Система отопления с естественной циркуляцией

Организация уклона труб в системе отопления

СНиП 2.04.05-86 в приложении №10 даёт указания по применению паровых и водяных систем отопления в промышленности и быту. Пар используется на производстве, вода – в жилом фонде. Пар нагревает приборы отопления до температуры свыше 100°С, что опасно для жильцов. Действие указанного документа не распространяется на частные домовладения. Физика процессов обогрева паром состоит в использовании сухого пара, который конденсируясь, выделяет много тепла. В процессе конденсации 1кг пара выделяется 2300 кДж тепловой энергии. Вода, остывшая на 50°С, даёт 120 кДж.

Паровое отопление

Разницей в выделяемой энергии объясняются преимущества парового отопления:

• уменьшенное число радиаторов;
• быстрый прогрев системы;
• отсутствие эффекта «размораживания» при перерывах в работе;
• заметно более низкие расходы на отопление в процессе монтажа и эксплуатации.

Второй и третий пункт важны для дач и загородных домов – строений, в которых жильцы бывают наездами.

По давлению пара, используемого в системе, различают:

• Системы высокого давления (свыше 6 атм)- позволяют обогревать большие площади с длинными напорными и конденсаторными магистралями.
• Низкого давления (1,7-6 атм) – возможно применение в частном жилищном строительстве.
• Вакуумные (давление менее 1 атм) – интересны возможностью реализовать кипение воды при температурах ниже 100°C и снизить температуру нагревательных приборов до безопасной. Применяются крайне редко в силу необходимости обеспечить высокую герметичность системы.

Система, сообщающаяся с атмосферой, считается «открытой», не сообщающаяся – «закрытой».

К недостаткам пара относят:

• чрезмерный нагрев труб и радиаторов;
• износ элементов системы из-за агрессивности пара;
• шумы, сопровождающие работу системы.

При монтаже применяют однотрубную и двухтрубную схемы разводки. В первом случае пар и конденсат движутся по одной трубе. Пар идёт от котла, конденсат – навстречу ему. В двухтрубной – пар по напорной магистрали поступает к радиаторам и, конденсируясь в них, по самотёчной конденсаторной магистрали в виде воды возвращается в ёмкость для его сбора или непосредственно к котлу.

Уклон при прокладке парового отопления принимают в 1-2% в сторону движения пара и конденсата для двухтрубных систем. Те же 1-2% в сторону движения конденсата принимают для однотрубной системы.

Как выполнить расчёт необходимого диаметра труб отопления

Начиная расчет диаметра трубы для отопления жилого помещения, следует учесть ещё один важный параметр.

Это – тепловая нагрузка. В соответствии со стандартами, комфортные условия для проживания в помещении при высоте потолка в 2,5 м обеспечивают 0,1 кВт тепловой мощности, приходящихся на 1 м2его площади. Следовательно, можно очень легко подсчитать, сколько же потребуется тепла для обогрева, например, комнаты в 20 м2:

20 * 0,1 = 2,0 (кВт).

В соответствии с таблицей подбирается диаметр труб, способных обеспечить комфортное тепло. В нашем примере, согласно представленной таблице, для того, чтобы в комнате всегда было тепло, вполне подойдут трубы внутренним диаметром в 1/2 дюйма.

Тепловая нагрузка и расход теплоносителя для труб отопления различного диаметра

Водяное отопление

Популярность водяного отопления объясняется безопасностью и большим комфортом. Существуют системы с естественной и принудительной циркуляцией. В первых движение теплоносителя происходит из- за разности удельного веса горячей и холодной воды, во вторых – обеспечивается циркуляционным насосом. Применяются однотрубные и двухтрубные схемы монтажа.

При естественной циркуляции уклон принимают в пределах 5-10 мм на погонный метр трубы. Наклон в отопительной системе устраивают в направлении движения воды, т.е. напорную магистраль наклоняют от котла к радиаторам, а обратку – от радиаторов к котлу. Водогрейный прибор надо располагать ниже радиаторов, что может привести к необходимости размещения котла в приямке. В частном доме это проблем не создаёт. Если же к аналогичному результату приводит уклон при монтаже отопления в квартире, необходимо увеличить высоту расположения радиаторов и уменьшить уклоны труб. Приходится решать, какой минимальный уклон в отоплении с естественной циркуляцией может быть принят без ущерба для работоспособности. Практика подсказывает величину в 5 мм на погонный метр. Подробнее ознакомиться с нормативными требованиями можно в СНиП 2.04.05.-91*.

Для создания движения воды в сложных системах применяют насосы. Если помпа обеспечивает скорость потока более 0,25 м в сек, уклоны труб могут отсутствовать. Важно, чтобы воздушные пробки перемещались быстрее жидкости и собирались вблизи воздушных клапанов, располагаемых в верхних точках системы. В процессе эксплуатации возможны ремонты, требующие слива теплоносителя. Поэтому уклоны труб желательно выполнить так, чтобы обеспечить полный слив теплоносителя.

Какой минимальный уклон принимают для водяных систем отопления, зависит от конкретных обстоятельств. Он не должен быть менее 3 мм на 1 м. Угол наклона магистрали однотрубного отопления выбирают исходя из тех же соображений.

Как правильно составить схему отопления?

Котёл отопления на чердаке
Составляя схему разводки отопительной системы, которая имеет естественную циркуляцию, нужно учесть особенности проектирования и правильно выбрать, и купить комплектующие элементы

1. Магистральные трубы. Оптимальный диаметр для магистральных труб – 32 – 40мм. Это позволит компенсировать трение теплоносителя об их внутреннюю поверхность. Материал, который более всего отвечает этому требованию – полимеры. Трубы из полимеров идеально гладкие, что обеспечивает минимальное трение.
2. Составляя схему разводки нужно максимально избегать поворотных элементов, увеличивающих гидравлическое сопротивление в отопительной системе.
3. Длина разгонного стояка должна превышать высоту последнего потолка в строении, а бачок вообще устанавливается на чердаке.
4. Необходимо подбирать «правильную» запорную арматуру, которая не будет влиять на работу всей системы отопления с естественной циркуляцией.

ВАЖНО! Что исключить изменение потока теплоносителя, обязательно нужно установить на «обратку» клапан. Особенно это важно при запуске системы с небольшой разницей температуры воды.

Почему так важен уклон?

Система теплообеспечения с принудительной циркуляцией и естественной мало отличаются друг от друга. Разводка, применяемые материалы, радиаторы отопления, все это может быть идентичным, но вот наличие уклона – обязательно!

Уклон – расположение подающего трубопровода в наклонном состоянии от разгонного стояка к радиаторам отопления. Соотношение нижней и верхней точки стояка должно быть 1 к 10, что обозначает отклонение каждого метра трубы должно составлять 1 см. Это по отношению к подающей трубе. Для «обратки» применяется уклон в противоположную сторону. То есть, от отопительных радиаторов выполняется уклон к нагревательному прибору (котлу). Это дает возможность создавать гравитационное воздействие на воду, проходящую по обратной магистрали.

Преимущества отопительной системы на основе естественной циркуляции

Минимальный набор оборудования для данной системы
Чаще всего, владельцы жилья выбирают отопительные системы с естественной циркуляцией по следующим причинам:

1. Легкость монтажа, эксплуатации и обслуживания системы.
2. Не требуется устанавливать дополнительное оборудование, что экономит финансы домовладельца.
3. Экономия электроэнергии. Даже если нет электропитания для котла, система будет продолжать функционировать. Такая энергонезависимость позволяет сохранить тепло в доме при морозах и отсутствии электричества.
4. Ремонтопригодность. В случаях протечки или выхода из строя батареи домовладелец может легко устранить неполадки не вызывая специалистов.
5. При снижении температурных показателей система саморегулируется: поток теплоносителя увеличивается.
6. Возможность самостоятельной установки системы.

Характеристики труб отопления

Трубы, применяемые в системах отопления, разделяют на металлические и пластмассовые. К первым относятся:

• стальные;
• из нержавеющей стали;
• из нержавеющей стали гофрированные;
• медные.

Перечисленные материалы долговечны и обладают высокими эксплуатационными свойствами, но дороги и сложны в монтаже. Их использование оправдано в паровых системах отопления.

Пластмассовые трубы бывают:

• металлопластиковыми;
• полипропиленовыми;
• из сшитого полиэтилена.

К их общим достоинствам можно отнести простоту монтажа, небольшой вес, приемлемую цену.

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Для частных загородных домов и дач, часто устанавливается система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Данное решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. Схему выполняют четырьмя различными способами.

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Особенности системы из двух параллельных труб

Двухтрубная система отопления
Дома и дачи, имеющие средние размеры, а длина магистральных труб превышает 30м, применяют двухтрубную систему, которая разделяет теплоноситель – холодная и горячая «ветвь».

При устройстве двухтрубной системы следует помнить, что котел монтируется ниже, чем уровень батарей. Установка котла ниже уровня батарей будет обеспечивать достаточный напор холодной воды, чтобы создавать естественную циркуляцию в системе отопления.

При устройстве системы нужно предусмотреть наличие разгонного стояка, на котором в наивысшей точке будет прикреплен расширительный бак. И уже от него будет отходить раздаточная труба, монтируемая под наклоном.

Чтобы двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией работала с минимальной разницей температур, необходимо принять во внимание следующие факторы:

• местонахождение котла. Он должен устанавливаться в подвале или цокольном этаже, с обеспечением нормальной температуры, вентиляции и освещения
• оснастить расширительный бак контрольным патрубком для пополнения системы
• подпитка и слив – узлы, позволяющие контролировать процесс

Материал для двухтрубной системы выбирается в зависимости от предпочтений или финансовых возможностей.

ВАЖНО! При устройстве двухтрубной системы желательно предусмотреть наличие запорной арматуры, чтобы можно было отключать отдельный радиатор от всей системы.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:

Простой монтаж и обслуживание.

Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.

• Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.



Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.

Рекомендации по установке и монтажу

После монтажа нужно проверить места стыков опрессовкой на предмет течи
Начиная монтаж, следует в соответствии с имеющимся проектом системы отопления определить места расположения котла, радиаторов, насосов, расширительного бака и т.п. Далее при помощи уровня на стены наносят метки, указывающие, какой уклон должен быть у системы отопления на всех её участках. При монтаже трубопроводов отопления с принудительной циркуляцией можно не выполнять уклоны.

Испытания системы после монтажа

После окончания монтажа визуально проверяют качество выполненных работ. Главная задача испытания состоит в выявлении мест течи. Применяют, как правило, гидростатический метод. Систему заполняют водой и подают давление на 25-50% превышающее рабочее. Выдерживают 1 час. Общая длина испытуемого участка не должна превышать 100 м. Другой способ – испытание сжатым воздухом. До заполнения отопления теплоносителем в систему подают сжатый воздух с давлением на 1-1,5 атм превышающим рабочее, в течение 30 минут контролируют падение давления. Если падения нет – система герметична. В противном случае ищут место протечки. Определяют течь обмыливанием.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.

Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход. Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм. После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

• Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

H = λ(Lк/Dт)(V2/2g),

где H – условная высота равная сопротивлению контура, λ – коэффициент шероховатости, Lк – длина контура, Dт – внутренний диаметр канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность. Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора. Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

Минимальный угол уклонов.

Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.

Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.

Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.