Гравитационная система отопления закрытого типа
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Гравитационная система отопления закрытого типа

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:

Гравитационная система отопления: плюсы и минусы

Внедрение современных технологий привело к постепенному вытеснению гравитационных систем отопления. Новые разновидности обогрева помещений более эффективные и требуют меньших затрат в холодный период. Тогда почему самотечные системы до сих пор устанавливают в современных частных домах? Ответ на этот вопрос простой: они обладают большой надежностью, основанной на понимании законов физики, а также энергонезависимостью от источников электрического тока.

На каком принципе работает гравитационная система отопления

Гравитационное отопление еще называют системой естественной циркуляции. Ее стали применять для обогрева домов с середины прошлого века. Сначала простое население не доверяло такому способу, но видя его безопасность и практичность, постепенно стали заменять кирпичные печи водяным отоплением.

Затем с появлением твердотопливных котлов необходимость в громоздких печах отпала вовсе. Гравитационная система отопления работает на простом принципе. Вода, находящаяся в котле, нагревается, и ее удельный вес становится меньше холодной. В результате этого она поднимается по вертикальному стояку до верхней точки системы. После этого остывающая вода начинает свое движение вниз, и чем сильнее она остывает, тем больше скорость ее движения. Создается поток в трубе, направленный к самой нижней точке. Этой точкой является обратная труба, вмонтированная в котел.

По мере движения от верха к низу вода проходит через радиаторы отопления, оставляя часть своего тепла в помещении. В процессе движения теплоносителя не участвует циркуляционный насос, делая эту систему независимой. Поэтому она не боится отключения электричества.

Расчет гравитационной системы отопления делается с учетом теплопотерь дома. Подсчитывается необходимая мощность отопительных приборов, и на этом основании выбирается котел. Он должен иметь запас по мощности в полтора раза.

Описание схемы

Для того чтобы работало подобное отопление, должны быть правильно подобраны соотношения труб, их диаметров и углов наклона. Кроме того, некоторые виды радиаторов в этой системе не используются.

Рассмотрим, из каких элементов состоит вся конструкция:

  1. Твердотопливный котел. Заход воды в него должен находиться в самой низкой точке системы. Теоретически котел может быть также электрический или газовый, но на практике для подобных систем они не применяются.
  2. Вертикальный стояк. Низ его соединен с подачей котла, а верх разветвляется. Одна часть соединяется с подающим трубопроводом, а вторая соединена с расширительным баком.
  3. Расширительный бачок. В него переливаются излишки воды, которые образуются при расширении от нагрева.
  4. Подающий трубопровод. Для того чтобы гравитационная система водяного отопления работала эффективно, трубопровод должен иметь нижний уклон. Величина его составляет 1-3 %. То есть на 1 метр трубы перепад должен составлять 1-3 сантиметра. Кроме этого, трубопровод по мере удаления от котла должен уменьшать диаметр. Для этого применяют трубы разного сечения.
  5. Отопительные приборы. В качестве них устанавливают либо трубы большого диаметра, либо чугунные радиаторы М 140. Современные биметаллические и алюминиевые радиаторы ставить не рекомендуют. Они имеют малое проходное сечение. А поскольку давление в гравитационной системе отопления малое, то продавить теплоноситель через такие отопительные приборы сложнее. Скорость потока будет снижаться.
  6. Обратный трубопровод. Так же, как и подающая труба, он имеет уклон, который позволяет воде свободно стекать в сторону котла.
  7. Краны для слива и забора воды. Сливной кран устанавливается в самой низкой точке, непосредственно рядом с котлом. Кран для забора воды делается где удобно. Чаще всего это место, близкое к трубопроводу, который соединяется с системой.

Достоинства системы

Самое основное достоинство гравитационной системы отопления – это ее полная автономность. Ввиду простоты все ее элементы не требуют электричества. Другим ее плюсом является надежность, ведь чем система проще, тем меньше она требует обслуживания. Нельзя не отметить тот факт, что более низкое давление в гравитационной системе отопления представляет меньшую опасность.

Недостатки

Сторонники закрытых систем приводят массу недостатков гравитационного отопления. Многие из них выглядят надуманными, но все же их перечислим:

  1. Некрасивый внешний вид. Подающие трубы большого диаметра проходят под потолком, нарушая эстетику помещения.
  2. Сложность в монтаже. Здесь речь идет о том, что подающая и отводящая трубы ступенчато изменяют свой диаметр в зависимости от количества отопительных приборов. Кроме того, гравитационная система отопления частного дома выполняется из стальных труб, а они сложнее в установке.
  3. Низкая эффективность. Считается, что закрытое отопление более экономичное, однако встречаются грамотно спроектированные системы естественной циркуляции, работающие не хуже.
  4. Ограниченная площадь отопления. Гравитационная система хорошо работает на площадях до 200 кв. метров.
  5. Ограниченная этажность. Подобное отопление не устанавливают в домах выше двух этажей.

Кроме перечисленного, гравитационное теплоснабжение максимум имеет 2 контура, тогда как в современных домах часто делают несколько контуров.

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.

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.

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.

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.

Советы по монтажу гравитационного отопления в двухэтажном доме

Большинство этих проблем можно решить на этапе проектирования дома. Также есть небольшой секрет того, как увеличить работоспособность отопления двухэтажного дома. Нужно отводящие трубы радиаторов, установленных на втором этаже, подключать напрямую к обратке первого этажа, а не делать обратку на втором.

Еще одна хитрость – это выполнить подающий и обратный трубопроводы из труб больших диаметров. Не менее 50 мм.

Нужен ли насос в самотечной системе отопления?

Иногда возникает вариант, когда отопление было неправильно смонтировано, и разница между температурой рубашки котла и обраткой очень велика. Горячий теплоноситель, не имея достаточного напора в трубах, остывает, не доходя до последних отопительных приборов. Все переделывать – трудоемкая работа. Как решить вопрос с минимальными затратами? Помочь может установка циркуляционного насоса в гравитационную систему отопления. Для этих целей изготавливается байпас, в который встраивается маломощный насос.

Большой мощности не требуется, поскольку при открытой системе дополнительный напор создается в стояке, выходящем из котла. Байпас нужен для того, чтобы оставить возможность работы без электричества. Он устанавливается на обратке перед котлом.

Как еще повысить эффективность

Казалось бы, система с естественной циркуляцией уже доведена до совершенства, и ничего повышающего эффективность придумать невозможно, но это не так. Можно значительно повысить удобство ее использования, увеличив время между топками котла. Для этого нужно установить котел большей мощности, чем требуется для отопления, а излишки тепла отводить в теплоаккумулятор.

Такой метод работает даже без использования циркуляционного насоса. Ведь горячий теплоноситель также может подниматься по стояку из теплоаккумулятора, в то время когда в котле прогорела закладка дров.

Принцип работы гравитационной системы отопления

Существует много видов отопительных систем, современных и надежных старых, сложных и простых, дорогих и дешевых. Гравитационная система отопления закрытого типа – это проверенная временем, надежная, без нагромождения сложных приборов система водяного отопления.

Принцип работы

Принцип работы гравитационной системы отопления лежит использование естественной циркуляции воды за счет такого физического явления как конвекция. Нагретая в котле отопления вода, по трубе (разгонному коллектору) поднимается к расширительному баку, от него сверху вниз течет по радиаторам отопления, отдавая свое тепло в помещениях, остывает и попадает в нагревательный котел, вытесняя оттуда уже нагретую воду. Такое гравитационное отопление и называют гравитационной или самотечной системой.

В закрытой системе гравитационного отопления можно ускорить циркуляцию теплоносителя, если:

  • как можно дальше разнести нижний и верхний уровень относительно радиаторов отопления, то есть опустить котел в подвал, а расширительный бак, который является верхней точкой — на чердак, если есть такая возможность. Чем длиннее труба отопления от котла к расширительному баку, тем быстрее поднимается горячая вода, а чем выше бак относительно радиаторов, тем круче угол наклона трубы, и выше скорость течения воды;
  • уменьшить гидравлическое сопротивление в контуре за счет диаметра труб, качества запорной арматуры, количества разветвлений, изгибов и поворотов труб. Чем больше диаметр труб, тем больший поток воды они пропускают. Чем больше разветвлений, поворотов и изгибов, тем ниже скорость потока. Запорная арматура низкого качества или устаревших моделей частично перекрывает сечение трубы, увеличивая сопротивление и снижая скорость потока воды.

Принцип работы гравитационной системы

Классические, по отработанной схеме, гравитационные системы отопления не герметичны.

Расширительный бак системы отопления, который служит, в первую очередь, для компенсации объема нагретой жидкости, предназначен и для выхода избытка воздуха из системы. В таком контуре вода быстро испаряется, но ее легко можно доливать в бак.

Преимущества и недостатки

Преимущества гравитационной системы отопления:

  • высокая надежность и отказоустойчивость системы. Минимум несложного оборудования, прочные и надежные материалы, изнашивающиеся элементы (запорная арматура) выходят из строя редко и заменяются без проблем;
  • долговечность. Проверено временем – такие системы по полвека работают без ремонта и даже обслуживания;
  • энергонезависимость, из-за которой, собственно, и популярны гравитационные системы отопления до сих пор. В районах без электроснабжения или там, где оно часто нарушается, альтернативой гравитационному может быть только печное отопление;
  • простота конструкции системы, ее монтажа и дальнейшей эксплуатации.

Недостатки гравитационной системы отопления:

  • большая тепловая инерционность. Большое количество теплоносителя требует значительного времени на его прогрев и заполнение всех радиаторов горячей водой;
  • неравномерный прогрев. По мере движения по трубам вода остывает и перепад температур между батареями значителен, а соответственно и температура в помещениях. Компенсировать этот недостаток можно установкой циркуляционного насоса с параллельным подключением, если в доме есть электричество, и использовать насос по необходимости;
  • большая протяженность трубопроводов. Чем протяженней трубопровод, тем больше перепад давления в нем;
  • высокая цена. Большой диаметр труб приводит к высокой стоимости расходных материалов системы. Хотя трубы большого диаметра тоже являются источником тепла;
  • высокая вероятность размораживания системы. Часть труб проходит по неотапливаемым помещениям: чердаку и подвалу. В морозы вода в них может замерзнуть, но если в качестве теплоносителя использовать антифриз, то этого недостатка можно избежать.

Схемы разводки радиаторов отопления

Если открытая гравитационная система отопления устанавливается на один этаж, то основной контур проходит по всему периметру дома с единственным разрывом на месте установки насоса. Используются трубы стальные или полипропиленовые без армирования (в открытой системе не бывает избыточного давления и температура воды не выше точки кипения) с внутренним диаметром не ниже 32 мм.

Радиаторы отопления врезаются параллельно контуру с нижним или диагональным подключением, обязательно с запорной арматурой для возможности замены батарей или ремонта, а кроме того, балансировки изделий.

При нижнем подключении радиаторов в верхние пробки, необходимо вставить вентиль для стравливания воздуха.

Нижнее подключение радиаторов

Правильная и рациональная разводка системы гравитационного отопления на два этажа выглядит примерно так: разгонный коллектор вертикально вверх тянется через оба этажа на чердак к расширительному баку. От него с постоянным углом наклона по течению теплоносителя ведут трубы диаметром от 40 мм.

Гравитационная схема отопления двухэтажного дома

Нижний контур проходит по всему периметру здания и находится в подвале, если в нем температура не опускается ниже нуля градусов или в качестве теплоносителя используется антифриз для оборудования, либо на уровне пола нижнего этажа, что не так эстетично, но вполне допустимо. Радиаторы при этом врезаются в стояки, и в каждом стояке хотя бы на одном из них устанавливается для балансировки дроссель.

Балансировка (изменение сечения трубы для большей или меньшей подачи теплоносителя к отопительному прибору) обеспечивает более равномерный нагрев отопительных приборов. С эстетической точки зрения, хорошо было бы и верхний контур вынести за пределы жилых помещений на чердак, избегнув сомнительного украшения комнат в виде толстой трубы, идущей вниз с уклоном. Но при этом даже при самой качественной теплоизоляции некоторое количество тепла будет расходоваться бесцельно.

Устанавливая гравитационную систему отопления в двухэтажном доме нужно помнить, что:

  1. В системе из нескольких контуров, подключенных параллельно к нагревательному котлу, и разной длины, короткий контур будет перетягивать на себя большее количество теплоносителя из-за большей скорости его движения, и тепло будет распространяться неравномерно;
  2. Нельзя обойтись в двухтрубной классической схеме без балансировки с помощью дросселей или вентилей, иначе вода будет проходить только через ближние радиаторы отопления.

При том, что монтаж гравитационной системы отопления в частном доме можно выполнить своими руками, расчетную часть (проект) лучше поручить специалистам. От правильного и равномерного распределения давления теплоносителя зависит его теплоотдача во всех помещениях дома. Количество и диаметр труб, наличие и правильные места установки запорной арматуры, количество отопительных приборов – все это определяется и рассчитывается в ходе проектирования такой системы отопления.

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:

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.

Читать еще:  Виды нагревательных приборов системы отопления
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector