Гравитационная система отопления двухэтажного дома
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Гравитационная система отопления двухэтажного дома

Гравитационная система отопления: конструкция и советы по обустройству

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

Особенности гравитационной системы отопления

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

Конструктивно она должна состоять из следующих элементов:

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

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

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

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

Подробное описание системы

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

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

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

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

Гравитационные схемы отопления для одноэтажного и двухэтажного дома

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

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

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

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

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

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

Расчет гравитационной системы отопления

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

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

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

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

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

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

Выбор комплектующих и материала изготовления

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

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

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

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

Рекомендации по установке

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

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

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

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

Схемы отопления для двухэтажного дома

Перед каждым домовладельцем, принявшим решение правильно сделать отопление в своем двухэтажном доме, изначально встает вопрос выбора типа системы. Есть несколько вариантов традиционных и новых схем, но чтобы остановить свой выбор на какой-то из них, надо немного понимать суть вопроса. Задача данной статьи как раз и состоит в том, чтобы рассмотреть, что собой представляет схема отопления двухэтажного дома, раскрыть плюсы и минусы каждого типа систем.

Однотрубная или двухтрубная?

Как можно понять из названия, эти системы различаются по числу магистральных трубопроводов, подающих теплоноситель в радиаторам. В однотрубной схеме все подводки от батарей присоединяются к одному общему трубопроводу, он является одновременно подающим и обратным. Ярким примером такой системы считается знаменитая «ленинградка», показанная ниже на рисунке:

При кажущейся простоте монтажа и экономии материалов однотрубная система обладает одним серьезным недостатком. Поскольку каждая батарея сбрасывает остывшую воду в общую магистраль, то к следующему радиатору теплоноситель приходит с более низкой температурой и так далее, до конца ветви. Из-за чего самый последний отопительный прибор может быть еле теплым. Что это значит?

Комнату все равно надо обогревать, а значит, придется наращивать теплоотдачу батареи, то есть, увеличивать количество секций. Получается, мы сэкономили на трубах и фитингах, но потратились на дополнительные секции. Прибавьте сюда трудности с регулированием в двухэтажных домах и невозможность естественной циркуляции.

Недостаток двухтрубной системы состоит лишь в том, что на ее сборку нужно больше материалов, так как в этом случае подающий и обратный коллектор разделены. То есть, теплоноситель приходит ко всем батареям по одной трубе, а уходит – по другой. Данная схема системы отопления частного дома обладает множеством достоинств, а потому наиболее популярна. Это повод для того чтобы остановить свой выбор именно на двухтрубной системе.

Виды двухтрубных систем

В настоящее время в частном домостроительстве используются следующие виды двухтрубных схем:

  • с естественной циркуляцией;
  • с принудительной циркуляцией;
  • коллекторная система;
  • схема с двухконтурным котлом.

Каждая из приведенных систем имеет свои особенности, преимущества и недостатки, определяющие ее сферу применения. Рассмотрим все схемы по порядку и раскроем их особенности.

Система с естественной циркуляцией

Принцип ее действия основан на конвективном движении воды. Горячий теплоноситель, выходящий из котла, имеет меньшую плотность и вес, нежели охлажденная вода, приходящая по обратной магистрали. Последняя стремится опуститься вниз и вытеснить более легкий нагретый теплоноситель. За счет этого и происходит естественная циркуляция. Для нормальной работы системы требуется выполнение нескольких условий:

  • из-за низкой скорости движения жидкости диаметры труб должны быть увеличены, чтобы обеспечить необходимый расход теплоносителя;
  • разность плотностей и масс воды с разной температурой невелика, поэтому схема отопления с естественной циркуляцией должна монтироваться с большими уклонами горизонтальных участков;
  • сеть трубопроводов находится под естественным давлением, создавать избыточное – недопустимо, иначе течение жидкости прекратится. Значит, расширительный бак может быть только открытого типа и должен устанавливаться выше всей системы;
  • чтобы выдержать все уклоны, котел часто приходится размещать в небольшом углублении.
Читать еще:  Пеллетный котел для отопления и горячего водоснабжения

Что же нам дает такая схема разводки отопления в двухэтажном доме, где соблюдение всех условий требует тщательных расчетов и приводит к большому расходу материалов и сложности монтажа? Ответ прост: гравитационная схема, функционирующая совместно с обычным твердотопливным или газовым котлом, делает водяное отопление двухэтажного дома независимым от электричества. Подчас это очень важный фактор, например, в районах с ненадежным электроснабжением. Это и есть сфера применения самотечных систем.

Система с принудительной циркуляцией

Здесь движение теплоносителя по сети трубопроводов происходит за счет работы циркуляционного насоса, создающего в ней избыточное давление. Введение в схему перекачивающего устройства позволило добиться таких преимуществ:

  • уменьшение диаметров труб. Скорость течения жидкости выросла, и теперь для обеспечения потребного расхода можно применить меньшее проходное сечение труб;
  • повышение эффективности работы. Если схема отопления с принудительной циркуляцией разработана грамотно, то вода с высокой температурой успешно достигнет как ближних, так и самых дальних радиаторов;
  • трубы можно укладывать наиболее удобным способом, что играет огромную роль в вопросах дизайна интерьера. Львиную долю магистралей можно спрятать, используя короба или конструкции пола и стен;
  • удобство и комфорт при эксплуатации. Дело в том, что принудительная циркуляция дает возможность реализовать любые проекты по автоматизации поддержания климата в доме;
  • экономичность в расходе энергоносителей. Вывод проистекает из предыдущего пункта, так как автоматика позволяет обогревать помещения по суточному графику в то время, когда там есть люди;
  • система легко поддается регулированию.

Примечание. В двухэтажные дома, где задействована старая схема с естественной циркуляцией, всегда можно поставить насос. Эта модернизация позволит реализовать если не все, то основные преимущества напорной системы.

Монтаж схемы с искусственным побуждением трудоемок, но относительно несложен, его можно спокойно выполнить своими руками. Взять хотя бы расширительный бак мембранного типа, который не надо ставить на чердаке, да еще и контролировать уровень воды, как при самотеке. Его место – в помещении топочной, около котла.

Самым существенным недостатком схемы является ее энергозависимость. Стоит только отключить двухэтажный дом от электроэнергии, и через некоторое время тепла в помещениях как не бывало. Способы устранения недостатка хотя и просты, но затратны: приобретение и использование электрического генератора или, на худой конец, блока бесперебойного питания.

Что же касается якобы высокой стоимости материалов, то мы уже обсуждали этот вопрос, говоря об однотрубной системе. Хотя следует отметить, что стоимость зависит от количества регулирующей арматуры и средств автоматизации, заложенных в проект отопления. В бюджетном исполнении сборка схемы обойдется немногим дороже однотрубной.

Вывод. Система рекомендована к применению в двухэтажных домах любого типа и конфигурации, поскольку считается оптимальным вариантом с учетом соотношения цена — качество.

Коллекторная система отопления

Это одно из новых веяний в сфере отопления частных домов, появившихся относительно недавно и произошедшее от двухтрубных напорных систем. Только в отличие от них коллекторная система отопления двухэтажного дома имеет множество ветвей, сходящихся к одному центру – распределительному коллектору. Схема напоминает множество лучей, расходящихся во все стороны, с распределителем внутри, как показано на рисунке:

Как видите, лучевая система отопления предусматривает отдельное подключение каждого радиатора к коллектору, напрямую связанному с котлом. При этом «лучи» полностью запрятаны в конструкции пола, а распределитель встраивается в стену внутри специального шкафа. На виду остаются только подводки к батареям, да еще ветка, идущая от котла.

Излишне убеждать кого-то в том, что коллекторная схема отопления в двухэтажном жилище – самая эффективная из всех. Каждый радиатор запитан отдельно, друг на друга они влияния не оказывают. Регулировку и автоматизацию можно внедрять какую угодно. Радужную картину портит лишь одно обстоятельство – дороговизна. Сей факт тоже хорошо понятен при одном взгляде на схему. Еще есть и недостаток, перешедший по наследству – зависимость от электричества.

Схема отопления с двухконтурным котлом

В действительности схема отопления двухэтажного дома с двухконтурным котлом ничем не отличается от обычной двухтрубной системы. Проблема несколько надумана и ее решение никак не зависит от сетей отопления. Суть вопроса в том, что двухконтурный котел во время подогрева воды отключается от системы и занимается исключительно ГВС. Если это занимает много времени, то здание начинает остывать и внутри становится прохладно.

Подобная ситуация – следствие неверного подбора мощности котла, монтаж отопления здесь ни при чем. Мощность теплогенератора должна определяться с учетом нагрева воды на ГВС. Если этого не сделано и котел уже установлен, то выход только один – уменьшать температуру нагрева воды и расходовать ее экономно.

Какая система отопления лучше для двухэтажного дома?

Ответ на вопрос зависит от индивидуальных условий и пожеланий. Хотите не зависеть от электричества – придется сделать самотечную систему со всеми ее недостатками. Когда есть желание и возможности соорудить эффективную и экономичную схему – то система с коллекторным присоединением к вашим услугам.

На практике разводка отопления в двухэтажных домах чаще всего бывает двухтрубной с принудительной циркуляцией. С точки зрения стоимости и эффективности это оптимальное решение, оно позволяет реализовать массу возможностей и экономично обогревать жилище, понеся затраты средних размеров. Да и для самостоятельной сборки эта схема достаточно удобна.

Варианты систем отопления двухэтажного частного дома

Отопительные системы загородных коттеджей высотой 2 и более этажа обычно проектируются инженерами–теплотехниками. Но хозяевам жилищ несложной планировки площадью до 200 м² не обязательно обращаться к специалистам – продумать и организовать обогрев здания можно самостоятельно. Задача данной публикации – пояснить, какая схема отопления двухэтажного дома лучше сочетается с конкретными условиями эксплуатации, котельным оборудованием и радиаторами. Предлагаем рассмотреть существующие варианты и выбрать оптимальный.

Виды отопительных систем

Практика показывает, что большинство домовладельцев выдвигает к системе отопления двухэтажного дома 3 основных требования:

  1. В доме всегда должно быть тепло.
  2. Минимальный расход энергоносителей – природного газа, дров, электричества и так далее.
  3. Красота. Трубы, арматуру и приборы обогрева желательно убрать с глаз, чтобы не портили интерьер.

Требования перечислены в порядке важности с точки зрения пользователей. О стоимости монтажа мы поговорим в процессе рассмотрения систем.

Пожелания вполне понятны, но их следует увязать с техническими возможностями. Например, в отдаленных регионах случаются перебои с подачей электроэнергии либо отсутствует магистральный газ. Отсюда совет: сначала определите основное топливо и резервный энергоноситель, подберите котел и отопительные приборы. Отразите пожелания на бумаге – набросайте своими руками черновой проект.

Далеко не всегда хозяин дома может сам обустраивать инженерные сети – разрабатывать схемы, монтировать оборудование и трубы. В таком случае есть смысл обратиться к специалистам инженерной фирмы, которая занимается перечисленными работами. Например, в центральном регионе РФ услуги по установке котлов и монтажу систем отопления оказывает компания «ТеплоМосква».

Такой основательный подход позволит смонтировать схему отопления двухэтажного дома, которую не придется переделывать впоследствии. На выбор есть 5 вариантов систем:

  • самотечная (она же – гравитационная и конвекционная);
  • однотрубная;
  • двухтрубная;
  • лучевая (иначе – коллекторная);
  • водяные контуры напольного обогрева, называемые теплыми полами.

Примечание. Первая схема подразумевает естественную циркуляцию теплоносителя по трубам и сообщающийся с атмосферой расширительный бак. В остальных реализован принцип принудительной циркуляции с помощью насоса и работа под давлением (используется закрытый мембранный бачок).

Указанные системы допускается комбинировать друг с другом. К примеру, на первом этаже сделать теплые полы, а на втором собрать лучевую схему. Теперь подробно рассмотрим каждый вариант по отдельности.

Схема с естественной циркуляцией

Чтобы понять принцип действия гравитационной системы, изучите типовую схему, применяющуюся в двухэтажных частных домах. Здесь реализована комбинированная разводка: подача и возврат теплоносителя происходит по двум горизонтальным магистралям, объединенным однотрубными вертикальными стояками с радиаторами.

Справка. Существуют и другие способы организовать самотек на двух этажах, например, разводить стояки прямо от расширительного бака трубами меньшего диаметра. Схема материалоемкая, с виду напоминает паука, а монтаж доставит немало хлопот.

Как работает самотечное отопление двухэтажного дома:

  1. Удельный вес нагреваемой котлом воды становится меньше. Более холодный и тяжелый теплоноситель начинает вытеснять горячую воду вверх и занимать ее место в теплообменнике.
  2. Нагретый теплоноситель движется по вертикальному коллектору и распределяется по горизонтальным магистралям, проложенным с уклоном в сторону радиаторов. Скорость течения невелика – порядка 0.1—0.2 м/с.
  3. Расходясь по стоякам, вода попадает в батареи, где успешно отдает теплоту и охлаждается. Под воздействием гравитации она возвращается в котел по обратному коллектору, собирающему теплоноситель из остальных стояков.
  4. Прирост объема воды компенсируется расширительным баком, установленным в самой высокой точке. Обычно утепленная емкость располагается на чердаке здания.

Принципиальная схема самотечной разводки с циркуляционным насосом

В современном исполнении гравитационные системы оснащаются насосами, ускоряющими циркуляцию и прогрев помещений. Перекачивающий агрегат ставится на байпасе параллельно подающей магистрали и функционирует при наличии электроэнергии. Когда свет отключается, насос бездействует, а теплоноситель циркулирует за счет гравитации.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

  • из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
  • чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
  • здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;

Из-за слишком большого отступа от потолков спрятать трубу за облицовкой весьма затруднительно

  • затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
  • схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
  • увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.
  • Замечание. Последний отрицательный момент не играет особой роли – затраченная на производство тепла энергия никуда не денется. Она вернется в процессе остывания трубопроводов.

    Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

    Советы по проектированию

    Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

    1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
    2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
    3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.

    Даже большие трубы можно прокладывать скрыто (на фото справа). Слева – типичный монтаж с открытыми коммуникациями

  • Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
  • На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
  • Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
  • Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.
  • Важный момент. Все элементы гравитационной схемы, расположенные на чердаке двухэтажного дома, не забудьте тщательно утеплить, дабы не греть холодную крышу.

    Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

    Плюсы и минусы однотрубной схемы

    Однотрубная система отопления двухэтажного частного дома способна нормально функционировать только с принудительной циркуляцией от насоса. Конструкция следующая: по периметру этажа проходит одна магистраль, куда подключены все батареи. То есть, коллектор одновременно играет роль подачи и обратки.

    Система «ленинградка» компактна и отлично работает с небольшим числом отопительных приборов

    Работа однотрубной схемы, получившей название «ленинградка», довольно сложна:

    1. Если трубопроводы рассчитаны верно, то в каждый радиатор затекает приблизительно 1/3 горячей воды. Оставшиеся 2/3 объема двигаются по магистрали дальше.
    2. Теплоноситель, прошедший батарею, избавляется от тепла и возвращается обратно в коллектор, понижая температуру потока на 1—2 °С.
    3. Охлажденная вода течет к следующему радиатору, где процесс разделения и слияния потоков повторяется. Температура теплоносителя в коллекторе снова падает. Сколько батарей подключено к кольцевой магистрали, столько раз вода охладится.
    4. Пройдя последний отопительный прибор, холодный теплоноситель возвращается в котел.

    Важное условие нормальной работы системы: диаметра главной магистрали должно хватать на подачу тепла всем батареям. По факту применяются трубы размером 25—32 мм (DN 20—25) при подводящих патрубках радиаторов Ø15 мм (внутренний диаметр DN10).

    Сторонники «ленинградки» называют ее главным плюсом низкую стоимость материалов и монтажа. Мы согласимся с утверждением, но с оговоркой: если производить сборку дешевым полипропиленом.

    Однотрубную разводку проще заложить в строительные конструкции

    Однотрубная схема отопления, сделанная в двухэтажном доме из металлопластика, сшитого полиэтилена или металла, обойдется дороже двухтрубной из-за цены фитингов. Точный расчет предоставит наш эксперт Владимир Сухоруков ниже на видео.

    Минусы «ленинградки» выглядят так:

    • поскольку каждый последующий радиатор получает более остывший теплоноситель, нужно наращивать число секций для нагрева дальних комнат;
    • чтобы не подбирать количество секций наобум, нужно произвести расчет остывания воды;
    • максимальное число эффективно работающих батарей на одной ветви – 5—6 шт., иначе придется нарастить диаметр раздающей трубы до 40—50 мм;
    • закольцованную магистраль сложнее провести по дому – мешают дверные проемы, особенно на втором этаже;
    • отопительные приборы влияют друг на друга, что затрудняет организацию автоматического регулирования.

    Пример. Представьте, что на всех радиаторах установлены термоголовки. Если в первой комнате воздух прогрелся до установленной температуры, термостат закроет проход теплоносителя в батарею. Тогда к остальным приборам пойдет более горячая вода, что заставит сработать остальные радиаторные клапаны.

    Безотказная, гравитационная система отопления для частного дома.

    Использование систем отопления с жидким теплоносителем в частных домах сегодня строится на нескольких схемах работы системы. Одной из самых надежных, простых и проверенных временем схем выступает гравитационная система отопления. Основываясь на законах термодинамики гравитационное отопление, получило широкое распространение благодаря небольшому количеству элементов и простоте работ, как по расчету проекта, так и по практическому монтажу. Но, несмотря на кажущуюся простоту для правильной работы необходимо учитывать много моментов, о которых и пойдет речь в этой статье.

    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.

    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.

    Упрощенный вариант системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

    При выборе гравитационной системы отопления частного необходимо провести ряд расчетов, чтобы уяснить, насколько система будет обеспечивать прогрев помещения. При нормальных условиях в схеме построения разводки трубопроводов учитываются объемы отдельных помещений и мощность радиаторов отопления, устанавливаемых в них. При установке радиаторов одного номинала гравитационная система отопления будет прогревать помещения неравномерно. Первый, самый ближний к котлу радиатор будет нагреваться больше, а в самом крайнем от котла радиаторе температура теплоносителя будет существенно ниже. Именно поэтому, при подборе отопительных приборов, первые устанавливаются меньшей мощности, а те, которые дальше, должны быть мощнее.

    Немаловажно в выборе элементов конструкции правильно подобрать и расширительный бак. При расчете объема расширительного бака принято брать за основу соотношение 1/10. То есть при объеме воды в системе около 250 литров, объем бака должен быть не меньше 25 литров.

    Гравитационная система отопления очень требовательна к материалам конструкции. Прежде всего, это касается труб и трубопроводов. Большой объем теплоносителя и низкое давление в системе требуют, чтобы циркуляция осуществлялась с наименьшими потерями, а это возможно, либо в стальных, либо в полипропиленовых трубах. Но и здесь имеются определенные ограничения. Так, стальные трубы должны соединяться либо сварным способом газовой или электросваркой, либо при помощи резьбовых соединений. И если первый вид позволяет обеспечить надежное соединение практически без получения сварного шва внутри трубы, то резьбовой способ может создавать большое количество неровностей внутри трубопровода. Что касается полипропиленовой трубы, то у нее есть один существенный недостаток. Этот недостаток касается способности трубы выдерживать высокие температуры – максимальная температура, которая по утверждению производителей может выдержать такая труба это +95 градусов, что не подходит для трубы устанавливаемой сразу после котла.

    Но даже несмотря на все эти предостережения, упрощенная схема гравитационной системы отопления существенно отличается от системы принудительной циркуляции.

    В состав такой системы обязательно должны входить:

    • Нагревательный котел ( обязательное условие таких систем это наличие котла с большим объемом водогрейной рубашки);
    • Трубы подачи воды большого диаметра 11/2 дюйма;
    • Расширительный бак емкостью 1/10 объема жидкости в системе;
    • Трубы подачи диаметром 1 дюйм;
    • Радиаторы разного размера для обеспечения равномерного прогрева помещений;
    • Труба обратной подачи;
    • Кран слива жидкости;
    • В качестве приборов контроля в системе устанавливаются термометр и манометр в котле, и краны Маевского в радиаторах.

    Как видно, система имеет небольшое количество конструктивных элементов и вполне пригодна для того, чтобы собрать ее самостоятельно.

    Основные схемы для отопления домов

    Сегодня существует несколько видов гравитационных систем отопления. Наиболее популярна самая простая система с напорной петлей и уклоном подающих трубопроводов и труб обратки. Здесь реализуется схема, при которой теплоноситель циркулирует в естественном режиме, а расширительный бак имеет открытый верх. Недостатком этого вида гравитационной системы отопления выступает ее инертность и сложность в реализации. Сложностью реализации в данном случае понимается необходимость выдерживания всех параметров уклонов труб. Так, после того как будет смонтирована напорная петля разводка труб должна делаться с соблюдением наклона 0,05 градуса в сторону от котла. Этого уклона достаточно чтобы обеспечить начальное движение жидкости. Такой же уклон обеспечивается и при прокладке трубопровода обратки.

    Такие схемы подразумевают однотрубные варианты построения системы охраны. Более совершенные гравитационные системы отопления подразумевают двухтрубную схему прокладки трубопроводов. Но для этого необходимо обеспечить правильную прокладку магистрального трубопровода. Для нормального функционирования такой системы общая длина подающей трубы должна быть около 25 метров, максимальный размер такой трубы может быть 35 метров. Большая длина трубы будет снижать температуру подачи теплоносителя, для ее прокладки потребуется дополнительный уклон, что потребует в проекте предусмотреть дополнительный объем чердачного помещения или объема внутри комнаты.

    На что нужно обратить внимание при проектировании гравитационной системы отопления

    Основной проблемой эффективной работы гравитационной системы отопления в малоэтажный частных домах выступает неправильное расположение котла и радиаторов относительно друг друга. Одним из важных параметров системы выступает величина циркуляционного напора. Она показывает расстояние от центра отопительного прибора до центра отопительного котла. Чем выше этот показатель, тем эффективнее работа всей системы.

    Неэффективность и низкий КПД отопительных котлов как твердотопливных, так и газовых устанавливаемых в гравитационных системах зачастую связан с небольшой разницей в высотах между радиатором и котлом. Так в обычных условиях такой перепад обычно составляет всего 0,2-0,3 метра. Такое положение не дает экономить до 25 % топлива. Большая часть энергоносителей тратится на перегрев жидкости. В тоже время, если увеличить перепад высот на 0,5 метра и довести его до 0,7-0,8 метра, то эффективность повысится на 6-11%, а при перепаде в 2,0 метра появляется возможность сэкономить до 20% энергии. Именно поэтому при проектировании систем отопления гравитационного типа размещение котла планируется в самой нижней точке, чаще всего в подвальном помещении.

    Вместе с тем, рассматривая все варианты и способы устройства систем отопления частного дома, несмотря на кажущуюся простоту реализовывать этот проект рекомендуется доверить профессионалам. Опыт и наличие специального оборудования помогут обеспечить быстрый и главное легкий монтаж всего оборудования, сведя к минимуму риск ошибок.

    Расчет гравитационной системы отопления частного дома – схема

    Процесс монтажа и подключения системы теплоснабжения для многих хозяев несет в себе множество вопросов и сложностей, не говоря уже о терминологии, используемой в таком строительстве. Поэтому следует более подробно расписать, что такое гравитационная система отопления частного дома, поскольку такие варианты систем очень широко используются современными застройщиками и отличаются массой достоинств. Кроме того, следует детально рассмотреть, как должен выполняться расчет гравитационной системы отопления и какие для этого требуется выполнить мероприятия.

    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.

    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.

    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 (прочитайте также: “Правильный расчет теплоносителя в системе отопления”).

    Это сопротивление зависит от ряда факторов, в частности:

    • от того, каким будет диаметр розлива, поскольку большой показатель сделает движение воды внутри контура более свободным;
    • от того, сколько изгибов и ответвлений имеет сам контур. В том случае, если таких поворотов много, то сопротивление будет больше, что и объясняет стремление многих застройщиков по возможности смонтировать контур максимально прямым;
    • от того, какой объем запорной арматуры имеется в системе, так как любой из этих элементов, включая вентили, задвижки и т.п. влияет на гидравлическое сопротивление (прочитайте: “Как сделать гидравлический расчет системы отопления – теория и практика”).

    Поэтому можно сделать вывод, что применение в контуре отопления любых запорных элементов должно быть выполнено так, чтобы в открытом состоянии между ними оставался просвет, в наибольшей степени совпадающий с трубным просветом. Гораздо правильнее будет использовать современный вентиль шарового типа, так как изгибы вентиля сложной винтовой формы будут способствовать лишь еще большей потере напора воды, а шаровой образец позволит свести гидравлическое сопротивление к минимуму. Читайте также: “Расчет бака аккумулятора для отопления”.

    Традиционные отопительные системы гравитационного типа монтируются открытыми. Их бак расширения не является герметичным, что дает ему возможность не только вмещать в себя излишки теплоносителя, но и собирать весь ненужный воздух, вытесненный системой. При этом в том случае, если уровень воды падает, то она просто поступает в этот расширительный бак.

    Технические особенности гравитационной отопительной системы

    Такой вариант устройства системы отопления отличается своими нюансами и обладает множеством очевидных и неоспоримых достоинств, к которым принято относить следующие:

    • подобная система циркуляции способна самостоятельно регулировать процесс работы и распределять теплоноситель внутри контура именно так, как того требует схема;
    • стойкость к любым механическим повреждениям, что обусловлено прочностью контура и используемых труб. Конструкция не имеет каких-либо быстро изнашивающихся деталей, благодаря чему двухтрубная гравитационная система отопления, являющаяся традиционной, может исправно функционировать более полувека без необходимости проведения никаких ремонтных работ;
    • абсолютная автономность работы, что является очень важным преимуществом. Данная система не зависит от того, включена ли электроэнергия или нет, что позволяет избежать различных непредвиденных ситуаций;
    • сконструировать такое отопление собственноручно несложно, так как устройство контура и его схема будут предельно понятны даже малоопытному хозяину. В случае трудностей всегда можно изучить различные фото- и видеоматериалы, которые можно найти у специалистов, занимающихся сборкой и подключением оборудования такого типа.

    Так или иначе, у традиционной системы теплоснабжения гравитационного типа имеются и некоторые отрицательные стороны, которые также нельзя не упомянуть:

    • инерционные показатели этого оборудования будут очень большими. Это значит, что для полного нагрева ему потребуется очень большое количество времени с момента розжига котла;
    • несмотря на то, что разводка труб является предельно простой, стоимость такого оборудования довольно высока. Толстая труба, применяемая для монтажа, имеет весьма немалую цену;
    • в том случае, если система будет подключена не совсем правильно, то это станет причиной большой разницы в температуре между батареями отопления;
    • в связи с тем, что скорость циркуляции воды является низкой, то существует потенциальный риск замораживания бака расширения и той части контура, которая располагается в чердачном помещении.

    Альтернативный способ устройства отопления

    Все вышеуказанные особенности совершенно не означают, что естественные и принудительные системы циркуляции не могут функционировать в совокупности.

    Так, очень правильным решением будет следующий вариант монтажа:

    1. Создается проект отопительной системы, работающей по гравитационному типу.
    2. На участке перед котлом в контуре монтируется вентиль, но делать это нужно так, чтобы не снизить сечение трубы.
    3. Вентильный обвод врезается меньшим диаметром трубы, а после этого на обводе устраивается насос циркуляции (прочитайте: “Расчет мощности насоса для отопления”). По мере необходимости его вполне можно отделить от основной системы при помощи двух вентилей. Далее на промежутке перед насосом требуется смонтировать грязевик.

    Подобный вариант обустройства системы теплоснабжения будет отличаться неоспоримыми преимуществами, а именно:

    • нагрев всех приборов отопления будет выполняться гораздо более равномерно;
    • время на обогрев комнат после включения котла потребуется намного меньше по сравнению стандартным принципом работы оборудования.

    При этом нет никакой необходимости обустраивать такой вариант отопления по закрытому типу, так как мощности насоса вполне хватит для того, чтобы функционировать и без большого давления.

    При условии отключения электроэнергии достаточно лишь отключить насос и открыть специальный вентиль на байпасе. В этом случае работа системы будет продолжаться уже по принципу гравитационной.

    Вариант разводки батарей отопления

    Схема разводки радиаторов, отличающаяся относительной простотой и надежностью, может быть следующей:

    1. В конце коллектора разгона на помещении чердака устанавливается расширительный бак, от которого, в свою очередь, и должен начинаться идущий под неизменным уклоном розлив диаметром от 40 до 50 мм.
    2. Контур возврата располагается по всему периметру пола на первом этаже.

      Несмотря на тот факт, что для большей эффективности оборудования специалисты рекомендуют устанавливать нижний розлив в подвальном помещении, тем не менее, делать это следует лишь тогда, когда точно известно, что температура в этом месте не опускается ниже 0° даже при условии неработающего котла. Однако если в состав теплоносителя входят такие элементы, как, например, антифриз или тосол, то беспокоится не о чем.

    3. Если существует реальная возможность определить розливы на чердаке и в подвале, то это однозначно будет отвечать нормам эстетики, поскольку, как известно, массивная и толстая труба вряд ли сможет украсить жилище и гармонично вписаться в его интерьер.

    Таким образом, можно сказать, что монтаж гравитационной системы теплоснабжения не несет в себе чрезмерных трудностей и вполне может быть выполнен собственными силами.

    Однако в случае возникновения неполадок или для выполнения расчета мощности рекомендуется все же обратиться за советом к специалистам, способным оказать нужную помощь в ремонте оборудования, а также предоставить различные фото образцов устройства таких систем и подробные видеоматериалы по их правильному подключению.

    Пример устройства гравитационной системы отопления на видео:

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector