1. Принципи процесу природної циркуляції
2. Максимальна різниця гідростатичного тиску
3. Мінімізація опору руху води
4. Правила вибору та монтажу труб
5. Однотрубні і двотрубні схеми опалення
6. Контур з використанням однієї магістралі
7. Варіант із застосуванням зворотного труби
8. Висновки і корисне відео по темі

Спорудження автономної мережі опалення гравітаційного типу вибирають, якщо недоцільно, а іноді і неможливо встановити циркуляційний насос або підключитися до централізованого електропостачання.

Така система обходиться дешевше в облаштуванні і повністю незалежна від електрики. Однак її працездатність багато в чому залежить від точності проектування.

Щоб система опалення з природною циркуляцією функціонувала безперебійно, необхідно розрахувати її параметри, правильно встановити компоненти і обґрунтовано вибрати схему підводу води. Ми допоможемо у вирішенні цих питань.

Ми описали основні принципи роботи гравітаційної системи, привели поради щодо вибору трубопроводу, позначили правила складання контуру і розміщення робочих вузлів. Окрему увагу ми приділили особливостям проектування та функціонування одно- та двухтрубной схемами опалення.

Принципи процесу природної циркуляції

Процес руху води в контурі опалення без застосування циркуляційного насоса відбувається в силу природних фізичних законів.

Розуміння природи цих процесів дозволить грамотно для типових і нестандартних випадків.

Галерея зображень

фото з

Природний варіант опалення

Відкритий розширювальний бачок

Однотрубна схема розводки

двотрубні різновиди

Обмеження гравітаційного опалення

Простота природної системи опалення

Котли для природного вигляду опалення

Підбір приладів опалення і обладнання

Максимальна різниця гідростатичного тиску

Основне фізичне властивість будь-якого теплоносія (води або антифризу), яке сприяє його руху по контуру при природній циркуляції - зменшення щільності при збільшенні температури.

Щільність гарячої води менше, ніж холодної і тому виникає різниця в гідростатичному тиску теплого і холодного стовпа рідини. Холодна вода, стікаючи до теплообмінника, витісняє гарячу вгору по трубі.

Рушійною силою води в контурі при природної циркуляції є перепад гідростатичного тиску між холодним і гарячим стовпами рідини

Опалювальний контур будинку можна умовно розділити на кілька фрагментів. По "гарячих" фрагментам вода прямує вгору, а по "холодним" - вниз. Кордонами фрагментів є верхня і нижня точка системи опалення.

Головним завданням при моделюванні води є досягнення максимально можливої ​​різниці між тиском стовпа рідини в "гарячому" і "холодному" фрагментах.

Класичним для природної циркуляції елементом підводу води є колектор розгону (головний стояк) - вертикальна труба, спрямована вгору від теплообмінника.

Колектор розгону повинен мати максимальну температуру, тому його утеплюють на 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 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 тривалим ділянкою, що транспортує остиглий теплоносій. В ідеалі нижня точка підводу води збігається з нижньою точкою теплообмінника, розміщеного в пристрій нагріву.

Чим нижче в системі опалення розташований котел, тим менше гідростатичний тиск стовпа рідини в гарячому фрагменті контуру

Для "холодного" сегмента підводу води теж є свої правила, які збільшують тиск рідини:

• чим більше тепловтрати на "холодному" ділянці опалювальної мережі, тим нижче температура води і більше її щільність, тому функціонування систем з природною циркуляцією можливо тільки при значній тепловіддачі;
• чим більше відстань від нижньої точки контуру до підключення радіаторів, тим більша ділянка стовпа води з мінімальною температурою і максимальною щільністю.

Щоб забезпечити виконання останнього правила, часто піч або котел встановлюють в найнижчій точці будинку, наприклад, в підвалі. Таким розміщенням котла забезпечують максимально можливу відстань між нижнім рівнем радіаторів і точкою входу води в теплообмінник.

Однак висота між нижньою і верхньою точками підводу води при природної циркуляції не повинна бути занадто великий (на практиці не більше 10 метрів). Піч 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 з природною циркуляції для двоповерхових будівель цілком виправдано, а для більшої поверховості буде необхідний циркуляційний насос

Мінімізація опору руху води

При проектуванні системи з природною циркуляцією необхідно враховувати швидкість руху теплоносія по контуру.

По-перше, чим швидше швидкість, тим швидше буде відбуватися передача тепла по системі "котел - теплообмінник - водяний контур - радіатори опалення - приміщення".

По-друге, чим швидше швидкість рідини через теплообмінник, тим менше ймовірність її закипання, що особливо важливо при пічному опаленні.

Закипання води в системі може обійтися дуже дорого - вартість демонтажу, ремонту та зворотного установки теплообмінника вимагає багато часу і коштів

У системах швидкість руху води в основному залежить від параметрів.

При водяному опаленні з 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 були розглянуті вище. Гідродинамічний опір реальної системи не піддається точному розрахунку через складної математичної моделі і великого числа входять даних, точність яких важко гарантувати.

Проте, існують загальні правила, дотримання яких дозволить зменшити опір опалювального контуру.

Основним причинами зниження швидкості руху води є опір стінок труб і присутність звужень через наявність фітингів або запірної арматури. При невеликій швидкості потоку опір стінок практично відсутня.

Виняток становлять довгі і тонкі труби, характерні для опалення за допомогою. Як правило, для нього виділяють окремі контури з примусовою циркуляцією.

При виборі типів труб для контуру з природною циркуляцією доведеться враховувати наявність технічних звужень при монтажі системи. Тому використовувати при природної циркуляції води небажано через з'єднання їх фітингами, зі значно меншим внутрішнім діаметром.

Фітинги металопластикових труб дещо звужують внутрішній діаметр і є серйозною перешкодою на шляху води при слабкому напорі (+)

Правила вибору та монтажу труб

Вибір між сталевими або при будь-циркуляції відбувається за критерієм можливості їх використання для гарячої води, а також з позицій ціни, легкості монтажу і терміну експлуатації.

Стояк подачі монтують з металевої труби, так як через нього проходить вода найвищої температури, а в разі пічного опалення або несправності теплообмінника можливий варіант проходження пара.

При природної циркуляції необхідно використовувати діаметр труб дещо більший, ніж у випадку застосування циркуляційного насоса. Зазвичай, для обігріву приміщень до 200 кв. м, діаметр колектора розгону і труби на вході обратки в теплообмінник дорівнює 2 дюйми.

Це викликано меншою швидкістю води в порівнянні з варіантом примусової циркуляції, що призводить до наступних проблем:

• зниження обсягу переноситься тепла за одиницю часу від джерела до обігрівається приміщенню;
• поява засмічень або повітряних пробок, з якими не зможе впоратися невеликого натиск.

Особливу увагу при використанні природної циркуляції з нижньої схемою підведення подачі необхідно приділити проблемі видалення повітря з системи. Він не може повністю відводитися з теплоносія через розширювальний бак, тому що закипаюча вода надходить спершу в прилади по магістралі, розташованої нижче ніж вони самі.

При примусової циркуляції натиск води зганяє повітря до встановленого в найвищій точці системи збірники повітря - пристрою з автоматичним, ручним або напівавтоматичним керуванням. За допомогою в основному проводиться регулювання тепловіддачі.

У гравітаційних опалювальних мережах з подачею, розташованої нижче приладів, крани Маєвського застосовуються безпосередньо для стравлювання повітря.

На всіх радіаторах опалення сучасного типу присутні пристрої для випуску повітря, тому для запобігання утворенню заторів в контурі можна робити ухил, зганяючи повітря до радіатора

Повітря також може відводитися за допомогою клапанів, встановлених на кожному стояку або на повітряній лінії, прокладеної паралельно магістралях системи. Через значної кількості пристроїв для відведення повітря гравітаційні схеми з нижнім розведенням застосовуються вкрай рідко.

При слабкому напорі невелика повітряна пробка здатна повністю зупинити систему обігріву. Так, згідно з СНиП 41-01-2003 не допускається прокладати без ухилу трубопроводи систем опалення при швидкості руху води менше 0,25 м / с.

При природної циркуляції такі швидкості недосяжні. Тому крім збільшення діаметра труб необхідно дотримуватися постійні ухили для виведення повітря з системи опалення. Ухил проектують з розрахунку 2 3 мм на 1 метр, в квартирних мережах нахил досягає 5 мм на погонний метр горизонтальної лінії.

Ухил подачі роблять по ходу руху води, щоб повітря рухався до баку-розширювачі або системі, стравлювати повітря, розташованої у верхній точці контуру. Хоча можна зробити і контр-ухил, але в цьому випадку необхідно додатково встановити.

Ухил магістралі обратки роблять, як правило, по ходу руху охолодженої води. Тоді нижня точка контуру буде збігатися з входом зворотного труби в теплогенератор.

Найпоширеніша комбінація напрямку ухилу прямому та зворотному труб для видалення повітряних пробок з боку підводу води з природною циркуляцією

При невеликій площі в контурі з природною циркуляцією необхідно не допустити потрапляння повітря в вузькі і горизонтально розташовані труби цієї обігрівальної системи. Необхідно поставити пристрій для видалення повітря перед теплою підлогою.

Однотрубні і двотрубні схеми опалення

При розробці схеми опалення будинку з природною циркуляцією води можливе проектування як одного, так і декількох окремих контурів. Вони можуть істотно відрізнятися один від одного. Незалежно від довжини, кількості радіаторів та інших параметрів, їх виконують по однотрубної або двотрубної схемою.

Контур з використанням однієї магістралі

Систему опалення з використанням однієї і тієї ж труби для послідовного підведення води до радіаторів називають однотрубної. Найпростішим однотрубним варіантом є опалення металевими трубами без використання радіаторів.

Це найбільш дешевий і найменш проблемний спосіб вирішення обігріву будинку при виборі на користь природної циркуляції теплоносія. Єдиний значущий мінус - зовнішній вигляд громіздких труб.

При самому економному з радіаторами опалення, гаряча вода послідовно протікає через кожен пристрій. Тут необхідна мінімальна кількість труб і запірної арматури.

У міру проходження остигає, тому наступні радіатори отримують воду більш холодну, що необхідно враховувати при розрахунку кількості секцій.

Проста однотрубна схема (вгорі) вимагає мінімальної кількості монтажних робіт і вкладених коштів. Більш складний і витратний варіант внизу дозволяє відключати радіатори без зупинки всієї системи

Найефективнішим способом підключення приладів опалення до однотрубної мережі вважається діагональний варіант.

Відповідно до цієї схеми контурів опалення з природним типом циркуляції гаряча вода надходить в радіатор зверху, після охолодження відводиться через розташований внизу патрубок. При проходженні подібним чином нагріта вода віддає максимальну кількість тепла.

При нижньому підключенні до батареї як вхідного патрубка, так і вихідного, тепловіддача істотно зменшується, тому що нагрітого теплоносія треба пройти максимально довгий шлях. Через значне охолодження в подібних схемах не використовуються батареї з великою кількістю секцій.

«Ленинградка» характеризується значними тепловтратами, які необхідно враховувати при розрахунку системи. Плюс її в тому, що при використанні запірних вентилів на вхідному і вихідному патрубку прилади вибірково можна відключати для ремонту без зупинки опалювального циклу (+)

Контури опалення з подібним підключенням радіаторів отримали назву "". Незважаючи на зазначені втрати тепла, їм віддають перевагу в облаштуванні систем квартирного опалення, що обумовлено більш естетичним видом прокладки трубопроводу.

Істотним недоліком однотрубних мереж є неможливість відключити одну з секцій опалення без припинення циркуляції води по всьому контуру.

Тому зазвичай застосовують модернізацію класичної схеми з установкою "" для обходу радіатора за допомогою відгалуження з двома кульовими кранами або триходовим краном. Це дозволяє регулювати подачу води до радіатора, аж до повного його відключення.

Для двох і більше поверхових будівель застосовують варіанти однотрубної схеми з вертикальними стояками. У цьому випадку розподіл гарячої води більш рівномірний, ніж при горизонтальних стояках. До того ж вертикальні стояки менш протяжні і краще вписуються в інтер'єр будинку.

Однотрубну схему з вертикальною розводкою успішно застосовують при обігріві двоповерхових приміщень з використанням природної циркуляції. Представлений варіант з можливістю відключення верхніх радіаторів

Варіант із застосуванням зворотного труби

Коли одну трубу використовують для подачі гарячої води до радіаторів, а другу - для відводу охолодженої до котла або печі, таку схему опалення називають двухтрубной. Подібну систему при наявності радіаторів опалення використовують частіше, ніж однотрубну.

Вона дорожча, так як вимагає монтажу додаткової труби, але має ряд значних переваг:

• більш рівномірний розподіл температури подаваного до радіаторів теплоносія;
• простіше виконати розрахунок залежності параметрів радіаторів від площі опалювального приміщення і необхідних значеннях температури;
• ефективніше регулювання подачі тепла до кожного радіатора.

Залежно від напрямку руху охолодженої води щодо гарячої, підрозділяють на попутні і тупикові. В попутних схемах рух охолодженої води відбувається в тому ж напрямку, що і гарячої, тому довжина циклу для всього контуру збігається.

У тупикових схемах, охолоджена вода рухається назустріч гарячої, тому для різних радіаторів довжини циклів обороту теплоносія відрізняються. Так як швидкість в системі невелика, то і час нагрівання може істотно відрізнятися. Ті радіатори, у яких довжина циклу кругообігу води менше, будуть нагріті швидше.

При виборі тупикової і попутної схем опалення виходять в першу чергу з зручності проведення зворотної труби

Існує два типи розташування підводки щодо радіаторів опалення: верхня і нижня. При верхній підводці труба, що подає гарячу воду, розташовується вище радіаторів опалення, а при нижній підводці - нижче.

При нижньої підводці можливе видалення повітря через радіатори і відсутня необхідність проведення труб поверху, що добре з позиції дизайну приміщення.

Однак без колектора розгону перепад тиску буде набагато менше, ніж при використанні верхньої підводки. Тому нижню підводку при опаленні приміщень за принципом природної циркуляції практично не застосовують.

Висновки і корисне відео по темі

Організація однотрубною схема на основі електрокотла для невеликого будинку:

Робота двотрубної системи для одноповерхового дерев'яного будинку на основі твердопаливного котла тривалого горіння:

Використання природної циркуляції при русі води в системі опалення вимагає точних розрахунків і технічно грамотного виконання монтажних робіт. При виконанні цих умов система опалення буде якісно нагрівати приміщення приватного будинку і позбавить господарів від шуму насоса і залежно від електроенергії.

Якщо виникли питання по темі або є бажання поділитися особистим досвідом щодо організації та експлуатації опалювальної системи гравітаційного типу, будь ласка, залишайте коментарі до цієї статті. Блок для зворотного зв'язку розташований нижче.