Гравитационная система отопления: элементы, принцип работы и схемы разводки

Недостатки.

Как и всё рукотворное, гравитационная отопительная система имеет свои недостатки, которые выражаются в следующем:

1. В системе присутствует достаточно низкое циркуляционное давление, из-за чего радиус её действия сокращается до тридцати метров по горизонтали.
2. Тот же фактор, наряду с большой теплоёмкостью воды, определяют низкую скорость запуска оборудования.
3. Зачастую расширительный резервуар для воды устанавливается в неотапливаемом помещении, что может спровоцировать замерзание указанной жидкости в зимний период. Сие чревато нежелательными последствиями, проявляющимися в разрушении труб.

Плюсы и минусы

Как выглядит самотечное отопление на фоне системы с принудительной циркуляцией? Стоит ли остановить на нем свой выбор при проектировании собственного коттеджа?

Достоинства

• Система абсолютно отказоустойчива. В ней нет подвижных или изнашивающихся элементов; она не зависит от внешних факторов, включая нестабильное за городом электропитание.
• Гравитационная схема – саморегулирующаяся. Чем холоднее обратка в ней, тем быстрее циркуляция теплоносителя: ведь он обладает большей плотностью по сравнению с нагревшимися в котле массами.
• Наконец, при проектировании этой системы не нужно заниматься сложными вычислениями, не требуется особых навыков: такие схемы проектировались еще нашими дедушками. В сельской местности и сейчас можно встретить контуры, пристроенные к помещенному в русскую печь теплообменнику из стальной трубы.

Печи с теплообменниками продолжают использоваться и в наши дни.

Недостатки

Не обошлось и без них.

Система довольно медленно прогревается. От розжига котла до выхода батарей на рабочую температуру может пройти полтора – два часа.

Чугунные радиаторы будут долго остывать после того, как в котле прогорит топливо.

Простота устройства системы не означает, что ее цена будет существенно более низкой по сравнению с альтернативами. Солидный диаметр розлива потянет за собой значительные затраты. Вот выдержка из актуального прайс-листа на армированную полипропиленовую трубу от одной из российских компаний:

• Без балансировки разброс температур между радиаторами может быть заметным.
• Наконец, при незначительной теплоотдаче котла вынесенные на чердак или в подвал участки розлива в сильные морозы вполне может прихватить льдом.

Типы и достоинства двухтрубной отопительной системы

Технической особенностью отопительной системы данного типа является то, что она состоит из двух магистралей трубопровода. Один используется для транспортировки нагретого в котле теплоносителя непосредственно к источникам отопления – радиаторам. А второй контур необходим для оттока из радиаторов уже отработанного теплоносителя – остывшей жидкости, которая отдала свое тепло.

В такой системе, как попутная двухтрубная система отопления, наблюдается равная температура теплоносителя, поступающего одновременно в отопительные приборы системы.

Схема двухтрубной системы отопления

Многие полагают, что стоимость двухтрубной системы, по сравнению с более простой однотрубной, увеличивается практически вдвое – ведь необходимо брать труб в два раза больше. Но это не так. Дело в том, что для правильного построения правильно функционирующей однотрубной системы следует применять трубы большего диаметра, поскольку они способствуют более активному перемещению теплоносителя и отработанной жидкости. А при создании двухтрубной системы используются трубы значительно меньшего диаметра, стоимость которых – ниже.

Такая же ситуация отмечается и при приобретении дополнительных комплектующих системы – вентилей, сгонов, соединительных элементов. Изделия большего диаметра стоят дороже. То есть, можно сделать простой вывод – на самом деле приобретение материалов для двухтрубной системы обойдется вам не намного дороже, чем для однотрубной. А вот эффективность ее работы – значительно выше.

Основные элементы двухтрубной системы отопления

Весомым преимуществом двухтрубной системы служит еще один аспект – в такой отопительной системе существует возможность установки на каждый радиатор вентилей, посредством которых можно контролировать уровень нагрева элемента. Кроме того, посредством таких вентилей можно также существенно экономить расход воды и электроэнергии на ее нагрев.

Многих владельцев домов с однотрубной системой нередко огорчает то, что весьма толстую отопительную трубу невозможно скрыть – а это существенно портит общее впечатление от комнаты. В то время, как трубы, используемые при более сложной двухтрубной системе, являются более тонкими – и спрятать их не составит труда. Да и в том случае, если трубы на виду – они не привлекают особого внимания.

Учитывая все очевидные преимущества двухтрубной системы – большую эффективность, невысокую стоимость и эстетичность, можно с уверенностью останавливать свой выбор именно на ней. Что и делают большинство владельцев загородных домов.

Система отопления частного дома

Существует два типа двухтрубной отопительной системы – горизонтальная и вертикальная 2-х трубная система отопления. Основное различие данных видов – в оси расположения  трубопровода. Посредством данных труб производится соединение всех элементов отопительной системы. Разумеется, каждый вид имеет и свои недостатки, и достоинства. Общими для обоих типов можно назвать такие достоинства – прекрасная гидравлическая устойчивость и высокий уровень теплоотдачи.

Горизонтальная двухтрубная система отопления должна быть установлена в одноэтажных строениях, где трубопровод отопления имеет довольно большую длину. В таких домах подсоединение радиаторов отопления к горизонтально расположенной системе – наиболее практичное решение вопроса.

Горизонтальная двухтрубная система отопления

Вертикальная двухтрубная схема отопления является несколько дороже горизонтальной. Однако, поскольку стояк располагается вертикально, это позволяет применять ее даже в многоэтажных домах. При этом каждый этаж отдельно врезается в центральный отопительный стояк. Кроме того, преимущества вертикального типа отопительной системы состоит еще и в том, что в ней не скапливается воздух – при возникновении пузырьки сразу же поднимаются вертикально, прямо в расширительный бак.

Вертикальная двухтрубная схема отопления

Какой бы тип системы вы не выбрали, следует учитывать, что нужно непременно проводить балансировку. При выборе вертикальной системы балансировка двухтрубной системы отопления требуется самому стояку. Когда проходит горизонтальная регулировка двухтрубной системы отопления, ей подвергаются петли.

Типы циркуляции

Система с гравитационной циркуляцией.

На данный момент активно используются три принципа создания потока. Они подбираются, исходя из индивидуальных обстоятельств.

Естественная (гравитационная) циркуляция

Основную роль в этом случае играют законы физики, где более теплая жидкость поднимается наверх, а остывшая стремится вниз. Данный процесс наиболее экономичен, так как не требует дополнительной установки насоса, работающего от электросети.

Некоторые особенности можно расценить как недостатки.

1. Потребуется большое количество труб с немалым диаметром для хорошей проходимости.
2. Нежелательны современные батареи с малым сечением, хорошо подойдут простые чугунные радиаторы отопления старого образца.
3. Инструкция обязует соблюдать уклон не менее 2⁰, чтобы спровоцировать качественный поток.

Принудительное движение теплоносителя

Схема сети с принудительной циркуляцией.

Если вы решили установить этот тип системы, обратите внимание, что к оборудованию будет прилагаться циркуляционный насос. Также комплект содержит терморегуляторы, манометр, заставляющие теперь уже электро-водяное отопление работать в автоматическом режиме

Также комплект содержит терморегуляторы, манометр, заставляющие теперь уже электро-водяное отопление работать в автоматическом режиме.

1. Воду по трубам гонит насос, подключенный к электросети.
2. Так как жидкость при нагревании увеличивается в объеме, ее излишки переходят в бачок расширения.

1. Для регулировки давления в системе понадобится манометр.
2. Терморегуляторы проследят за температурным режимом и исправят его в автоматическом режиме.

Батареи для принудительной циркуляции подойдут любые.

Для тех, кто ценит удобства во всем, данный тип наиболее приемлем.

Существенный недостаток (дополнительная плата за электричество) перевешивают достоинства.

Теплоносителя потребуется гораздо меньше, следовательно, расход минимален.
Метраж труб также сокращен, причем их диаметр может быть меньше, чем под монтаж естественной циркуляции.
Батареи подойдут любой конструкции, что также немаловажно.
Полная автоматизация освободит вас от обслуживания своими руками, за хозяина поработают приборы.

Совмещенный или комбинированный тип

Такой тип устанавливают в данном виде либо сразу, либо модифицировав естественную циркуляцию.

1. Параллельно с гравитационной системой монтируют обводную магистраль с насосом циркуляции (байпасом). После этого сеть способна работать как в естественном режиме, так и в принудительном.
2. Облегчает монтаж наличие металлических труб и соблюдение необходимых уклонов.
3. Суть в том, что целесообразно начать монтаж гравитационной циркуляции, учитывая и оформляя условия и для принудительного аналога.
4. В конце работы достаточно установить блок с насосом, который при необходимости можно включить в любой удобный момент.
5. Обводная и запорная система позволяет переключать отопление на тот или иной режим, открыв или закрыв запорный кран.

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.

Количество контуров в системе

Два контура

Двухтрубная система отопления частного дома, которая предусматривает наличие двух контуров, считается наиболее сложной.

По одному контуру нагретый теплоноситель перемещается от котла к радиаторам, а по второму охлажденный теплоноситель возвращается из радиаторов в котел. Такая схема с естественной циркуляцией требует более тщательного проектирования и увеличенного расхода материала (труб).

Непосредственно монтаж двухконтурной самотечной системы представляет собой достаточно трудоемкий процесс.

Его можно разделить на несколько этапов:

1. установка основного стояка, который нужно проложить от расширительного бака к котлу (по нему будет двигаться горячая жидкость);
2. на уровне 1/3 высоты помещения от уровня пола необходимо соединить основной стояк с разводкой, от которой будут прокладываться трубы к радиаторам;
3. в расширительный бак необходимо врезать трубу перелива, по которой лишняя жидкость будет стекать в канализацию;
4. в нижнюю часть радиаторов врезаются трубы обратки, по которым остывший теплоноситель будет поступать для нагрева обратно в котел.

Самое главное – это тщательно рассчитать уровень расположения расширительного бака, котла и радиаторов. Только при правильном планировании можно достичь необходимого давления в системе.

Один контур

Схема однотрубной системы отопления считается самой простой. Она предусматривает расположение контура отопления максимально высоко, практически под потолком, а трубы обратки располагаются над уровнем пола.

Чем обусловлена популярность этой схемы:

• малый расход материала при ее монтаже;
• установка системы проходит быстро и легко, так как нет необходимости замуровывать трубы в стену;
• она будет работать даже если радиаторы и котел будут расположены на одном уровне.

Объем расширительного бака в одноконтурной самотечной системе напрямую зависит от размера и количества используемых радиаторов. Как правило, бак заполняется на три четверти от своего объема.

Нужно постоянно следить за тем, чтобы уровень теплоносителя в расширительном баке не опустился ниже уровня трубы, по которой распределяется к радиаторам горячий теплоноситель! Если такое произойдет, то подача теплоносителя прекратиться.

При проектирование естественной отопительной системы нужно особое внимание уделить правильному распределению теплоносителя и равномерному распределению давления во всех узлах системы. Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают

Это весьма важный момент, который мастера самоучки не всегда учитывают.

Неправильно смонтированная система принесет в процессе эксплуатации массу проблем. Чтобы этого не произошло, установку системы с естественной циркуляцией лучше всего доверить профессионалам.

Газовое отопление на сегодняшний день является самым надежным, оптимальным и дешевым способом отопления дома в зимнее время. О том, как выбрать газовый котел, мы написали интересную и полезную статью.

Если вы предпочитаете котлы на твердом топливе, но финансы не позволяют запланировать покупку, предлагаем большую инструкцию, с помощью которой вы сможете сделать самодельный твердотопливный котел.

Как это работает

Принцип

Давайте попробуем более наглядно представить себе механизм работы подобной системы.

Упрощенно говоря, она представляет собой два сообщающихся сосуда, соединенные трубами (отопительным контуром) в единое кольцо. Первый сосуд – котел, второй – собственно система отопления, состоящая из радиаторов, розлива и подводок. Высота обоих сосудов одинакова.

После нагрева теплообменника его содержимое устремляется вверх, вытесняемое более холодными массами. Достигнув верхней точки разгонного коллектора, горячий теплоноситель начинает спускаться вниз, по пути проходя через отопительные приборы и постепенно отдавая им тепловую энергию.

Остывая, он увеличивает свою плотность и в нижней точке своего маршрута уже готов вытеснить нагревшуюся жидкость, находящуюся в теплообменнике котла, в разгонный коллектор, начав новый цикл работы системы.

Принцип работы самотечной системы.

Факторы

Очевидно, что чем больше скорость циркуляции – тем более равномерным будет распределение тепла в контуре, тем меньше будет разброс температуры батарей. Чем определяется эта скорость?

Балансом двух противодействующих друг другу факторов: создаваемого при работе системы напора и гидравлического сопротивления контура.

От чего зависит каждый из факторов?

Напор

• От высоты разгонного участка контура (то есть суммарной высоты участка котел – разгонный коллектор). Для его увеличения котел, если есть возможность, монтируется в подвале, а верхняя часть розлива выносится на чердак.
• От уклона розлива. Как правило, он делается постоянным: из верхней точки розлив спускается к котлу, теряя не менее сантиметра высоты над уровнем пола на погонный метр длины. Благодаря уклону остывший теплоноситель проделывает свой маршрут, увлекаемый собственной тяжестью.

Розлив прокладывается с постоянным уклоном.

Гидравлическое сопротивление

Чем оно ниже, тем легче воде или другому теплоносителю при фиксированном напоре проделать свой путь.

Что влияет на гидравлическое сопротивление системы?

• Диаметр розлива. Чем он больше, тем меньшее сопротивление труба оказывает потоку воды. Абсолютный минимум диаметра – 32 миллиметра; чаще при сооружении гравитационной системы своими руками в качестве розлива используется труба размером 40 – 50 мм.
• Протяженность розлива. Контур протяженностью более сотни метров при разумном диаметре будет просто-напросто неработоспособен. Обычно гравитационные системы отопления не делают длиннее 40-50 метров.
• Количество изгибов и переходов диаметра. Каждый из них увеличивает сопротивление движению воды.
• Количество и тип запорной арматуры. Чем меньше завихрений на дросселирующих приспособлениях – тем лучше.

Корпус винтового вентиля создает значительное сопротивление движению потока воды.

Наконец, сильнейшее влияние на сопротивление движению потока оказывает материал трубы и ее возраст. Если быть точным, определяющим фактором является так называемый коэффициент шероховатости. Сравните его значение для разных труб.

Принцип работы водяного отопления

Система представляет собой замкнутый контур, в котором теплоноситель циркулирует по трубам от котла к радиаторам.

Остывая, вода вновь поступает к котлу, и цикл повторяется многократно.

В качестве теплоносителя чаще используют воду, реже — антифриз. Первый вариант выгоднее, а второй — безопаснее, так как системы не размерзнутся в суровые зимы.

Работу отопления регулируют дополнительные приборы, к которым относятся расширительный бак, манометры, предохранительные клапаны, запорная арматура.

Для создания замкнутой цепи используют трубопроводы

При выборе труб необходимо обратить внимание на материал изготовления. Популярные варианты — оцинкованная или нержавеющая сталь, медь, полимеры

Справка! Чаще выбирают металлопластиковые трубы. Изделия прочны, не подвержены коррозии, долговечны. Внутренние стенки таких трубопроводов гладкие, не зарастают окалиной и накипью, благодаря чему не теряют своих свойств с течением времени.

Естественная и принудительная циркуляция воды

Циркуляция воды обеспечивается за счёт естественных гравитационных процессов или специальных насосов (принудительная циркуляция).

Гравитационные системы выгодны в обустройстве и эксплуатации.

Для него не требуется дополнительное оборудование, а при работе нет шума. Нагретая вода поднимается вверх и распределяется по радиаторам, а остывшая опускается и поступает к котлу.

Движение теплоносителя не зависит от подачи энергии, поэтому в периоды отключения электричества дом остаётся тёплым.

Чтобы спроектировать и смонтировать систему с естественной циркуляцией воды, не требуется особых навыков. Достаточно продумать схему и выдержать необходимые уклоны.

Такое отопление способно бесперебойно работать в течение 30–35 лет. Максимум, что может потребоваться — мелкий ремонт.

Важно! У отопления с естественной циркуляцией воды есть существенный минус: система эффективна, если обустроена двухтрубная система. Когда контур один — радиаторы неравномерно прогреваются и каждый последующий холоднее предыдущего

При экономии на оборудовании приходится переплачивать за трубы и комплектующие.

Для принудительной циркуляции теплоносителя устанавливают насосы.

Такие системы более эффективны потому, что горячая вода быстро поступает к радиаторам, не успевая остыть в трубопроводе.

Отопление отлично работает, независимо от того, какая схема выбрана — одно- или двухтрубная. Однако при отключении электропитания обогрев прекращается, а дом быстро остывает.

Компромиссный вариант — продуманная схема, предусматривающая естественную и принудительную циркуляцию одновременно. При отключении электроэнергии отопление просто переключают в гравитационный режим в обход насоса.

Одно- и двухтрубная, коллекторная разводка

В зависимости от специфики движения теплоносителя и принципа работы различают однотрубную, двухтрубную, коллекторную систему. Каждая из схем имеет свои преимущества:

Однотрубная. Это стандартная схема, в которой сопротивление системы возрастает по мере удаления от котла, что ведёт к неравномерному прогреву радиаторов. Чтобы решить проблему, используют балансировочную арматуру.

Фото 2. Однотрубная схема отопительной системы с котлом, радиаторами, расширительным баком, циркуляционным насосом.

• Двухтрубная. Схема предусматривает две трубы — подающую и обратную. Теплоноситель от котла подаётся ко всем радиаторам в цепи, благодаря чему они равномерно прогреваются. Двухтрубная разводка удобна, практична, но металлоёмкая, поэтому требует серьёзных затрат на обустройство.
• Коллекторная (лучевая). Это идеальный вариант с точки зрения эксплуатационных характеристик и гидравлической стабильности. Для регулировки технологии работы радиаторов устанавливают шкаф, где размещают коллекторы, всю запорную, балансировочную арматуру. При необходимости отключается один или несколько радиаторов без ущерба для остальных приборов.