Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Устройство водяного отопления

Отопление это процесс нагрева воздуха в помещении, который компенсирует потери тепла в доме из-за понижения температуры на улице.

Отопление дома происходит за счет передвижения теплоносителя по помещению. В случае водяного отопления теплоноситель, нагретая вода, движется по трубопроводу, поступает в радиаторы отопления, которые нагреваясь, отдают тепло в помещения.

Общая схема системы отопления такова. В генераторе тепла вода нагревается. Под собственным давлением или под воздействием циркуляционных насосов вода движется по замкнутому контуру теплопровода. При своей циркуляции вода охлаждается, передавая тепло помещению, и возвращается обратно в генератор тепла. Этот процесс повторяется пока система водяного отопления включена и все ее составные части работают исправно.

2 Обогрев без насоса</span></h2>

До начала девяностых годов отопление в частном секторе строилось именно на системах без использования насосного оборудования. Связано это было с проблематичностью покупки и установки устройства, создающего давление в контуре. Потом в страну стало завозиться хорошее европейское оборудование, многие потребители перешли на отопление с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Но все еще существуют места, в которых случаются перебои с подачей электроэнергии.

При отключении электричества движение воды практически прекращается, в радиаторах она быстро остывает, котлы начинают работать неэффективно, а то и вовсе отключаются от перегрева. Помещение перестаёт отапливаться, а это приводит к дополнительным затратам из-за замерзания системы и необходимости запуска источника энергии на его максимальных возможностях.

РекомендуемОрганизация вентиляции подкровельного пространства

2.1 Преимущества и недостатки</span></h3>

Необходимо понимать, что естественная циркуляция (гравитационная) эффективнее работает в высоких зданиях. Связано это с физическим свойством воды передавать давление с поверхности на весь свой объём до самой нижней точки. Это было доказано ещё в 1648 году физиком Паскалем. Он провёл эксперимент: установив герметичную бочку и подсоединив к ней вертикально трубу, Блез Паскаль вылил сверху в неё кружку воды. Давление в бочке увеличилось настолько сильно, что её разорвало.

Экономичность — вот главное достоинство гравитационного движения теплоносителя по трубам. Конструирование такой системы не требует затрат в покупке дорогостоящих циркуляционных насосов и подведения электричества к системе. Проектировка, монтаж и обслуживание может быть выполнено самостоятельно, без привлечения дорогостоящих консультантов и мастеров. Такая система при правильном построении сможет проработать около тридцати лет без капитальных ремонтов.

При отоплении возникает процесс саморегулирования, из-за чего система имеет хорошую тепловую устойчивость.

Но наряду с этим выделяют и ряд недостатков: высокую инертность, выдерживание необходимых уклонов при монтаже, использование труб большого диаметра, опасность замерзания из-за слабого потока воды. Самая большая неприятность, которая может возникнуть в контуре, это завоздушенность. Поэтому на радиаторах устанавливаются устройства стравливания воздуха, а в системе монтируется расширительный бак, в котором приходится контролировать уровень теплоносителя.

РекомендуемСхема установки насоса в систему отопления частного дома

2.2 Принцип действия</span></h3>

Согласно физическим законам, все тела при нагревании увеличиваются в объёме, а их плотность снижается. Это утверждение относится и к воде. Устройство, в котором происходит теплообмен между источником тепла и носителем, называется теплообменником. Фактически это место, в котором вода нагревается до определённой температуры.

Учитывая, что нагретая вода легче холодной, теплогенератор размещается внизу системы. Подогретая им вода начинает подниматься, а её место заполняет холодная. При естественной циркуляции действуют три закона физики: всемирного тяготения, расширения физических тел при повышении их температуры, неразрывности струи. Отопление с естественным движением воды состоит из следующих элементов:

1. 1. Теплогенератор. Представляет собой котёл, который в своём теплообменнике осуществляет нагрев носителя тепла.
2. 2. Трубопровод. Формирует направление потока воды и подводит её к котлу и батареям.
3. 3. Отопители. Чаще всего это радиаторы, выполненные из различного материала и имеющие всевозможные формы.
4. 4. Расширительный бачок. Используется как элемент защиты для компенсации увеличения объёма воды из-за теплового расширения. Располагается он в самой верхней точке системы.

В упрощённом виде схема отопления без насоса выглядит так: нагретый теплоноситель поднимается по трубам, покидая котёл, а охлаждённая вода опускается в него.

Достигнув верха, горячая вода начинает распределяться по радиаторным батареям. В них начинают происходить процессы движения воды, аналогичные циркуляции в котле. Холодная вода вытесняется, а подогретая занимает объём батареи. Отдавая своё тепло радиатору, который далее передаёт его воздуху помещения, вода охлаждается и спускается обратно к котлу. Процесс будет повторяться по циклу, пока источник нагрева будет подогревать воду.

2.3 Отопление однотрубного типа</span></h3>

Такие системы выгодно отличаются своей экономичностью, но их монтаж встречается довольно редко. Горячая вода поднимается и последовательно проходит все отопительные радиаторы, расположенные на втором этаже, а затем, спускаясь вниз, обходит батареи, стоящие на нижнем этаже, и возвращается в котёл.

На верхнем этаже температура нагрева комнаты будет выше, чем на первом. Для того чтобы поднять воду, необходимо использовать нагревательное устройство с большой производительностью, поэтому в одноэтажном строении подобная схема более эффективна.

Эффективность системы может быть повышена с помощью использования обходной линии — байпаса. Этот замыкающий участок выполняется из трубы, диаметр которой не больше основного трубопровода. Он может соединять вход и выход батареи, или быть подключён к тройнику, расположенному в верхней точке системы перед расширительным баком, разделяя контур на две линии.

Правильная работа системы во многом зависит от расширительного бачка. Его размеры напрямую связаны с количеством используемых радиаторов, а его заполнение не должно превышать ¾ объёма.

Для частного сектора оптимальным вариантом будет вертикальное подключение. Монтируются два стояка: подъёмный и опускной. Расширительный бак можно не использовать, если предусмотреть систему автоматического стравливания воздуха в радиаторе, находящемся в самой верхней точке.

2.4 Контур двухтрубного типа</span></h3>

Усложнённый по сравнению с однотрубной системой контур отопления избавлен от недостатка неравномерного прогревания радиаторов. Для этого в конструкции используется сразу два контура. По первому передвигается горячий теплоноситель от источника нагрева к батареям, а по второму происходит отток остывшей воды.

Существует два подхода реализации такого типа соединения: с попутным движением и тупиковым. При применении попутного движения все циркуляционные отводы от радиаторов стараются сделать одинаковой длины, поэтому и прогрев выходит равномерный. Но этот метод практически не используется из-за большого расхода материалов. Поэтому применяется соединение, при котором горячая и остывшая вода движется в разных направлениях. Это приводит к неодинаковой длине колец циркуляции, что сказывается на равномерности отопления. Радиаторы, находящиеся ближе к отопительному котлу, будут прогреваться сильнее.

Классифицируется такое отопление по типу разводки. Оно может быть с нижней или верхней обвязкой. Иными словами, подача нагретой воды происходит из цокольного этажа или подвала. Обратный трубопровод располагается там же, но установлен он должен быть ниже подачи.

Плюсы и минусы самотечной системы

Преимущества гравитационного тока:

1. Простота монтажа, эксплуатации и обслуживания сети.
2. Не нужно монтировать циркуляционное оборудование и систему безопасности.
3. Это полностью энергонезависимая схема, которая может работать при отключении подачи электроэнергии.

Недостаток контуров с естественным током в том, что они не подходят для больших и многоэтажных домов, потому что из-за низкой скорости движения теплоносителя не смогут эффективно и равномерно обогревать постройку.