Гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Содержание

Приветствую всех читателей моего блога! Сегодня в этой статье я расскажу вам о гравитационных системах отопления. А конкретно о том, как они работают и где их целесообразно применять. Постараюсь, как обычно, быть кратким, но информативным, чтобы без лишней «воды» дать вам основное, что нужно о них знать. Для краткости я буду использовать либо жаргонизм «гравитационка», либо сокращение ГСО. Делается это для того, чтобы не перегружать текст длинными словами. Итак, поехали!

Принцип работы гравитационной системы отопления.

ГСО — наиболее архаичная система водяного отопления. Впервые ее применили в первой половине 19 века для обогрева оранжерей. Физический принцип ее действия основывается на том, что разогретая жидкость расширяется и меняется ее плотность (жидкость становится «легче»). Внутри котла происходит разделение по плотности — нагретый теплоноситель поднимается по подающей магистрали, а холодный стремится вниз по обратной в сторону котла. Из-за эффекта непрерывности струи начинается круговое движение жидкости — циркуляция. Скорость циркуляции в ГСО зависит от разницы уровней (ниже на рисунке обозначено как H) центра нагрева (котла) и центра охлаждения (радиаторов). Чем больше разница уровней, тем больше будет скорость жидкости внутри системы.

Как устроена гравитационная система отопления.

Устроена ГСО достаточно просто. Чтобы не томить вас лишними словами сразу перейдем к рисунку:

На рисунке изображена двухтрубная гравитационная система (ранее я уже писал статью про двухтрубные и однотрубные системы рекомендую ее к прочтению). В самой верхней точке системы располагают в классическом варианте расширительный бак открытого типа. От котла вверх уходит подающая труба (на рисунке горячая магистраль), по которой разогретый теплоноситель идет к приборам отопления. В них он остывает и идет обратно в котел по обратной трубе (на рисунке обратная магистраль). В двухтрубной ГСО магистрали прокладываются с соблюдением уклонов. У подающей магистрали уклоны делаются в сторону отопительных приборов, у обратной магистрали уклон идет в сторону котла.

Теперь давайте рассмотрим однотрубный вариант гравитационной системы отопления:

Работает однотрубная ГСО также, как и двухтрубная. Отличием здесь будет наличие разгонного коллектора — специальной трубы в, которой увеличивается скорость теплоносителя под действием силы тяжести. Из-за последовательного прохождения радиаторов, температура теплоносителя снижается от начального радиатора к конечному. Чтобы это компенсировать необходимо увеличивать количество секций у последних радиаторов, а это не всегда возможна из-за ограниченности пространства.

Возможен также вариант ГСО с мембранным расширительным баком вместо открытого. В этом случае желательно, чтобы котел был рассчитан на давление 3 атмосферы, так как придется устанавливать группу безопасности на подающую магистраль. Предохранительный клапан в стандартной группе безопасности как раз рассчитан на 3 атмосферы. Если же ваш котел рассчитан на открытую систему (на давление 1 — 1,5 атм), то при установке мембранного бака и стандартной группы он может выйти из строя. Мембранный расширительный бак может быть расположен в любом удобном месте ГСО, а в верхней точке системы необходимо установить воздухоотводчик.

Давайте двигаться дальше. Поговорим о том, как рассчитывать гравитационную систему и как выбирать диаметр труб для нее.

Расчет параметров гравитационной системы отопления.

Если вы собрались сделать гравитационную систему отопления, то вам необходимо сделать хотя-бы минимум расчетов. А лучше вообще сделать полноценный проект. Это будет идеал и если ваш бюджет потерпит такие траты, то я их весьма рекомендую. Возможно уже на этапе проекта инженер выявит возможные сложности в реализации и вам удастся избежать переделок. Итак, давайте начнем рассматривать формулы!

Первая формула, которая нам понадобится:

pниж = pвер + ρgh

Расшифровывается она следующим образом:

  • pниж — давление на нижнем уровне.
  • pвер — давление на верхнем уровне.
  • ρ — плотность жидкости.
  • g — ускорение свободного падения 9,8 м/с².
  • h — разность высот между уровнями.

По этой формуле определяется гидростатическое давление в системе отопления. Из нее следует очевидный вывод, что давление в системе будет тем больше, чем больше ее высота. Но теплоноситель (в частном случае вода) циркулирует по ГСО  и этот момент учитывает равенство Бернулли, которое выглядит так:

p =  (ρv²/2) + ρgh

Уравнение Бернулли показывает, что полное давление зависит не только от высоты, но и от скорости движения жидкости в системе. Однако, вклад гидродинамического давления в полное значительно меньше, чем гидростатического (менее 5%) поэтому им пренебрегают для простоты расчетов. Как известно, циркуляция в ГСО происходит из-за разности давлений, создаваемых горячей и холодной водой. Эта разность называется естественным циркуляционным давлением и вычисляется по следующей короткой и простой формуле:

Δp = pхол — pгор =  gh(ρхол — ρгор).

Расшифровывается это так:

  • ρхол — плотность холодной воды.
  • ρгор — плотность горячей воды.
  • Δp — естественное циркуляционное давление.

Плотности воды при определенных значениях температуры являются справочными величинами, которые просто узнать из справочников. Эта формула подходит для расчета естественного циркуляционного давления в одноэтажном доме, где имеется один центр охлаждения. в двухэтажном доме таких центров будет уже 2 и формула примет следующий вид:

Δp = g〈h1(ρ1 — ρг) + h2(ρ2 — ρг)〉,

где:

  • h1, ρ1 — уровень центра охлаждения плотность воды на первом этаже.
  • h2, ρ2 — уровень центра охлаждения плотность воды на втором этаже.

После расчета естественного циркуляционного давления необходимо рассчитать расход воды. Делается это следующим образом:

G = Q/(C•Δt)

Расшифровка здесь такая:

  • G — расход теплоносителя кг/сек.
  • Q — количество теплоты, генерируемое котлом.
  • С — удельная теплоемкость.
  • Δt — разность температур между горячим и остывшим теплоносителем.

Для наглядности предлагаю посмотреть короткое видео с примером расчета ГСО:

Выбор труб для гравитационной системы отопления.

При выборе труб нам необходимо, чтобы они обеспечивали необходимый расход воды, а естественного циркуляционного давления должно хватать для компенсации потерь на трение о стенки и преодоление местных сопротивлений (тройники, отводы, вентиля и так далее). Падение давления, вызванное трением определяется по равенству Дарси Вейсбаха:

Здесь:

  • ΔP — падение давления на участке трубопровода.
  • λ — коэффициент потерь на трение по длине участка. Табличная величина.
  • L — длина участка.
  • D — диаметр трубы на участке.
  • V — скорость жидкости в трубе.
  • ρ — плотность жидкости.

Общие потери давления в системе будут определяться как сумма потерь на всех участках труб и местных сопротивлениях (потери в местных сопротивлениях находятся по формуле ΔPарматура = ξ*(v²ρ/2), где ξ — табличные коэффициенты) . Об этом я писал в своей статье, посвященной гидравлическим расчетам. Для того, чтобы появилась циркуляция, естественное давление циркуляции должно превысить общие потери давления в ГСО:

Δp ≥ ΔP + ΔPарматура

Для того, чтобы сэкономить время, строители давно разработали специальные таблицы, которым можно быстро выбрать необходимый диаметр трубы. Скажу сразу, что в ГСО металлическая труба начинается от 50-го диаметра, а пластиковые трубы могут использоваться начиная от диаметра 63 мм. Их самым главным недостатком будет их цена. Кроме того, есть определенные сложности с их монтажом. Тут нужно будет привлекать опытного человека, который сможет соблюсти все уклоны и прочие нюансы системы.

Итоги статьи.

Эта статья, конечно же, не претендует на полноту освещения вопроса и призвана дать читателю только начальные знания о гравитационных системах отопления. Поэтому прошу не судить строго. Главным преимуществом такого отопления является его независимость от работы насосов и долговечность системы. Ее наиболее удобно применять в глухих уголках нашей страны, где могут возникать долгие перебои с электроэнергией. Главный недостаток ГСО — высока начальная стоимость материалов и сложности монтажа. Но долгий срок ее службы вполне все окупает. На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях! Не забываем делиться статьей через социальные сети.

гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Классическое самотечное отопление

Для создания комфортной температуры в доме используют различные схемы отопления. Обеспечение принудительной циркуляции теплоносителя эффективно, но не всегда возможно. Если в загородном доме могут быть перебои с электроэнергией или ее отсутствие (дача) – оптимальным вариантом будет другая схема. Спроектированная и установленная своими руками гравитационная система отопления закрытого типа будет выполнять свои функции без установки насоса и другого электрического оборудования.

Особенности гравитационной системы отопления

В основе принципа работы лежит свойство воды расширяться при повышении температуры. Создание разницы давления в замкнутом контуре труб и является основой циркуляции жидкости. Благодаря этому эффекту гравитационная закрытая система отопления получила другое название – самотечная.

Конструктивно она должна состоять из следующих элементов:

  • Котел. Прибор, предназначенный для передачи энергии сгорающего топлива (дрова, уголь, газ и т.д.) теплоносителю (воде, антифризу). В гравитационной закрытой системе отопления это происходит с помощью теплообменника, расположенного максимально близко в котле к камере сгорания;
  • Трубопроводы. Необходимы для транспортировки нагретой жидкости от теплообменника к приборам обогрева;
  • Радиаторы. Являются основным источником тепла в помещении. Их большая площадь обеспечивает максимальный теплообмен между нагретой водой и воздухом в комнате;
  • Устройства контроля и безопасности. К ним относятся расширительный бак, гравитационный клапан для отопления, вентили и дроссели.

Во время нагрева воды в теплообменнике происходит ее расширение, что создает избыточное давление. В свою очередь, холодный теплоноситель из обратной трубы имеет более высокую плотность и начинает вытеснять жидкость с высокой температурой. В результате этого происходит циркуляция.

Одним из главных элементов системы является разгонный коллектор – вертикальный патрубок, соединенный с котлом. Если изготавливается гравитационная система отопления своими руками, ему нужно уделить особое внимание – начиная от материала изготовления труб, и заканчивая их диаметром.

Чем больше объем разгонного коллектора, тем выше скорость теплоносителя. Для этого нужно рассчитать его оптимальное сечение и высоту.

Гравитационная система отопления двухэтажного дома должна быть рассчитана таким образом, чтобы теплоноситель смог максимально равномерно распределяться по нескольким контурам.

Подробное описание системы гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Гравитационное отопление открытого типа

В процессе нагрева воды некоторая ее часть будет неизбежно испаряться в виде пара. Для своевременного удаления в самой верхней части системы устанавливается расширительный бак. Он выполняет 2 функции – через верхнее отверстие удаляется избыток пара и происходит автоматическая компенсация потери объема жидкости. Подобная схема получила название открытой.

Однако она имеет один существенный недостаток – относительно быстрое испарение воды. Поэтому для больших разветвленных систем предпочитают делать гравитационную систему отопления закрытого типа своими руками. Основные отличия ее схемы заключаются в следующем.

  • Вместо открытого расширительного бака в самой высокой точке трубопровода устанавливают автоматический воздухоотводчик. Гравитационная система отопления закрытого типа в процессе нагрева теплоносителя вырабатывает большое количество кислорода из воды, который помимо избыточного давления является источником ржавления металлических элементов. Для своевременного удаления пара с повышенным содержанием кислорода устанавливают автоматический воздухоотводчик;
  • Для компенсации давления уже остывшего теплоносителя перед входным коллектором котла монтируют мембранный расширительный бак закрытого типа. Если гравитационное давление в системе отопления превысит допустимую норму, то эластичная мембрана компенсирует это, увеличив общий объем.

В остальном при проектировании и монтаже гравитационной системы отопления только своими руками, можно придерживаться обычных правил и рекомендаций.

Гравитационные схемы отопления для одноэтажного и двухэтажного дома гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Несколько вариантов подключения приборов для однотрубного отопления

Если планируется, что гравитационное отопление под давлением будет устанавливаться в одноэтажном доме – можно применить однотрубную схему «ленинградка».

Особенностью этой схемы является одна труба, к которой параллельно подключаются несколько приборов отопления. Однако это приводит к неравномерному распределению тепла – чем дальше радиатор от котла – тем ниже температура воды, поступающая в него. Для решения этой проблемы можно модернизировать гравитационную систему отопления закрытого типа:

  • Установка запорной арматуры. С ее помощью можно уменьшить объем теплоносителя для приборов отопления, расположенных ближе к котлу. Таким образом, снизится тепловая отдача энергии на первых участках системы;
  • При удалении от котла увеличивать количество секций радиаторов;
  • В месте подключения патрубков к приборам отопления установить трубы большего диаметра. Это снизит гравитационное давление системы отопления на этом участке, что уменьшит скорость циркуляции воды в радиаторе.

Такая схема приемлема при небольшой протяженности магистрали. Однако для двухэтажного дома ее устанавливать не рекомендуется. В этом случае потребуется двухтрубная разветвленная гравитационная система отопления, расчет для которой выполняется по отдельным участкам.

гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Гравитационная система с верхней разводкой

Ее особенность состоит в том, что к центральной трубе, расположенной в верхней части магистрали, ведут отдельные контуры. К каждому из них подключаются приборы отопления. Важно, чтобы их длина была одинакова. В противном случае вся жидкость будет устремляться в область наименьшего сопротивления – в короткий контур.

Для предотвращения движения теплоносителя к выходному патрубку котла уславливается клапан обратный гравитационный для отопления. Это обязательный элемент для гравитационной системы отопления двухэтажного дома.

Расчет гравитационной системы отопления гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Основные показатели гравитационной системы отопления

Прежде чем приступить к монтажу труб и приборов отопления, необходимо выполнить расчет параметров всей системы. Для этого вычисляются гидравлические характеристики, которые впоследствии скажутся на выборе оптимального диаметра трубопровода. Перед расчетом гравитационной системы отопления необходимо узнать основные параметры. Они потребуются для расчета фактического значения циркуляционного напора (Рц):

  • Расстояние от центра котла до центра отопительного прибора (h). Чем оно больше, тем лучше будет циркуляция жидкости. Поэтому устанавливая гравитационную систему отопления своими руками рекомендуется монтировать котел в самой нижней точке дома – подвале;
  • Циркуляционное давление нагретого (Рr) и остывшего (Ро) теплоносителя.

гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Значение циркуляционного давления

Независимо от того, рассчитывается гравитационная система отопления для двухэтажного или одноэтажного домов, значение последних параметров напрямую зависит от разницы температуры воды. Эти данные можно взять из табличных данных.

Для примера, при значении h-4 м и разности температур 20° (80/60) гравитационное отопление будет иметь давление 4*112=448 Па. Для дальнейших расчетов рекомендуется воспользоваться специализированными программными комплексами, которые учитывают все параметры гравитационной системы отопления закрытого типа.

Зачастую диаметр трубы , подсоединяемый к выходному патрубку котла должен быть ДУ 40 или ДУ 50. Это обеспечит минимальные потери, возникающие при трении воды о стенки труб.

Еще одной особенностью является разница температур теплоносителя. Чем она больше, тем выше циркуляционное давление. Поэтому помимо равномерного распределения тепла по приборам отопления во время проектирования гравитационной системы отопления самостоятельно нужно обеспечить минимальную температуру жидкости перед входом в теплообменник котла.

Выбор комплектующих и материала изготовления гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

ПП трубы в системе отопления

После появления полимерных труб гравитационная система отопления из полипропилена (ПП) стала очень популярной. Этот материал легко поддается обработке, для соединения отдельных участков требуется минимум оборудования.

Однако не каждый вид этих труб предназначен для установки в качестве элемента отопления. Рассмотрим основные критерии выбора:

  • Наличие армирующего слоя. На гравитационную систему отопления из полипропилена могут воздействовать высокие температуры – до 95°С. Для сохранения изначальной формы трубы необходим элемент жесткости, которым является прослойка из фольги или стекловолокна;
  • Толщина стенок. В гравитационной системе отопления с закрытым расширительным баком может создаваться большое давление. Во избежание повреждения магистрали, полипропиленовые трубы должны быть класса PN20 или выше. Толщина их стенок зависит от диаметра.

Эта труба может применяться для обустройства разгонного коллектора. Однако для достижения температурной разницы обратную магистраль рекомендуется делать из стали. Помимо снижения температуры теплоносителя перед входом в котел этот материал способствует уменьшению гидравлического сопротивления.

Рекомендации по установке гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Уклон труб в гравитационной системе отопления

Выполнив расчет для гравитационной системы отопления, изготовленной из полипропилена или стальных труб, можно приступать к ее установке. Для достижения оптимального КПД специалисты рекомендуют сделать небольшие, но важные правки в стандартную схему:

  • Уклон магистралей. Оптимальное гравитационное давление для системы отопления может быть достигнуто уклоном труб после воздухоотводчика и на обратной магистрали за последним прибором отопления;
  • Установка циркуляционного насоса на байпасе. Он будет способствовать уменьшению инерционности системы. Время нагрева теплоносителя может быть очень долгим, поэтому насос может увеличить скорость его продвижения по магистрали до достижения нужного температурного режима;
  • Минимум поворотных узлов в трубопроводе. Они создают лишнее гидравлическое сопротивление, которое сказывается на уменьшении скорости движения воды;
  • Монтаж защитных элементов. Установив обратный клапан для гравитационного отопления, можно избежать циркуляции воды в неправильном направлении. В особенности это необходимо для системы с верхней разводкой и несколькими контурами.

Главными составляющими правильно сделанного гравитационного отопления под давлением являются профессионально сделанный предварительный расчет, выбор правильных материалов и следование технологии установки. Это даст возможность создать эффективную систему поддержания комфортной температуры в доме.

Советы по обустройству и применению гравитационного клапана для отопления при установке теплого пола, дополнительных элементов, можно посмотреть в видео:

Внедрение современных технологий привело к постепенному вытеснению гравитационных систем отопления. Новые разновидности обогрева помещений более эффективные и требуют меньших затрат в холодный период. Тогда почему самотечные системы до сих пор устанавливают в современных частных домах? Ответ на этот вопрос простой: они обладают большой надежностью, основанной на понимании законов физики, а также энергонезависимостью от источников электрического тока.

На каком принципе работает гравитационная система отопления

Гравитационное отопление еще называют системой естественной циркуляции. Ее стали применять для обогрева домов с середины прошлого века. Сначала простое население не доверяло такому способу, но видя его безопасность и практичность, постепенно стали заменять кирпичные печи водяным отоплением.

Затем с появлением твердотопливных котлов необходимость в громоздких печах отпала вовсе. Гравитационная система отопления работает на простом принципе. Вода, находящаяся в котле, нагревается, и ее удельный вес становится меньше холодной. В результате этого она поднимается по вертикальному стояку до верхней точки системы. После этого остывающая вода начинает свое движение вниз, и чем сильнее она остывает, тем больше скорость ее движения. Создается поток в трубе, направленный к самой нижней точке. Этой точкой является обратная труба, вмонтированная в котел.

По мере движения от верха к низу вода проходит через радиаторы отопления, оставляя часть своего тепла в помещении. В процессе движения теплоносителя не участвует циркуляционный насос, делая эту систему независимой. Поэтому она не боится отключения электричества.

Расчет гравитационной системы отопления делается с учетом теплопотерь дома. Подсчитывается необходимая мощность отопительных приборов, и на этом основании выбирается котел. Он должен иметь запас по мощности в полтора раза.

Описание схемы

Для того чтобы работало подобное отопление, должны быть правильно подобраны соотношения труб, их диаметров и углов наклона. Кроме того, некоторые виды радиаторов в этой системе не используются.

гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Рассмотрим, из каких элементов состоит вся конструкция:

  1. Твердотопливный котел. Заход воды в него должен находиться в самой низкой точке системы. Теоретически котел может быть также электрический или газовый, но на практике для подобных систем они не применяются.
  2. Вертикальный стояк. Низ его соединен с подачей котла, а верх разветвляется. Одна часть соединяется с подающим трубопроводом, а вторая соединена с расширительным баком.
  3. Расширительный бачок. В него переливаются излишки воды, которые образуются при расширении от нагрева.
  4. Подающий трубопровод. Для того чтобы гравитационная система водяного отопления работала эффективно, трубопровод должен иметь нижний уклон. Величина его составляет 1-3 %. То есть на 1 метр трубы перепад должен составлять 1-3 сантиметра. Кроме этого, трубопровод по мере удаления от котла должен уменьшать диаметр. Для этого применяют трубы разного сечения.
  5. Отопительные приборы. В качестве них устанавливают либо трубы большого диаметра, либо чугунные радиаторы М 140. Современные биметаллические и алюминиевые радиаторы ставить не рекомендуют. Они имеют малое проходное сечение. А поскольку давление в гравитационной системе отопления малое, то продавить теплоноситель через такие отопительные приборы сложнее. Скорость потока будет снижаться.
  6. Обратный трубопровод. Так же, как и подающая труба, он имеет уклон, который позволяет воде свободно стекать в сторону котла.
  7. Краны для слива и забора воды. Сливной кран устанавливается в самой низкой точке, непосредственно рядом с котлом. Кран для забора воды делается где удобно. Чаще всего это место, близкое к трубопроводу, который соединяется с системой.

Достоинства системы

Самое основное достоинство гравитационной системы отопления — это ее полная автономность. Ввиду простоты все ее элементы не требуют электричества. Другим ее плюсом является надежность, ведь чем система проще, тем меньше она требует обслуживания. Нельзя не отметить тот факт, что более низкое давление в гравитационной системе отопления представляет меньшую опасность.

Недостатки

Сторонники закрытых систем приводят массу недостатков гравитационного отопления. Многие из них выглядят надуманными, но все же их перечислим:

  1. Некрасивый внешний вид. Подающие трубы большого диаметра проходят под потолком, нарушая эстетику помещения.
  2. Сложность в монтаже. Здесь речь идет о том, что подающая и отводящая трубы ступенчато изменяют свой диаметр в зависимости от количества отопительных приборов. Кроме того, гравитационная система отопления частного дома выполняется из стальных труб, а они сложнее в установке.
  3. Низкая эффективность. Считается, что закрытое отопление более экономичное, однако встречаются грамотно спроектированные системы естественной циркуляции, работающие не хуже.
  4. Ограниченная площадь отопления. Гравитационная система хорошо работает на площадях до 200 кв. метров.
  5. Ограниченная этажность. Подобное отопление не устанавливают в домах выше двух этажей. гравитационная система отопления с насосом врезанным по инжекторной схеме

Кроме перечисленного, гравитационное теплоснабжение максимум имеет 2 контура, тогда как в современных домах часто делают несколько контуров.

Отличия в работе твердотопливного котла

Сердцем любой отопительной системы является котел. Несмотря на то что можно устанавливать одинаковые модели, работа с разным типом отопления будет отличаться. Для нормальной работы котла температура водяной рубашки должна быть не ниже 55 °C. Если температура будет ниже, то в этом случае котел внутри будет покрываться дегтем и сажей, в результате чего КПД его будет снижаться. Его нужно будет постоянно очищать.

Чтобы этого не происходило, в закрытой системе на выходе из котла устанавливается трехходовой клапан, который гоняет теплоноситель по малому кругу, минуя отопительные приборы, до тех пор, пока не нагреется котел. Если температура начинает превышать 55 °C, то в этом случае клапан открывается, и начинается подмес воды в большой круг.

Трехходовой клапан для гравитационной системы отопления не требуется. Дело в том, что здесь циркуляция происходит не за счет насоса, а за счет нагрева воды, и пока она не нагреется до высокой температуры, движение не начинается. Топка котла в данном случае остается постоянно чистой. Трехходовой клапан не требуется, что удешевляет и упрощает систему и добавляет плюсов к ее достоинствам.

Безопасность отопления

Как упоминалось выше, давление в закрытой системе больше, чем в гравитационной. Поэтому в них применяется разный подход к обеспечению безопасности. В закрытом отоплении расширение теплоносителя компенсируется в расширительном баке с мембраной.

Он полностью герметичен и имеет регулировку. После превышения предельно допустимого давления в системе излишки теплоносителя, преодолевая сопротивление мембраны, уходят в бак.

Гравитационное отопление называется открытым по причине негерметичного расширительного бачка. Можно установить бак мембранного типа и сделать закрытую гравитационную систему отопления, но ее эффективность будет гораздо ниже, потому что повысится гидравлическое сопротивление.

Объем расширительного бака зависит от количества воды. Для расчета берется ее объем и умножается на коэффициент расширения, который зависит от температуры. К полученному результату добавляют 30 %.

Коэффициент выбирается согласно максимальной температуре, которую достигает вода.

Воздушные пробки и как с ними бороться

Для нормальной работы отопления необходимо, чтобы система была полностью заполнена теплоносителем. Присутствие воздуха категорически не допускается. Он может создать пробку, препятствующую прохождению воды. В этом случае температура водяной рубашки котла будет сильно отличаться от температуры отопительных приборов. Для удаления воздуха монтируются воздушные клапаны, краны Маевского. Они устанавливаются в верху отопительных приборов, а также на верхних участках системы.

Однако если гравитационное отопление имеет правильные уклоны подающих и отводящих труб, то никаких клапанов не требуется. Воздух в наклонном трубопроводе будет беспрепятственно подниматься к верхней точке системы, а там, как известно, находится открытый расширительный бак. Это также добавляет преимущество открытому отоплению, сокращая количество ненужных элементов.

Можно ли монтировать систему из полипропиленовых труб

Люди, делающие отопление самостоятельно, часто задумываются о том, можно ли сделать гравитационную систему отопления из полипропилена. Ведь пластиковые трубы монтировать легче. Здесь нет дорогих сварочных работ и стальных труб, а полипропилен может выдерживать высокие температуры. Можно ответить, что такое отопление будет работать. По крайней мере какое-то время. Затем эффективность начнет снижаться. В чем причина? Дело в уклонах подающей и отводящей труб, которые обеспечивают самотек воды.

Полипропилен имеет большее линейное расширение, нежели стальная труба. После многократных циклов нагревания горячей водой пластиковые трубы начнут провисать, нарушая необходимый уклон. В результате этого скорость потока если не прекратится, то значительно снизится, и придется задумываться об установке циркуляционного насоса.

Сложности установки гравитационной системы в двухэтажном доме

Гравитационная система отопления двухэтажного дома также может работать эффективно. Но монтаж ее значительно сложнее, чем для одноэтажного. Это связано с тем, что не всегда делают крыши чердачного типа. Если второй этаж представляет собой мансарду, то встает вопрос: куда девать расширительный бак, ведь он должен находиться на самом верху?

Вторая проблема, с которой придется столкнуться — это то, что окна первого и второго этажей не всегда находятся на одной оси, следовательно, верхние батареи невозможно соединить с нижними, проложив трубы кратчайшим путем. Это значит, что придется делать дополнительные повороты и изгибы, которые увеличат гидравлическое сопротивление в системе.

Третья проблема — криволинейность крыши, из-за которой, возможно, будет сложно выдержать правильные уклоны.

Советы по монтажу гравитационного отопления в двухэтажном доме

Большинство этих проблем можно решить на этапе проектирования дома. Также есть небольшой секрет того, как увеличить работоспособность отопления двухэтажного дома. Нужно отводящие трубы радиаторов, установленных на втором этаже, подключать напрямую к обратке первого этажа, а не делать обратку на втором.

Еще одна хитрость — это выполнить подающий и обратный трубопроводы из труб больших диаметров. Не менее 50 мм.

Нужен ли насос в самотечной системе отопления?

Иногда возникает вариант, когда отопление было неправильно смонтировано, и разница между температурой рубашки котла и обраткой очень велика. Горячий теплоноситель, не имея достаточного напора в трубах, остывает, не доходя до последних отопительных приборов. Все переделывать — трудоемкая работа. Как решить вопрос с минимальными затратами? Помочь может установка циркуляционного насоса в гравитационную систему отопления. Для этих целей изготавливается байпас, в который встраивается маломощный насос.

Большой мощности не требуется, поскольку при открытой системе дополнительный напор создается в стояке, выходящем из котла. Байпас нужен для того, чтобы оставить возможность работы без электричества. Он устанавливается на обратке перед котлом.

Как еще повысить эффективность

Казалось бы, система с естественной циркуляцией уже доведена до совершенства, и ничего повышающего эффективность придумать невозможно, но это не так. Можно значительно повысить удобство ее использования, увеличив время между топками котла. Для этого нужно установить котел большей мощности, чем требуется для отопления, а излишки тепла отводить в теплоаккумулятор.

Такой метод работает даже без использования циркуляционного насоса. Ведь горячий теплоноситель также может подниматься по стояку из теплоаккумулятора, в то время когда в котле прогорела закладка дров.

Что это такое — гравитационное отопление? В статье вы найдете рассказ о принципе, лежащем в основе работы таких систем, и ряд рекомендаций по их устройству.

Текст статьи не содержит дремучей теории — это лишь изложение практического опыта сантехника с солидным стажем.

Так выглядит простейшая схема автономного отопления.

Первое знакомство

Вы никогда не задумывались, что заставляет воду течь через батареи отопления?

В многоквартирном доме все понятно: там циркуляцию создает перепад давлений между подающим и обратным трубопроводами теплотрассы. Ясно, что если в одной трубе давление больше, а в другой меньше  — в замыкающем их друг с другом контуре вода придет в движение.

В частных домах отопительные системы часто бывают автономными, использующими электричество или тепло сгорания различных видов топлива. В этом случае теплоноситель приводится в движение, как правило, циркуляционным насосом отопления — крыльчаткой с маломощным (до 100 ватт) электромотором.

Но ведь электрические насосы появились намного позже водяного отопления. Как без них обходились раньше? Наверняка этот опыт можно использовать и сейчас…

Когда-то котлы не комплектовались насосами. Отопление, однако же, работало.

Использовалась естественная циркуляция нагретой воды. Тепловое расширение порождает так называемую конвекцию: любая субстанция при нагреве уменьшает свою плотность и вытесняется окружающими ее более плотными массами вверх. В случае, если речь идет о замкнутом объеме — в верхнюю его точку.

Если создать контур соответствующей формы, конвекцию можно использовать для постоянного движения в нем теплоносителя по кругу.

Система с естественной циркуляцией представляют собой, упрощенно говоря, два сообщающихся сосуда, соединенных трубками (контуром отопления) в кольцо. Первый сосуд — котел, второй — отопительный прибор.

Обратите внимание: если быть точными в аналогиях, первым сосудом, где конвекция приводит воду в движение, правильнее будет назвать котел вместе с разгонным коллектором — начинающимся от котла вертикальным участком контура.
Чем большую суммарную высоту имеет этот сосуд, тем большую скорость он придаст поднимающемуся вверх теплоносителю.

В котле вода, нагревшись, устремляется вверх. Природа не терпит пустоты, и ее место занимает более холодная (и плотная) вода из радиатора. Горячий же теплоноситель попадает в радиатор и там остывает, постепенно опускаясь в его нижнюю часть и далее — на повторный цикл в котел.

Несколько мер позволят ускорить циркуляцию в замкнутой системе:

  • Котел опускается как можно ниже относительно отопительных приборов. Если это возможно — он выносится в подвал.

От высоты H на схеме линейно зависит скорость циркуляции в контуре.

  • Разгонный коллектор, как правило, заканчивается под потолком или даже на чердаке. Там монтируется расширительный бак  для отопления.
  • Постоянный уклон от расширительного бачка к котлу тоже будет способствовать циркуляции. Остывающая вода на всем пути через отопительные приборы будет двигаться по вектору гравитации.

Кроме того, при проектировании такой системы отопления своими руками нужно понимать одну вещь. На скорость циркуляции влияют два взаимодействующих фактора: перепад в контуре и его гидравлическое сопротивление.

От чего зависит последний параметр?

  • От диаметра розлива. Чем он больше — тем проще воде течь по трубе.
  • От количества поворотов и изгибов контура. Чем их больше — тем больше сопротивление контура потоку. Именно поэтому контур стараются делать максимально близким к прямой линии (насколько это позволяет форма здания, конечно).
  • От количества и типов запорной арматуры. Каждый вентиль, задвижка, обратный клапан оказывают сопротивление потоку воды.

Следствие: сама запорная арматура в основном отопительном контуре должна иметь в открытом состоянии просвет, максимально близкий к просвету трубы.
Если контур размыкается вентилем — то только и исключительно современным шаровым.
Узкие ходы и сложная форма винтового вентиля обеспечат куда большую потерю напора.

В открытом состоянии шаровый вентиль имеет такой же просвет, как ведущая к нему труба.  Гидравлическое сопротивление потоку воды минимально.

Типично гравитационные системы делаются открытыми, с негерметичным расширительным баком. Он не только вмещает избыток теплоносителя при нагреве: в него же вытесняются пузыри воздуха при заполнении сброшенной системы. При падении уровня воды она просто доливается в бак.

Достоинства и недостатки

Предположим, что мы с нуля проектируем отопительную систему в частном доме. Стоит ли полагаться на естественную циркуляцию или лучше озаботиться покупкой циркуляционного насоса?

Плюсы

  • Перед нами саморегулирующаяся система. Скорость циркуляции будет тем больше, чем холоднее теплоноситель в обратном трубопроводе. Эта особенность системы вытекает из самого используемого физического принципа.
  • Отказоустойчивость — выше всяких похвал. В самом деле, что может случиться с контуром из толстой трубы и радиаторами? Подвижных и изнашивающихся элементов ведь нет; в результате гравитационные системы отопления способны работать без ремонта и обслуживания до полувека. Задумайтесь: вы можете сами сделать нечто, что послужит вашим детям и внукам!
  • Энергонезависимость — тоже огромный плюс. Представьте себе длительное отключение электричества среди зимы. Что вы будете делать без насоса, если метель повалила на столбы линии электропередач или на районной подстанции произошла авария?

Нарушенные линии энергоснабжения могут восстанавливаться несколько дней. Остаться на это время без отопления невесело.

  • Наконец, такая система проста в изготовлении. Вам не придется ломать голову над ее устройством: оно просто и понятно.

Минусы

Не обольщайтесь: все не так радужно, как может показаться на первый взгляд.

  • Система будет иметь большую тепловую инерционность. Говоря проще, от момента, когда вы разожжете котел, до прогрева последних в контуре радиаторов может пройти не один час.
  • Простота разводки и обвязки котла не означает ее дешевизну. Вам придется использовать толстую трубу, цена погонного метра которой достаточно высока. Впрочем, она дополнительно увеличит площадь теплообмена отопления с воздухом.
  • При некоторых схемах разводки разброс температуры между радиаторами будет значительным.
  • Из-за низкой скорости циркуляции при малой интенсивности нагрева есть вполне реальные шансы заморозить расширительный бак и вынесенную на чердак часть контура.

Немного здравого смысла

Уважаемый читатель, давайте на секунду остановимся и задумаемся: а почему, собственно, в нашем сознании естественная и принудительная циркуляция — это нечто взаимоисключающее?

Наиболее разумным решением будет следующее:

  • Проектируем систему, способную работать в качестве гравитационной.
  • Разрываем контур перед котлом вентилем. Разумеется, без снижения сечения трубы.
  • Врезаем обвод вентиля меньшим диаметром трубы и устанавливаем на обводе циркуляционный насос. Он при необходимости отсекается парой вентилей; перед насосом по ходу воды монтируется грязевик.

На фото — правильная врезка насоса. Система может работать и с принудительной, и с естественной циркуляцией.

Что мы приобретаем?

Полноценную отопительную систему с принудительной циркуляцией и всеми ее плюшками:

  • Равномерным нагревом всех отопительных приборов;
  • Быстрым прогревом комнат после запуска котла.

Систему вовсе не обязательно делать закрытой: насос прекрасно сможет работать и без избыточного давления. В случае, если электричество пропало — нет проблем: мы просто отсекаем насос и открываем вентиль на байпасе. Система продолжает функционировать уже как гравитационная.

Разводка радиаторов

Один этаж

Как уже говорилось, автор — практик и рискнет дать рекомендации по проектированию разводки, опираясь на собственный опыт.

Для одноэтажного дома лучшая схема — это так называемая ленинградка, или барачная схема отопления.

Что она представляет собой в правильной реализации?

  • Основной контур опоясывает весь дом по периметру. Единственный допустимый разрыв контура — тот самый вентиль на байпасе в месте установки насоса. Материал — труба не тоньше ДУ 32.

Полезно: естественная циркуляция отчего-то ассоциируется у многих исключительно со стальными трубами. Напрасно: в этом случае можно смело применять даже полипропилен без армирования. Открытая система подразумевает отсутствие избыточного давления; температура при нормальной циркуляции никогда не превысит точки кипения воды.

  • Отопительные приборы врезаются параллельно контуру. Подключение — нижнее или диагональное.

Первый вариант врезки — правильный. Второй и третий для наших целей категорически не подходят.

  • На подводках к радиатору (они обычно выполняются трубой ДУ20) ставятся вентиля или пара вентиль-дроссель. Запорная арматура позволит отключить радиатор полностью для ремонта; кроме того, она сделает возможной балансировку отопительных приборов.
  • При нижнем подключении в верхние радиаторные пробки устанавливается воздушник — кран Маевского, вентиль или обычный водоразборный кран.

Два этажа

Как реализовать отопление с естественной циркуляцией в двухэтажном доме?

Начнем с того, что делать нельзя.

Нельзя организовывать несколько контуров, подключенных к котлу параллельно и разных по длине. С чем связана инструкция — понять несложно: более короткий контур будет шунтировать длинный, пропуская через себя большую часть теплоносителя.

Нельзя использовать классическую двухтрубную схему без балансировочных вентилей или дросселей. В этом случае вода пойдет только через ближние отопительные приборы. Автору довелось столкнуться с последствиями такой реализации отопления: при первых серьезных заморозках дальние радиаторы были разморожены.

Такая разводка станет работоспособной лишь после балансировки стояков дросселями. Без нее вся вода будет циркулировать только через ближние отопительные приборы.

Простая в реализации и беспроблемная схема разводки может быть такой:

  • Разгонный коллектор заканчивается на втором этаже или чердаке расширительным баком. Непосредственно от него с постоянным уклоном начинается розлив диаметром  40 — 50 миллиметров.
  • Нижний контур (обратка) опоясывает дом по периметру на уровне пола первого этажа.

Полезно: да, вынести нижний розлив в подвал при его наличии будет лучше и с точки зрения эстетики, и в плане эффективности схемы. Но это стоит делать лишь в том случае, если температура в подвале не падает ниже нуля даже при холодном котле. Впрочем, если ваш контур с тосолом или другим антифризом — разморозки можно не бояться.

  • Радиаторы размыкают стояки; при этом как минимум на одном отопительном приборе на стояке установлен дроссель. Балансировка, помните? Без нее мы опять-таки получим крайне неравномерный нагрев батарей.

На схеме использован другой, менее точный способ балансировки стояков. На ближнем к котлу больше отопительных приборов. Такая схема тоже работоспособна.

Если есть возможность вынести розливы на чердак и в подвал — это имеет как минимум одну хорошую сторону. Таким образом, будет решена одна из проблем гравитационной системы — эстетическая. Все же толстая труба с уклоном редко украшает жилище.

Оборотная сторона медали — в том, что при самой качественной теплоизоляции большое количество тепла от толстого розлива будет рассеиваться бесцельно, вне жилого помещения.

При большом диаметре розлив рассеивает много тепла. В подвале оно пропадет бесцельно.

Заключение

Хотите узнать больше о системах с естественной циркуляцией? У вас остались вопросы о каких-то аспектах их работы? Посмотрите видео в конце статьи. Возможно, именно там вы найдете нужный вам ответ.

Теплых зим!