Самотечное отопление частного дома. 1 Что такое? Принцип работы

Самотечное отопление частного дома. 1 Что такое? Принцип работы

Самотечная – система, основанная на законах физики, т.е. естественном движении теплоносителя по трубам. Горячая жидкость поднимается, холодная опускается. Наиболее часто применяется данная система отопления для частного дома, если отсутствует подключение электричества или поступает нестабильно.

Единственным ограничением может явиться высота потолка. Поскольку труба должна отходить от котла вверх 1,5 метра, еще нужно место для расширительного бачка. Имеются ограничения у системы, как стоимость создания системы, сниженная эффективность. Цена ее примерно в 1,5 раза выше, чем создание простого принудительного контура отопления. Также необходимая точность установки системы, соблюдение всех уклонов при соблюдении внешнего вида интерьера.

Принципом работы самотечной системы отопления является продвижение жидкости до верхней точки данной системы под воздействием физических законов, когда теплая жидкость является более легкой, поднимается, затем по трубам с небольшим уклоном теплоноситель продвигается, постепенно отдавая тепло, остывает, далее также самотеком к котлу для прогрева вновь. Она не подразумевает никаких приспособлений, ускоряющих движения воды, поэтому она высоко инертна.

1.1 Принцип работы самотечной системы

Один из принципов, используемых при работе системы, известен всем из школьного курса физики: это подъём вверх горячих воды и воздуха и их опускание вниз – при низких температурах.

После того, как вода прогреется в котле, она начинает своё движение вверх – по стояку. В результате она попадает в отопительный радиатор, где передаёт часть своего тепла, став от этого холодней, чем в сточке. Охлаждённая, вода начинает двигаться вниз – и поступает в очередной радиатор. Так продолжается до возвращения воды в котёл.

1.2 Основные моменты

• Отсутствие циркуляционного насоса и вообще подвижных элементов и замкнутый контур, в котором количество взвесей и минеральных солей конечно, делает срок службы системы отопления этого типа весьма продолжительным. При использовании оцинкованных или полимерных труб и биметаллических радиаторов — не менее полувека.
• Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Именно поэтому рекомендованный радиус интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Понятно, это не означает, что при радиусе в 32 метра вода застынет — граница довольно условна.
• Инерционность системы будет довольно большой. Между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котлу предстоит прогреть теплообменник, и лишь тогда вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
• Все горизонтальные участки трубопроводов делаются с обязательным уклоном по ходу движения воды. Он обеспечит свободное движение остывающей воды самотеком с минимальным сопротивлением. Что не менее важно — в этом случае все воздушные пробки будут вытеснены в верхнюю точку отопительной системы, где монтируется расширительный бачок — герметичный, с воздушником, или открытый.

Самотечная система отопления с теплоаккумулятором. Обвязка теплоаккумулятора: упрощенная схема

Буферную емкость ставят между водогрейной печью/котлом и системой отопления. В самом простом варианте подключают трубы напрямую, без каких-либо излишеств (см. рисунок ниже). Вот только лучше поставить отсечные краны  на каждом из отводов — перед и после емкости. Это даст возможность отключать емкость, проводить ремонтные работы с баком и не сливать при этом теплоноситель из системы. Еще очень желательны фильтры.

В чем недостаток такой схемы подключения теплоаккумулятора для системы отопления? При поступлении в теплообменник котла теплоносителя с низкой температурой, образуется конденсат. Он состоит из очень едких жидкостей, которые разрушают металл. Испаряясь, этот конденсат оставляет толстый слой налета на теплообменнике, что очень сильно снижает эффективность (теплообменник хуже нагревается). Ситуация с холодной обраткой появляется во время старта системы, пока не нагрет теплоноситель. Так как в данной схеме греться должен весь объем, конденсат выпадает продолжительное время, что приводит к быстрому снижению эффективности отопления, разрушению теплообменника.

Самая простая схема подключения теплового аккумулятора к системе отопления

Второй недостаток этой схемы: вода в емкости может быть очень горячей — до 90°C и больше. Если подавать ее в радиаторы напрямую, в помещениях может быть слишком жарко, к тому же о нагретые до такой температуры радиаторы можно серьезно обжечься. На теплый водяной пол , такой горячий теплоноситель вообще давать нельзя — все расплавиться.

И, самое важное, в данной схеме нет циркуляционного насоса. То есть, движется теплоноситель по естественным причинам: благодаря уклону труб (не забудьте, кстати, о правильном уклоне) и разнице температур между подачей и обраткой. Но такое движение медленное и малоэффективное, особенно при понижении температуры в баке. Такая схема малоэффективна. Для того чтобы теплоноситель двигался быстрее, ставят циркуляционный насос.

Источник: https://batarei-iz-alyuminiya.postroivsesam.info/novosti/radiatory-dlya-samotechnoy-sistemy-otopleniya-princip-funkcionirovaniya-oborudovaniya

Самотечная система отопления с насосом. Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Какие нужны условия для обеспечения циркуляции теплоносителя:

• Для самотека обязательно нужен специальный котел, его отличают отверстия большого диаметра для входной и выходной трубы.
• Наличие чердака, где необходимо разместить расширитель.
• Трубы диаметром от 1,5 дюймов (примерно 40 мм).
• Средняя линия радиаторов должна быть выше средней линии котла.
• Котел должен размещаться в приямке, ниже уровня пола примерно на 20-30 см. Это условие необходимо, чтобы «обратка» там, где она пересекает дверные проемы, лежала ниже и на уровне порога.

Соблюдение условий – это отсутствие потерь энергии и обеспечение беспроблемной циркуляции жидкого теплоносителя.

Напор воды в самотёчной системе рассчитывается по обычной кольцевой схеме. По одной вертикали проходит восходящая тяга от котла, суммарный вес столба теплоносителя с соответствующими температурами. На второй вертикали отложен падающий участок с остывающей водой и указанным весом столба с соответствующей температурой. То есть разница весов двух половин и есть искомый циркуляционный напор системы.

При этом не нужно знать ни геометрию сети, ни диаметры труб, а лишь перепад между верхними и нижними точками и перепады температур по вертикальным участкам. Зная гравитационный напор, можно проектировать сеть под него с подбором диаметров и подсчетом сопротивлений.

Считается, что для самотечной системы требуется уклон. Однако это не всегда важно. Эксплуатация отопительной системы возможна и с уклоном, и без. Работа будет происходить за счет нагрева теплоносителя. Хотя, конечно, с уклоном система функционирует лучше.

Уклон важен потому, что на сверхнизких скоростях потока по трубопроводу больших диаметров тепловое расслоение возникает не только по длине трубы, но и по вертикальным участкам труб. Разница температур оказывается заметной уже по сечению лежачей трубы.

При малой мощности отопления в период между сезонами возможна ситуация, когда в верхнем лежаке с контруклоном холодная вода будет по обратному уклону стекать обратно в котел по верхней подающей трубе, даже не доходя до радиаторов. Получается некий противоток внутри одной трубы.

Такое явление широко известно по работе радиаторов на 30% мощности при закрытии только верхнего крана в боковой подводке. В этом случае через нижнюю подводку поток теплоносителя идёт внутрь по верхней половине трубы, и наружу идёт холодная вода по нижней части трубы.

Самотечная система отопления в двухэтажном доме. Выбор отопления для двухэтажного дома

На самом деле этот вопрос решается довольно просто. В большинстве случаев отопление двухэтажного, да и любого другого дома проектируется так, чтобы использовать наиболее дешевое и доступное в районе топлива. Мало кто отказывается от установки газового котла, имея доступ к магистральному газопроводу. Также никто не будет устанавливать дорогой в эксплуатации электрокотел, если есть возможность недорого закупать альтернативное топливо.

Обращаем внимание! Проектирование системы отопления двухэтажного дома необходимо начинать с определения доступных видов топлива или альтернативных источников энергии с обязательным экономическим анализом. Только сравнив расходы на монтаж и дальнейшую эксплуатацию, можно выбрать наиболее выгодный вариант.

Газовое

Газовое отопление — наиболее эффективная система для двухэтажного дома. Этот вид топлива (природный и сжиженный газ) обладает лучшей теплотворностью (энергоемкостью). При подключении к магистрали не требует организации мест хранения, а газгольдер просто устанавливается в основном подземным способом, поэтому не мешает на участке.

Кроме того, котельное газовое оборудование отличается высокой степенью автоматизации, поэтому установить или изменить температуру в двухэтажном доме или отдельных комнатах, будет гораздо проще. Стоит учитывать и то, что большинство котлов сейчас выпускают в двухконтурном исполнении. Благодаря этому удается и обогреть здание, и организовать горячее водоснабжение.

Важно! Но существует и существенный минус такого варианта для отопления 2-этажного частного дома, находящихся далеко от газовых магистралей. Стоимость прокладки газопровода и подключения будет высока. Поэтому подобную систему используют в основном в домах, расположенных в газифицированных населенных пунктах.

Электрическое

Электрическое отопление коттеджа может использоваться в качестве основной или вспомогательной системы. Котлы этого типа не требует обустройства дымохода, к помещениям, в которых они монтируются, не предъявляются такие жесткие требования как для газового оборудования.

Но стоит учитывать тот факт, что для здания площадью около 200 квадратов потребуется установка котла мощностью не менее 20 кВт. В связи с этим возникают следующие проблемы:

• Необходимо увеличить лимит, установленный энергопоставщиком.
• Чаще всего потребуется прокладка новой выделенной проводки, в том числе и трехфазной.
• Расход электроэнергии будет довольно высоким при постоянной работе котлов.

Обращаем внимание! Эксплуатация электрического отопления обходится существенно дороже по сравнению с системами, укомплектованными газовыми котлами.

На альтернативном топливе

Применение энергии ветра, солнца еще не настолько развито, чтобы можно было учитывать эти источники альтернативным топливом для систем отопления. Единственный реально реализуемый вариант для 2-х этажного дома — геотермальное отопление с тепловым насосом. Но такой вариант требует существенных начальных затрат, которые будут окупаться не менее 10–20 лет в зависимости от типа оборудования и особенностей здания.

К условно альтернативным можно отнести твердое и жидкое топливо. В связи со значительным подорожанием нефтепродуктов второй вариант реализуется все реже. А вот привычные дрова и уголь все так же остаются лидером по применению, особенно в негазифицированных регионах.

Интересен опыт реализации систем отопления двухэтажного частного дома с применением пеллетных котлов. Такое котельное оборудование отличается повышенной степенью автоматизации, более современные модели оборудуются погрузчиками для пеллет. Поэтому постоянный надзор, как за другими твердотопливными котлами, не требуется.

Обращаем внимание! Отопление на пеллетных котлах будет выгодно только в тех регионах, где и производится этот тип топлива. При доставке пеллет из других областей эксплуатационные расходы существенно возрастают.

Самотечная система отопления диаметр труб. Однотрубная

Самая простая самотечная система отопления, но не самая эффективная. Самое главное – соблюдение технологии сборки. Стояк горячей воды должен быть без каких-либо изгибов, поворотов, стыков, т.е. прямой, все трубы должны располагаться под постоянным технологическим уклоном.

Установку однотрубной системы можно выполнить самостоятельно. Не требует специальных знаний, требует просто соблюдение технологии. Конечно, невозможно избежать наличие стыков, поворотов, но их необходимо минимизировать. Их использование снижается эффективность всей системы.

Важным фактором отопления однотрубной самотечной системы является диаметр трубы, по которому движется теплоноситель. Чем он больше, тем лучше идет циркуляция. Рекомендуется для однотрубной системы использовать диаметр трубы не менее 1 дюйма, наиболее оптимальным является 1,5 дюйма. Больший диаметр трубы – меньший уровень сопротивления току теплоносителя.

Располагать котел необходимо на самой нижней точке системы, стояк с горячей водой поднимать максимально высоко. Укладка труб осуществляется с постоянным уклоном. Он должен соответствовать 1 см на метр трубы. Уклон должен быть постоянный, является основным параметром, обеспечивающим работоспособность системы.

Большинство схем требует расположение трубы с горячей водой под потолком, чердачном пространстве, обратный контур над полом. Однотрубная система предполагает создание одного контура, по которому вода поступает к радиаторам, возвращается по тому же контуру для нагрева.

Самотечная система отопления на два крыла. Верхняя и нижняя разводка

По способу разводки подачи различают систему с верхней и нижней подачей. При верхней разводке труба идет под потолком, а от нее вниз опускаются к радиаторам трубы подачи. Обратка идет вдоль пола. Этот способ хорош тем, что можно легко сделать систему с естественной циркуляцией – перепад высот создает поток достаточной силы, чтобы обеспечить хорошую скорость циркуляции, необходимо только соблюсти уклон с достаточным углом. Но такая система становится все менее популярной из-за эстетических соображений. Хотя, если спрятать трубы вверху под подвесной или натяжной потолок, то на виду останутся только трубы к приборам, а их, собственно, можно замонолитить в стену. Верхняя и нижняя разводка применяются и в вертикальных двухтрубных системах. Разница продемонстрирована на рисунке.

Двухтрубная система с верхней и нижней подводкой теплоносителя

При нижней разводке труба подачи идет понизу, но выше, чем обратка. Тубу подачи располагать можно в подвальном или полуподвальной помещении (обратка еще ниже), между черновым и чистовым полом и т.д. Подводить/отводить теплоноситель к радиаторам можно, пропустив трубы через отверстия в полу. При таком расположении подключение получается наиболее скрытым и эстетичным

Но тут нужно подбирать расположение котла: в системах с принудительной циркуляцией его положение относительно радиаторов неважно – насос «продавит», а вот в системах с естественной циркуляцией радиаторы должны находиться выше уровня котла, для чего котел заглубляют

Двухтрубная система разная схема подключения радиаторов

Двухтрубная система отопления двухэтажного частного дома проиллюстрирована в видео. Она имеет два крыла, температура в каждом из которых регулируется вентилями, нижний тип разводки. Система с принудительной циркуляцией, потому котел висит на стене.

Самотечная система отопления закрытого типа. Функционирование самотечной системы

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией обладает рядом достоинств:

• нет потребности в покупке дорогостоящего оснащения;
• энергонезависимость (подбирается соответствующий котельный агрегат);
• монтаж легко осуществить собственными руками;
• нетребовательность в обслуживании.

Циркуляция в такой системе обеспечивается за счет того, что плотность жидкости в результате нагревания уменьшается (она становится легче), а в ходе остывания плотность возвращается к первоначальной.

В самотечной конструкции практически отсутствует давление – расчеты показывают, что на 10 метров напора водяного столба давление составляет 1 атмосферу. Таким образом, гидростатическое давление в отопительной системе одноэтажного сооружения составит 0,5-0,7 атм., а в трубопроводе двухэтажного дома – не превысит 1 атм.

Гравитационная циркуляция происходит благодаря расширению и уменьшению плотности нагреваемого теплоносителя – он поднимается по вертикальному разгонному участку и с верхней точки перемещается вниз по трубопроводу, смонтированному с уклоном и проходящему через последовательно подключенные приборы отопления, на пути обратно к котлу.

К трубопроводу с самотечным перемещением воды подсоединяется расширительный бак – резервуар для «излишков» теплоносителя, который образуется за счет теплового расширения жидкости. Буферная емкость (мембранная или открытая) монтируется в верхней точке контура на подающую трубу.

Отопительная самотечная система способна функционировать в комплексе:

• С водонагревателем косвенного нагрева. Если бойлер установить в верхней части системы ниже расширительного бака, нагрев воды для ГВС будет осуществляться без использования электрооборудования. При невозможности такого монтажа бойлер комплектуется насосом и ставится обратный клапан, который предотвратит рециркуляцию теплоносителя.
• С теплым полом. На проложенный в полу контур устанавливается циркуляционный насос. При временном отключении электроснабжения комната продолжит обогреваться настенным радиатором.

Система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Виды систем отопления с естественной циркуляцией

Отопление ЕЦ в духэтажных и более домах может быть реализовано как в однотрубных, так и в двухтрубных системах .

Двухтрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией. Схема вертикальная

При этом принцип сохраняется – от котла поднимается вверх труба на максимальную высоту, и лишь затем идет раздача теплоносителя по элементам отопления. Разница лишь в том, что в двухтрубной системе остывшая вода собирается в другую магистраль, и она заводится на вход обратки котла. В однотрубной же на этот вход котла идет труба от выхода последнего радиатора.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

Все представленные выше схемы однотрубных разводок – с вертикальными стояками. Они более затратные по количеству материалов, но удобны тем, что к каждому стояку можно присоединить отопительные приборы на каждом из этажей. В принципе, в двухэтажном доме с большой площадью выгоднее реализовать водяное отопление с естественной циркуляцией с горизонтальной разводкой. Примерно выглядеть это может так (смотрите схему ниже).

Однотрубная система с естественной циркуляцией. Горизонтальная разводка с разгонным коллектором

В данном проекте реализована схема отопления с естественной циркуляцией «ленинградка». Для более активной циркуляции на втором этаже устроен разгонный коллектор, после которого два контура расходится по второму этажу – горизонтальное последовательное подключение радиаторов. Еще один контур опускается на первый этаж, где также разделяется на две ветки. Также дополнительно на первый этаж опускаются стояки от последних в контуре радиаторов в каждой из веток второго этажа.