Как работает система отопления на основе естественной циркуляции (самотека)?

Уклон пластиковых труб отопления
Уклон пластиковых труб отопления

Жидкостная система теплоснабжения нуждается в обеспечении движения жидкости по трубам теплоносителя. Жидкость, нагреваясь в котле отопления, должна проходить по батареям или радиаторам, обеспечивая тепло в строении. Жидкостная теплоснабжающая система на основе самотека функционирует по такому же принципу.

Прохождение теплоносителя (воды) обеспечивается разностью ее плотности: температура окружающей среды и нагретое состояние. Попадая в котловой теплообменник, вода нагревается, и плотность ее уменьшается. В холодном состоянии плотность воды намного выше, и она вытесняет уже нагретый теплоноситель. Такое явление называется движением масс.

Принимая решение установить водяную отопительную систему на основе естественной циркуляции, желательно знать ее технические возможности и эксплуатационные особенности.


  1. Отменные показатели по надежности обеспечиваются отсутствием крыльчатки, которым оснащается циркуляционный насос (лишний фактор поломки);
  2. Отсутствие перепадов и высокого давления способствуют длительному эксплуатационному сроку функционирования отопительной системы в частном, загородном или дачном доме;
  3. Минимальная скорость поступления теплоносителя к приборам отопления;
  4. Уклон магистральных трубопроводов необходим в обязательном порядке. Это обеспечит соответствующее норме функционирование системы. Для этого магистральные трубы монтируются от котла, а для «обратки» — к котлу. Только такой порядок монтажа обеспечит оптимальный режим функционирования системы.
  5. Протяженность отопительной системы на основе естественной циркуляции не должна превышать 30 метров погонных. Это связано с тем, что больший объем остывшей воды (теплоносителя) будет снижать скорость.

Система отопления с естественной циркуляцией может устанавливаться на любые виды котлов, которые предлагают производители: от газового до твердотопливного. Но должен присутствовать в конструкции обогревательного прибора –  элемент защиты от возможности перегрева, в ситуациях обратного движения воды или при «завоздушенности».

Какой план  отопительных систем применяются для  самотека?


Утепление дома снаружи
Утепление дома снаружи

Установка системы теплоснабжения, вне зависимости от вида циркуляции (естественная или принудительная) начинается с проектирования системы. Особенно важно подобрать схему размещения трубных магистралей, местонахождение котла и определиться с расположением радиаторов при естественной циркуляции. Для этого составляется план, в котором учитываются все особенности и нюансы.

В первую очередь нужно сделать анализ частного дома, в котором будет устанавливаться теплоснабжение. Для этого учитываются следующие факторы:

  •  площадь для проживания
  •  утепление стен снаружи
  •  вид котельного прибора

Только после такого анализа можно выбирать схему для отопительной системы с естественной циркуляцией. В основном это однотрубная и двухтрубная. Однотрубная система – лучший выбор для помещений небольших размеров. Двухтрубная система больше подходить для домов, которые имеют большую площадь или двухэтажные строения.

Но при этом важно учитывать такой аспект, как длина отопительной магистрали (до 30м) и наличие поворотных элементов (минимальное). Естественная циркуляция не применяется  для трехтрубной и коллекторной  разводки магистралей, так как в таких системах присутствуют большие гидропотери, что негативным образом складывается на скорости продвижения воды.


ВАЖНО! Отопительные системы с самотеком наполняются только водным теплоносителем. Антифриз для этого не годится, так как имеет высокую плотность, которая не дает возможности получить необходимый напор в трубах.

Система в одну трубу

Однотрубное отопление
Однотрубное отопление

Если ваш дом не отличается большими размерами, или небольшая дача, отопительная система с самотеком – целесообразное решение. Это экономично и надежно. Особенность такой системы – одна труба, к которой параллельно подключаются батареи и радиаторы. Но обязательно нужно учитывать, что скорость здесь прохождение теплоносителя будет проходить с высокой скоростью, так как тепло передается последовательно. Чтобы оптимизировать тепловой режим нужно применить следующие элементы:

  •  байпас, ограничивающий поток теплоносителя, но не изменяющий эксплуатационные показатели всей отопительной системы. Применяя байпас, можно отключать батарею, но вся система будет продолжать функционировать;
  •  терморегулятор с байпасом. Терморегулятор позволяет изменять сечение в проходном патрубке батарее, регулируя ее нагрев;
  •  краником Маевского должны оснащаться батареи при однотрубной отопительной системе с самотеком. С его помощью можно удалять воздушные пробки, которые могут образовываться.

Основное достоинство однотрубной системы – минимально занимаемое место. Устанавливают систему с учетом предпочтений и возможностей: скрытый или открытый монтаж.

Особенности системы из двух параллельных труб

Двухтрубная система отопления
Двухтрубная система отопления

Дома и дачи, имеющие средние размеры, а длина магистральных труб превышает 30м, применяют двухтрубную систему, которая разделяет теплоноситель – холодная и горячая «ветвь».

При устройстве двухтрубной системы следует помнить, что котел монтируется ниже, чем уровень батарей. Установка котла ниже уровня батарей будет обеспечивать достаточный напор холодной воды, чтобы создавать естественную циркуляцию в системе отопления.

При устройстве системы нужно предусмотреть наличие разгонного стояка, на котором в наивысшей точке будет прикреплен расширительный бак. И уже от него будет отходить раздаточная труба, монтируемая под наклоном.

Чтобы двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией работала с минимальной разницей температур, необходимо принять во внимание следующие факторы:


  •  местонахождение котла. Он должен устанавливаться в подвале или цокольном этаже, с обеспечением нормальной температуры, вентиляции и освещения
  •  оснастить расширительный бак контрольным патрубком для пополнения системы
  •  подпитка и слив – узлы, позволяющие контролировать процесс

Материал для двухтрубной системы выбирается в зависимости от предпочтений или финансовых возможностей.

ВАЖНО! При устройстве двухтрубной системы желательно предусмотреть   наличие запорной арматуры, чтобы можно было отключать отдельный радиатор от всей системы.

Как правильно составить схему отопления?

Котёл отопления на чердаке
Котёл отопления на чердаке

Составляя схему разводки отопительной системы, которая имеет естественную циркуляцию, нужно учесть особенности проектирования и правильно выбрать, и купить комплектующие элементы


  1. Магистральные трубы. Оптимальный диаметр для магистральных труб – 32 – 40мм. Это позволит компенсировать трение теплоносителя об их внутреннюю поверхность.  Материал, который более всего отвечает этому требованию – полимеры. Трубы из полимеров идеально гладкие, что обеспечивает минимальное трение.
  2. Составляя схему разводки нужно максимально избегать поворотных элементов, увеличивающих гидравлическое сопротивление в отопительной системе.
  3. Длина разгонного стояка должна превышать высоту последнего потолка в строении, а бачок вообще устанавливается на чердаке.
  4. Необходимо подбирать «правильную» запорную арматуру, которая не будет влиять на работу всей системы отопления с естественной циркуляцией.

Почему так важен уклон?

Система теплообеспечения с принудительной циркуляцией и естественной мало отличаются друг от друга. Разводка, применяемые материалы, радиаторы отопления, все это может быть идентичным, но вот наличие уклона – обязательно!

Уклон – расположение подающего трубопровода в наклонном состоянии от разгонного стояка к радиаторам отопления. Соотношение нижней и верхней точки стояка должно быть 1 к 10, что обозначает отклонение каждого метра трубы должно составлять 1 см. Это по отношению к подающей трубе. Для «обратки» применяется уклон в противоположную сторону. То есть, от отопительных радиаторов выполняется уклон к нагревательному прибору (котлу). Это дает возможность создавать гравитационное воздействие на воду, проходящую по обратной магистрали.

Преимущества отопительной системы на основе естественной циркуляции


Минимальный набор оборудования для данной системы
Минимальный набор оборудования для данной системы

Чаще всего, владельцы жилья выбирают отопительные системы с естественной циркуляцией по следующим причинам:

  1. Легкость монтажа, эксплуатации и обслуживания системы.
  2. Не требуется устанавливать дополнительное оборудование, что экономит финансы домовладельца.
  3. Экономия электроэнергии. Даже если нет электропитания для котла, система будет продолжать функционировать. Такая энергонезависимость позволяет сохранить тепло в доме при морозах и отсутствии электричества.
  4. Ремонтопригодность. В случаях протечки или выхода из строя батареи домовладелец может легко устранить неполадки не вызывая специалистов.
  5. При снижении температурных показателей система саморегулируется: поток теплоносителя увеличивается.
  6. Возможность самостоятельной установки системы.

pechiexpert.ru

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:


  • Простой монтаж и обслуживание.
  • Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
  • Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:


  • Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
  • Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:


  • При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
  • Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
  • При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

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

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

Однотрубная система с самоциркуляцией

схема однотрубной системы

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам. Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

  1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
  2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

  1. схема двухтрубной системы

    Подача и обратка проходят по разным трубам.

  2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
  3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

  1. Равномерное распределение тепла.
  2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
  3. Проще выполнить регулировку системы.
  4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
  5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

  1. Минимальный угол уклонов.
  2. Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.
  3. Особенности подачи и вид теплоносителя.

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре. Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

  • Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
  • Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
  • Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
  • Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

  • Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
  • СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
  • Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Естественная циркуляция воды в системе отопления одноэтажного дома во многом зависит и от выбранной схемы подачи теплоносителя непосредственно к радиаторам. Принято классифицировать все типы подключения или розлива на две категории:

  • Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

  • Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

  1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
  2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя. Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

  • Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.
  • Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.
  • Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.
  • Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.
  • Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

avtonomnoeteplo.ru

Принцип работы и особенности самотечных систем

Как явствует из названия, в нашем случае теплоноситель движется по трубопроводам самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия с помощью насоса. Подобный способ циркуляции применялся изначально во всех системах водяного отопления. В нынешнее время, когда появились циркуляционные насосы, владельцы частных домов интересуются самотечными схемами с одной целью: быть независимыми от внешних источников электроэнергии.

В основе самостоятельного движения теплоносителя лежит явление конвекции. Одна и та же среда (в данном случае – вода), имеющая разную температуру, различается и по удельному весу. Простыми словами, куб холодной воды весит больше, чем 1 м3 горячей из-за различной плотности. Внутри замкнутого пространства труб это приведет к тому, что остывающая среда станет постоянно выталкивать вверх более легкую горячую воду. Типовая схема такой системы показана на рисунке:

самотечная система отопления

Вследствие разности плотностей и масс воды внутри самотечной системы отопления возникает небольшое избыточное давление, преодолевающее гравитацию и силу трения, в результате чего возникает естественная циркуляция теплоносителя. Отсюда и второе название – гравитационная.

Поскольку величина возникающего избыточного давления невелика, для естественной циркуляции воды в системе отопления нужно создать благоприятные условия. Этому способствуют следующие мероприятия:

  • применение труб увеличенных диаметров, рассчитанных на медленное течение воды (0.1—0.3 м/с);
  • соблюдение уклонов горизонтальных магистралей. Величина уклона – не менее 3 мм на 1 м трубопровода;
  • значительная разница температур теплоносителя в подающей и обратной магистрали (не менее 25 °С);
  • монтаж в самой верхней точке сети расширительного бака открытого типа, сообщающегося с атмосферой;
  • установка котла таким образом, чтобы его патрубок обратки находился как можно ниже уровня отопительных приборов первого этажа.

Для справки. На практике при устройстве самотечных систем своими руками магистральные трубопроводы прокладываются из труб диаметром не менее 50 мм (2 дюйма), а подводки к радиаторам – 20 мм (3/4 дюйма).

Часто домовладельцы задаются вопросом – а можно ли сделать систему с естественной циркуляцией закрытой, поставив расширительный бак мембранного типа? Ответ очевиден: при расширении жидкость должна будет преодолеть сопротивление мембраны бака, а избыточное давление в сети и так невелико. Скорость движения теплоносителя снизится до минимума, а то и до нуля. Поэтому схемы, использующие гравитационный принцип работы, всегда делаются открытыми.

Важное преимущество, которое дает самотечная система отопления, — независимость от электроэнергии, что очень актуально в районах с ненадежным электроснабжением. Но за это приходится расплачиваться более дорогим монтажом и большими трубами, идущими через все помещения. Схема не может быть реализована в частных домах большой площади и этажности из-за низкой эффективности и экономической нецелесообразности. В таких коттеджах применяется система закрытого типа с насосом и средствами бесперебойного электропитания.

Схема однотрубной системы отопления

В подобных схемах раздача горячего теплоносителя радиаторам и отбор остывшего осуществляется по одной и той же трубе. Если разводка – горизонтальная, то магистраль представляет собой замкнутый контур, идущий от подающего патрубка котла к обратному. Батареи же присоединяются к нему обоими подводками. Примером может служить популярная однотрубная система отопления ленинградка, могущая работать с естественной циркуляцией теплоносителя. Ее схема для одноэтажного дома показана ниже:

отопительная система с разгонным коллектором

Непременным условием нормальной подачи воды в радиаторы здесь является наличие петли разгонного коллектора. К его верхней точке подключается открытый расширительный бак. Нагретая вода из котла поднимается по коллектору, после чего по принципу сообщающихся сосудов затекает во все батареи. Если их количество не превышает 5, то отопление будет работать без проблем, это проверено на практике.

Дело в том, что каждый последующий отопительный прибор получает смесь горячего и остывшего теплоносителя из предыдущей батареи. Поэтому теплоотдача его снижается, если не нарастить количество секций. Когда число радиаторов превышает 5, то последние из них будут слишком холодными, сколько секций ни добавляй. При такой необходимости нужно монтировать двухтрубную гравитационную систему, о чем пойдет речь далее.

Для двухэтажного частного дома площадью до 200 м2 хорошо подойдет однотрубная система отопления с вертикальными стояками и естественной циркуляцией. Городить на каждый этаж горизонтальную ленинградку, подключенную к вертикальному коллектору, не имеет смысла, да и работать это будет плохо. Правильнее провести подающую магистраль по чердаку или под потолками второго этажа и опустить от нее стояки, как изображено на схеме:

система отопления без насоса

Нагрузка на стояки небольшая – всего по 2 отопительных прибора, так что их температура будет почти одинаковой. Чтобы батареи не зависели друг от друга, между подачей и обраткой можно поставить перемычки – байпасы.

Совет. Для балансировки или отсечения в самотечных системах необходимо использовать арматуру с наименьшим сопротивлением – полнопроходные краны и специальные термостатические вентили.

Схема двухтрубной системы

Здесь тепло переносится к радиаторам по одной трубе, а остывшая вода возвращается по другой. Это позволяет обеспечить эффективную работу большего количества батарей, подключенных к одной горизонтальной ветви. В одноэтажном доме подающий коллектор размещают на чердаке или под потолком, обратный – над полом. Разгон тут не требуется, труба и так поднята на достаточную высоту, что и показано на изображении:

система отопления открытого типа

Как видно по схеме, оптимальное решение для хорошей естественной циркуляции – это двухтрубная система отопления, разделенная на 2 ветви с одинаковым количеством радиаторов на каждой. В противном случае из-за уклонов на большой длине монтаж трубопроводов будет затруднен. Что касается двухэтажного дома, то здесь опять же уместна вертикальная разводка, но с разделением на магистрали подачи и обратки. Как это правильно сделать, отражено на схеме:

водяное отопление с естественной циркуляцией

При двухтрубной системе все батареи получают теплоноситель с одинаковой температурой, это важный плюс. Также становится проще осуществлять автоматическое регулирование, так как приборы не зависят друг от друга. Недостаток состоит в большем расходе материалов для вариантов горизонтальной разводки, например, в двухэтажном здании:

отопление частного дома

Для справки. Большинство домовладельцев для улучшения работы системы все же устанавливают на обратном коллекторе циркуляционный насос. Но ставят его на байпасе, чтобы в случае отключения электричества всегда можно было перейти на самотек, открыв соответствующий кран.

Заключение

Естественная циркуляция в системах водяного отопления хоть и дает независимость от электричества, но требует тщательного подхода в расчетах и монтаже. Особенно это касается однотрубных схем с горизонтальной разводкой, где нужно тщательно подбирать мощность батарей. Не всех устроят и большие трубы, проходящие через помещения. Даже если подачу упрятать на чердак, а обратку – в подпольный канал, то все равно на виду останутся подводки к радиаторам.

cotlix.com

Парообразующие трубы котла, обогреваемые снаружи горя­чими продуктами сгорания, должны непрерывно охлаждаться изнутри движущейся в трубах водой или пароводяной смесью.

При остановке такого движения (застое) или даже снижении ско­рости может возникнуть неудов­летворительный отвод теплоты от стенок труб и, как следствие, пережог металла труб.

Непрерывное движение воды и пароводяной смеси по опуск­ным и подъемным трубам, замы­кающимся на водяной и парово­дяной коллекторы, называется естественной циркуляцией. Про­цесс естественной циркуляции характеризуется такими поня­тиями, как контур циркуляции, кратность циркуляции, скорость циркуляции, недогрев до кипе­ния и др.

Рассмотрим работу простей­шего контура циркуляции. Схема простейшего контура с естествен­ной циркуляцией воды и паро­водяной смеси приведена на рис. 4.4. Замкнутый циркуляцион­ный контур состоит из двух рядов труб: левого ряда 4, обогре­ваемого теплотой Естественная циркуляция, в трубах которого кипит вода и образуется пароводяная смесь, и правого необогреваемого ряда 2, трубы которого заполнены водой в состоянии, близком к кипению. Ряды труб введены в коллекторы: верхний пароводяной 1 и нижний водяной 3.

Естественная циркуляция   Рис. 4.4. Схема простейшего цир­куляционного контура

В левом обогреваемом ряде труб из-за кипения воды обра­зуется пароводяная смесь, плотность которой Естественная циркуляцияменьше плот­ности воды в правом необогреваемом ряде Естественная циркуляция. В результате этого на плоскость II, проходящую через нижний коллектор, слева давит столб смеси, заполняющей обогреваемые трубы, а справа – столб воды, заполняющей необогреваемые трубы. Создавшаяся разность давлений, или движущий напор, вызовет движение в контуре. В обогреваемых трубах левого ряда 4 па­роводяная смесь будет подниматься, а в необогреваемых тру­бах правого ряда 2 вода начнет опускаться. В контуре устано­вится естественная циркуляция воды и смеси.

На рис. 4.4 высота опускных труб обозначена Естественная циркуляция. Подъем­ные трубы имеют две характерные высоты: начальную, назы­ваемую высотой экономайзерного участка Естественная циркуляция, и последующую, называемую высотой паросодержащей части Естественная циркуляция. На экономайзерном участке обогреваемого ряда вода при движении вверх нагревается и закипает. Поэтому высоту экономайзерного уча­стка подъемных труб часто называют высотой точки закипания.

Пароводяная смесь, двигаясь вверх, поступает в пароводя­ной коллектор, где пар отделяется от воды. Отделившаяся вода смешивается с непрерывно поступающей питательной водой и направляется в правый ряд, двигаясь по нему вниз. В резуль­тате устанавливается круговое движение. Круговое движение в контуре, или циркуляцию, обеспечивает движущий напор, ко­торый представляет собой разность давлений, создаваемых стол­бом воды в опускных трубах и столбом пароводяной смеси в подъемных. Выражение для движущего напора аналогично вы­ражению для естественной тяги (самотяги) и имеет вид, Па,

Естественная циркуляция, (4.18)
где Естественная циркуляция ускорение свободного падения, Естественная циркуляция= 9,81 м/с2 ;
  Естественная циркуляция плотность воды в опускных не обогреваемых трубах, кг/м3 ;
  Естественная циркуляция средняя по высоте трубы плотность пароводяной смеси, кг/м3.

В установившемся круговом движении движущий напор Естественная циркуляциярасходуется на преодоление сопротивлений в подъемных Естественная циркуляцияи опускных Естественная циркуляциятрубах, следовательно,

Естественная циркуляция. (4.19)

Часть движущего напора за вычетом гидравлического сопро­тивления в подъемных трубах называется полезным напором

Естественная циркуляция, (4.20)

который расходуется на преодоление сопротивления в опускных трубах. Из (4.19) и (4.20) следует, что

Естественная циркуляция. (4.21)

Уравнение (4.21) называется основным уравнением цирку­ляции,

Гидравлическое сопротивление в опускных трубах Естественная циркуляциямож­но определить по формуле

Естественная циркуляция. (4.22)

В подъемных трубах величину Естественная циркуляцияможно определить по формуле (4.22), но с заменой Естественная циркуляцияи Естественная циркуляцияна Естественная циркуляцияи Естественная циркуляциясоответ­ственно. Зная Естественная циркуляцияи Естественная циркуляция, можно рассчитать полезный на­пор Естественная циркуляция.

Теперь на примере работы подъемных труб познакомимся с кратностью циркуляции.

В установившемся режиме работы котла в трубы подъемного ряда из нижнего водяного коллектора входит вода, а из труб выходит пароводяная смесь. Расход пара, образовавшегося в трубах Естественная циркуляция, кг/с, в несколько раз меньше расхода воды Естественная циркуляция, кг/с, поступающей в трубы подъемного ряда. Отношение рас­хода воды, циркулирующей в трубах подъемного ряда, к рас­ходу пара, образовавшегося в трубах этого ряда, называется кратностью циркуляции ряда

Естественная циркуляция. (4.23)

Подъемные ряды имеют разный обогрев, в них поступает разное количество воды и образуется разное количество пара. Поэтому каждый подъемный ряд имеет свое значение крат­ности циркуляции. В рядах, расположенных ближе к топке, об­разуется больше пара, поэтому в них кратность циркуляции меньше, чем в рядах слабо обогреваемых.

Кроме понятия кратности циркуляции ряда существует по­нятие общей кратности циркуляции всего котла

Естественная циркуляция, (4.24)
где Естественная циркуляция суммарный расход воды, циркулирующей во всех подъемных трубах котла, кг/с;
  Естественная циркуляция полная паропроизводительность котла, кг/с.

Физический смысл кратности циркуляции состоит в том, что она показывает число полных оборотов воды в контуре, совер­шаемых до тех пор, пока полностью не превратится в пар. Крат­ность циркуляции рядов, расположенных вблизи топки, Естественная циркуляция= 4 ÷ 10; для всего котла Естественная циркуляция= 40 ÷ 60.

Остановимся на понятии скорость циркуляции. Скоростью циркуляции Естественная циркуляцияназывается скорость воды на входе в трубы подъемного ряда. Следовательно, м/с,

Естественная циркуляция, (4.25)
где Естественная циркуляция площадь сечения труб подъемного ряда, м2 ;
  Естественная циркуляция плотность воды (можно брать на линии насыщения), кг/м3.

По значению Естественная циркуляциясудят о надежной работе подъемных труб. Снижение Естественная циркуляцияопасно: оно ведет к уменьшению отвода теплоты от стенок труб движущейся водой. В судовых котлах скорость циркуляции должна быть Естественная циркуляция= 0,3 ÷ 1,5 м/с. Более высокие значения Естественная циркуляцияотносятся к подъемным трубам, имеющим высокие тепловые нагрузки.

Важной характеристикой циркуляции является недогрев до кипения, который имеет место в барабанах, в опускных трубах и на экономайзерном участке. Рассмотрим недогрев до кипения в верхнем барабане Естественная циркуляция, с которым вода входит в опускные трубы, Дж/кг или кДж/кг.

Из рис. 4.4 видно, что в водяную полость пароводяного барабана поступает питательная вода, как правило, из экономай­зера. Поэтому ее энтальпию можно обозначить Естественная циркуляция(за эконо­майзером). Обычно воду в экономайзерах не нагревают до ки­пения, так что Естественная циркуляция– (125 ÷ 350) кДж/кг, где Естественная циркуляция– энталь­пия кипящей воды при давлении в верхнем барабане.

В водяную полость верхнего барабана из подъемных труб поступает пароводяная смесь. При этом пузырьки пара всплы­вают, и пар собирается в паровой полости над зеркалом испа­рения. Отделившаяся от смеси кипящая вода с энтальпией Естественная циркуляциясмешивается с водой, поступающей из экономайзера, и направ­ляется в опускные трубы. Следовательно, в опускные трубы по­ступает смесь кипящей и некипящей воды, имеющей недогрев до кипения Естественная циркуляция, равный

Естественная циркуляция, (4.26)

то есть Естественная циркуляция= 3 ÷ 6 кДж/кг.

При движении воды по опускным трубам ее давление воз­растает на величину гидростатического столба воды, так что недогрев до кипения при движении воды вниз увеличивается.

studopedia.ru



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector