Самотечная система отопления частного дома. Схемы. Виды. Монтаж

Частный дом практически отапливается не централизовано. Использование автономной системы отопления обусловлено экономическими характеристиками, эффективностью отопительной системы, ее практичность при использовании. Существует два вида автономных систем отопления: cамотечная система или гравитационная и с принудительной циркуляцией. Про принудительные системы есть отдельный материал, а в этом мы посвятим внимание системам с естественной циркуляцией

Что такое? Принцип работы

Самотечная – система, основанная на законах физики, т.е. естественном движении теплоносителя по трубам. Горячая жидкость поднимается, холодная опускается. Наиболее часто применяется данная система отопления для частного дома, если отсутствует подключение электричества или поступает нестабильно.

Единственным ограничением может явиться высота потолка. Поскольку труба должна отходить от котла вверх 1,5 метра, еще нужно место для расширительного бачка. Имеются ограничения у системы, как стоимость создания системы, сниженная эффективность. Цена ее примерно в 1,5 раза выше, чем создание простого принудительного контура отопления. Также необходимая точность установки системы, соблюдение всех уклонов при соблюдении внешнего вида интерьера.

Принципом работы самотечной системы отопления является продвижение жидкости до верхней точки данной системы под воздействием физических законов, когда теплая жидкость является более легкой, поднимается, затем по трубам с небольшим уклоном теплоноситель продвигается, постепенно отдавая тепло, остывает, далее также самотеком к котлу для прогрева вновь. Она не подразумевает никаких приспособлений, ускоряющих движения воды, поэтому она высоко инертна.

Принцип работы самотечной системы

Один из принципов, используемых при работе системы, известен всем из школьного курса физики: это подъём вверх горячих воды и воздуха и их опускание вниз – при низких температурах.

После того, как вода прогреется в котле, она начинает своё движение вверх – по стояку. В результате она попадает в отопительный радиатор, где передаёт часть своего тепла, став от этого холодней, чем в сточке. Охлаждённая, вода начинает двигаться вниз – и поступает в очередной радиатор. Так продолжается до возвращения воды в котёл.

Схемы самотечного отопления

Одним из первых шагов при установке рассматриваемой отопительной системы является выбор схемы, определяющий дальнейший рабочий процесс и эффективность эксплуатационного периода.

Последствия сделанного выбора сказываются на дизайне помещений и равномерности распределения тепла, на удобстве эксплуатации, а прежде всего на общем объёме работ и цене за использованные при установке материалы.

Несмотря на наличие в виртуальном пространстве огромного количества схем и чертежей, в том числе видео, самостоятельно – без специалиста – разобраться в них достаточно сложно, и самое главное – каждая схема требует её адаптации под отдельно взятый заказ.

Существует несколько распространенных схем разводки:

Выбор схемы зависит от количества этажей, площади дома, планировки. Рассмотрим каждый вариант отдельно.

Однотрубная

Самая простая самотечная система отопления, но не самая эффективная. Самое главное – соблюдение технологии сборки. Стояк горячей воды должен быть без каких-либо изгибов, поворотов, стыков, т.е. прямой, все трубы должны располагаться под постоянным технологическим уклоном.

Установку однотрубной системы можно выполнить самостоятельно. Не требует специальных знаний, требует просто соблюдение технологии. Конечно, невозможно избежать наличие стыков, поворотов, но их необходимо минимизировать. Их использование снижается эффективность всей системы.

Важным фактором отопления однотрубной самотечной системы является диаметр трубы, по которому движется теплоноситель. Чем он больше, тем лучше идет циркуляция. Рекомендуется для однотрубной системы использовать диаметр трубы не менее 1 дюйма, наиболее оптимальным является 1,5 дюйма. Больший диаметр трубы – меньший уровень сопротивления току теплоносителя.

Располагать котел необходимо на самой нижней точке системы, стояк с горячей водой поднимать максимально высоко. Укладка труб осуществляется с постоянным уклоном. Он должен соответствовать 1 см на метр трубы. Уклон должен быть постоянный, является основным параметром, обеспечивающим работоспособность системы.

Большинство схем требует расположение трубы с горячей водой под потолком, чердачном пространстве, обратный контур над полом. Однотрубная система предполагает создание одного контура, по которому вода поступает к радиаторам, возвращается по тому же контуру для нагрева.

Двухтрубная

Самотечная система отопления, основанная на двух контурах. Первый контур отходит от основного стояка общей трубы с горячей жидкостью. От нее питаются все радиаторы, к ним отходит отдельное соединение для каждого. Остывшая вода из радиаторов и возврат ее в котел осуществляется по другой трубе.

Двухтрубная самотечная система позволяет обеспечить все радиаторы теплоносителем одинаковой температуры и обеспечивает равномерное распределение тепла по дому. Можно уменьшать ток жидкости через один из радиаторов, что не окажет воздействие на отопление остального дома.

Самотечная система по схеме Паук состоит из системы, при которой от общего стояка отопления с горячей жидкостью отходит ветка к каждому радиатору отдельно. Для стояка используется труба большого диаметра, а ветки к радиаторам идут с трубами меньшего диаметра

Эта схема считается самой надежной, работоспособной. Конечно, имеет определенные трудности в монтаже и разводке, но в связи с меньшим диаметром труб, проще их прокладывать, а также не обязательно делать у потолка комнаты.

Схема Паук использует значительное количество труб, соединений, технически значительно усложняет проект. Каждое соединение – риск протечки. Экономия за счет снижения диаметра также нивелируется за счет длинны используемых труб и количеству соединений.

Обратный контур к котлу делается классически, соединяя все радиаторы по кругу. Здесь также применяется наклон возвратной трубы для естественного тогда жидкости в котел для прогрева.

Ленинградка

Система построенная принципом Ленинградки строится следующим образом: вдоль пола идет одна ветка коллектора и подключаются все радиаторы. Также требуется создание разгонной петли, т.е. возвышение единственного коллектора при отхождении от котла, затем возврат на уровень пола и уже там соблюдение уклона от подачи до возвратки.

У самотечной системы Ленинградка есть преимущества: надежность, меньшее количество материалов. Недостатки: ограниченное количество радиаторов, необходимость увеличенного диаметра труб, ленивое затекание жидкости в радиатор.

Ограниченное количество радиаторов используется, потому что при соединении схемой Ленинградка тепло отдается первыми радиаторами, остывшая жидкость поступает обратно в общий коллектор, что снижает температуру общего теплоносителя. Ленивое затекание жидкости к радиатору значительно снижает эффективность работы каждого радиатора, так как сто процентно не заполняется, использовать КПД данного радиатора на 100% невозможно. И данную схему не сделать с 2 ветками.

Уклон в самотечных системах

Все системы самотеком обязательно с использованием уклона труб. Таким образом гравитация помогает движению жидкости. Разные варианты используются разный уклон – от 3 мм до 1 см на 1 метр.

Существует СНиП 41-01-2003 гравитационных систем, согласно которому уклон должен быть не менее 10 мм : 1 метр длины трубы. При наличии на участке трубы соединений, углов, уклон необходимо увеличивать.

Трубы для самотека

Важной точкой принятия решения является выбор материала, из которого изготовлены трубы самотечной системы отопления.

Рассмотрим наиболее распространенные в настоящий момент трубы:

1. Медные трубы. Из плюсов этих труб: максимальная теплоотдача, невероятно долгий срок службы – до 100 лет, прекрасный внешний вид. Но есть минусы: колоссальная стоимость материала, необходимость применения пайки на всех соединениях при монтажных работах, ее сложность, ведь найти хорошего мастера на такие работы очень сложно, а стоимость его работы так же будет высокой.
2. Полипропиленовые трубы. Является усредненным вариантом. Средний срок службы – до 25 лет. Они имеют гладкую внутреннюю поверхность, что снижает возможность образования наростов отложений, легкий материл, устойчивый к коррозии – основные положительные стороны этих труб. Из минусов: монтаж осуществляется специализированным инструментом, самому сделать сложно, высокая стоимость труб, хоть и меньшая чем у медных, так же снижают привлекательность материала.
3. Стальные трубы. Самый доступный материал из всех. Данный тип труб очень устойчив любым механическим воздействиям. Есть недостатки материала: монтаж осуществляется с применением сварки, большого количества фитингов, а также у данного материала есть риск коррозии, зарастания отложениями.

Закрытая самотечная система

Большой диаметр труб предполагает большое количество теплоносителя. А при нагреве любой жидкости, она расширяется. Для этого создаются расширительные бачки. Такие расширительные баки бывают двух видов: открытые, закрытые.

Открытые собой открытые емкости, куда выдавливаются из системы излишки теплоносителя. Дополнительная безопасность, чтобы не было перелива устанавливают трубу, отходящую к стоку, которая так называется – перелив. Данный расширительный бак можно изготовить самостоятельно, а можно приобрести. Данная система открыта, из расширительного бачка жидкость испаряется, поэтому для такой отопительной системы можно использовать только воду, так как антифриз быстро испариться. Периодически требуется доливать воду для пополнения общего объема, сохранении его наполненности.

Закрытые расширительные баки – емкости, разделенные на две части специальной мембраной. Одна половина такого бака заполняется излишками теплоносителя, вторая половина заполнена газом (воздухом или азотом). Нагретая вода вытесняется в расширительный бачок, растягивает мембрану, сжимая газ во второй полости, когда температура жидкости снижается, давление газа и мембрана возвращают теплоноситель в систему. Итогом будет отсутствие потери жидкости, система отопления всегда заполнена, нет необходимости доливать теплоноситель, можно использовать антифриз.

Заключение

Главным преимуществом самотечных систем является энергонезависимость, возможность установить такую систему самостоятельно на всех этапах от разработки проекта, до воплощения ее в трубах, радиаторах. Наилучший вариант для самотечной системы – отопление небольшого дома до 200 квадратных метров. А выбор варианта разводки происходит от планировки, удобства монтажа, эстетической составляющей.

Что лучше — насос или естественная циркуляция в системе отопления частного дома

Вы здесь

Движение теплоносителя (воды или антифриза) в системе отопления является основой ее работоспособности. Кроме этого прослеживается определенная тенденция зависимости качества обогрева помещений от скорости движения:

— сравнительно небольшая скорость не дает возможности равномерного прогревания всех установленных батарей (удаленные участки будут прогреваться меньше, так как основное тепло будет уходить на первых по ходу движения теплообменниках);

— слишком быстрый поток резко снижает эффект теплопередачи материала радиаторов, отчего нагрев оказывается некачественным и экономически необоснованным (вода будет проходить слишком быстро и не успевать остывать, в итоге расход топлива будет нецелесообразно увеличен на подогрев и без того горячей воды).

Принципиальные методы движения теплоносителя

Существует всего два метода движения теплоносителя – естественная и принудительная циркуляция. Использование насоса увеличивает общую стоимость системы на 2-3 миллиона рублей или 200-300 рублей после деноминации (стоимость самого насоса и работа по врезке). Если сравнивать эффективность, то здесь лучше всего скажут цифры (за основу берем типовую двухтрубную схему с объемом 100 литров и 5-ю радиаторами по 8 секций).

Считаем условное энергопотребление:

— каждая секция соответствует 0,2 кВт мощности, то есть суммарно мы имеем 0,2*40=8 кВт, добавим 25% на технологический запас и получим — 10 кВт;

— при расчете естественной циркуляции необходима «игра» с диаметрами труб (минимум 3 размера на уменьшение от котла к последней батарее и на увеличение от первой батарей к котлу) и соблюдение уклонов 1-5 мм на метр длины (стандартно принимают 2-3 мм).

Совет:

Выбирая трубы для системы отопления, не пытайтесь угадать и взять дешевле. Лучше всего присмотритесь к полимерным изделиям, так как они гораздо лучше сохраняют тепло, перенося его непосредственно на батареи. При этом они существенно дешевле, надежнее, долговечнее и легче в монтаже. Главная их особенность – абсолютная гладкость внутренних поверхностей, что практически исключает трение (уменьшает удельное сопротивление системы), практически полностью исключает образование засоров вместе с потерей скорости движения.

Расходуемая мощность распределяется неравномерно, а в обратной геометрической прогрессии (в процентах) — 50, 25, 12,5, 6,75 и 3,375 (оставшиеся 2,42 попадают под технологические потери). Сложность в том, что температура теплоносителя падает с такой же силой, но в прямом порядке. То есть — на обратном трубопроводе мы имеем при начальном нагреве чуть более 2-х процентов (температурный коридор берется от температуры нагрева и до Н.У. (нормальные условия) – всего-то 20 градусов.

Примечание:

Здесь нет формулы как таковой. При различных расстояниях между батареями и при установке разного количества секций радиаторов цифры будут меняться. Физический смысл зависимости заключается в формировании скорости потока теплоносителя (каждая батарея отбирает определенный объем, поэтому скорость падает). Естественно, что с этим можно бороться, вкладываясь в покупку дорогостоящих кранов, но общий смысл не изменится – не получится выровнять скорость и объем воды на протяжении всей системы. Сравнительно постоянно нагнетаемое давление не дает температуре падать быстро, так как полный круг прохождения системы происходит быстрее, чем при естественном движении.

Принудительная циркуляция дает скорость и более равномерный нагрев с потерей тепла по арифметической прогрессии (в процентах) — 20, 18, 16, 14, 12 (оставшиеся 20% возвращаются в котел на догрев).

При равной температуре нагрева расход топлива для принудительной системы снижается почти на 18%.

Работа котельного агрегата

При любом виде топлива снижение расхода приводит к более длинному циклу работы оборудования. Так называемая технологическая пауза при естественном движении короче, поэтому меньше суммарный коэффициент температурного расширения материала теплообменника:

— при естественной циркуляции он составляет от 0 до 25%;

При этом быстрее сгорает запальник, есть вариант задувания (при сильном порывистом ветре) или выхода из строя датчика тяги. Проблемы с автоматикой можно не рассматривать, так как экономия топлива практически на нее не влияет.

Основные риски и зависимости

Естественное движение теплоносителя автономно, но в основе своей имеет структуру перепада давления за счет введения в конструкцию расширительного бака (1/10 часть от общего объема системы). Формально можно говорить, что 100-литровая система на самом деле работает со 110-ю литрами, соответственно можно пересчитать все заявленные показатели на 10%.

В то же время насос потребляет электричество для питания электродвигателя в пределах 22-50 кВт/часов в месяц. Являясь зависимой от электроснабжения, такая система не может гарантировать бесперебойную работу, особенно в местах с возможными зимними перебоями (в том числе и кратковременными из-за погодных аномалий, как зимой 2015/2016 года). При выборе энергозависимой схемы работы теплоснабжения обязательно нужно резервировать имеющийся источник питания (электрическую сеть) дополнительными аккумуляторными батареями – ИБП. Их стоимость достаточно велика, но безопасность оправдывает эти траты.

Золотая середина

Наиболее приемлемым вариантом является разработанный компромисс – система изготавливается по канонам традиционного движения теплоносителя, но в самой нижней точке магистрали в нее делается обводная врезка с насосом (магистраль при этом комплектуется шаровым краном «внутри» врезки на магистрали).

Таким образом скорость разогрева батарей и его равномерность значительно увеличиваются. После достижения рабочего ритма насос отключают, открывая кран на прямоток. Замедление движения теплоносителя можно обозначить как 1 градус в минуту, но при условии уже нагретого трубопровода, батарей и самого котла этот показатель сокращается до 0,4 градуса (для систем на стальных или биметаллических радиаторах) и 0,26 градуса (для чугунных батарей).