Преимущества системы отопления дома с естественной циркуляцией воды

В квартирах с индивидуальным отоплением и небольших загородных домах самой распространенной считается система отопления с естественной циркуляцией.

Такой принцип обогрева помещений весьма практичен, сами системы могут прослужить без капитального ремонта больше 40 лет.

Они используют лишь природные законы физики и не требуют дорогостоящего оборудования или дополнительных источников энергии.

Недостатками этих вариантов отопления являются:

1. Достаточно малый радиус действия. По горизонтали эти системы не могут быть длиннее 30м, поскольку в них очень небольшое циркуляционное давление.
2. Большая инертность обеспечивает замедленное ее включение, что еще и обусловлено большой теплоемкостью воды и низким давлением.
3. Повышенная вероятность замерзания воды в бачке расширения или трубах, подводящих воду к нему. Такой бачек обычно устанавливается в неотапливаемых помещениях.
4. Увеличение затрат для приобретения труб большего диаметра.

Отопление с естественной циркуляцией включает в себя водонагревательный котел, обратный и подающий трубопроводы, нагревательные радиаторы и расширительный бачок.

Отопление с естественной циркуляцией воды – принцип работы

Подогреваемый в котле теплоноситель (вода) протекает по подающему трубопроводу, а затем по стояку в радиаторные батареи, которым отдается тепло.

После этого вода по обратным трубопроводам снова возвращается в котел, где опять происходит ее нагрев до необходимой температуры. Цикл многократно повторяется.

Водяное отопление с естественной циркуляцией требует прокладки трубопроводов по горизонтали с небольшим наклоном, обращенным в сторону протекания водного потока.

Подогретая вода, поднимаясь по стоякам из-за температурного расширения, выдавливается более холодным потоком воды, исходящим из обратки. После этого подогретая вода растекается самотеком по горизонтальным отводам, а охлажденная вода (таким же образом) поступает в котел.

Наклон труб способствует отведению воздушных пузырьков к расширительному баку, поскольку газ легче, чем вода — он устремляется вверх, а наклонные трубы помогают ему не задерживаться и поступать в расширитель, а после — в атмосферу.

Расширительный бак оставляет давление во всей системе постоянным, он служит для принятия увеличивающейся при нагревании объема воды, а после охлаждения снова отдает ее в трубопровод.

Схема отопления с естественной циркуляцией вызывает подъем воды за счет расширения при нагреве или же под воздействием гравитации.

Циркуляция возникает за счет разности плотности нагреваемой воды, которая поднимается вверх по подающему стояку, и охлажденной воды, спускающейся по обратному стояку.

Гравитационное давление растрачивается на перенос теплоносителя, а также на преодоление сопротивления в трубопроводной сети. Эти сопротивления вызываются особым трением водного потока о стенки труб, а также присутствием в самой системе местных сопротивлений.

К таким местным сопротивлениям относят повороты и ответвления труб, арматуру, а также сами нагревательные приборы. От того, насколько большое внутреннее сопротивление будет возникать в трубопроводах, будет зависеть гравитационное давление. Для уменьшения трения применяют трубы увеличенного диаметра.

Как появляется циркуляционный напор?

Циркуляционный напор зависит от:

1. разной плотности охлажденной и горячей воды;
2. разности отметок средины котла и средины нижнего отопительного прибора – чем выше эта разница высот, тем лучше будет перетекать теплоноситель по системе.

Отопление с естественной циркуляцией характеризуется скачкообразным изменением температуры в радиаторах и котле. Она изменяется вдоль центральной оси этих приборов.

В верхней части котла или радиатора находится горячая вода, а в нижней части – более холодная.

Нагретая вода имеет плотность и вес несколько меньший, чем холодная.

Такая вода, под действием гравитационных сил, вынуждена перемещаться из верхних сосудов в нижние.

Поскольку отопление дома имеет замкнутый контур по все обогревательной системе, то вода в нем не выплескивается, а стремится «успокоиться» и занять определенный уровень, но это ей не удается осуществить, поскольку в котле теплоноситель постоянно подогревается в верхней половине контура, при этом несколько уменьшая его вес относительно охлажденной воды.

Из-за того, что высокий столб утяжеленной воды после прохождения радиаторов все время выталкивает более низкий столб охлажденной воды впереди котла и подталкивает воду, возникает естественное циркулирование.

Другими словами — чем выше размещены центры радиаторов от центра котла отопления, тем большим будет циркуляционный напор.

Высота установки батарей отопления является одним из основных показателей напора воды. Уклон подающего трубопровода в сторону радиаторов, а также обратки в сторону котла будет лишь еще более способствовать этому процессу, одновременно помогая воде преодолевать в трубах местное сопротивление.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией для частного дома нужно осуществлять таким образом, чтобы котел находился ниже всех отопительных приборов (к примеру, в подвале).

Для квартирного отопления, если котел будет установлен непосредственно в помещении на одном уровне с радиаторами, для создания большего циркуляционного напора отопительный агрегат следует устанавливать в «яму» – прямо на плиту перекрытия, предварительно выпилив вокруг него пол. Такую «яму» следует оборудовать асбестовыми плитами и железом.

Саморегулирующаяся величина циркуляционного напора

Следующим показателем, от которого зависит величина циркуляционного напора, является разница между плотностью протекающей горячей и холодной воды. Следует отметить, что системы с естественным циркулированием теплоносителя относят к саморегулирующимся.

Для проведения эффективной настройки, при изменениях температуры подогрева воды, в такой системе возникает самопроизвольное изменение — увеличивается расход теплоносителя.

Вследствие изменения плотности, в горячей воде будет увеличиваться естественное циркуляционное давление, что приведет к увеличению количества протекающей в системе воды.

Иными словами, если мы включаем котел на полную мощность, то получаем сильно нагретую воду с уменьшенной плотностью.

Заходя в батареи радиаторов, она будет отдавать им свою теплоту, а плотность ее при этом будет пропорционально повышаться. Чем существеннее разница между плотностью горячей и охлажденной воды, тем большим будет циркуляционный напор во всей системе.

Таким образом, чем больше нагрета в котле вода и чем быстрее она охлаждается в радиаторах, тем скорее она будет циркулировать, «бегать» по трубам. Этот процесс будет замедляться по мере прогревания помещений.

После теплоноситель начнет остывать в батареях меньше, а плотность его уже не так сильно будет отличаться от плотности только что вышедшего потока из котла, поэтому циркуляционный напор будет уменьшаться.

Вода не так быстро «бегает» в трубах, не носится как «угорелая», чтобы обогреть помещения, а медленно и степенно перетекает в них.

И лишь после того, как в помещении температура начнет снижаться, к примеру, из-за резкого похолодания снаружи или же просто долго открытой двери, напор циркулирования начнет повышаться и вода побежит в трубах быстрее, стремясь поскорее выровнять температуру.

Естественное отопление – преимущества

К достоинствам этих систем отопления можно отнести:

1. простоту монтажа и ввода в эксплуатацию;
2. относительную экономичность;
3. отсутствие насоса для перекачивания воды в системе позволяет избежать шумов и вибраций;
4. высокую долговечность (свыше 40 лет без капитальных ремонтов);
5. способность к саморегуляции. Одновременное изменение температуры воды и ее расхода обеспечивает хорошую теплоотдачу приборов отопления, которая необходима для поддержки заданного параметра температуры в помещении. Такие системы сами себе придают тепловую устойчивость.

Естественное отопление дома имеет большую инертность, что помогает поддерживать заданный комфортный режим микроклимата без дополнительного расходования энергии.

Виды систем отопления домов

Отопление с естественной циркуляцией имеет несколько разновидностей. Оно может быть:

1. двухтрубным с верхней разводкой;
2. двухтрубным с нижней разводкой;
3. однотрубным с верхней разводкой.

В системах с естественным перетеканием теплоносителя в малоэтажных строениях величина циркуляционного давления сравнительно небольшая.

Поэтому в них не стоит допускать очень больших скоростей перетекания воды по трубам. Для таких систем рекомендуется устанавливать трубы большого диаметра.

При значительной длине трубопровода внутреннее сопротивление в нем возрастает, а из-за увеличения диаметра, оно уменьшается. Довольно часто можно наблюдать, что диаметр трубы на дальнем стояке от котла существенно больше, чем самый ближний.

Рассчитывая диаметры и расстояния до труб, можно уравнивать параметры сопротивления, а также количество воды, перемещаемой по системе.

Двухтрубные системы отопления

В двухтрубных системах отопления все нагревательные приборы, которые размещены с отопительным котлом на одном уровне или же ниже его, не будут нагреваться вообще.

Практика показывает, что для этих систем наименьшее расстояние между центров нагревательных элементов, располагающихся на первых этажах и центром отопительного котла должно быть не меньшим, чем 3 метра.

Для такой двухтрубной системы монтажа котельная должна размещаться в подвальном помещении.

Однотрубное отопление с естественной циркуляцией воды

Описанный выше недостаток отсутствует в однотрубных системах.

Ведь гидростатический напор, который заставляет перетекать воду по системе, может образовываться из-за охлаждения воды в трубах, подводящих подогретую воду в батареи радиаторов или же отводящих охлажденную воду от самих батарей прямо к отопительному котлу.

Такое остывание трубопроводов приносит двойную пользу:

1. Во-первых — оно прекрасно способствует созданию повышенного гидростатического напора.
2. Во-вторых — создает дополнительный обогрев помещений.

Из-за этого эффекта в однотрубных схемах трубопровод прокладывается открыто и его ничем не изолируют. А самый главный трубопровод — стояк для подачи горячей воды – старательно теплоизолируется.

Остывание воды в этом стояке может привести к снижению температуры, увеличению плотности самого теплоносителя, что приведет к падению гидростатического напора во всей системе. Именно так и происходит саморегулирование системы.

Естественное отопление дома, благодаря одновременному изменению количества воды и ее температуры, будет обеспечивать необходимую теплоотдачу во всех приборах отопления, что будет способствовать поддержке ровного микроклимата, обеспечивающего комфортную температуру.