Схема системы отопления с естественной циркуляцией




Принцип работы и расчет системы отопления с естественной циркуляцией

Центральная система отопления далеко не всегда оказывается эффективной, более того, в отдельных отдаленных регионах она не может быть проведена по сугубо техническим причинам. В таких случаях решением проблемы становится автономная система отопления с естественной циркуляцией либо принудительным перемещением теплоносителя.

Чем отличаются принудительная и естественная циркуляция в системе отопления

Принудительная циркуляция подразумевает передвижение воды по трубам за счет рабочего усилия насоса. Естественная система не требует задействования такого оборудования, здесь движение теплоносителя обеспечивается разницей значений веса горячей и уже охлажденной воды.

Схема отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

После подогревания котлом вода расширяется, параллельно происходит уменьшение удельного веса теплоносителя. Последний поднимается вверх, после чего передвигается по горизонтальной трубе, которая проложена под небольшим уклоном, затем попадает в стояк, следом – в радиаторы отопления, где происходит теплоотдача и охлаждение. Охлажденная вода снова становится тяжелее и спускается к котлу.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией доставляет куда меньше хлопот. Система служит намного дольше, работает бесперебойно, бесшумно, она не зависит от подачи электроэнергии.

Схема естественной циркуляции в отопительной системе

При таких преимуществах отопление с естественной циркуляцией не лишено и ряда недостатков:

  • площадь отапливаемых помещений ограничена
  • после остановки система медленно возвращается к работе
  • высокий расход материалов, обусловленный необходимостью прокладки труб значительного диаметра
  • малая скорость перемещения теплоносителя, чреватая замерзанием труб

В чем преимущества однотрубной схемы отопления с естественной циркуляцией

Установка однотрубных отопительных систем на порядок проще работы с двухтрубными. Для их организации не требуется большого количества труб, что позволяет сэкономить средства и не портить интерьер обогреваемого помещения.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией осуществляется с верхней разводкой, преимущественно по чердаку. Оттуда теплоноситель постепенно опускается в радиаторы жилых помещений.

Однотрубные и двухтрубные отопительные системы

Обратите внимание! Однотрубная система при верхней разводке поставляет в оборудование на нижних этажах меньше тепла, так как на пути вниз теплоноситель теряет температуру.

Поэтому для обеспечения равномерного обогрева верхнего и всех нижних этажей дома используют технические уловки. Так, на верхних этажах рядом с радиаторами устанавливаются байпасы, представляющие собой отрезки труб, оборудованные арматурой регулировки. А помещения нижних этажей оборудуются батареями с большим количеством секций.

Вентили специалисты рекомендуют устанавливать и на байпасах, и на входе в каждый радиатор. В современных отопительных системах устанавливаются трехходовые краны, которые монтируются в точке, где соединяются подводящая труба и перемычка.

Схемы подключения радиаторов

Монтаж подобного отопительного оборудования требует строгого соблюдения технических требований. Несоблюдение правил чревато снижением и без того не слишком высокой скорости движения теплоносителя. При грубых ошибках в организации системы и вовсе не удается обеспечить циркуляцию воды по трубам.

Ключевые требования к прокладке труб:

  • разводка с минимальным количеством поворотов, которые будут препятствовать потоку теплоносителя
  • строгое соблюдение рекомендованного угла наклона
  • использование труб с проектным сечением

Как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему

Основные этапы расчета водяного отопления:

  • расчет необходимой мощности котла
  • расчет мощности всех отопительных приборов, которые будут подключены к системе
  • подбор диаметра труб

Рассчитываем мощность котла

Мощность котла рассчитывается с учетом будущих показателей потери тепла через стены, полы, крышу здания. При определении показателей мощности следует брать во внимание площадь указанных поверхностей, материал изготовления, а также разницу в показателях температуры внутри и снаружи помещения в период, когда планируется обогрев дома.

Теплопотери стандартного частного дома

Схема расчета мощности котла: Wк = Wуд х S/10, где

  • S – суммарная площадь помещения
  • Wуд – удельная мощность, которая требуется на каждые 10 кв.м. помещения
  • Wк – показатели мощности котла

Обратите внимание! Удельная мощность определяется условиями климатической зоны. Так, для Подмосковья показатель варьируется в пределах 1,2-1,5 кВт, в южных регионах составляет 0,7-0,9, а в северных 1,5-2 кВт.

Как определить необходимую мощность радиаторов и диаметр труб

Для расчета мощности радиаторов в отопительной системе с естественной циркуляцией используется приведенная выше формула с небольшой поправкой: вместо суммарной площади дома подставляются значения площадей каждой комнаты.

Расчет отопительной системы

Не забудьте! Для радиаторов на первом этаже потребуется увеличение мощности на 15-20%.

Расчет необходимого диаметра труб проводится следующим образом:

  1. Определяется циркуляционное давление, которое зависит от длины и высоты труб, а также разницы температуры воды на входе/выходе из котла.
  2. Вычисляются потери давления на поворотах, прямых участках и в каждом отопительном приборе.

Произвести такие подсчеты человеку без специальных знаний, как и рассчитать всю отопительную схему с естественным типом циркуляции, очень сложно. Малейшая ошибка чревата огромными теплопотерями. Поэтому расчеты и последующий монтаж отопительной системы целесообразно поручить специалистам.

Видео: самотечная система отопления частного дома

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Системы отопления с естественной циркуляцией

Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.

Недостатком таких отопительных систем являются: сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением; замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления, и повышенная опасность замерзания воды в расширительном бачке, смонтированном в неотапливаемом помещении.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией состоит из котла (водоподогревателя), подающего и обратного трубопроводов, нагревательных приборов и расширительного бачка. Нагретая в котле вода поступает по подающему трубопроводу и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть своего тепла, затем по обратному трубопроводу возвращается в котел, где вновь подогревается до необходимой температуры, и далее цикл повторяется. Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения воды: нагретая вода, поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодной водой обратки, растекается по горизонтальным отводам самотеком, охлажденная вода также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: газ легче воды, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширитель, а затем в атмосферу. Расширительный бачок создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем воды, а при охлаждении отдает воду обратно в трубопровод.

Вода в системе отопления поднимается за счет расширения при нагревании и под действием гравитационного давления, движение (циркуляция) возникает вследствие разности плотностей нагретой (поднимающейся по подающему стояку) и охлаждённой воды (спускающейся по обратному). Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов. Эти сопротивления вызываются трением воды о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: ответвления и повороты трубопроводов, арматура и сами нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.

Циркуляционный напор Pц = h(ρо - ρг ) зависит (рис. 1):

  1. От разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора (h), чем больше разность высот между центрами котла и прибора, тем лучше будет циркулировать теплоноситель;
  2. От плотности горячей (ρг ) и охлажденной воды (ρо ).
рис. 1. Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Как появляется циркуляционный напор? Представим, что в котле и радиаторах отопления температура теплоносителя меняется скачкообразно по центральным осям этих приборов, что, кстати, недалеко от истины. То есть в верхних частях котла и радиаторов находится горячая вода, а в нижних — охлажденная. Горячая вода имеет меньшую плотность, а следовательно, меньший вес, чем охлажденная вода. Мысленно срежем верхнюю часть отопительного контура (рис. 2) и оставим только нижнюю часть. И что же мы видим? А то, что мы имеем дело с двумя сообщающимися сосудами, хорошо знакомым нам из школьной физики. Верх одного сосуда находится выше верха другого; вода под действием сил гравитации стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур — замкнутая система, вода в нем не выплескивается, как в сообщающихся сосудах, а стремится «успокоиться» (занять один уровень). Таким образом, высокий столб охлажденной тяжелой воды после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб воды перед котлом и подталкивает горячую воду — возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находится центр радиаторов относительно центра кола, тем больше циркуляционный напор. Высота установки — это, первый показатель напора. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратки от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая воде преодолевать местные сопротивления в трубах.

рис. 2. Графическая схема возникновения циркуляционного напора

В частных домах лучше всего размещать котел ниже отопительных приборов, например, в подвале. При квартирном отоплении, когда котел устанавливается непосредственно в квартире почти на одном уровне с радиаторами, для увеличения циркуляционного напора котел лучше устанавливать «в яму» прямо на плиты перекрытия, выпилив вокруг него пол. Разумеется, «в яме» должны быть сделаны противопожарные мероприятия: плиты выровнены тонкой стяжкой, уложены листы асбеста и железа.

Второй показатель, от которого зависит циркуляционный напор, это разница между плотностями охлажденной и горячей воды. Здесь необходимо заметить, что системы с естественной циркуляцией теплоносителя относятся к саморегулирующимся системам. При проведении качественного регулирования, то есть при изменении температуры нагрева воды, самопроизвольно возникают количественные изменения — изменяется расход воды. Из-за изменения плотности горячей воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Другими словами, когда на улице холодно, становится холодно и в доме, включая котел на полную мощность, мы увеличиваем нагрев воды, значительно уменьшая ее плотность. Придя в отопительные приборы, вода отдает теплоту охлажденному воздуху в помещении, ее плотность при этом сильно повышается. А если взглянуть на ту часть формулы (рис. 1), которая стоит в скобках, мы видим, что чем больше разность между плотностями охлажденной и горячей воды, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрета вода в котле и чем сильнее она остывает в радиаторе, тем быстрее она начинает «бегать» (циркулировать) по системе отопления и это происходит до тех пор, пока воздух в помещении не прогреется. После чего вода начинает остывать в радиаторах медленнее, плотность ее уже не сильно отличается от плотности воды, вышедшей из котла, и циркуляционный напор начинает постепенно снижаться. Водичка уже не «бегает» по трубам, как «угорелая» стремясь нагреть помещение, а степенно перекатывается в них. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой по забывчивости входной двери, циркуляционный напор начнет повышаться и водичка «побежит» по трубам веселее, стремясь выровнять температуру. Таким образом и происходит саморегуляция системы: одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, а также однотрубные с верхней разводкой.

Особенности водяного отопления с естественной циркуляцией

На сегодняшний день наибольшего распространения в квартирах с индивидуальным отоплением или загородных домах получила система отопления с естественной циркуляцией. Главным достоинством и причиной распространенности такого отопления является работа естественной циркуляции, основанная на природных законах физики, без использования электричества, а соответственно и недорогостоящего оборудования.

Как работает система?

Работа отопления основана на элементарных физических законах, которые гласят, что при нагревании плотность жидкости уменьшается, ее потоки поднимаются вверх, а жидкость с меньшей температурой стремится вниз, соответственно. В упрощенной форме получается, что холодная вода подталкивает горячую вверх. По такому принципу и осуществляется работа в системе с естественной циркуляцией, то есть жидкость, помещенная в замкнутую систему и подогреваемая в едином месте, создает беспрерывно движущийся поток по направлению к горячему источнику.

Отопление с естественной циркуляцией является достаточно капризным и для его правильной реализации и монтажа необходимо соблюдать множество требований, которые направлены на правильность работы и скорейшего ее прогревания.

Одним из недостатков этой системы является долгое прогревание, которое одновременно является и достоинством, так как именно такая конструкция тратит длительное время на остывание. Все остальные современные системы насколько быстро нагреваются, настолько стремительно и остывают.

Схемы отопления

На сегодня существует 2 схемы отопления помещения с естественной циркуляцией: верхняя и нижняя. В том и другом варианте исполнения схема отопления с естественной циркуляцией трубопровода не изменяется.

Итак, приступим к обсуждению. Главным звеном любой отопительной системы является сам котел, наиболее удачное месторасположение которого, принято считать, самую нижнюю точку рабочего звена.

Наиболее удачным местом для расположения котла является подвал, однако, если такого не имеется, то сгодиться и специально оборудованная яма. Котлы с естественной циркуляцией обеспечивают в системе легкий сток остывшей воды по трубопроводам обратно, от батареи к общей емкости.

Также следует заметить, что расположение труб при монтаже следует располагать строго под определенным углом. В противном случае рациональное обогревание помещений становится под угрозой. Следует отметить, что на каждый погонный метр трубы уклон изменяется на 7 –100 мм.

Немаловажным элементом в отопительной установке дома является так называемый стояк – это вертикальная труба напрямую связана с котлом. Основной задачей стояка является обеспечение разгона для нагретой воды.

Следует отметить, что диаметр используемых труб должен варьироваться по убывающей от котла до самой верхней его части.

И заключительной особенностью установки системы является правильный монтаж батарей. Естественная циркуляция теплоносителя обеспечивается за счет правильной подачи воды в батареи, отвод воздуха и охлажденной жидкости.

Как обеспечивается саморегулирующаяся величина?

Величиной циркуляционного напора является разница между плотностью протекающих горячих и холодных вод. Именно по этой причине все системы с естественной циркуляцией теплоносителей принято считать саморегулирующимися.

Для осуществления эффективной настройки системы, при изменении температуры воды возникает самопроизвольное увеличение расхода теплоносителя. Вследствие чего увеличивается количество протекающей горячей воды по трубам.

Достоинства и недостатки

  1. Обогрев помещения по такому принципу является весьма практичным.
  2. Долговечность и экономичность системы. Качественные и доступные составляющие прослужат без капитального ремонта на протяжении 30 –40 лет.
  1. Малый радиус действия. Относительно горизонтали такие системы не могут превышать 30-метровую длину. Это правило обусловлено небольшим циркуляционным давлением в них.
  2. Замедленное включение. Такой недостаток работы обусловлен большой инертностью, теплоемкостью воды и низким давлением.
  3. Присутствует вероятность замерзания воды в бачке, трубах. Наиболее распространенной проблемой в таких системах является замерзание воды в бачке, которых зачастую устанавливают в неотапливаемом помещении.
  4. Дороговизна. В случае с приобретением труб большего диаметра возникает необходимость дополнительных расходов на часть составляющих, что приводит к дополнительным расходам.

Виды систем?

На сегодняшний день системы с естественной циркуляцией состоят из нескольких разновидностей:

  1. Двухтрубная система с верхней или нижней разводкой. В такой системе все нагревательные приборы, размещенные с отопительным котлом на одном или ниже уровне, не будут нагреваться вообще. В таких системах наименьшее расстояние между центрами нагревательных элементов на первых этажах и отопительным котлом должно быть более 3 метров.
  2. Однотрубная. В такой системе два варианта движения воды. В первом случае одна часть идет в радиатор, другая направляется дальше по стояку к нижним приборам. Во втором же случае весь объем горячей воды проходит сквозь каждый теплообменник. Главной особенностью такой системы является то, что первый и последний радиаторы получают исключительно холодную воду. Реализация однотрубной системы, где естественная циркуляция теплоносителя обеспечит требуемую температуру, возможна только в домах с чердаками, где и будет находиться трубопровод.
  3. Горизонтальная и вертикальная разводка. Система отопления с вертикальным стояком подразумевает подводку радиаторов к нему с различных этажей. Главным достоинством вертикальной разводки является меньший риск «завоздушивания» системы, а недостатком – дороговизна. Главной особенностью системы с горизонтальным стояком является соединение теплообменника с подающим трубой.

Водяное отопление с естественной циркуляцией теплоносителя получило широкое распространение более 40 лет тому назад и до сих пор выдерживает конкуренцию современных отопительных систем благодаря своей надежности, долговечности, экономичности и простоте реализации.

Источники: http://teploguru.ru/sistemy/s-estestvennoj-cirkulyaciej.html, http://ostroykevse.com/Otoplenie/03.html, http://energomir.biz/otoplenie/vidy/sistema-s-estestvennoj-cirkulyaciej.html


Комментариев пока нет!

Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр внизу: код подтверждения