Система отопления с естественной циркуляцией: схемы, устройство, монтаж

Строительство автономной гравитационной тепловой сети выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключить к централизованному электроснабжению.

Такая система дешевле в установке и полностью независима от электричества. Однако его работоспособность во многом зависит от точности конструкции.

Чтобы система отопления с естественной циркуляцией работала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить комплектующие и разумно подобрать схему водопровода. Мы поможем решить эти проблемы.

Мы описали основные принципы работы гравитационной системы, дали советы по выбору трубы, обрисовали в общих чертах правила сборки контура и расположения рабочих органов. Особое внимание мы уделили конструкции и особенностям работы одно- и двухтрубных схем отопления.

Принципы естественного кровообращения

Процесс перемещения воды в отопительном контуре без использования циркуляционного насоса происходит по естественным физическим законам.

Понимание природы этих процессов позволит грамотно разработать проект системы отопления для типовых и нестандартных случаев.

Галерея изображенийФотографии из В коттеджах и квартирах с автономной системой отопления используется естественный вариант, который предопределяет движение теплоносителя под действием гравитационных сил. Резервный объем, необходимый для расширения теплоносителя при отоплении, обеспечивается за счет открытого расширительного бачка.В строительстве систем с естественным движением теплоносителя бывают одно- и двухтрубные схемы. Однотрубные контуры выполняются с верхней разводкой, двухтрубные самотечные системы – с верхней и нижней разводкой. Горизонтальные участки всегда укладываются с уклоном 2-3 мм на погонный метр. Основным недостатком гравитационных систем отопления является слабое давление, из-за чего они не строят контуры более 30 м по горизонтали. В системах с гравитационным движением теплоносителя, минимум технических устройств, как следствие минимум проблем с настройкой и ремонтом. Для приготовления теплоносителя используется твердое топливо, жидкое топливо и все типы газовых котлов. Дать теплоносителю нагреться до температуры парообразования + 105º на выходе из котла. Этот факт необходимо учитывать при выборе оборудования и труб для строительства Вариант естественного отопления

Максимальный перепад гидростатического давления

Основное физическое свойство любой охлаждающей жидкости (воды или антифриза), которое способствует ее движению по контуру при естественной циркуляции, – это уменьшение плотности при повышении температуры.

Плотность горячей воды ниже, чем у холодной, поэтому существует разница в гидростатическом давлении столба горячей и холодной жидкости. Холодная вода, поступающая в теплообменник, перемещает горячую воду по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является разница гидростатического давления между столбами холодной и горячей жидкости

Отопительный контур дома условно можно разделить на несколько фрагментов. Вода направлена ​​вверх по «горячим» фрагментам и вниз по «холодным» фрагментам. Границы фрагментов – это верхняя и нижняя точки системы обогрева.

Основная задача при моделировании системы с естественной циркуляцией воды – получить максимально возможную разницу давлений столба жидкости в «горячем» и «холодном» фрагментах.

Классическим элементом водяного контура для естественной циркуляции является разгонный коллектор (главный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.

Коллектор ускорения должен иметь максимальную температуру, поэтому он изолирован по всей длине. Однако, если высота коллектора невелика (как в одноэтажных домах), утепление можно не проводить, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно система устроена таким образом, что наивысшая точка коллектора ускорения совпадает с наивысшей точкой всей цепи. Там на расширительный бак открытого типа устанавливается выходное отверстие или вентиль для отвода воздуха, если используется мембранный бак.

Тогда длина «горячего» фрагмента контура будет минимально возможной, что приводит к уменьшению тепловых потерь на этом участке.

также желательно, чтобы «горячий» участок контура не сочетался с длинным участком, по которому проходит охлажденный теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, расположенного в нагревательном устройстве.

Чем ниже котел в системе отопления, тем ниже гидростатическое давление столба жидкости в горячей части контура

Для «холодного» участка гидросистемы также существуют правила, повышающие давление жидкости:

  • чем больше рассеивание тепла в «холодном» участке тепловой сети, тем ниже температура воды и выше ее плотность, следовательно, работа систем естественной циркуляции возможна только при значительной теплоотдаче;
  • чем больше расстояние от нижней точки контура до подключения радиатора, тем больше участок водяного столба с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Чтобы обеспечить соблюдение этого последнего правила, печь или бойлер часто устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Такое расположение котла обеспечивает максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Духовка или бойлер, нагревайте только теплообменник и нижнюю часть коллектора утечки.

Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, перепад давления в «горячем» участке контура будет незначительным и процесс циркуляции не запустится.

Использование систем естественной циркуляции для двухэтажных домов вполне оправдано, а для большей этажности потребуется циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы естественной циркуляции необходимо учитывать скорость движения теплоносителя по контуру.

Во-первых, чем выше скорость, тем быстрее будет теплопередача по системе «котел – теплообменник – гидравлический контур – радиаторы отопления – помещение”.

Во-вторых, чем выше скорость жидкости через теплообменник, тем меньше вероятность ее закипания, что особенно важно для обогрева плиты.

Кипячение воды в системе может быть очень дорогим – затраты на разборку, ремонт и переустановку теплообменника требуют времени и денег

В системах отопления с принудительной циркуляцией скорость движения воды в основном зависит от параметров циркуляционного насоса.

При естественном циркуляционном нагреве воды скорость зависит от следующих факторов:

  • перепад давления между фрагментами контура в его самой низкой точке;
  • гидродинамическое сопротивление системы отопления.

Способы обеспечения максимального перепада давления обсуждались выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы невозможно точно рассчитать из-за сложной математической модели и большого количества входных данных, точность которых трудно гарантировать.

Однако есть общие правила, соблюдение которых снизит сопротивление отопительного контура.

Основные причины снижения скорости движения воды – сопротивление стенок трубы и наличие ограничений из-за наличия арматуры или задвижек. При малых расходах практически отсутствует сопротивление стенок.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для теплого пола. Как правило, назначают отдельные контуры с принудительной циркуляцией.

Выбирая типы труб для контура естественной циркуляции, необходимо будет учитывать наличие технических ограничений при установке системы. Поэтому нежелательно использовать металлопластиковые трубы с естественной циркуляцией воды из-за их соединения с арматурой с гораздо меньшим внутренним диаметром.

Металлопластиковые фитинги для труб немного сужают внутренний диаметр и представляют собой серьезное препятствие на пути воды низкого давления (+)

Правила выбора и монтажа труб

Выбор между стальными или полипропиленовыми трубами для любой циркуляции основывается на критерии их использования для горячего водоснабжения, а также с точки зрения цены, простоты монтажа и долговечности.

Подъемный стояк монтируется металлической трубкой, так как через нее проходит вода самой высокой температуры, и в случае прогрева печки или неисправности теплообменника возможен вариант прохождения пара.

При естественной циркуляции следует использовать трубу немного большего диаметра, чем в случае циркуляционного насоса. Обычно для отопления помещений площадью до 200 кв.м диаметр разгонного коллектора и трубы на входе обратного потока в теплообменник составляет 2 дюйма.

Это вызвано более низкой скоростью воды, чем в случае принудительной циркуляции, что приводит к следующим проблемам:

  • уменьшение количества тепла, передаваемого за единицу времени от источника в отапливаемое помещение;
  • появление засоров или воздушных пробок, с которыми не справляется небольшое давление.

Особое внимание стоит уделить проблеме удаления воздуха из растения при использовании естественной циркуляции с более низкой схемой подачи. Его нельзя полностью удалить из теплоносителя через расширительный бачок, потому что кипящая вода сначала поступает в устройства по линии, расположенной ниже их.

При принудительной циркуляции давление воды подталкивает воздух к воздухосборнику, установленному в самой высокой точке системы – устройству с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. С помощью кранов Маевского в основном регулируется теплоотдача.

В гравитационных тепловых сетях с источником питания, расположенным под приборами, краны Маевского используются непосредственно для продувки воздуха.

Все радиаторы отопления современного типа оснащены воздухоотводчиками, поэтому во избежание образования засоров в контуре можно сделать уклон, нагнетая воздух к радиатору

Воздух также можно удалить через воздухозаборники, установленные в каждой вертикальной стойке, или в воздуховод, параллельный сети системы. Из-за ошеломляющего количества устройств вытяжки воздуха гравитационные петли с нижней разводкой встречаются крайне редко.

При низком давлении небольшая воздушная камера может полностью отключить систему отопления. Так, согласно СНиП 41-01-2003, не допускается прокладка труб систем отопления без уклона при скорости воды менее 0,25 м / с.

При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому помимо увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для удаления воздуха из системы отопления. Уклон проектируется из расчета 2-3 мм на 1 метр, в квартирных сетях уклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.

Наклон подачи делается в направлении движения воды так, чтобы воздух двигался в сторону расширительного бачка или системы вентиляции, расположенной в самой высокой точке контура. Хотя можно сделать встречный уклон, но в этом случае также необходимо установить клапан сброса воздуха.

Уклон обратной магистрали делают, как правило, в сторону движения охлажденной воды. Тогда самая низкая точка контура будет совпадать с входом обратного патрубка в теплогенератор.

Наиболее распространенная комбинация наклона подачи и возврата для удаления воздушных карманов из контура с естественной циркуляцией воды

При устройстве теплого пола небольшой площади в контуре естественной циркуляции необходимо не допускать попадания воздуха в узкие горизонтально расположенные трубы этой системы отопления. Поместите воздухоочиститель перед полом с подогревом.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды можно спроектировать один или несколько отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Независимо от длины, количества радиаторов и других параметров они выполняются по однотрубной или двухтрубной схеме.

Однолинейная схема

Система отопления, использующая одну и ту же трубу для последовательной подачи воды в радиаторы, называется однотрубной. Самый простой однотрубный вариант – отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решить отопление дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный существенный недостаток – появление громоздких труб.

При самом дешевом варианте однотрубной схемы с радиаторами отопления горячая вода течет последовательно через каждое устройство. Здесь требуется минимальное количество труб и клапанов.

По мере прохождения охлаждающая жидкость охлаждается, поэтому последующие радиаторы получают более холодную воду, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная система (см. Выше) требует минимальных монтажных работ и вложений. Более сложный и дорогой вариант внизу позволяет выключить радиаторы, не останавливая всю систему

Наиболее эффективным способом подключения отопительных приборов к однотрубной сети считается диагональный вариант.

По данной схеме отопительных контуров с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после остывания отводится через патрубок, расположенный внизу. Проходя таким образом, нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входа, так и выхода, теплопередача значительно снижается, так как нагретый хладагент должен пройти максимально длинный путь. Из-за значительного охлаждения в таких схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» отличается значительными тепловыми потерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Его преимущество в том, что при использовании запорной арматуры на входных и выходных патрубках можно выборочно отключать устройства на ремонт без прерывания цикла нагрева (+)

Отопительные контуры с аналогичным подключением радиаторов получили название «Ленинградка». Несмотря на известные теплопотери, им отдают предпочтение при обустройстве квартирных систем отопления из-за более эстетичного типа прокладки труб.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключения одной из греющих секций без прерывания циркуляции воды по контуру.

Поэтому обычно применяется модернизация классической схемы с установкой «байпаса» для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым клапаном. Это позволяет регулировать подачу воды в радиатор, пока он полностью не отключится.

Для двухэтажных или многоэтажных домов используются варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. Кроме того, вертикальные распорки менее вытянуты и лучше вписываются в дом.

Однотрубная схема с вертикальной разводкой успешно применяется при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлена ​​опция с возможностью отключения верхних радиаторов отопления

Вариант обратной трубы

Когда одна труба используется для подачи горячей воды к радиаторам, а вторая – для отвода охлажденной воды в котел или печь, такая схема отопления называется двухтрубной схемой отопления. Подобная система при наличии радиаторов отопления применяется чаще, чем однотрубная.

он дороже, так как требует установки дополнительной трубы, но имеет ряд существенных преимуществ:

  • более равномерное распределение температуры охлаждающей жидкости, подаваемой на радиаторы;
  • проще рассчитать зависимость параметров радиатора от площади отапливаемого помещения и требуемых значений температуры;
  • более эффективное регулирование подачи тепла на каждый радиатор.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей воды двухтрубные системы делятся на попутные и тупиковые. В связанных контурах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячая вода, поэтому продолжительность цикла для всего контура одинакова.

В тупиковых схемах охлажденная вода переходит в горячую, поэтому длительности циклов вращения теплоносителя для разных радиаторов различаются. Поскольку скорость в системе низкая, время прогрева может сильно варьироваться. Радиаторы с более коротким водяным циклом нагреваются быстрее.

При выборе тупика и сопутствующих схем отопления исходят в основном из удобства проведения обратки

По отношению к радиаторам отопления существует два типа размещения приточного патрубка: верхнее и нижнее. При верхнем подключении патрубок горячего водоснабжения располагается над радиаторами отопления, а при нижнем – нижним.

При нижнем подключении воздух может быть удален через радиаторы, и нет необходимости прокладывать трубы вверху, что хорошо с точки зрения дизайна помещения.

Однако без неконтролируемого коллектора перепад давления будет намного меньше, чем при использовании верхней линии. Поэтому нижнее подключение практически не используется при обогреве помещения по принципу естественной циркуляции.

Выводы и полезные видео по теме

Организация однотрубной схемы на базе электрокотла для небольшого дома:

Эксплуатация двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на базе твердотопливного котла длительного горения:

Использование естественной циркуляции при движении воды в отопительном контуре требует тщательных расчетов и технически грамотных монтажных работ. При соблюдении этих условий система отопления качественно обогреет помещение частного дома и избавит владельцев от шума насосов и зависимости от электричества.

Если у вас есть вопросы по теме или вы хотите поделиться личным опытом по организации и эксплуатации гравитационной системы отопления, оставляйте комментарии к этой статье. Блок обратной связи расположен ниже.

Источник – https://sovet-ingenera.com/otoplenie/razvodka-o/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: