотрубной схемы котёл с батареями допустимо располагать на одном уровне. Расширительный бак устанавливают в высшей точке контура.

Достоинства и недостатки

Несомненным достоинством конструкции является простота её установки и экономичность из-за минимального количества труб. К недостаткам однотрубного контура относят потерю тепла от регистра к регистру. Для обогрева двухэтажных строений использование подобной системы не рекомендуется.

Двухтрубная

Для создания двухтрубной системы прокладывают трубопровод прямой подачи и обратного тока жидкости.

Планирование и монтаж конструкции довольно сложны, но обеспечивают эффективный обогрев.

Принцип работы

Контур должен быть тщательно продуман и сконструирован следующим образом:

• Основной стояк, выходящий от котла, соединяют с расширительным бачком на расстоянии примерно 1/3 от общей высоты контура.
• После бака основная труба соединяется с разводкой труб, по которым подаётся горячий теплоноситель.
• Для удаления лишней жидкости бак оснащают трубой перелива, соединяя её с канализационной системой.
• Трубы, по которым остывшая вода будет двигаться к котлу, устанавливают в нижней части регистров параллельно трубам, содержащим горячий теплоноситель.

Особенности строения

Основной стояк, а также помещение, в котором располагается бак, утепляют, что предотвратит потерю тепла и замерзание системы. Нагревающий котёл располагают ниже всего в углублении или в подвале.

Преимущества и слабые стороны

Главные преимущества двухтрубной самотечной системы отопления являются равномерное распределение тепла между узлами контура, простота регулировки, возможность использования труб меньшего диаметра.

Конструкция позволяет исправлять погрешности расчётов и монтажа без снижения теплоэффективности.

Недостатков у системы практически нет, за исключением длительных подготовительных мероприятий. Но ради создания отлично функционирующего отопительного контура стоит потратить время и силы.

Создание подходящего уклона для самотёка

Основные требования, нормы, применяемые к созданию отопительных систем, представлены в СНиП 41-01-2003.

Чтобы снизить факторы, противодействующие нормальному току теплоносителя в трубах (изгибы контура, воздушные пробки), соблюдают рекомендации по уклону труб системы. Уклоны делают по ходу тока жидкости из расчёта от 1 до 5% в зависимости от длины трубопровода. Благодаря правильному уклону, воздух, накопившийся в трубах, пройдёт к расширительному баку, где получит выход.

Расчёт диаметра труб контура

Для самотечных конструкций необходимо использовать трубы большего диаметра, чем для систем с принудительной циркуляцией.

Правильно рассчитать диаметр помогают следующие правила:

• После подсчёта требуемой для обогрева помещения тепловой энергии, увеличивают полученный результат на 20%.
• По приведённым в СНиП формулам с помощью онлайн-калькулятора рассчитывают сечение труб.
• Принимают во внимание материал будущего трубопровода: стальные трубы должны быть не менее 50 мм в диаметре. В качестве стояка к котлу рекомендуют присоединять именно такую трубу.
• После каждого разветвления контура уменьшают диаметр труб на 1 размер, для обратного тока, наоборот, увеличивают.

Грамотный расчёт диаметра используемых труб, а также их уклон позволяет создать систему отопления, функционирующую без каких-либо проблем.

Полезное видео

В видео представлен обзор отопительной системы, которая может работать как с естественной циркуляцией, так и с насосом.

Краткие выводы

Прогреть помещения в холодное время года при нестабильном электропитании — решённая задача. Отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя создают комфортные условия в частных домах без использования электричества. Конструкции экономичны, эффективны и безопасны в случае правильного планирования схем и монтажа контура.