Самопливне опалення в будинку – як зробити. Принципи роботи системи опалення з природною циркуляцією

Централізована система опалення поступово відживає своє, оскільки, як можна помітити, вона не здатна впоратися з покладеними на неї завданнями з опалення приміщень. Тому все частіше можна зустріти використання автономного опалення.

Найбільш актуальним це питання є для приватних будинків, через відсутність будь-якого джерела тепла. Існує кілька схем опалення, що дає можливість кожному вибрати свою до душі та відповідно до фінансових уподобань.

Різновиди

Розглянемо варіанти систем опалення для приватних та багатоквартирних будинків:

З використанням примусової циркуляції теплоносія;

Природна циркуляція з використанням самопливу теплоносія.

Системи з природною циркуляцією набули широкого поширення, головним чином завдяки своїм сильним сторонам:

Функціонування системи з природною циркуляцією незалежно від цього є напруга в мережі чи ні;

Високі показники інерційності системи, де зовнішні чинники впливають поширення тепла.

Принцип функціонування обладнання

Система передбачає проштовхування гарячої води нагору. Використання даної схеми опалення будинку дозволяє виконувати монтаж котла нижче опалювальних радіаторів.

З верхньої частини вода у трубі з невеликим кутом просувається далі. Тут потрібно звернути увагу на труби, що відходять від головної гілки, підключені до опалювальних батарей, оскільки вони мають бути тоншими.

Найбільш актуальним цей принцип для систем з верхнім типом роздачі, звідки самопливна система проштовхує воду до радіаторів.

У випадку, коли використовується схема, що має на увазі нижню роздачу, опалення приватного двоповерхового будинку самопливним способом можливе тільки якщо є розгінний контур. Це означає, що слід створити перепад висот шляхом підключення труби до котла, що піднімається до розширювального бачка. Далі труба опускається на рівень вікон і звідти розводиться по батареях.

Слід врахувати:перешкодою самопливної системи опалення може бути низька стеля, оскільки передбачено, що труба від верхньої точки котла повинна відходити на 1,5 метра, і плюс відстань на розширювальний бачок.

Найбільшим плюсом, яким володіє, є те, що самоплив води виконується без участі інших систем. Це означає, що в разі використання , гаряча вода надходитиме в систему самопливом без використання насоса або будь-якого іншого обладнання, що вимагає включення електрики.

Щоправда, за допомогою таких схем можна обігрівати лише будинки невеликої площі, оскільки існує обмеження довжини контуру труб не більше 30 метрів. Така система ще зветься ленінградка.
Різновиди самопливних опалювальних систем

Використовується одна або дві труби, і це не впливає на принцип роботи, оскільки вода піднімається якомога вище, де враховується ухил, а далі вона надходить у всі елементи системи. Двотрубний варіант системи закритого типу відрізняється тим, що вода переходить у сусідню гілку, через вхід звороту котла.

Відмінністю однотрубної системи є те, що тут на вхід вода надходить від останнього радіатора. Подібний принцип застосовується і в системах опалення, зроблених своїми руками.

Дізнатися докладніше про однотрубну систему опалення можна в цьому матеріалі:

Використовувані радіатори опалення

Найбільший показник тут – це мінімальний опір потоку води. А від ширини просвіту радіатора залежить струмінь теплоносія, незалежно від того, використовуєте ви труби з поліпропілену або інших матеріалів. Однак, у цьому плані будуть просто ідеальними, особливо коли використовується однотрубна система.Вони мають найменший гідравлічний опір.

Добре себе зарекомендували у використанні алюмінієві та , але потрібно звертати увагу на їх внутрішній діаметр, який не повинен бути меншим за 3/4”. Цього для опалення одноповерхового будинку цілком достатньо, не використовуючи циркуляційний насос. Дозволяється використовувати сталеві трубчасті батареї.

Зверніть увагу:небажано використовувати на водяне опалення панельні батареї зі сталі або інші з маленьким перетином, через які вода або не зможе протікати взагалі, або проходитиме дуже невеликим струмком, що в однотрубному різновиді обмежить циркуляцію або стане для неї перешкодою.

Різновиди схем підключення радіаторів

Характерно, що для хорошого опалення недостатньо, щоб котли добре нагрівали воду. Дуже важливо для надходження теплоносія до радіаторів правильно їх підключити.

На практиці для однотрубного використовується послідовне нерегульоване підключення. Щоправда, цієї проблеми вдасться уникнути, якщо у вас буде використано двотрубну систему. Дана система також не використовує регулятор, проте, якщо радіатор почне повітря, система функціонуватиме, оскільки вода проходитиме через перемичку (байпас). Правда для такої системи, як тепла підлога, цей варіант не підходить.

Установка за перемичкою двох кульових кранів дозволяє, перекривши потік, зняти або вимкнути радіатори, при цьому систему не потрібно зупиняти. Так правильний розрахунок радіаторів опалення дозволить Вам оснастити приміщення теплоакумулятором.

Порада спеціаліста:циркуляція води в системі здійснюється за рахунок різниці температур та різної щільності, тому зворотний клапан встановлювати не потрібно.

Вибір труб

Вибираючи труби для опалення, велике значення має не тільки діаметр, а й матеріал, з якого вони виготовлені, а, якщо бути точніше, гладкість їх стінок, оскільки це докорінно впливає на систему.

Також, на вибір матеріалу великий вплив надає котел, оскільки у випадку з твердопаливним перевагу слід віддати сталевим, оцинкованим трубам або виробам з нержавіючої сталі, у зв'язку з високою температурою робочої рідини.

Однак, металопластикові та армовані труби передбачають використання фітингів, що значно звужує просвіт, армовані поліпропіленові труби будуть ідеальним варіантом, при робочій температурі 70С, та пікової – 95С.

Вироби з особливого пластику PPS мають робочу температуру 95С, пікову – до 110С, що дозволяє використовувати у відкритій системі.

Особливості систем самопливом

Зважаючи на те, що утворюються турбулентні потоки, точні розрахунки систем провести не вдається, тому при їх проектуванні беруться усереднені значення, для цього:

Максимально піднімають точку розгону;

Також існують інші особливості монтажу самопливних систем. Так, труби повинні прокладатися під кутом 1-5%, на що впливає довжина трубопроводу.Якщо в системі достатньо перепаду висот і температур, можна використовувати і горизонтальне розведення. Важливо стежити, щоб не було ділянок з негативним кутом, оскільки рухом теплоносія їх не вдасться дістати через утворення в них повітряних пробок.

Так, принцип роботи може ґрунтуватися на відкритому типі або бути мембранного (закритого) типу. Якщо зробити монтаж горизонтальної орієнтації, рекомендується на кожному радіаторі встановити, оскільки з їх допомогою легко ліквідувати повітряні пробки в системі.

Дивіться відео, в якому фахівець розповідає про умови можливості застосування самопливної, безнасосної, гравітаційної системи опалення:

Однією з найпростіших є система опалення із природною циркуляцією. Однак ця простота за відсутності належного досвіду робіт з такими системами може вилізти боком в процесі експлуатації.

Опалення з природною циркуляцією було поширене ще десяток років тому у заміських невеликих будинках та деяких квартирах з індивідуальним опаленням. Нині ж ринок «завойовують» системи з примусовою циркуляцією теплоносія завдяки можливостям, які вони надають.

Але поговоримо все ж таки про водяне опалення з природною циркуляцією.

Конструкційні особливості системи

Системи опалення з природною циркуляцією включають до свого складу:

• опалювальний котел, що нагріває воду;
• подає трубопровід, що «постачає» гарячу воду до опалювальних приладів (радіаторів);
• зворотний трубопровід, яким вода повертається в котел;
• нагрівальні прилади - радіатори, що віддають тепло у навколишнє середовище;
• призначений для компенсації температурного розширення рідини.

Принцип дії системи

Вода, нагріваючись в котлі, піднімається вгору по центральному стояку і по трубопроводу, що подає, надходить в радіатори опалення (нагрівальні прилади), де віддає частину свого тепла. Далі вже охолоджена вода зворотним трубопроводом знову надходить у котел і знову нагрівається. Потім цикл повторюється, забезпечуючи комфортну температуру в приміщенні, що опалюється.

Для забезпечення природної циркуляції теплоносія (зазвичай води) у системі горизонтальні частини трубопроводу монтуються з ухилом не менше ніж 1 см на погонний метр довжини горизонтальної ділянки системи опалення.

Гаряча вода, внаслідок зменшення своєї щільності під час нагрівання, піднімається по центральному стояку вгору, що видавлюється холодною водою, що повертається в котел. Далі самопливом розтікається по трубопроводі, що подає, до радіаторів опалення. Після «перебування» у них вода також самопливом стікає назад у котел, знову видавлюючи нагору вже нагріту в казані воду.

Повітря, що потрапило з теплоносієм у систему, може створити повітряну пробку в радіаторах опалення, але найчастіше в таких системах опалення з природною циркуляцією бульбашки повітря завдяки ухил трубопроводу «подорожують» вгору і виходять в розширювальний бачок відкритого типу (бак, що контактує з атмосферним повітрям ).

Розширювальний бачок призначений для підтримки постійного тиску в системі опалення, завдяки тому, що він заповнюється об'ємом теплоносія, що збільшився при нагріванні, який потім «віддає» назад в систему при зниженні температури рідини.

Робимо висновки!

Отже! Підйом води в системі (стояку до труби, що подає) здійснюється завдяки різниці між щільностями нагрітої та охолодженої рідини. Рух (циркуляція) підтримується ще й завдяки гравітаційному тиску (зворотна труба).

При русі теплоносія трубопроводом в системі опалення з природною циркуляцією на рідину діють сили опору:

• тертя рідини об стінки труб (для зниження використовуються труби великого діаметра);
• зміна напрямку руху рідиною на поворотах, відгалуженнях, каналах опалювальних приладів (радіаторів).

Основні фізичні параметри системи опалення із природною циркуляцією

Циркуляційний напір Рц - фізична величина, що визначається різницею висот центрів котла і нижнього опалювального приладу (радіатора).

Чим більша різниця висот (h) і різниця щільностей нагрітої (ρ г) та охолодженої (ρ про) рідин у системі, тим якісніша і стабільніша буде циркуляція теплоносія.

Р ц = h(ρ про -ρ г)=м(кг/м 3 -кг/м 3)=кг/м 2 =мм.вод.ст.

"Пошукаємо" причину появи циркуляційного натиску в системі опалення з природною циркуляцією в "нетрях" законів фізики.

Якщо припустити, що температура теплоносія в системі опалення «робить стрибок» між центрами приладів (котла та радіаторів), тобто верхня частина системи містить гарячу воду, ніж нижня частина системи.

Щільність (ρ г) (ρ г).

Відсікаємо (подумки) верхню частину на схемі контуру і… Що ми бачимо? Знайому картину зі школи - дві сполучені судини, що знаходяться на різному рівні. А це призведе до того, що рідина з вищої точки за дією гравітаційної сили перетікатиме в нижчу.

Внаслідок того, що опалювальна система є замкнутим контуром, то вода не виплескується, а просто прагнути вирівняти свій рівень, що призводить до виштовхування нагрітої води вгору і до подальшого її «самостійного гравітаційного» шляху по системі опалення.

Висновок такий! Основним показником циркуляційного напору є різниця висот установки котла та останнього (нижнього) у системі радіатора. Тому в системах опалення приватних будинків котли по можливості розташовують у підвалах, дотримуючись граничної висоти 3 м.

У квартирних варіантах котли намагаються «поглибити» до плити перекриття, відповідно «пожежна» «гніздо» посадки котла в підлогу.

Згідно з формулою, наведеною вище, на циркуляційний натиск істотно впливає і різниця щільностей холодної та гарячої води в системі.

Система опалення з природною циркуляцією є саморегулівною системою, тобто, наприклад, при підвищенні температури нагрівання теплоносія природним чином (див. формулу) збільшується циркуляційний натиск і відповідно витрата води.

При низькій температурі в приміщенні, що опалюється, різниця щільностей води велика і циркуляційний напір досить великий. При прогріванні приміщення теплоносій вже не так остигає в радіаторах, і різниця щільностей нагрітого та охолодженого теплоносія зменшується. Відповідно зменшується і циркуляційний тиск, зменшуючи «витрата» води.

Охолодилося повітря у приміщенні? Наприклад, хтось відчинив двері на вулицю. Різниця щільностей знову зросла, збільшивши тиск води.

Недоліки та переваги систем опалення з природною циркуляцією

До недоліків водяних систем опалення з природною циркуляцією можна віднести:

• Невеликий циркуляційний тиск, який визначає обмежене використання таких систем опалення, - невеликий горизонтальний радіус дії (до 30 м).
• Велика інертність системи опалення обумовлена ​​великим об'ємом теплоносія в системі та низьким циркуляційним тиском.
• Імовірність замерзання води в розширювальному баку відкритого типу, який зазвичай знаходиться в холодному (неопалюваному) горищному приміщенні.

Основною перевагою таких систем є енергонезалежність котлів на твердому паливі. Тобто такі системи можна використовувати у будинках, де немає електропостачання. Велика інертність системи через досить великий об'єм теплоносія в системі може грати як позитивну (така собі подібність теплового акумулятора при «потухлому» котлі), так і негативну роль - значний час зміни температури системи, особливо на стадії запуску.

Види схем опалення із природною циркуляцією

Яку систему опалення з природною циркуляцією теплоносія Ви оберете? Сподіваємось правильну!

Як правило, в приватних будинках влаштовують автономне опалення, де теплоносієм служить звичайна вода без домішок.

Як теплоносій може також використовуватися спеціальна рідина - антифриз "NORD" або "Теплий будинок". Антифриз розбавляється водою у пропорціях, вказаних на ємності, та заливається в систему. Антифриз хороший тим, що не замерзає і опалювальна система не пошкоджується навіть за мінусових температур – не розморожується. Також цей склад добре діє на вузли та з'єднання, продовжуючи термін їхньої служби.

Єдиний мінус - антифриз НЕ МОЖНА застосовувати там, де монтаж опалювальної системи здійснено оцинкованими трубами.

Схеми опалювальної системи

Існує два види систем опалення:

З примусовою циркуляцією теплоносія – циркуляція теплоносія у системі здійснюється за рахунок роботи циркуляційного насоса

Природна циркуляція теплоносія - циркуляція теплоносія відбувається за рахунок різниці температур: гаряча вода піднімається нагору і природним потоком сходить вниз.

Система із природною циркуляцією.

Система із примусовою циркуляцією.

Опалювальна система з природною циркуляцією теплоносія

Головною перевагою такої системи є її незалежність від електропостачання. Для такого опалення можна застосувати звичайний газовий котел АОГВ, АКГВ, АГВ без підключення електрики, а також твердопаливний або рідкопаливний котел, не оснащений автоматикою.

Для хорошої роботи такої системи опалення потрібні труби великого діаметра від 25 до 50 мм.

Це потрібно для того, щоб теплоносій вільно циркулював по всій системі.

Найчастіше для монтажу застосовуються сталеві, оцинковані труби та труби з нержавіючої сталі.

Під час розрахунку кількості труб враховується периметр будинку, т.к. труби в основному проходять уздовж стін по всьому периметру, також до уваги входить труба для стояка плюс обв'язування котла, радіаторів, розширювального бака та розподільна труба.

Опалювальна система з розподільчими

трубами на кожний радіатор.

Послідовне розведення труб.

Схема опалювальної системи із природною

циркуляції для двоповерхового будинку

Комплектуючі та обладнання для монтажу опалювальної системи з природною циркуляцією:

Труби - для основного стояка, обратки та розподільчої труби діаметр 32 – 50мм,

для розподільчих труб на радіатори діаметр 20-25мм.

Комплектуючі – згони, перехідники, трійники, хрестовини, кульові крани – для підживлення системи, для спорожнення

Радіатори

Розширювальний бак.

Вибір розширювального бака.

Розширювальні баки бувають двох типів – відкритий (звичайний бак) та мембранний закритий.

Відкритий бак – виготовляється із сталі або використовується готова ємність. Для запобігання корозії, усередині бак обробляють ґрунтовкою. Встановлюється бак у найвищій точці опалювальної системи, найчастіше на горищі, обов'язково добре утеплюється.

Закритий мембранний бак може встановлюватися поруч із котлом. Такий бак вже готовий до використання та не потребує додаткової обробки.

Мембранний бак.

Розрахунок обсягу розширювального бака.

Об'єм відкритого бака розраховується за формулою:

Vpб = 0,05 x Vсист

• де Vсист – об'єм усієї опалювальної системи (котел, труби, радіатори),
• 0,05 - коефіцієнт,
• Vpб - обсяг бака.

Об'єм мембранного бака розраховується за формулою: Vбака = Vpac/f

• де f-коефіцієнт заповнення бака,
• Vpac – надмірний об'єм теплоносія при нагріванні.

Щоб не розраховувати коефіцієнти, можна скористатися таблицею та самостійно визначити об'єм мембранного бака для опалювальної системи.

Заповнення розширювального бака:

• для відкритого – при наповненні системи бак повинен бути заповнений на не менше 50% обсягу
• для мембранного – заповнення не потрібно, достатньо заповнити лише систему.

Вибір радіаторів

Кількість радіаторів не залежить від типу системи і розраховується виходячи з їхньої тепловіддачі:

• чавунні радіатори – 1 секція на 1 кв.
• алюмінієві та біметалічні – 1 секція на 1.3 – 1.5 кв.м;
• конвектори – розраховуються відповідно до таблиці – інструкції, тобто. виробник одночасно заявляє тепловіддачу конвектора, т.к. Дані опалювальні прилади йдуть не секціями, а цільним приладом, готовим до встановлення.

Не варто заощаджувати на кількості радіаторних секцій. У приватному будинку практично всі кутові кімнати і немає суміжних теплих сусідських кімнат.

Опалювальну систему з мембранним розширювальним баком прийнято називати закритою системою, хоча вся циркуляція теплоносія відбувається природним чином.

При монтажі опалення з природною циркуляцією головне дотримуватися необхідних ухил труб, це сприяє нормальній ефективній роботі всієї системи.

Перший запуск.

Необхідно перевірити всі вузли на герметичність

Перевірити заповнення розширювального бака

Котел повинен бути правильно під'єднаний до димаря.

Якщо газовий котел, то необхідно ще раз перевірити з'єднання газових труб за допомогою мильного розчину.

При першому включенні не можна відразу ставити максимальну температуру нагрівання. Необхідно дочекатися, коли вся система прогріється – обратка стане теплою та нагріються опалювальні прилади, тільки тоді можна додати потужності та з упевненістю сказати, що система працює.

Опалювальна система з примусовою циркуляцією теплоносія

Головною відмінністю такої системи є те, що для циркуляції теплоносія встановлюється циркуляційний насос. Насос може встановлюватися окремо – на обернено або бути вже вбудованим – автоматичні котли комплектуються циркуляційними насосами.

При монтажі даної опалювальної системи не потрібно дотримуватися ухил.

Якщо котел не комплектується розширювальним баком, мембранний розширювальний бак встановлюється окремо.

При монтажі можна застосовувати труби малого діаметру 1/3 – 1 дюйми – мідні труби, металопластик, поліпропілен (можна не армований), зшитий поліетилен, метал, нержавіюча сталь.

Схеми опалювальних систем.

Двотрубне розведення.

Однотрубне розведення.

Колекторна система.

Розрахунок труб:

Для колекторної системи – при розрахунку необхідно враховувати, що до кожного радіатора йтиме своя пара труб. За такої системи, коли труби ховаються в підпіллі, або замонолічуються в стяжку, труби можна прокладати найкоротшим шляхом, щоб заощадити на протяжності.

Для двотрубної системи за розрахунок береться периметр кімнат, множиться на два плюс додаються відводи для підключення до радіаторів, обв'язування котла та розподільних мереж (стояків).

При однотрубній системі – всі радіатори обв'язуються однією трубою, тому це економічна система. Працює не гірше, ніж двотрубна система. Головний недолік, на відміну від колекторної та двотрубної систем, - це не можливість відключити окремий радіатор, або зменшити його потужність термостатичним вентилем.

Обладнання:

Розподільні гребінки – краще відразу купувати із запірною арматурою (кранами)

Підключна арматура для радіаторів, термостатичні вентилі, крани Маєвського.

Фітинги, трійники, перехідники, муфти, хрестовини, кліпси для кріплення труб – підбирається згідно з типом вибраних труб.

Для монтажу труб з поліпропілену, зшитого поліетилену та металопластику на пресфітингах необхідне спеціальне обладнання

Найпростіша система, яку можна змонтувати самостійно –

Труби поліпропілен

Алюмінієві радіатори

Настінний або автоматичний підлоговий котел.

В цьому випадку не потрібно монтаж окремих вузлів для теплої підлоги та гарячого водопостачання.

Двоконтурний котел – підключення.

Обв'язування настінного казана.

Обв'язування підлогового казана.

Розрахунок радіаторів для системи з примусової циркуляції проводиться як і, як й у системи з примусової циркуляцією.

Колекторне підключення радіаторів. Двотрубна система з нижнім підключенням.

Двотрубне підключення радіаторів: Обв'язування конвекторів.

• Термостатичний вентиль – регулює нагрівання

  Запірний кран

  Перехідники – з'єднання

  Кран Маєвського – механічний відвідник повітря

  Радіаторний перехідник (розрізняються на ліві та праві).

Двухтрубне звичайне підключення.

Перший запуск.

Заповнити систему та визначити тиск теплоносія за манометром. Якщо на котлі немає манометра, то для закритої системи манометр встановлюється окремо. Тиск у холодній системі має бути не більше 1,2 бар.

Перевірити усі вузли на герметичність. У разі протікання, система не буде нормально працювати, тиск падатиме, з'явиться шум у котлі та трубах.

Котел має бути правильно під'єднаний до димаря.

Під'єднання газу - для визначення витоків і для власного спокою можна ще раз перевірити геремтичність, обмазавши вузли поза казаном мильною піною.

Вмикати котел слід на низьку потужність. Тільки коли опалення та опалювальні прилади нагріються, потужність можна додати.

При першому запуску та додаванні потужності слід стежити за манометром. При максимальній потужності тиск у системі не повинен перевищувати 3 бар, інакше спрацює байпас (автоматично відбудеться скидання води через спеціальний клапан). Якщо тиск збільшується, слід перевірити тиск мембранного розширювального бака.

При низькому тиску в мембранному баку тиск системи опалення зростає і періодично спрацьовує байпас. У таких випадках рекомендується через ніпель наповнити бак повітрям. Для цього підійде звичайний електронасос із манометром для накачування автомобільних шин. Накачувати мембранний бак слід до позначки 2.4 – 2.5 бар.

Тепла підлога

Не варто довіряти джерелам, які запевняють, що теплу підлогу можна прокладати разом із радіаторною системою і нічого їй не буде. Для теплої підлоги максимальна температура має бути не більше 55С. Тому для такого опалювального контуру, найкраще, встановити насосну групу Майбес та Будерус з контролем температури (для підлогових котлів), або групу Термекс від Майбес для настінних котлів. Дані групи встановлюються на контур теплої підлоги. Місце встановлення – біля котла, там, де починається розв'язка контурів опалення.

• Підключення бойлера

Підключення бойлера (накопичувального водонагрівача) не потребує надздібностей. Головне в цій справі зробити підключення згідно зі схемою та якісно герметизувати всі з'єднання. У сучасних автоматичних казанах є спеціальний роз'єм для підключення та контролю роботи бойлера.

Настінний котел та бойлер.

Схема з'єднання бойлера.

Підключення бойлера до котла.

Система опалення із природною циркуляцією хороша тим, що працює незалежно від наявності електрики, що в деяких районах дуже важливо. Інша річ, що отримати комфортні умови за такої схеми надзвичайно складно, а в деяких випадках неможливо. Тому часто опалення роблять самопливним (одна з назв) для використання такого режиму як аварійний, а решту часу працює насос. Але в деяких випадках, наприклад, на неелектрофікованих дачних ділянках система опалення без насоса - єдиний можливий варіант.

Система із природною циркуляцією (ЄЦ) називається іноді гравітаційною через те, що працює на принципі гравітації. Ще одна назва – самопливна. Всі ці терміни позначають один принцип побудови без використання насоса.

Принцип роботи системи ЄЦ

Теплоносій у самопливних системах рухається через різницю температур теплоносія і, відповідно, різної їх щільності: з котла виходить гаряча вода, щільність і вага якої набагато менше, ніж у холодної. Тому гаряча вода витісняється нагору. Звідси і головна особливість таких систем - котел повинен розташовуватися нижче за радіатори. Далі теплоносій рухається трубою з невеликим ухилом. Від основної магістралі відходять труби меншого діаметра, що ведуть до радіаторів/регістрів.

Простіше така система реалізується в системах з верхньою роздачею води - це коли від котла труба піднімається під стелю і звідти вже опускається до радіаторів. У системах з нижньою роздачею гравітаційна система може бути реалізована лише за наявності розгінного контуру – створюється штучний перепад висот: від котла труба піднімається майже під полоток, там, у верхній точці, встановлюється розширювальний бачок. Після нього труба опускається рівня вище радіаторів, але з під стелею, але в рівні вікон. Звідти вже йде розведення на радіатори. При влаштуванні розгінного контуру перешкодити вам може лише низька стеля – бажано, щоб від вершини котла труба відходила вище, ніж на 1,5 метра (а ще бачок).

Види систем опалення із природною циркуляцією

Опалення ЄЦ в духповерхових і більше будинках може бути реалізовано як однотрубних, так і в .

При цьому принцип зберігається - від котла піднімається вгору труба на максимальну висоту, і лише потім йде роздача теплоносія елементами опалення. Різниця лише в тому, що в двотрубній системі вода, що охолола, збирається в іншу магістраль, і вона заводиться на вхід обратки котла. В однотрубній на цей вхід котла йде труба від виходу останнього радіатора.

Система із природною циркуляцією одноповерхового будинку. Схема однотрубна, розведення - верхня

Усі представлені вище схеми однотрубних розводок – з вертикальними стояками. Вони є більш витратними за кількістю матеріалів, але зручні тим, що до кожного стояка можна приєднати опалювальні прилади на кожному з поверхів. В принципі, у двоповерховому будинку з великою площею вигідніше продати водяне опалення з природною циркуляцією з горизонтальною розводкою. Приблизно це може виглядати так (дивіться схему нижче).

У цьому проекті реалізовано схему опалення з природною циркуляцією «ленінградка». Для більш активної циркуляції на другому поверсі влаштований розгінний колектор, після якого два контури розходяться на другому поверсі – горизонтальне послідовне підключення радіаторів. Ще один контур опускається на перший поверх, де також поділяється на дві гілки. Також додатково на перший поверх опускаються стояки від останніх у контурі радіаторів у кожній із гілок другого поверху.

Радіатори опалення ЄЦ

Для гравітаційних систем головне – мінімальний опір водяному потоку. Тому, чим ширшим буде просвіт радіатора, тим краще через нього тектиме теплоносій. Практично ідеальні з цієї точки зору - у них найменший гідравлічний опір. Хороші у використанні та , але потрібно дивитися, щоб їх внутрішній діаметр був не менше 3/4”. Можна використовувати сталеві трубчасті батареї, однозначно не рекомендуються сталеві панельні або будь-які інші з маленьким перерізом і високим гідравлічним опором - через них або не протікатиме вода або буде дуже слабко, що, наприклад, при однотрубній системі може призвести до відсутності циркуляції взагалі.

Системи з природною циркуляцією (клацніть на картинці для збільшення масштабу)

Є у підключенні радіаторів свої тонкощі. Особливо велике значення спосіб монтажу грає в однотрубній системі: тільки за допомогою різних типів підключення можна досягти кращої роботи опалювальних елементів.

На малюнку, розташованому нижче, показані схеми підключення радіаторів. Перше – нерегульоване послідовне підключення. За такого способу будуть виявлятися всі недоліки «ленінградки»: різна тепловіддача радіаторів без можливості компенсації (регулювання). Ледве справа, якщо поставити звичайну перемичку з труби. При такій схемі можливість регулювання також відсутня, але при повітрі радіатора система функціонує, так як теплоносій проходить через байпас (перемичку). Встановивши додатково за перемичкою два кульові крани (на малюнку немає) ми отримуємо можливість при перекритому потоці зняти/відключити радіатор без зупинки системи.

Два останні способи монтажу дозволяють регулювати потік теплоносія через радіатор і байпас - в них стоять. При такому включенні схема може бути компенсована (на кожному опалювальному приладі виставляється тепловіддача).

Не менш важливим є і тип підключення: бічний, діагональний чи нижній. Оперуючи цими підключеннями, можна полегшити/поліпшити компенсацію системи.

Труби для систем із природною циркуляцією

При підборі діаметра труб відіграють роль не тільки розміри системи та кількість радіаторів, а й матеріал, з якого вони виготовлені, точніше, гладкість стін. Для гравітаційних систем це дуже важливий параметр. Найгірша справа у звичайних металевих труб: внутрішня поверхня шорстка, а після використання вона стає ще більш нерівною через процеси корозії і накопичення відкладень на стінках. Тому такі труби беруть найбільший діаметр.

Переважно з цього погляду і армовані поліпропіленові. Але в металопластикових використовуються фітинги, що значно звужують просвіт, що для самопливних систем може стати критичним. Тому кращими виглядають армовані поліпропіленові. Але вони мають обмеження за температурою теплоносія: робоча температура 70 про З, пікова – 95 про З. У виробів із особливого пластику PPS робоча температура 95 про З, пікова – до 110 про З. Отже залежно від котла і системи загалом можна використовувати ці труби з умовою, що це якісні фірмові вироби, а не підробка.

Але якщо передбачається установка, то жодного поліпропілену таких теплових навантажень не витримає. У цьому випадку або все-таки використовувати сталеві, або оцинковку і нержавіючу сталь на різьбових з'єднаннях (зварювання при монтажі нержавіючої сталі не використовувати, так як шви дуже швидко протікають). Підійде і мідь (о), але вона також має свої особливості і з нею потрібно поводитися обережно: не з усіма теплоносіями вона нормально поводитиметься, а вже з алюмінієвими радіаторами її в одній системі краще не використовувати (вони швидко руйнуються).

Особливість систем із природною циркуляцією – їх неможливо розрахувати через утворення турбулентних потоків, які не піддаються розрахункам. Проектують їх ґрунтуючись на досвіді та усереднених, досвідченим шляхом виведених, нормах та правилах. В основному діють правила:

• підняти якомога вище точку розгону;
• не завузити труби подачі;
• поставити достатню кількість секцій радіаторів.

Потім застосовують ще одне: від місця першого розгалуження і кожне наступне ведуть меншою трубою на крок діаметра. Наприклад, від котла йде 2-х дюймова труба, далі від першого розгалуження 1?, потім 1? і т.д. Відбирання збирають від меншого діаметра до більшого.

Існує ще кілька особливостей монтажу гравітаційних систем. Перша – труби бажано робити під ухилом 1-5% залежно від довжини трубопроводу. В принципі, при достатньому перепаді температур і висоти, можна зробити і горизонтальну розводку, головне щоб не було ділянок з негативним ухилом (нахилених у зворотний бік), які через утворення в них повітряних пробок перекриють рух потоку води.

Друга особливість – у найвищій точці системи потрібно встановити розширювальний бак та/або . Розширювальний бак може бути відкритого типу (система також буде відкритою) або мембранного (закрита). При установці відкритого повітря відводити немає необхідності він збирається в найвищій точці - в бачку і виходить в атмосферу. При установці бака мембранного типу потрібна також установка автоматичного відвідника повітря. При горизонтальній розводці не завадять крани «маївського» на кожному з радіаторів – за допомогою їх легше прибрати всі повітряні пробки у гілці.

Котел для гравітаційних систем

Так як в основному такі схеми потрібні для влаштування незалежного від електрики опалення, то котли повинні працювати без використання електрики. Це можуть бути будь-які неавтоматизовані агрегати, крім пелетних та електричних.

Найчастіше в системах із природною циркуляцією працюють. Усім вони гарні, але у багатьох моделях прогорає паливо швидко. А якщо за вікном сильні морози, а будинок не утеплений достатньою мірою, то щоб уночі утримати прийнятну температуру доводиться вставати та підкидати паливо. Особливо така ситуація часто трапляється там, де топлять дровами. Вихід – купити (енергонезалежний, звісно). Наприклад, у литовських твердопаливних котлах Stropuva за певних умов дрова горять до 30 годин, а вугілля (антрацит) до кількох діб. На котли Сandle заявлені трохи гірші характеристики: мінімальний час горіння дров 7 годин, вугілля – 34 години. Є котли без автоматики та насосів і німецька кампанія Buderus, чеські Viadrus і польсько-українські Wikchlach, а також російські виробники: «Енергія», «Вогник».

Є , які виробляють у Ростові-на-Дону. Їх можна використовувати в системах із природною циркуляцією. На тому заводі випускають енергонезалежні універсальні котли «Дон», які також підходять для роботи без електрики. Працюють у системах із природною циркуляцією та деякі інші агрегати євопейських та азіатських виробників.

Другий спосіб, який допоможе збільшити час між топками – підвищити інерційність системи. Для цього встановлюють теплоакумулятор (ТА). Працюють вони добре саме з твердопаливними котлами, які не мають можливості регулювати інтенсивність горіння: надлишок тепла відводиться на теплоакумулятор, в якому енергія накопичується і витрачається в міру остигання теплоносія в основній системі. Підключення такого пристрою має свої особливості: його потрібно розташовувати на трубопроводі, що подає, внизу. Причому для ефективного відбору тепла та нормальної роботи максимально близько до котла. Втім, для гравітаційних систем це рішення далеко не найкраще. Вони досить повільно виходять на нормальний режим циркуляції, але є саморегульованими: чим холодніше в приміщенні, тим сильніше остигає теплоносій, проходячи по радіаторах. Чим більша різниця в температурах, тим більше виходить перепад щільності і швидше рухається теплоносій. А встановлений ТА робить опалення інерційнішим, і часу, і палива на розгін потрібно набагато більше. Щоправда, і віддається тепло довше. Загалом вирішувати вам.

Приблизно ті ж проблеми у пічного опалення із природною циркуляцією. Тут роль акумулятора тепла грає сам масив печі і також потрібно багато енергії (палива) на розгін системи. Але у разі використання ТА зазвичай передбачається можливість його виключення, а у випадку з піччю це неможливо.

Теплоносій для систем із природною циркуляцією

Найкращим теплоносієм для таких систем є вода. Використання антифризів можливе, але при плануванні потрібно врахувати цей момент і збільшити площу радіаторів або вибирати їх більшого розміру, або збільшувати кількість секцій. Вся справа в тому, що ці склади мають меншу тепловіддачу, через що гірше забирають і передають тепло, що часто призводить до перегріву котла і теплоносія.

Підвищення температури незамерзаючої рідини вище за робочу — дуже неприємне явище, оскільки починається рясне утворення опадів і відкладень. За два місяці експлуатації антифризу з постійним перегріванням теплообмінник котла заглушується, система майже заростає. Так що якщо плануєте використовувати рідину, що незамерзає, подбайте про те, щоб вона могла віддавати тепло і не перегрівалася.

Потрібно врахувати, що у системах опалення можна використовувати лише спеціалізовані склади. Загальне призначення або автомобільні абсолютно непридатні, особливо для схем відкритого типу, які контактують із атмосферою. Плануючи використовувати антифризи, при виборі матеріалів звертайте увагу на їхню сумісність із незамерзаючими рідинами. Не всі котли і труби «дружать» із нею. Про можливість використання незамерзаючих рідин повідомляється зазвичай у паспортних даних, якщо такого запису немає, потрібно уточнити у продавця, а краще – у виробника.

Висновок

Система з природною циркуляцією не найкращий за ефективністю метод опалення, але іноді – єдино можливий – у тих місцевостях, де немає електропостачання. У тих же регіонах, де є електроенергія, на випадок перебоїв, схему можна створювати як самопливну, але вбудовувати при цьому насос для штатної роботи. Правда і таке рішення не найкраще: збільшується об'єм системи, вона стає інерційнішою і вимагає великих витрат на нагрівання теплоносія. Якщо перебої - виняток із правил, можна убезпечити себе встановивши резервне електроживлення (або генератор). Якщо ж перебої трапляються часто – тоді ваш вихід – системи із природною циркуляцією.

Система водяного опалення з природною циркуляцією у віддаленому від міста приватному чи дачному будинку – рішення, потрібне в місцевості з нестабільним електропостачанням. Крім того, гідравлічна система не вимагає фінансових вкладень в електрообладнання, без якого не обійтися при облаштуванні обігрівання радіаторів з подачею теплоносія насосом.

Енергонезалежна система опалення доступна для самостійного розрахунку та монтажу.

Функціонування самопливної системи

Схема опалення приватного будинку з природною циркуляцією має ряд переваг:

• немає потреби у купівлі дорогого обладнання;
• енергонезалежність (підбирається відповідний котельний агрегат);
• монтаж легко здійснити власноруч;
• невибагливість в обслуговуванні.

Циркуляція в такій системі забезпечується за рахунок того, що густина рідини в результаті нагрівання зменшується (вона стає легше), а в ході остигання густина повертається до початкової.

У самопливній конструкції практично немає тиску – розрахунки показують, що на 10 метрів напору водяного стовпа тиск становить 1 атмосферу. Таким чином, гідростатичний тиск в опалювальній системі одноповерхової споруди становитиме 0,5-0,7 атм., а у трубопроводі двоповерхового будинку – не перевищить 1 атм.

Гравітаційна циркуляція відбувається завдяки розширенню і зменшенню щільності теплоносія, що нагрівається - він піднімається по вертикальній розгінній ділянці і з верхньої точки переміщається вниз трубопроводом, змонтованим з ухилом і проходить через послідовно підключені прилади опалення, на шляху назад до котла.

До трубопроводу з самопливним переміщенням води приєднується розширювальний бак – резервуар для надлишків теплоносія, який утворюється за рахунок теплового розширення рідини. Буферна ємність (мембранна або відкрита) монтується у верхній точці контуру на трубу, що подає.

Опалювальна самопливна система здатна функціонувати в комплексі:

• З водонагрівачем непрямого нагріву. Якщо бойлер встановити у верхній частині системи нижче розширювального бака, нагрівання води для ГВП здійснюватиметься без використання електроустаткування. При неможливості такого монтажу бойлер комплектується насосом і ставиться зворотний клапан, який запобігатиме рециркуляції теплоносія.
• З теплою підлогою. На прокладений у підлозі контур встановлюється циркуляційний насос. При тимчасовому відключенні електропостачання кімната продовжуватиме обігріватися настінним радіатором.

Види самопливних систем

До недоліків відкритої системи належить постійне надходження кисню в теплоносій, що прискорює корозію металу, з якого виготовлені елементи контуру. Відбувається і заповітря трубопроводу – щоб уникнути цього, радіатори кріплять під невеликим ухилом і у верхній частині монтують автоматичні відвідники повітря – крани Маєвського.

Крім цього, рідина з бака відкритого типу випаровується і потрібно регулярно підливати воду, щоб відкрита система могла нормально функціонувати. Підливають воду в бак вручну з відра або підводять водопровідну трубу з вентилем.

Переваги баків відкритого типу – доступна вартість та можливість своїми руками виготовити резервуар необхідних габаритів.

Однотрубний контур

Однотрубна система опалення із природною циркуляцією не відноситься до ефективних. Вона не підходить для прогрівання приміщень двоповерхового будинку та застосовується в одноповерхових будинках невеликої площі.

Теплоносій проходить по розгінній ділянці трубопроводу вертикально вгору, потім потрапляє в трубу, яка веде до горизонтального трубопроводу, що послідовно з'єднує радіатори опалення. Від крайнього радіатора остиглий теплоносій повертається безпосередньо в котел.

При такій схемі підключення приладів опалення температура радіаторів знижується в міру віддалення від стояка, що подає - це серйозний недолік системи. Щоб підвищити ефективність, використовують байпаси - з'єднують перемичками трубу, що подає в тих місцях, де підключені радіатори. Це сприяє більш рівномірному прогріву приміщень.

До переваг однотрубної системи належать проста конструкція, мінімальні фінансові витрати на її монтаж. Крім того, не потрібно монтувати труби під стелею, що погіршує інтер'єр приміщення.

Однотрубна горизонтальна схема навіть за умови точних розрахунків рідко виправдовує себе, якщо не йдеться про опалення двох-трьох невеликих приміщень одноповерхового будинку. В інших випадках її модернізують, додавши циркуляційний насос.

Двотрубний контур

Конструктивні особливості самопливного двотрубного контуру:

• для подачі та обратки монтуються окремі труби;
• труба подачі підключається до кожного приладу опалення через окреме вхідне відведення;
• труба звороту приєднується до кожного приладу опалення окремо.

Двотрубна самопливна система опалення приватного будинку відрізняється від однотрубної тим, що у всі радіатори подається теплоносій, що не встиг охолонути, завдяки чому:

• тепло у будинку розподіляється рівномірно;
• не потрібно збільшувати кількість секцій у радіаторі з метою покращити обігрів;
• легше регулювати температуру у системі;
• для монтажу трубопроводу потрібні труби меншого діаметра, ніж однотрубного контуру;
• відсутні жорсткі вимоги до дотримання ухилу при монтажі елементів системи – деякі відхилення від розрахункових значень не є критичними.

Двотрубна система опалення з розведенням верхньої та нижньої проста в монтажі та ефективна, її можна використовувати для обігріву двоповерхового будинку.

Особливості розрахунку

Розрахунок системи опалення з природною циркуляцією значно складніший за підготовку проекту опалювальної системи з примусовою подачею теплоносія. Так як тиск у контурі відсутня, на працездатність системи впливає кількість поворотів трубопроводу, кут ухилу кожного відрізка. Неправильний розрахунок чи похибки в монтажі відбиваються на функціональності контуру.

При розрахунку безнасосного контуру береться до уваги:

• мінімально допустимий кут ухилу;
• матеріал виготовлення труб та їх діаметр;
• принцип подачі теплоносія;
• різновид теплоносія.

При розрахунках слід спиратися на будівельні норми для опалювальних систем із самопливною циркуляцією (СНіП 41-01-2003 для гравітаційних систем). На переміщення теплоносія в трубопроводі негативно впливає гідравлічний опір у складних місцях - на поворотах, в кутах і т.д.

Відповідно до СНиП, труби монтуються під ухилом не менше ніж 10 мм на 1 метр довжини. Інакше системі загрожує повітря, поганий прогрів далеких радіаторів.

Вибір труб

Від матеріалу виготовлення трубопроводу залежить гідравлічна опір контуру, його стійкість до корозії та теплотехнічні параметри, технологія монтажу. До списку затребуваних матеріалів входять:

• Сталеві труби. Доступні за ціною, стійкі до механічних навантажень. Недоліки: монтуються зі зварюванням або великою кількістю фітингів, схильність труб до корозії та заростання.
• Металопластикові труби. Внутрішня поверхня ідеально гладка, що перешкоджає наростанню відкладень, стійкість до корозії, невелика вага, стійкість до термічного розширення. Недоліки: висока вартість, обмежений термін експлуатації (близько 15 років), необхідність використовувати фітинги зварені або регулярно підтягувати різьбові з'єднувальні елементи.
• Поліпропіленові труби. Гладкі всередині, довговічні (термін служби віком від 25 років), стійкі до високих температур. Недоліки: висока вартість, монтаж за допомогою спеціального інструменту.
• Мідні труби. Максимальна тепловіддача та довговічність (понад 100 років), стильний зовнішній вигляд. Недоліки: висока вартість, необхідність паяння під час монтажу.

Діаметр труб

1. Виконати тепловий розрахунок приміщень та додати до результату близько 20%.
2. Розрахувати переріз трубопроводу виходячи із співвідношення теплової потужності та внутрішнього перерізу труби (значення вказані в таблицях СНиП).
3. Підібрати діаметр труби, базуючись на виконаних теплотехнічних розрахунках та з урахуванням матеріалу виготовлення труб. Для сталевих труб мінімальний розмір внутрішнього перерізу 50 мм.

Щоб самоплив був інтенсивнішим, застосовують наступний принцип: діаметр труби, що подає, після кожного розгалуження повинен бути менше попередньої на 1 розмір. Зворотня має збиратися з розширенням.

Таким чином, розрахунок дозволяє визначити мінімальний діаметр подавальної та зворотної труби, щодо цього значення визначаються параметри труб на різних ділянках системи згідно з підготовленою схемою для одноповерхового або двоповерхового будинку.

Вид розливу

Природна циркуляція води в системі опалення залежить від принципу подачі теплоносія від котла до опалювальних приладів. Розрізняються контури з нижнім та верхнім розливом.

Нижній розлив дозволяє обійтися без монтажу високих вертикальних труб – комунікації прокладають на рівні підлоги. Такий варіант підходить тільки для однотрубних контурів і відноситься до малоефективних без установки циркуляційного насоса.

Верхній розлив - оптимальний варіант, оскільки розподільна труба двотрубної системи розташовується під стелею і забезпечує активну подачу нагрітого теплоносія в кожен радіатор, з якого вода, що охолола, йде в трубу зворотки, розміщену вздовж підлоги. Для однотрубної системи розлив верхнього типу також є кращим.

Двотрубна система опалення з верхнім розливом

Вибір теплоносія

Теплоносієм може бути вода або антифриз. Для самопливної системи краще використання води, оскільки в антифризу вище щільність і менше тепловіддача, для його нагріву потрібно більше теплової енергії - тобто, витрата палива вища. Якщо в системі встановлюється мембранна буферна ємність, її об'єм повинен бути більшим, ніж у бака для теплоносія-води, оскільки антифриз розширюється сильніше.

Використання «незамерзайки» має сенс у тому випадку, якщо будинок у зимовий період опалюється нерегулярно з великими перервами. В цьому випадку воду довелося б постійно зливати, щоб труби не розірвало під час перемерзання.

Висновок

Влаштування безнасосної системи опалення дозволяє зробити свій опалювальний будинок енергонезалежним на випадок перебоїв з електроживленням. Така система підключається до опалювального котла без електроустаткування для регулювання потужності або до звичайної твердопаливної печі з водяним теплообмінником у камері згоряння.