Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Отопление – одна из важнейших систем любого дома. В небольших домиках и дачных постройках чаще всего устанавливается вариант с естественной (гравитационной) циркуляцией. Среди его основных достоинств:

• Невысокая стоимость
• Простота монтажа
• Минимальные затраты на эксплуатацию

Для запуска не нужно устанавливать и подключать насосы и другое вспомогательное оборудование. При работе не требуются добавочные источники питания или аккумуляторы. Источником движения жидкости является гидростатический напор и законы физики, благодаря которым теплоноситель перемещается самостоятельно.

Установки этого типа могут работать эффективно только в небольших домах. Это определяется так называемым «допустимым радиусом» системы, то есть, горизонтальными размерами, – если протяженность магистрали менее 30 метров. Еще один недостаток – достаточно медленный приход в рабочее состояние, т. к. все элементы долго разогреваются.

Какие преимущества обеспечивает система с естественной циркуляцией

Следует оценить все достоинства и возможные недостатки данного решения. Так что же относится к положительным факторам?

• Экономичность. Для монтажа и обслуживания не нужно значительных финансовых затрат
• Не требуется установка и запуск циркуляционных насосов
• Отсутствует шум вследствие работы насосов
• Система работает независимо от наличия или отсутствия электроэнергии (при установке газового котла)
• Теплоноситель циркулирует без остановок, непрерывно
• Для расчета, монтажа и обслуживания не нужны специальные знания, только данные о протяженности отопительной магистрали

Принцип работы основан на действии гравитации. Как известно из курса физики, при изменении температуры жидкости меняется ее удельный вес. Более легкие, нагретые слои движутся вверх, а тяжелые, холодные, – стремятся опуститься ниже. Благодаря этому теплоноситель равномерно перераспределяется между нагревательными элементами.

Для настройки качественной работы системы необязательно привлекать специалистов, при соблюдении основных принципов и правил все необходимые работы можно выполнить самому. И точно так же есть возможность провести мелкий ремонт, чтобы продлить работоспособность оборудования на 30-35 лет и больше.

Физические принципы и их реализация

При нагревании любой жидкости вместе с температурой изменяется ее плотность (уменьшается). Для ее подъема наверх устанавливается центральный стояк, соединяющий котел и расширительный верхний бак. По мере остывания вода становится тяжелее, и отдавший тепло системе теплоноситель опускается вниз, попадая в нагревательный котел. Затем освободившееся место в трубах и батареях заполняет более нагретая вода, поступающая сверху. Благодаря постоянному замещению опускающейся остывшей воды более нагретой, создается автоматическое движение теплоносителя, не требующее применения механических или электрических насосов.

Поступающий в батареи теплоноситель нагревает радиаторы, передавая им тепло, а через них нагревая окружающий воздух. После остывания жидкость уходит вниз, опять замещаясь более горячей. Этот процесс происходит непрерывно, пока котел создает разницу температур.

Основные элементы, необходимые для работы системы

Для монтажа потребуются такое составные части:

• Котел. Главный элемент любой системы жидкостного отопления, который используется для нагрева теплоносителя. Котлы бывают различной конструкции, могут работать с разными видами топлива
• Трубопроводная система. Бывает одно- или двухтрубной, для обеспечения большей интенсивности нагрева радиаторов
• Радиаторы – передают тепло помещению, нагревая воздух
• Расширительный бак

Одним из важнейших требований к прокладке трубопровода является соблюдение уклона, который должен быть постоянным. Оптимальным является перепад в 0,5 см на каждый метр горизонтально расположенной трубы. Наклон должен быть выполнен в сторону котла. Это означает, что вход нагревателя должен располагаться выше выхода при подключении радиатора.

Необходимость и величина наклона определяется следующими требованиями:

• При его увеличении остывающая вода направляется к нагревателю быстрее
• Попадающие в трубы при заполнении пузырьки воздуха будут двигаться вверх и выходить в атмосферу
• От скорости перемещения теплоносителя зависит эффективность работы системы. Эта характеристика не должна быть слишком низкой или очень высокой

Скорость теплоносителя в трубах зависит от многочисленных параметров:

• Температуры нагрева и результирующей разности плотности холодной и горячей воды
• Размеров бака. Его наличие помогает созданию добавочного давления и немного ускоряет движение теплоносителя
• Взаимного размещения элементов системы относительно друг друга
• Гидродинамического сопротивления труб. Его оказывают добавочные радиаторы, повороты и разветвления

Чтобы эффективность обогрева была максимальной, нужно, чтобы теплоноситель перемещался как можно быстрее. И поэтому при проектировании следует минимизировать количество препятствий, снизив число разветвлений и поворотов. А также выбирать трубы увеличенного диаметра, три четверти или полдюйма.

Однотрубная система

Данная модель является наиболее простой схемой. Отопительный контур должен быть расположен как можно выше, под самым потолком. А трубы для возврата остывшего теплоносителя обратно к котлу должны размещаться максимально низко.

Эта модель отопления очень популярна в частном домохозяйстве, т.к. для ее построения требуется минимальное количество труб. Монтаж ее также достаточно прост.

Основное преимущество решения заключается в том, что котел для нагрева и радиаторы могут находиться на одном уровне. Нужно подчеркнуть, что при таком расположении элементов двухтрубная схема работать не сможет из-за малого гидростатического давления, не обеспечивающего нужную степень циркуляции.

Емкость расширительного бака рассчитывается в зависимости от количества батарей. Нужно учитывать, что бак не должен заполняться более, чем на три четверти своего объема, одновременно уровень воды должен быть выше точки забора для распределительной трубы, используемой для подачи к радиаторам. Иначе система не сможет функционировать и завоздушится.

В проекте требуется предусмотреть возможность добавления воды в бак – трубопровод с вентилем для пополнения количества теплоносителя. Также следует установить вентиль для слива излишков жидкости. Нужно также учесть возможность полного опустошения системы для проведения ремонта, текущего обслуживания или плановой замены теплоносителя.

Такая схема отлично подойдет для небольшого, на 2-3 комнаты, загородного дома.

Двухтрубная система

Кроме описанной выше, однотрубной, часто применяется двухтрубная гравитационная схема. В ней действуют сразу два контура. По одной теплоноситель подается в батареи, по второй возвращается к котлу для последующего нагрева.

Система требует более тщательного расчета, чем однотрубная, при этом понадобится больший расход материалов (труб). Зато будет обеспечен более равномерный нагрев всех батарей и высокая эффективность обогрева дома.

Монтаж ее также более трудоемкий и подразделяется на этапы:

• Установка центральной отопительной трубы (стояка), подающей теплоноситель от котла в расширительный бак. Согласно строительным правилам, она должна подключаться к баку в нижней трети
• Следует также установить в баке трубу для автоматического перелива, для стока лишней воды в канализацию
• Соединение отопительной трубы с горизонтальной разводкой выполняется на уровне около трети общей высоты помещения (отсчитывая от пола). Она обеспечивает подачу теплоносителя к радиаторам
• Патрубки для отвода остывшей воды подключаются к радиаторам снизу. По ним вода поступает в возвратную систему и направляется к котлу. Возвратный трубопровод должен идти параллельно линии подачи горячей воды, на меньшей высоте

В ходе монтажа отопления необходимо утеплить место размещения расширительного бака, а также тщательно защитить теплоизоляцией основной стояк, иначе неизбежны большие и бессмысленные потери тепла. Если чердачное помещение расширительного бака не утеплить, замерзшая вода приведет к выходу из строя и разрушению всей системы.

При расчете двухтрубной гравитационной системы требуется уделить внимание взаимному расположению котла, батарей и расширительного бака, чтобы обеспечить ее наиболее эффективное функционирование и максимальную теплопередачу при экономии топлива.

Котел должен находиться в максимально низкой точке, в подвале или на цокольном этаже. Для этого должно быть оборудовано отдельное помещение. При отсутствии подвала его можно поместить в углубление под домом.

Двухтрубная схема успешно работает для небольшого дома из 4-5 жилых и ряда хозяйственных помещений.

Гравитационное отопление, или система с естественной циркуляцией, является идеальным решением для владельцев небольших домов. Она недорога в установке и проста в обслуживании. Но для больших домов рекомендуется использовать двухтрубные системы, дополненные циркуляционным насосом, обеспечивающим принудительное перемещение теплоносителя.