Отопление с естественной циркуляцией теплоносителя

В отопительных системах с естественной циркуляцией, или самотечных системах вода (либо антифриз) движется по трубам за счет разности в плотностях горячей воды в подающей трубе и остывшей воды в обратке. По другому такая система называется гравитационной, потому что за счет силы тяжести более тяжелая холодная вода опускается вниз, а более теплая поднимается вверх.

Отопление самотеком имеет ряд особенностей:

  • Достаточно медленная циркуляция, по сравнению с насосным отоплением
  • Медленный прогрев помещений
  • Высокая Δ t между подачей и обраткой, в результате в котел заходит слишком холодная вода, что не совсем хорошо для теплообменника котла
  • Как следствие вышеперичисленных особенностей – повышенный расход топлива
  • Независимость от наличия электричества в сети. Но следует иметь в виду, что для автоматики отопительного котла и для возможного вытяжного вентилятора все равно необходимо иметь резервный источник питания.
  • Большой диаметр труб отопления. Делается это для уменьшения гидравлического сопротивления в системе.
  • Подающая магистраль обязательно должна иметь уклон в сторону радиаторов. Уклон примерно 3-5 см на метр трубопровода.
  • Обратная магистраль также желательно должна иметь уклон
  • Общая длина трубопровода – не более 30м
  • Отопительный котел надо устанавливать в самой низкой точке системы
  • Обычно используется ОТКРЫТАЯ ОТОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА с установкой расширительного бака в самой высокой точке (обычно на чердаке)
  • Обычно площадь отапливаемого дома не превышает 150 м2

Поэтому в наше время самотечную систему делают редко, и то только если в вашей местности часто отключают электричество. В остальных случаях применяют более прогрессивную систему с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Горячая вода, как известно, расширяется и соответственно имеет меньшую плотность. А вещество с меньшей плотностью стремится вверх.  Остывая в радиаторах вода приобретает большую плотность и стремиться вниз. Давление в подающем трубопроводе зависит от высоты столба воды и от плотности. А поскольку плотность воды в подаче и обратке разная, то циркуляционное давление определяют по формуле:

Где H – высота, м;

g – ускорение свободного падения =  9,8 м/с2;

— плотность воды в обратном и подающем трубопроводе, кг/м3.

1 Па (паскаль)  — единица давления, соответствует 0,1мм напора.

Система отопления с естественной циркуляцией

Именно поэтому в таких системах котел надо устанавливать в самой низшей точке системы, в идеале – в подвале.

Для простоты расчетов составлены таблицы, определяющие циркуляционное давление в Па на 1м столба воды, для различных температур подачи и обратки.

Циркуляционное давление, измеряется в Па на метр высоты (Па/м).
Температура воды в обратной линии, °C. Температура воды в подающей линии, °C
70 80 90
40 143 201 265
50 101 129 223
60 53 112 176
70 59 122

 

Как видим циркуляционное давление при стандартной Δ t в 20°С остается достаточно маленьким – 120-150 Па на метр столба воды. 1 Па равняется 0,1 мм напора воды. К примеру высота подающей магистрали для отопления с естественной циркуляцией в частном доме будет 6м, соответственно циркуляционное давление будет:

Очевидно, что водяной напор ни в какое сравнение не идет с напором от циркуляционного насоса. Соответственно и диаметр труб надо подбирать такой, чтобы гидравлическое сопротивление в них было меньше. Чем больше диаметр труб, тем меньше в них скорость, и соответственно меньше гидравлическое сопротивление.

  • Если взять слишком узкие трубы для такой системы, то это приведет к увеличению температуры подающей линии и, соответственно к уменьшению температуры обратной линии. Большая разность температур вредна для отопительного котла, поэтому лучше брать трубы побольше в диаметре.
  • Вентили-термостаты создают повышенное сопротивление в системе, поэтому их лучше убрать, либо заменить на шаровые краны. Шаровой кран в открытом состоянии не создает сопротивления, т.к. его внутренний диаметр равен диаметру трубы.
  • В системе должно быть как можно меньше углов.
  • Фитинги нельзя использовать те, которые заужают диаметр просвета.
  • Разводку отопления с естественной циркуляцией надо делать по определенным схемам, представленным ниже. Существует вертикальная разводка и горизонтальная.
  • Желательно в качестве радиаторов использовать трубы диаметром 8-10 см. В них вода имеет минимум гидравлического сопротивления. Обязательно обеспечить уклон труб.

Трубы большого диаметра в качестве радиаторов

Большие трубы в качестве радиатора

Как самый простой вариант – такая труба проходит по всему периметру здания и возвращается в котел.

Подбор диаметра труб для отопления с естественной циркуляцией

Скорость теплоносителя принимаем равной примерно 0,1-0,2 м/с. Температурный перепад 20-30°С. Трубы подбираются по внутреннему диаметру. Обозначения у разных труб разные!  Стальная труба ВГП маркируется по внутреннему диаметру, а полипропиленовые трубы и трубы из сшитого полиэтилена по внешнему! В таблице это учтено.

Тепловая нагрузка, кВт Необходимый внутренний диаметр трубы, мм Подбор трубы для необходимого внутреннего диаметра:
ВГП стальные Полипропилен Сшитый полиэтилен
30 50 2 дюйма (50мм) 63 63
20 50 2 дюйма (50мм) 63 63
15 50 2 дюйма (50мм) 63 63
12 50 2 дюйма (50мм) 63 63
10 40 1,5 дюйма (40мм) 50 50
8 32 1,25 дюйма (32мм), дюйм с четвертью) 40 40
6 32 1,25 дюйма (32мм), дюйм с четвертью) 40 40
5 25 1 дюйм (25мм) 32 32
4 25 1 дюйм (25мм) 32 32
3 25 1 дюйм (25мм) 32 32
2 20 3/4 дюйма (20мм) 25 25
1 20 3/4 дюйма (20мм) 25 25

 

Надо сказать, что система с естественной циркуляцией  имеет некоторую саморегуляцию. Т.е. при маленьком гидравлическом сопротивлении системы (если взяли трубы большого диаметра, обеспечили уклоны, свели к минимуму углы, редукционные переходы, и другие фитинги), то циркуляция будет на достаточном уровне и Δ t между подачей и обраткой будет меньше.

Но если гидравлическое сопротивление в системе будет большое, то  это приведет к пониженной циркуляции и, как следствие к повышенной разнице температур между подачей и обраткой. Что в свою очередь может привести к образованию кислого конденсата на теплообменнике котла и постепенной коррозии.

Вертикальная разводка отопления с естественной циркуляцией

Это самая эффективная схема разводки для самотечной системы отопления! Подающий трубопровод сначала поднимается вверх, к самой высокой точке системы, а затем идет горизонтальная разводка по стоякам.

Если дом одноэтажный, то вертикальные стояки подходят к верху радиатора.

Система отопления с естественной циркуляцией с вертикальной разводкой

А из нижнего выхода радиатора выходит обратка и объединяется между собой в обратный трубопровод. ВСЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ УЧАСТКИ ОБЯЗАТЕЛЬНО ДОЛЖНЫ ИМЕТЬ УКЛОН – не меньше 3см на 1м длины! Уклон должен иметь как подающий, так и обратный трубопровод!

На деле это, увы, выглядит не всегда эстетично – трубопровод идет вертикально через всю стену сверху вниз.

Разводка труб отопления с естественной циркуляцией по стене

К тому же подающая труба должна располагаться либо под потолком, либо в пространстве чердака.  Если трубу вы проведете на чердаке, то ее обязательно надо утеплить, во избежание ненужных теплопотерь.

Утепление трубы отопления на чердаке

Если же в доме несколько этажей, то вертикальные стояки последовательно соединяют между собой несколько радиаторов.

Вертикальная разводка отопления с естественной циркуляцией на несколько этажей

Горизонтальная разводка отопления с естественной циркуляцией

горизонтальная разводка системы отопления с естественной циркуляцией

В такой системе от подающего трубопровода на КАЖДОМ ЭТАЖЕ отходят горизонтальные ветки на радиаторы. Как и в случае вертикальной разводки все горизонтальные участки должны иметь ОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ УКЛОН 3 см на метр длины.

В общем, отопление самотеком  имеет ряд минусов, и ставить его надо только в том случае, если у вас часто отключают электричество. При монтаже системы отопления с естественной циркуляцией придется смириться с рядом эстетических неудобств.