Гравитационная система отопления. Все, что нужно о ней знать

Принцип работы гравитационной системы отопления частного дома

Гравитационная система отопления частного дома основана на двух физических принципах. Первый заключается в том, что вещества при разных температурах имеют разную плотность. Второй заключается в том, что давление в системе создается из-за разницы уровней нахождения жидкости, и чем больше разница между верхней и нижней точки, тем выше давление в системе.

Первый принцип гравитационной системы отопления выражается в том, что при нагревании жидкого теплоносителя, и это не обязательно должна быть вода, он меняет свою плотность. Вода в обычном состоянии при температуре 20 градусов имеет плотность большую, чем нагретая до 45 градусов, при нагреве до 80 градусов разница будет такова, что потребуется дополнительный объем для воды. В таком случае теплоноситель одной и той же массы будет занимать разный объем, из-за чего он начинает расширяться и вытесняться за пределы теплообменника. В замкнутом пространстве после начала движения нагретого теплоносителя его место занимает охлажденный теплоноситель. Так под действием нагрева возникает поток, и гравитационная система отопления начинает работать.

Второй принцип работы этой схемы начинает работать с того момента, как только теплоноситель начинает движение. По мере нагрева, у воды или антифриза скорость движения увеличивается, поскольку температура растет быстро и расширение объема заставляет вытеснять жидкость за пределы водяной рубашки котла с большей скоростью. Покидая объем котла, жидкость вырывается по вертикальной трубе к расширительному баку. Достигнув уровня ответвления, жидкость заполняет объем трубы и по петле напора устремляется к трубопроводам ведущим к радиаторам отопления, создавая необходимое давление. Учитывая разницу высот между точкой попадания жидкости в петлю напора и нижней точкой слива создавшееся давление дополнительно воздействует на холодный теплоноситель.

Постепенно прогреваясь, система уменьшает разницу температур между холодным и горячим теплоносителем, и таким образом, скорость движения жидкости в системе увеличивается до максимальной и даже может достигнуть 1 метра в секунду.

Для чего нужна напорная петля в гравитационной системе отопления

Чтобы было понятно, можно привести простой пример с мячом. Возьмём резиновый мячик, утопим его рукой в ванне с водой на небольшую глубину, отпустим его. Мячик вылетит из воды, всплывёт, замеряем расстояние на сколько он вылетит. Проделаем опыт повторно, только мячик утопим как можно глубже и так же отпустим, опять замеряем, на сколько он выпрыгнет. Во втором случае мяч выпрыгнет выше. То же самое происходит и теплоносителем, когда речь идёт о системе отопления с гравитационной или естественной циркуляцией. Горячая вода легче, чем холодная, а значит, будет идти вверх. Котёл нагревает воду, и чем выше она поднимется по стояку от котла, да если ещё он прямой и диаметр его не занижен в сравнении с выходом из котла, тем больше вода сможет разогнаться внутри стояка, а стало быть создаст давление.

Горячая вода устремиться вверх и будет за собой из обратки тянуть холодную воду в котёл, где она опять же нагреется. Таким образом, в системе отопления будет реализована естественная циркуляция.

Чем быстрее и лучше будет идти циркуляция, тем меньше в системе будет разница температур подачи и обратки. Скорость воды при хорошо работающей системе может достигать 1м/с. От опуска варится розлив будущей системы отопления.

Какие трубы можно использовать?

Для монтажа системы можно использовать не только стальные трубы. Можно и полипропиленовые, медные, нержавейку и др. Главное, при использовании полимерных труб смотреть на температуру, на которую допустимо использовать данную трубу. К розливу системы потом варятся стояки, которые и служат для подключения радиаторов.

Причём, розлив в гравитационной системе может быть по этажам и нижним, так всеми любимым. Но для этого должно выполняться условие: верх котла должен быть по горизонту ниже, чем низ радиаторов. То есть котёл должен стоять в подвале или, как уже говорилось, быть заглублён. Но ничто не мешает сделать смешанную разводку, первый этаж, с верхним розливом, а второй и более верхний с нижним. Причём, нижний розлив второго или иного верхнего этажа может быть как однотрубным, так и двухтрубным.

Выбор труб

Необходимый размер профиля для трубопровода называют по завершении проектирования системы – это задача мастера. Владелец дома, в свою очередь, может выбрать трубы для монтажа. Вариант всегда может порекомендовать специалист по проектированию, но нужно понимать, какие параметры имеет тот или иной материал, как он повлияет на работу отопления. Для гравитационного обогрева используют следующие варианты:

профиль из нержавеющей стали;
полипропилен;
медь.

Полипропиленовая труба считается лучшим выбором. Материал мало весит, прост в монтаже и не поддается коррозии. Последнее свойство особенно важно, поскольку материал будет в постоянном контакте с жидкостью. Полипропилен имеет отличную шумоизоляцию. Обычно течение воды не сопровождается громкими звуками, но благодаря свойствам материала работа системы будет проходить абсолютно беззвучно.

Основной момент при монтаже полипропиленового трубопровода – максимальная температура, которую выдерживает выбранная труба. Сопротивляться температурной деформации полипропиленовому трубопроводу помогает армирующее покрытие. Это защитный слой, нейтрализующий воздействие горячей воды на материал.

Часть трубопровода, по которой вода возвращается в котел рекомендовано монтировать из стали. Этот металл ускоряет охлаждение жидкости и снижает гидравлическое сопротивление во время работы отопительной системы.

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.
При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

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.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Самотечное отопление плюсы гравитационной системы отопления

Прежде чем рассматривать положительные качества самотечных систем отопления с естественной циркуляцией воды стоит отдельно рассмотреть все минусы системы. Для многих первый и главный недостаток гравитационной системы отопления является ее архаичность. Действительно, это одна из самых древних систем отопления использующих жидкий теплоноситель. Именно с этой системы были в дальнейшем выработаны одно и двухтрубные схемы разводки, именно эта система использовалась для массовой установки, когда промышленность освоила отопительные твердотопливные а немного позже и газовые котлы отопления. Но с другой стороны гравитационная система отопления является и одной из самых надежных – срок ее эксплуатации составляет в среднем 45-50 лет. То есть ровно столько, сколько времени необходимо, чтобы под действием теплоносителя металлические трубы потеряли свою герметичность.
Второй момент заключается в невысоком коэффициенте полезного действия гравитационной системы отопления. Действительно, сама схема, основанная на естественной циркуляции воды, подразумевает инертность процесса прогрева помещения, пока отопительный котел наберет необходимую мощность, а разница температур между нагретым и охлажденным теплоносителем достигнет минимума, пройдет довольно много времени. Но с другой стороны, даже после того как котел перестанет поддерживать горение процесс циркуляции продолжается, при этом, большой объем воды в системе будет остывать намного дольше чем в системе с принудительной циркуляцией.

Еще одни минус может записать в свой актив гравитационная система отопления из-за своей громоздкости. На практике, при одинаковой площади отапливаемого помещения система с принудительной циркуляцией по сравнению с самотечной, будет занимать гораздо меньше места. В гравитационной системе отопления кроме батарей будут размещаться и трубы верхней разводки, без которых создание необходимого давления жидкости невозможно.

Ну и конечно, вопрос контроля температуры в отдельных радиаторах, и возможность ее регулировки. Гравитационная система отопления в классическом виде с однотрубной схемой постройки не может обеспечить такую функцию из-за невозможности перекрытия отдельного радиатора.

Но с другой стороны, это идеальная система для установки в домах, где нет электричества или постоянно возникают проблемы с его подачей. Гравитационная система отопления способна работать и без электричества, поскольку основной силой движения теплоносителя по системе выступает не циркуляционный насос, а тепловое расширение объема теплоносителя.

Большой объем теплоносителя в системе позволяет обеспечить плавный прогрев помещения. С другой стороны, такой объем нагретого теплоносителя и остывает гораздо медленнее, чем объем системы с принудительной циркуляцией. Особенно ярко это проявляется при отключении электричества или затухании топлива в топке. Система с принудительной циркуляцией остывает в 3-4 раза быстрее, чем такая архаическая гравитационная система отопления.

Это свойство часто используется при временном пребывании в доме – просто вместо обычной воды в систему вливается антифриз, и даже после полного остывания ни трубам, ни радиаторам угроза разрыва из-за замерзания воды не грозит.

Ну и конечно, просто необходимо отметить, что такая система просто безотказна в работе. При правильной ее эксплуатации она может прослужить около 50 лет, при этом у нее всего два фактора риска. Первый – это угроза перегрева котла, но и здесь это в основном зависит от человеческого фактора, а не от системы. Второй – это замерзание теплоносителя, но и в этом случае, применение антифриза сводит риск этой аварии практически к нулю.

Монтажная схема

На рисунке представлена упрощенная схема монтажа самотечной системы отопления частного дома.
Основными элементами являются:

котел отопления;
приборы нагревания (радиаторы);
трубы;
компенсационный (расширительный) бак.

В реальности она должна выглядеть примерно так. Котел устанавливается в самой нижней точке дома на заранее спроектированном месте. От него выводится стояк на самую верхнюю точку. Лучше, если она будет на чердаке. Разгонный стояк должен соединяться с компенсационным или расширительным баком.

Если бак открытого исполнения, то на нем устанавливают переливную трубу, которая выводится как можно ближе к канализационной системе. Когда бак делают закрытым, то его можно располагать в котельной на обратке (В таком исполнении ставится предохранительный клапан сброса). На бак открытого исполнения необходимо устанавливать автовоздушник и от него сделать отпуск. К отпуску приваривается розлив системы.

Все, остов, костяк системы, готов. Осталось подсоединить трубы, радиаторы отопления и готово. Греемся, но, как говорится, «гладко было на бумаге…».

Упрощенный вариант системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Ставится котёл, место для него определяется заранее. От котла выводится подающий стояк, причём по заранее определённому месту вверх, на сколько это возможно в здании. Как правило, на чердак или в какую-нибудь кладовку верхнего этажа загородного дома.

К стояку наверху устанавливается расширительный бак с переливной трубой, выведенной в подсобное помещение, где есть канализация. Если же расширительный бак предполагается закрытый, то тогда он устанавливается на обратке в котельной или ином помещении, в самой верхней точке устанавливается автовоздушник. Группа безопасности также устанавливается в котельной на 1 этаже. Котёл необходимо установить как можно ниже, в приямке или подвале. Газовый котел в подвале ставить запрещается. С верхней точки, там, где устанавливался открытый расширительный бак или автовоздушник, делается опуск. Получается напорная петля. Далее поговорим для чего нужна напорная петля.

Монтаж

Для увеличения нажмите
При остановке выбора на гравитационной системе отопления в первую очередь необходимо ее спроектировать. Пожалуй, это единственный момент, когда своими руками ничего невозможно сделать.

Эту часть работы необходимо поручить специалистам-теплотехникам. А чтобы система имела эстетический вид, к проектированию желательно привлечь еще и дизайнера. Когда их работа будет выполнена, расчеты произведены, схемы нарисованы, можно приступать непосредственно к монтажу.

Для начала нужно выбрать трубы для отопления. Диаметры и длина уже известны из проекта, осталось выбрать материал. Предпочтение лучше отдать трубам из полипропилена . Положительных сторон у них очень много. Это и малый вес, простота соединения, высокая антикоррозийная устойчивость, высокая шумоизоляция, устойчивость к размораживанию.

Все перечисленные параметры идеально подходят для ГСО. Остальные приборы отопления приобретаются, исходя из возможностей и предпочтения, по показателям, не выходя за рамки проекта.
При монтаже системы предпочтение отдается двухтрубным системам отопления. Это значит, что при монтаже необходимо делать два трубопровода – подающий и обратный.
В этом случае подающая магистраль (с горячей водой) размещается под потолком, а обратная на полу или в подвале.

Если необходимо сделать теплый пол, то придется делать коллекторную врезку. В этом случае каждый контур системы можно запитать через свой регулятор температуры, что создаст дополнительные удобства, но и несколько усложнит систему в целом. Подающий коллектор устраивается в самой верхней точке, желательно на чердаке. При этом нужно не забыть о его утеплении, кстати, как и всего чердака.

Теперь можно приступать к монтажу системы. Начинать нужно с котла подогрева воды. Выдерживая вертикальность как можно точнее, от него выводится на верх труба, которая соединяется с компенсационным баком. Сразу же ее нужно хорошо теплоизолировать. В нижней трети бака врезается труба горячего контура. Ее соединяют с разводкой.

В самом верху бака необходимо врезать переливную трубу, сообщающуюся с канализацией. По ней будут уходить излишки воды в системе.

Далее необходимо проложить трубопровод к приборам обогрева (радиаторам). После выполнения этих работ можно заняться прокладкой обратки – магистрали, по которой уже холодная вода будет возвращаться в котел. Когда все соединения будут завершены, в систему можно заливать воду. При отсутствии подтекания воды из мест соединения, система запускается в работу.

Такая система отопления без труда справляется с обогревом небольшого двухэтажного коттеджа со всеми бытовыми помещениями. Таким образом, из всех типов системы предпочтение желательно отдать двухтрубной.

Суть работы системы

Как возникает циркуляционный напор
Поточное движение по трубам теплоносущей жидкости обусловлено тем, что при понижении и повышении её температуры она изменяет свою плотность и массу.

Изменение температуры теплоносителя происходит за счёт нагрева котла.

В трубах отопления находится более холодная жидкость, отдавшая радиаторам свое тепло, поэтому её плотность и масса больше. Под воздействием гравитационных сил в радиаторе холодный теплоноситель замещается горячим.

Иными словами, достигнув верхней точки, горячая вода (это может быть и антифриз) начинает равномерно распределяться по радиаторам, вытесняя из них холодную воду. Остывшая жидкость начинает опускаться в нижнюю часть батареи, после чего и вовсе уходит по трубам в котел (её вытесняет поступившая из котла горячая вода).

Как только горячий теплоноситель попадает в радиатор, начинает происходить процесс отдачи тепла. Стенки радиатора постепенно нагреваются, а затем передают тепло в само помещение.

Теплоноситель будет циркулировать в системе до тех пор, пока будет работать котел.

Дополнения для повышения эффективности системы

Отопительная установка может работать лучше, если в проект будут внесены усовершенствования. Данные меры оптимизируют систему, увеличивают КПД и сглаживают недостатки, которые могут сказаться на качестве функционирования. Можно предложить следующие дополнения:

Монтаж обратного капкана, который блокирует случайное движение жидкости не в том направлении.
Монтирование циркуляционного насоса. Установка этого дополнения снижает инерционность гравитационной системы. В случае превышения времени, отведенного на нагрев, данное улучшение увеличивает скорость протекания воды. В результате жидкость нагревается до необходимого уровня.
Уклон магистрали. Позволяет получить оптимальный уровень давления в ходе работы системы.

Гравитационное отопление в базовой комплектации будет работать и без дополнительных мер, но монтаж вспомогательных элементов значительно повысит эффективность и снизит вероятность поломок. Для внесения изменений, их заранее обговаривают с теплотехником, ответственным за проект.

Принцип циркуляции теплоносителя в системе

Если говорить о многоквартирных домах, то в таких постройках циркуляция воды в системе отопления обусловлена перепадом давления, образующимся между трубопроводами подвода и отвода. Абсолютно логично, что если давление в одной трубе превышает давление в другой, то это неизбежно заставит воду, находящуюся в контуре, двигаться (прочитайте: «Потери и перепад давления в системе отопления — решаем проблему»).
Однако с частными домами дело обстоит иначе. В этих сооружения отопительные системы очень часто функционируют в автономном режиме, а основным источником энергии в таких системах обычно является электричество, иногда – твердые виды топлива. Этот вариант предусматривает движение воды, которое осуществляется за счет работы отопительного насоса циркуляции, оборудованного электрическим мотором с небольшой мощностью в 100 Вт.

Но применение такого современного оборудования можно позволить себе далеко не всегда, кроме того, подобные механизмы появились на строительном рынке сравнительно недавно.

Ранее основным видом теплоснабжения выступала гравитационная система отопления схема которой подробно отображает весь процесс циркуляции теплоносителя. В этом случае движение воды происходило естественным образом. В данном случае речь идет о таком физическом явлении, как конвекции, когда плотность нагреваемого материала снижается, а его место занимают другие, более тяжелые по весу субстанции. Если жжет весь этот процесс проходит в ограниченном пространстве, то нагретый материал поднимается до верхней точки.

Для того чтобы использовать подобный механизм работы эффективно, требуется оборудовать специальный контур, имеющий соответствующую форму, и благодаря принципу конвекции теплоноситель будет двигаться по кругу непрерывно.
Если говорить более простым языком, схема гравитационной системы отопления представляет собой два сосуда сообщающегося типа, которые соединены между собой в кольцо посредством трубок, или контура отопления. Первым из таких сосудов является котел, а торой представляет собой используемый отопительный прибор.

Важно помнить, что высота котла отопления, который оборудован разгонным коллектором для радиаторов отопления, прямо пропорциональна скорости движущегося внутри контура теплоносителя.

Нагретая котлом вода поступает вверх, а на ее место приходит более холодная вода, поступившая из батареи, где она постепенно нагревается. Затем заново прогретый теплоноситель снова движется к радиатору, а на его место поступает уже охлажденный. Именно в этом и состоит суть естественной циркуляции, так как эти циклы являются бесконечными и не требует какого-либо человеческого вмешательства.

Для того чтобы подобная закрытая гравитационная система отопления имела большую скорость циркуляции теплоносителя, стоит принять во внимание следующие моменты:

котел нагрева требуется разместить по возможности ниже относительно приборов отопления, а при наличии подвального помещения будет лучше установить его именно там;
высота расположения разгонного коллектора может быть разной, этот механизм может располагаться как прямо под потолком, так и еще выше, например, в чердачном помещении. В том же месте должен устанавливаться и отопительный бак расширения (прочитайте также: «Коллекторная система отопления частного дома — схема разводки»);
улучшить циркуляцию воды позволит также устройство определенного уклона от бака к котлу, так как оптимальная схема гравитационной системы отопления предусматривает движение остывшей воды именно по такому принципу.

Не стоит также забывать и о том, что на то, какой будет скорость циркуляции теплоносителя в системе, влияют два параметра: это перепад внутри контура, а также показатель гидравлического сопротивления (про

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.

Принцип действия ГСО

Гравитационная система отопления — это не что иное, как система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Другими словами, вода, обогревающая жилище, по трубам движется самотеком.
Она простая в монтаже, к тому же не требует установки дорогостоящего оборудования.

Вода, нагретая в котле, поступает по стояку к отопительным приборам, отдает им тепло, и уже остывшая возвращается снова в котел. Поскольку плотность и масса остывшей воды больше, то она вытесняет горячую воду из котла в систему. Процесс движения теплоносителя в трубах повторяется. Так будет происходить до тех пор, пока работает нагреватель – котел.

Циркуляция воды в системе происходит самостоятельно, без участия насоса. Единственным недостатком этой системы является низкое циркуляционное давление, но с таким недостатком можно успешно бороться. Об этом более подробно расскажем в данной статье.

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.

Особенности проектирования и монтажа

В основные узлы гравитационной системы входят:

отопительный котел, в котором нагревается вода или антифриз;
трубопровод (двойной или одинарный);
батареи отопления;
расширительный бак.

При проектировании, а также непосредственно при монтаже системы очень важно соблюсти одно обязательное условие: труба, по которой будет двигаться теплоноситель, должна быть под уклоном в сторону котла отопления. Уклон должен быть не менее 0,005 м. на один метр погонный трубы.

В общем, если котел и радиатор расположены на одном этаже, то вход в радиатор трубы должен быть немного выше.

Схема гравитационной системы с уклоном труб

Наличие этого уклона объясняется следующими факторами:

по наклонной трубе холодный теплоноситель быстрее будет поступать в котел;
наличие уклона также необходимо для того, чтобы появившиеся в процессе нагрева теплоносителя пузырьки воздуха эффективнее поднимались в расширительный бак, из которого они испаряются в атмосферу.

Расширительный бак создает дополнительное давление, которое благотворно сказывается на скорости передвижения воды по трубам.

Скорость движения рабочей жидкости напрямую зависит от разницы таких величин, как масса, плотность и объем теплоносителя в холодном и горячем состоянии. На скорость перемещения потока также влияет и уровень расположения радиаторов относительно котла.

Гравитационное давление в системе отопления в некоторой степени расходуется на то, чтобы преодолеть сопротивление трубопровода. В качестве дополнительных препятствий выступают повороты и разветвления в системе, дополнительные радиаторы.

Поэтому для максимального обогрева помещения при проектировании гравитационной системы нужно следить за тем, чтобы подобных препятствий было как можно меньше.

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.

Какой диаметр трубы для гравитационного отопления

Гравитационное отопление из полипропиленовой трубы

Многим людям может показаться, что поскольку у полипропилена маленькая теплопроводность в 200 раз меньше чем у стали, то и отдавать тепло такая труба будет очень мало. Однако это не так. Разница теплоотдачи у полипропилена меньше на 15 — 30 %, чем у стальной трубы. Зависит от диаметра. Чем больше диаметр, тем больше разница.

Ниже приведены таблицы, где указана теплоотдача от трубопровода. Подходит для понимания, сколько выделяется тепловой энергии в отапливаемом помещении.

Теплоотдача от стальной трубы

Теплоотдача от полипропиленовой трубы

Разница теплоотдачи у полипропилена меньше на 15 — 30 %, чем у стальной трубы. Давайте разбираться, почему разница такая маленькая.

Чтобы это понять разберем немного теорию передачи тепла.

Теплоотдача трубы в атмосферу происходит только от поверхности трубы, а не с глубины трубы или еще откуда-нибудь. От поверхности трубы тепло уходит двумя способами: Радиоактивным излучением и конвективным теплообменом.

Радиоактивное излучение

— это не только страшные волны, которые убивают человека. Радиоактивные волны могут быть безопасные в некотором спектре диапазона волн. Например, те, которые передают тепло прямыми лучами.

Конвективный теплообмен

— это прямой контакт воздуха с поверхностью трубы. Воздух, нагреваясь от трубы, расширяется, становиться легче, и поднимается вверх, освобождая пространство для другой порции воздуха. Воздух постоянно омывает поверхность трубы, тем самым отбирает тепло у поверхности трубы.

Мощность передачи тепла от поверхности трубы имеет свой предел. То есть передача тепла в атмосферу происходит с некоторой долей сопротивления. Воздух, который окутывает поверхность, служит еще и тепловым сопротивлением. Тепловая энергия через тепловое излучение тоже уходит плохо.

Поэтому при передаче тепла в атмосферу учитывается не только теплопроводность материала трубы, но и тепловое излучение и конвекция.

Сопротивление теплопередачи стенок трубы не так велико по сравнению с тепловым и конвективным сопротивлением. Поэтому теплопроводность полипропилена не на столько маленькая, чтобы сильно повлиять на теплоотдачу.

И у стальной трубы бесполезно увеличивать теплопроводность, чтобы улучшить теплоотдачу. То есть если вы поставите трубопровод с теплопроводностью выше стали в два раза, то это не увеличит теплоотдачу поверхности в два раза.

Сколь угодно много бы мы не увеличивали теплопроводность стенки трубы, хоть до бесконечности увеличение теплоотдачи будет ничтожно маленьким значением.

Сама поверхность может влиять на сопротивление тепловым излучением. Например, черная поверхность лучше передает тепловое излучение, чем белая поверхность. Краски на радиаторах, имеют повышенные свойства теплового излучения.

То, что даже полипропиленовая труба дает теплоотдачу от трубы, это плюс в пользу полипропиленовой трубы. Полипропиленовая труба может быть использована в качестве регистрового отопления. То есть полипропиленовая труба может быть источником теплопередачи.

Если трубопровод может отдавать тепло, то это увеличивает гравитационный напор. Или еще есть такое понятие, как разгонная петля / коллектор или труба в ГСО. Полипропиленовая труба может быть использована, как разгонная петля.

Почему же полипропиленовая труба мало используется для гравитационной системы отопления?

Конечно, ее можно использовать, но очень осторожно. Я попробую рассказать все нюансы про полипропиленовый трубопровод.

У сантехников, в том числе и у меня есть мысли о том, что полипропиленовая труба не любит высоких температур. Кот-то говорит, что нельзя превышать 75 градусов, кто-то говорит 80 градусов. Производители труб заявляют, что полипропиленовая труба будет работать нормально до 90 градусов. Но, во всяком случае, есть один неоспоримый аргумент это то, что чем выше температура, тем меньше срок службы этой трубы. Она быстрее потрескается или лопнет, и будут протечки. Сложно дать прогноз на срок службы трубы.

Очень часто гравитационную систему отопления используют с (ТТК) ТвердоТопливным Котлом. А ТТК может выдавать высокие температуры выше 90 градусов. Поэтому для гравитационной системы отопления можно использовать полипропиленовый трубопровод, но очень осторожно. Как можно обезопасить полипропилен от высоких температур, это купить ТТК меньшей мощности в два раза меньше, чем максимальные теплопотери дома. Лучше купить два ТТК на 50% максимальных теплопотерь дома. Ну, а если используете ТА, то там нужен особый расчет в таком случае мощность ТА может быть в два раза больше чем максимальные тепловые потери дома.

Полипропиленовые трубы имеют свойство удлиняться, но с этим можно бороться использовать запасы на удлинение трубы. Трубы реально растут, и это потом выглядит ужасно! При удлинении труб могут появляться волны – изгибы. Чтобы было меньше волн придется часто ставить кранштейны и пробовать делать скользящие кранштейны. То есть труба при удлинении должна двигаться по кронштейнам.

Еще пишут в интернете, что полипропиленовые трубы фонят, выделяют вредные вещества в воздух, которым мы дышим. Пишут, что максимальная температура им до 75 градусов, чтобы они прослужили лет 30. При повышении температуры вредные вещества еще больше выделяются. Также для ГСО требуются большие диаметры, а это значит, что вредные выделения будут еще больше.

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.

Плюсы и минусы

Хотя естественная система отопления пользуется большой популярностью, она не лишена определенных недостатков.

В первую очередь – это ограниченная длина трубопровода.

Длинный трубопровод не способен распределить равномерно давление жидкости внутри всей системы, поэтому максимально допустимая длина по горизонтали составляет 30 метров. Превышать этот показатель не имеет смысла, так как чем больше расстояние между котлом и трубой, тем меньше в ней давление.

Также среди недостатков системы с ЕЦ выделяют высокую стоимость установки.

По подсчетам специалистов, расходы на монтаж гравитационной системы отопления составляют порядка 7% от стоимости строительства самого дома. Это связано с приобретением труб большого диаметра, которые необходимы для создания нужного давления для большого объема теплоносителя.

Еще одно отрицательное качество: медленное прогревание радиаторов отопления.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Описание системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

Но и преимуществ у такой системы тоже не мало.

Система с естественной циркуляцией является самым надежным видом автономного отопления в плане количественного саморегулирования.

Гравитационная система отопления двухэтажного дома

При изменении температуры рабочей жидкости изменяется и её расход.

Чем больше в системе теплоносителя, тем выше теплоотдача радиаторов. Этот показатель взаимодействует и с теплопотерями помещения, в котором они установлены. Чем больше теплопотери помещения, тем выше теплоотдача.

Это и называется саморегуляцией.

Другие плюсы гравитационной системы:

простотой монтаж и эксплуатация;
отсутствие циркуляционного насоса, а значит – полная энергонезависимость;
продолжительный срок службы – около 40 лет;
высокая надежность.

Преимущества и недостатки ГСО

Гравитационная система отопления становится все более востребованной при отоплении небольших одно-двухэтажных загородных домов.
Широкое распространение она получила, благодаря ряду преимуществ, присущих только ей.

В первую очередь к ним относятся:

высокая экономичность;
надежность работы;
простота обслуживания и ремонта.

Экономия от такой системы отопления бросается в глаза еще на подготовительном этапе. В системе нет подкачивающих насосов. Экономия на покупке насосов и электроэнергии, которую они расходуют, налицо. Сама система очень простая по устройству, значит дорогостоящие ремонты обойдут ее стороной. Эти два аспекта уже дадут значительную экономию.

Движение охлажденного теплоносителя

Одним из заблуждений является то, что в системе с естественной циркуляцией охлажденный теплоноситель вверх двигаться не может.

С эти я тоже не согласен. Для циркуляционной системы понятие верх и низ весьма условное. На практике, если обратный трубопровод на каком-то участке поднимается, то где-то он на эту же высоту опускается. При этом гравитационные силы уравновешиваются.

Трудность только в преодолении местных сопротивлений на поворотах и линейных участках трубопровода. Все это, а также возможное остывание теплоносителя на участках подъема должно учитываться в расчетах. Если система грамотно рассчитана, то схема, представленная на рисунке ниже, имеет право на существование. К слову сказать, в начале прошлого века такие схемы достаточно широко применялись, несмотря на свою слабую гидравлическую устойчивость.

Расположение радиаторов

Говорят, что при естественной циркуляции теплоносителя, радиаторы, в обязательном порядке, должны располагаться выше котла.

Данное утверждение справедливо только тогда, когда отопительные приборы расположены в один ярус. Если количество ярусов два и более, радиаторы нижнего яруса можно располагать и ниже котла, что, обязательно должно быть проверено гидравлическим расчетом.

В частности, для примера, показанного на рисунке ниже, при H = 7 м, h1 = 3 м, h2 = 8 м, действующее циркуляционное давление составит:

g · = 9,9 · [ 7· (977 – 965) – 3 · (973 – 965) – 6 · (977 – 973)] = 352,8 Па.

Здесь:

ρ1 = 965 кг/м3 – плотность воды при 90 °С;

ρ2 = 977 кг/м3 – плотность воды при 70 °С;

ρ3 = 973 кг/м3 – плотность воды при 80 °С.

Получившееся циркуляционного давления достаточно для работоспособности приведенной системы.

Гравитационное отопление — замена воды на антифриз

Где-то прочитал, что гравитационное отопление, рассчитанное на воду, можно безболезненно перевести на антифриз. Хочу вас предостеречь от таких действий, так как без надлежащего расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что растворы на гликолевой основе обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих жидкостей ниже, чем у воды, что потребует, при прочих равных условиях, повышения скорости циркуляции теплоносителя. Эти обстоятельства существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.

Использование открытого расширительного бака

Практика показывает, что в открытый расширительный бак необходимо постоянно доливать теплоноситель, так как он испаряется.

Согласен что, это действительно большое неудобство, но его можно легко устранить. Для этого можно использовать воздушную трубку и гидравлический затвор, устанавливаемый, ближе к нижней точке системы, рядом с котлом. Данная трубка служит воздушным демпфером между гидравлическим затвором и уровнем теплоносителя в баке. Поэтому, чем больше ее диаметр, тем меньше будет уровень колебаний уровня в бачке гидрозатвора. Особо продвинутые умельцы умудряются закачивать в воздушную трубку азот или инертные газы, тем самым предохраняя систему от проникновения воздуха.

Использование циркуляционного насоса в гравитационном отоплении

В разговоре с одним монтажником я услышал, что насос, установленный на байпасе главного стояка, не может создать эффект циркуляции, так как установка запорной арматуры на главном стояке между котлом и расширительным баком запрещена.

Поэтому можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, так как каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. При этом установка обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Чтобы выйти из этого положения, мастера пытаются переделать обратный клапан в нормально открытый.

Такие «модернизированные» клапаны создадут в системе звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя. Могу предложить другое решение. На главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.

В этой статье я рассмотрел далеко не все заблуждения, существующие у специалистов, монтирующих гравитационное отопление. Если статья вам понравилась, готов продолжить ее ответами на ваши вопросы.

Гравитационная система отопления. Все, что нужно о ней знать.