Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Принцип функционирования

Принцип работы водяной системы прост: когда котёл нагрел воду, она по трубам расходится в комнаты и отдаёт тепло радиаторам отопления.

Батареи греют воздух в комнате, а остывший теплоноситель возвращается в котёл, чтобы опять нагреться. Цикл повторяется.

Вместо воды используют незамерзающую жидкость. А котёл для организации домашнего отопления может быть:

• газовый;
• электрический;
• твердотопливный;
• жидкотопливный.

Сегодня также набирает обороты альтернативная энергия: ветрогенераторы, компактные гидроэлектростанции и солнечные коллекторы.

Вода в системе должна постоянно циркулировать. Достигается это двумя способами:

1. Естественной циркуляцией.
2. Принудительной циркуляцией при помощи циркуляционного насоса.

Естественная циркуляция

В первом случае большую роль играет разница температур между нагретой водой на выходе из котла и остывшей водой в обратке. Плотность у горячей воды меньше и она поднимается вверх по стояку. Ещё более горячая вода вытесняет её, и продвигает дальше по системе труб. КПД у такой системы ниже, чем в варианте с насосом.

Требуется больше времени на разогрев батарей и чтобы прогреть дальние комнаты нужно топить больше.

Для эффективной работы перепад температур должен быть не менее 25 0С. А расстояние между котлом и радиаторами – от 3 метров. Длина всего трубопровода будет зависеть от размеров дома и мощности котла, но если получается длиннее 20-30 метров, то скорость циркуляции получится низкой.

Для соблюдения всех расстояний, владельцы домов иногда идут на ухищрения, например, размещают котёл в подвальном помещении. Но, если сделать этого никак нельзя, а расстояние от котла до батарей маленькое, можно использовать трубы, большего диаметра.

Принудительная циркуляция

Воду по системе гоняет циркуляционный насос. И в этом случае владельцам жилья не нужно ждать, пока хорошо прогреется вода, чтобы дома стало теплее. Насос начинает работать вместе с котлом, и нагрев помещения происходит быстро.

Двухтрубная система с принудительной циркуляцией

Минус такого варианта – энергозависимость. Другими словами, если у вас часто отключают свет, нужно позаботиться об источнике бесперебойного питания.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Составные элементы замкнутой схемы отопления

Отличие от гравитационной системы заключается в необходимости монтажа специфических узлов. Отдельные из них обязательно используются в закрытой системе, но иногда применяются и при естественной циркуляции. Источник тепловой энергии – котлы. Некоторые из моделей настенных газовых и пеллетных, твердотопливных сразу оснащаются необходимой группой безопасности. Если она отсутствует, приобретается отдельно, устанавливается на трубе с горячей водой.

Герметичный бачок поддерживает давление, компенсирует объем теплоносителя. Его эффективное перемещение обеспечивает циркуляционный насос, который рекомендуется устанавливать на обратной магистрали у самого котла. Такое расположение продиктовано тем, что вода в этом месте довольно прохладная, устройство меньше подвержено перегреву. Остальные элементы те же, что в гравитационной системе: трубопроводы, радиаторы или регистры.

Подбор оборудования, труб и радиаторов

Прежде чем приступить к выбору источника генерации тепла для закрытой системы отопления, необходимо взвешенно подойти к вопросу выбора вида энергии, из которой будет генерироваться тепло. Ведь на современном рынке представлено огромное количество электрических, на твердом и жидком топливе, а также газовых котлов. Нужно учесть все затраты на подключение и нюансы последующей эксплуатации и выбрать подходящий вариант, в зависимости от квадратуры и климата региона.

Двухконтурные газовые котлы с автоматическим управлением уже имеют в конструкции бак, компенсирующий давление и насос, отвечающий за циркуляцию. Если выбрать котел попроще, то необходимо докупать оборудование.

Какие-то конструкции имеют уже бак, какие-то нет

Расширительные баки бывают разборные (если лопнет мембрана, ее можно заменить самостоятельно) и неразборные при выходе из строя под замену идет полностью бак.

Объем бака для такого типа обогрева зданий напрямую зависит от нескольких параметров, и выбирать его нужно по ним:

• объема теплоносителя в системе (объем бака 10% от объема жидкости);
• максимального значения температуры.

Сердцем всей закрытой системы отопления частного дома является циркуляционный насос именно от его параметров будет зависеть дальнейшая эффективность ее работы. Выбор мощности насоса зависит от многих показателей протяженности и диаметра труб, материала из которого изготовлены теплообменники и их количества, режима эксплуатации

Если устанавливаться насос будет в жилом помещении, следует обратить внимание на уровень производимого шума, это может повлиять на качество проживания

Как и где устанавливается расширительный бак для отопления:

Большое количество типов радиаторов позволяет сделать выбор согласно предпочтениям:

• радиаторы из чугуна массивные, обладают большим весом, долго набирают температуру, но в то же время медленно остывают, не боятся некачественной воды и перепадов давления;
• из алюминиевого сплава имеют красивую форму, небольшой вес, быстро нагреваются, но стоят дороже и боятся гидроударов;
• радиаторы из стали недорогие и неплохого качества;
• выполненные из биметаллического сплава, как правило, имеют хорошее качество, быстро греются и хорошо отдают тепло.

В зависимости от того, какие будут выбраны трубы, нужно будет не забыть про дополнительные материалы, например о муфтах

На рынке существует несколько типов труб:

• из разных металлов;
• из полимеров (пластик, полиэтилен и полипропилен).

При монтаже систем отопления с применением труб из любого металла потребуется сварка и большое количество сгонов, уголков и муфт. Применение металлопластиковых труб подразумевает большое количество фитинга и постоянный контроль соединений. Для закрытой цепи отопления чаще всего выбирают пластиковые трубы (за простоту монтажа и возможность скрывать трубы в стенах). Производители обычно указывают в характеристиках, можно ли использовать трубы в системах отопления или только для холодной воды.

Простая система отопления в частном доме своими руками:

Особенности построения

Для организации движения жидкости самотёком выполняют следующее:

Располагают котёл отопления как можно ниже – на первом этаже или в полуподвале. Раздаточный коллектор поднимают выше – под потолок или на чердак строения.

Таким образом, вода получает максимально допустимую для данной постройки высоту подъёма. Что создаёт максимально возможный гравитационный напор теплоносителя в трубах.

Монтируют устройства с широкими внутренними просветами. Трубы увеличенного диаметра – не меньше 40 мм в сечении. Радиаторы с широким внутренним проходом – традиционные чугунные батареи. При необходимости установки запорных устройств – ставят шаровые краны, которые в открытом положении минимально сужают внутренний просвет.

• Прокладывание труб выполняют с минимальным количеством поворотов, углов, без змеевиков и без спиралей.
• Магистрали подачи и обратки прокладывают с уклоном.

Внимание! Перечисленные выше принципы позволяют организовать естественный напор воды и её движение с необходимой скоростью. Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:. Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

Перечислим устройства, из которых собирают самотёчную схему отопления:

• Нагревательный котёл – может работать на различных видах топлива – на газу, дровах, угле, электричестве.
• Радиаторы – устройства непосредственного обогрева – излучают тепло в пространство помещения.
• Магистральная труба подачи и обратного тока.
• Раздающий коллектор – располагается над котлом. В него поступает нагретая в котле вода, затем движется (раздаётся) в магистральную трубу.
• Расширительный бачок – для временного хранения теплоносителя, который при нагреве расширяется и увеличивается в объёме. Располагается в самой верхней точке системы, выполняется в открытом виде.
• Поворотные шаровые краны – на входе и выходе из радиаторов отопления.
• Кран для слива воды (также шаровый) – в самой нижней точке системы.

А теперь рассмотрим подробнее, как обеспечивают максимально возможный напор.

Уклон трубы

Для естественной циркуляции теплоносителя принимается ряд мер, которые облегчают его передвижение внутри радиаторов и труб. Одна из таких мер – прокладывание труб подачи и обратки под небольшим уклоном. Размер уклона выбирают – 2-3 ° на погонный метр.

Указанные градусы уклона визуально не нарушают геометрию прокладывания труб, но обеспечивают движение воды самотёком. Они также позволяют сливать жидкость из системы при необходимости замены батареи, ремонта.

Гравитационное давление

Гравитационное давление возникает как разница давлений воды в различных сегментах трубопровода.

В системе с естественным движением теплоносителя гравитационное давление создаётся нагревом воды и подъёмом её на высоту чердака или второго этажа дома. Так обеспечивается самотёк и работа отопления.

Величина гравитационного давления определяется высотой подъёма воды и разницей температур.

Внимание! Чем сильнее нагрев теплоносителя в котле, тем больше будет разница в давлении, и тем скорее вода будет двигаться по трубам

Возможные препятствия

Для эффективной естественной циркуляции стараются уменьшить количество факторов, которые препятствуют гравитационному давлению.

Схему организовывают с минимальным количеством углов и поворотов. Вместо изгибов труб под прямым углом, по возможности, делают плавные повороты. Для того чтобы вода не встречала препятствий, убирают сужения просветов и вентили.

Внутренние сечения радиаторов должны быть достаточно большими. Следствием широких просветов становится увеличенный объём теплоносителя, а также инертность работы отопления.

Преимущества системы с естественной циркуляцией

Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат. Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум  их работы. Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.

Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией

Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.

То есть, для того чтобы создать качественную отопительную  систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно. Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками. Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.

Как работает данная система?

Движение теплоносителя (воды) по трубам обусловлено тем, что при повышении и понижении температуры изменяется масса и плотность жидкости. Снижение массы и плотности воды происходит, когда она нагревается в котле. В это время в трубах находится уже отдавшая свое тепло более холодная вода, имеющая большую массу и плотность. При этом под действием гравитационных сил холодная вода в радиаторе замещается водой горячей.

Для того чтобы понять, как именно функционирует гравитационная система отопления, достаточно просто вспомнить курс физики. Нагретая в котле вода, являясь более легкой, свободно поднимается по трубам центрального стояка. В этот момент тяжелая холодная вода опускается в отопительный котел. Горячая вода, достигнув верхней точки, равномерно распределяется по радиаторам. В них холодная вода опускается к нижней части батареи, а после и вовсе покидает ее, потому что ее попросту «вытеснила» горячая.

В момент поступления в радиатор горячего теплоносителя происходит процесс отдачи тепла. То есть, постепенно нагреваются материалы радиатора, передавая тепло непосредственно в помещение. Далее – остывший теплоноситель вновь замещается горячим. Этот процесс непрерывен. Жидкость циркулирует  до тех пор, пока идет ее нагрев – то есть, пока работает котел.

Делаем своими руками закрытую систему отопления частного дома

Массовое строительство частных домов требует усовершенствования многих систем – канализационной, отопительной, трубопровода. Ведь приходится в короткие сроки монтировать целые конструкции. Долгие годы предпочтение отдавалось открытой системе обогрева. Однако последние годы эта тенденция начала изменяться. Все чаще производится монтаж закрытой системы отопления частного дома. В чем же состоит разница этих конструкций?

Особенности открытой отопительной системы и закрытой

В момент запуска отопительной системы открытого типа следует проверять работоспособность всех элементов конструкции. В первую очередь требуется обеспечить бесперебойную работу насоса. Ведь именно он обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе. Главным преимуществом этого вида отопления является возможность монтажа дополнительных конструктивных элементов.

Закрытая система отопления – схема размещается в открытом доступе. Однако не стоит выполнять работы без предварительного расчета. Это относится и к открытому типу нагревания дома. Стоит заметить, что смонтированная закрытая система отопления своими руками имеет больше преимуществ, чем недостатков.

В открытой конструкции контакт теплоносителя и атмосферы нежелателен. К сожалению, избежать это не удается. И в результате в трубопроводе появляется воздух.

Комплектация водяного отопления закрытого типа

Во время монтажа закрытой системы отопления частного дома важно обеспечить полную изоляцию от влияния окружающей среды. Именно поэтому требуется максимально четко выполнять монтаж, согласовываясь со схемой. В чертеже также указывается деталировка и комплектовка отопительной конструкции

В чертеже также указывается деталировка и комплектовка отопительной конструкции.

1. Котел закрытого типа – один из важных элементов в системе отопления.
2. Автоматический воздушный, балансировочный, предохранительный и термостатический клапаны.
3. Определенное количество радиаторов отопления (согласно смете).
4. Качественный расширительный бак.
5. Шаровой вентиль и насос.
6. Не стоит забывать о фильтре и манометре.

Правила выбора котла для закрытого отопления

Мы советуем вам оценивать мощность котла. Если планируется обогревать дом, высота потоков в котором до 3-х метров, то подбираете так: на каждые 10 кв. м комнаты требуется 1 кВт. Естественно, это цифра усредненная. Ведь монтируемая закрытая система отопления своими руками должна быть еще и надежной.

А значит, к материалам предъявляется немало требований. Помните, расчеты лучше доверить инженеру. Лишь в этом случае дом будет полностью прогреваться в холода.

Принцип работы закрытой системы отопления

Он состоит из 2-х отделений — гидравлической камеры и газовой камеры. Нагреваясь, вода оказывается в камере гидравлического типа. В газовое отделение под давлением подается азот.

Монтаж линии подпитки закрытой системы отопления

Работа отопительной системы напрямую зависит от возможностей поддержания рабочего давления и объема теплоносителя

Очень важно, чтобы эти 2 параметра были постоянными. К сожалению, создание герметичности в отоплении невозможно достигнуть в полном объеме. Поэтому происходят утечки воды

Следовательно, нельзя забывать о периодическом пополнении теплоносителя

Поэтому происходят утечки воды. Следовательно, нельзя забывать о периодическом пополнении теплоносителя.

Стоит сказать, что подпитка закрытой системы отопления состоит из следующих компонентов:

1. Автоматический клапан подпитки размещается в месте, где самое низкое давление (как правило, перед входом сетевых насосов).
2. В трубопровод врезается кран. Так же требуется смонтировать задвижку и управляемый клапан. Это позволит контролировать заполнение системы отопления закрытого типа.
3. Избежать случайного ухода воды в питающую линию можно, если поставить обратный клапан. В этом случае высокое давление в закрытой системе отопления не станет причиной разгерметизации всей системы.
4. В качестве контролирующих приборов предлагается использование манометров. Эти небольшие устройства помогут отслеживать любые изменения в отопительной системе.

Монтаж закрытой системы отопления

1. Составление схемы отопительной конструкции.
2. Монтаж котла.
3. Установка радиаторов.
4. Прокладка трубопровода и обеспечение возможности подпитки закрытой системы отопления.
5. Размещение насоса, бака, фитингов и кранов. На этом этапе так же монтируются фильтры.
6. Установка манометров для контроля за давлением в закрытой системе отопления.
7. Подключение приборов учета и котла к электролинии.
8. Запуск и проверка заполнения системы отопления закрытого типа.

На этом технология монтажа отопительной системы завершается.