Система отопления с естественной циркуляцией: особенности и недостатки

Как принято считать, система отопления с естественной циркуляцией хороша для применения в небольших по площади домах, дачах и других строениях. Отсутствие необходимости в покупке дорогостоящего оборудования, низкие эксплуатационные расходы, отсутствие потребности в сложном техническом обслуживании – все это говорит само за себя. Еще если прибавить к этому довольно простой монтаж системы, станет понятным ее выбор.

Но водяное отопление с естественной циркуляцией имеет свои недостатки, которые и обуславливают ограниченность области применения. Относительно небольшое гидростатическое давление не позволяет эффективно использовать отопление без насоса в больших зданиях, рекомендуемый радиус системы не должен превышать тридцать метров. Довольно медленный обогрев помещений, к тому же и не всегда равномерный, тоже может временами привести к неприятным последствиям.

Практичность, экономность и длительный срок эксплуатации отопления с естественной циркуляцией все же перевешивают все имеющиеся недостатки. До четырех десятков лет беспроблемной и безотказной работы – серьезный аргумент для того, чтобы отоплению без насоса отдавали предпочтение очень многие.

Если же учесть, что ничто не мешает сочетать естественную циркуляция в закрытой системе отопления с принудительной циркуляцией с помощью специального насоса, то привлекательность такой схемы становится еще большей.

Принцип работы

водяное отопление с естественной циркуляцией

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Принцип работы систем отопления с естественной циркуляцией относительно прост и базируется на физических законах. Если быть более точным, главным действующим фактором в таких системах является расширение воды или другого жидкого теплоносителя при нагревании и наоборот, сжимание при охлаждении.

И, конечно же, действуют законы гравитации. Вода под воздействием силы земного тяготения движется вниз, оказавшись в верхней точке какой-либо системы.

Отбросив некоторые технические и научные подробности, работу системы отопления с естественной циркуляцией можно описать в нескольких основных пунктах.

  1. Схема отопления с естественной циркуляцией в простом варианте включает в себя котел, теплообменник, трубы для доставки теплоносителя к отопительным приборам, расширительный бачок. Все начинается с нагрева. Вода нагревается в котле до установленной температуры, и, конечно же, по законам природы, устремляется вверх, вытесняемая холодной водой из нижней части отопительной системы.
  2. Горячая вода, в процессе естественной циркуляции движется вверх, достигает самого верхнего уровня, откуда начинается движение вниз. По ходу этого движения вода или другой теплоноситель попадает в радиаторы, батареи и тому подобные типы отопительных приборов. При этом, естественно, теплоноситель теряет тепло, которое идет на нагревание помещений.
  3. Естественная циркуляция в закрытой системе отопления заканчивается там же, где и начиналась, у теплообменника, в котле. Потом процесс, естественно, повторяется. Количество и скорость таких повторений зависит от многих факторов, начиная с температуры теплоносителя и заканчивая диаметром труб трубопровода. Чуть ниже эти факторы будут рассмотрены подробнее, а пока необходимо сказать несколько слов о роли расширительного бачка.
  4. Расширительный бачок имеет двойное предназначение. Система отопления без насоса, да и с насосом тоже нуждается в нем для того, чтобы сбрасывать излишний объем воды (теплоносителя), образующийся в результате нагрева, или же получать с бачка подпитку водой для трубопровода, когда идет охлаждение.
    Кроме того, через расширительный бачок из системы отопления с естественной циркуляцией стравливаются скапливающиеся в трубопроводе газы. Газ, а главным образом это воздух, как известно, легче воды, поэтому стремится вверх, где и, через расширительный бачок выходит наружу. При этом, учитывая, что горизонтальные части трубопровода сделаны (если отопление без насоса) с некоторым уклоном, у газов нет возможности где-либо скапливаться.

Конечно же, гидростатическое давление, которое создает естественная циркуляция в описанных выше условиях, не может быть впечатляющим. Но его вполне достаточно для того, чтобы обеспечить теплом небольшой дом. Собственно, водяное отопление с естественной циркуляцией для небольших зданий традиционно и применяется.

В конце концов, ничто не помешает пристроить в систему небольшой циркуляционный насос и использовать его время от времени, когда такое использование будет иметь смысл. Но это будет уже совсем другая система.

Наглядный пример принципа работы систем отопления с естественной циркуляцией

[ads-pc-1]

Характеристики и особенности системы отопления без насоса

Система отопления с естественной циркуляцией особой технической сложностью не отличается, если не считать, конечно же, котла или другого водонагревателя. Но особенностей у нее очень много, все же это инженерная система, а инженерные системы только с виду просты. Множество нюансов, если их не учитывать, сделают работу такой системы не только низкоэффективной, но в иных случаях и невозможной.

Характеристики системы отопления без насоса

Система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома

Скорость движения теплоносителя в системе водяного отопления с естественной циркуляцией находится в зависимости от многих факторов. Один из них – это разница в уровне между водонагревателем и радиаторами. Чем выше по вертикали находятся радиаторы, и, соответственно, чем ниже котел, тем быстрее бежит вода по трубам. По этой причине котел устанавливают в подвале, или же на нижнем этаже, если речь идет о здании в несколько этажей. Когда это невозможно, для водонагревателя делают углубление. Правда, такая закономерность не абсолютна, в том плане, что вполне себе работают и системы отопления с естественной циркуляцией в случае, когда водонагреватель стоит выше, чем отопительные устройства.

Еще одной интересной особенностью водяного отопления с естественной циркуляцией является саморегуляция, основанная на все том же расширении воды при нагревании. Чем холоднее в помещении, которое обогревается такой системой, тем быстрее охлаждаются отопительные приборы, и тем быстрее проходит полный цикл движения воды по трубопроводу. А значит, чем холоднее помещение, тем быстрее оно нагревается, и наоборот.

Есть и другие факторы, основательно влияющие на эффективность работы отопления с естественной циркуляцией. Диаметр труб, из которых состоит верхняя и нижняя часть трубопровода влияет на сопротивление движению воды напрямую. Как следует из законов гидравлики, чем больше внутреннее пространство труб, тем быстрее движется в нем вода. Поэтому, когда обустраивается система отопления с естественной циркуляцией, берут трубы с чуть большим внутренним диаметром, чем нужно для систем с принудительной циркуляцией. Например, подходящими можно считать трубы с внутренним диаметром от 32 до 40 миллиметров.

Диаметр труб для системы отопления с естественной циркуляцией

Как определить правильный диаметр трубы для систем отопления

Стальная труба имеет шероховатую внутреннюю поверхность, да еще и подвержена коррозии, которая приводит к скапливанию на стенках солей железа. Эти соли и суживают внутренний диаметр, и увеличивают силу трения воды, что приводит к падению скорости ее движения. В то же время популярные сейчас трубы из синтетических материалов (полипропилен, полиэтилен и тому подобное) имеют гладкую поверхность, трение с водой у которой незначительное. О том как выбрать трубы для отопления мы уже писали, поэтому рекомендуем перед расчетом и подготовке к монтажу, определиться с материалом.

Ничто так не сбивает скорость перемещения теплоносителя в трубах, как наличие большого количества поворотов, изгибов и прочих искривлений. Поэтому при любой возможности всяческих причудливых завитков следует избегать.

Наличие многочисленных кранов, вентилей и прочей запорной арматуры тоже не тот фактор, который увеличит скорость движения теплоносителя в системе. Регулировать поток теплоносителя, конечно, необходимо, ни к чему отопление, которое греет, как ему вздумается, не спрашивая хозяев. Но увлекаться излишней арматурой не стоит, иначе система может попросту остановиться.

Для того, чтобы вода двигалась в трубах поинтенсивнее, все участки трубопровода, расположенные по горизонтали, делают с некоторым уклоном. В одних рекомендациях идет речь о разности уровня в десять миллиметров на метр трубы, в других говорят о 0,5%, что в два раза меньше. Но принцип более-менее понятен.

Вид труб для систем отопления

Вид труб для систем отопления

Сколько отопление с естественной циркуляцией будет служить, зависит от материала, из которого изготовлены трубы. Стальная труба продержится долго, но, со временем прохудится под воздействием коррозии и станет подтекать. Если же трубы изготовлены из современных синтетических материалов, а отопительными приборами служат биметаллические радиаторы, то специалисты обещают такой системе срок службы не менее полувека. Правда, такие трубы и радиаторы появились относительно недавно, и проверить на практике, сколько на самом деле они будут успешно функционировать, возможности пока не представилось.

Как выбрать трубы для систем отопления. Тест

Следует не забывать, что инерционность отопительной системы с самотоком теплоносителя достаточно большая. Между началом, которое состоит в запуске водонагревателя, и достижением планируемой температуры в обогреваемом помещении может пройти достаточно много времени. В зависимости от особенностей системы и температуры воздуха для стабилизации тепловых параметров может понадобиться как несколько часов, так и несколько суток.

Если система с самотоком временно не используется, следует слить с нее воду, особенно в холодное время года. Забывчивость приведет к разморозке труб, что на практике означает их разрушение, как, впрочем, и котла, и отопительных приборов.

Время от времени в систему необходимо добавлять воду, которая имеет свойство испаряться. Обычно систему подключают к водопроводу, если таковой имеется. Если же центрального водоснабжения нет, например, на даче, воду вполне себе можно залить через расширительный бачок.

Способы расчета параметров системы

Учитывая количество влияющих факторов, нужно понимать, что система отопления с естественной циркуляцией может быть рассчитана весьма и весьма приблизительно. Конечно же, можно постараться и произвести максимально точный расчет, но обычно он ни к чему, так как неожиданно появятся новые факторы, сводящие эту на нет точность. Например, установят хозяева новые окна, лучше сберегающие тепло, и все прежние расчеты уже будут неактуальными.

Пример расчета параметров системы отопление с естественной циркуляцией

Расчет параметров системы отопление с естественной циркуляцией

Но, тем не менее, кое-какие, хотя и весьма приблизительные, расчеты произвести можно. Строительные нормы и правила говорят, что для отопления десяти квадратных метров площади достаточно одного киловатта энергии. В зависимости от климатических особенностей региона, для этих показателей вводятся коэффициенты, от 0,7 для южных районов до 2,0 для Заполярья.

Конечно, эти рекомендации страдают пониженной точностью, так как не учитывают высоту помещения, уровень его теплоизоляции, наличие внешних стен. Поэтому можно рассмотреть и более точный способ расчета отопления с естественной циркуляцией.

400 ватт на кубический метр объема помещения – это тот показатель, который можно взять за основу. К нему применяются описанные выше районные коэффициенты. Если в комнате есть обычное окно – показатель увеличивается на 100 ватт, если дверь – на 200. Хотя, сложно представить себе помещение без двери. Внешняя стена, выходящая на улицу, требует еще применение коэффициента, 1,2, например. Частный дом, который не защищен от холода ни сверху ни снизу, добавит в уравнение коэффициент 1,5.

Схемы устройства систем отопления без насоса

отопление без насоса схема

Cхемы отопления с естественной циркуляцией

Схем отопления с естественной циркуляцией существует бесчисленное множество, регулируемое только фантазией инженеров и материальными возможностями заказчика. Но разводку, хотя и довольно условно, можно разделить на однотрубную и двухтрубную.

Однотрубная схема отопления частного дома без насоса легка в объяснении даже без чертежей. Труба выходит от котла, ведет к расширительному бачку, дальше к радиатору и возвращается в котел. Отопительные приборы подсоединены к ней не последовательно, а параллельно, не разрывая целостности контура. Такая особенность, кстати, позволяет без проблем отключать отдельные батареи или радиаторы при необходимости.

Кроме прочего, однотрубная схема отопления с естественной циркуляцией требует небольшого уклона горизонтальной части трубопровода и труб с достаточно большим внутренним диаметров. Параллельное подключение отопительных приборов, вопреки подозрениям, не приведет к отсутствию поступления воды в радиаторы. Разве что на каждом радиаторе должна быть возможность стравливать воздух, не дожидаясь образования воздушной пробки. Для выравнивания температуры отопительных приборов применяются термоголовки или дроссели.

Сравнение схем систем с естественной циркуляцией и с насосом


Двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией гораздо сложнее однотрубной, но тоже вполне себе объяснима. От водонагревателя отходит одна труба, которая в определенном месте разветвляется в трех направлениях. Сначала делается отвод к расширительному бачку, чуть дальше труба уходит влево и вправо. Каждое ответвление составляет собственный контур, к которому присоединяются разными способами отопительные приборы. Это может быть последовательное подключение, параллельное, параллельно-последовательное. На завершении контуров трубы опять сходятся в одну, подводящую холодную воду обратно к котлу.

Если реализуется отопление без насоса, схема двухтрубная хороша тем, что с ее применением можно устраивать довольно сложные отопительные системы. Но сложность определяет и основной недостаток – небольшого гидростатического давления может и не хватить для обеспечения работоспособности такой системы.

Отопление без насоса, схема у которого двухтрубная, требует тщательных расчетов давления, достаточно широких труб и уклона для горизонтальных участков трубопровода.

Выводы

Система отопления с естественной циркуляцией имеет настолько же большие преимущества, насколько и большие недостатки. Набор характеристик лимитирует ее применение, гарантируя при этом много удобств и не меньше неудобств. Подход к решению выбора именно такой системы должен быть взвешенным и продуманным, так как система отопления существует для обеспечения комфорта в холодное время года, а вовсе не для создания постоянного источника трудноразрешимых проблем.

Видится, что система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома или дачи – приемлемое решение, особенно если они не предназначены для постоянного проживания, или же обеспечены ненадежными источниками электроснабжения. В двухэтажных строениях, тем более, в трехэтажных следует все же применять что-то более технически совершенное , помня, что гравитация и свойство жидкости расширяться при нагревании не всесильны.

Если Вам понравился наш сайт или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми - нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.