Самотечная система отопления: все что нужно знать

Оглавление

  1. Как рассчитывается самотечная система
  2. Потери энергии и обеспечение движения жидкости
  3. Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией
  4. Особенности, которые влияют на стоимость
  5. Какие применить трубы
  6. Котел, радиаторный расширитель
  7. Прокладка труб по чердаку
  8. Прокладка труб по чердаку
  9. Трубопровод на два крыла
  10. Для двух этажей
  11. Принципы и выводы

Основная цель применения самотечной системы отопления — частые перебои с электричеством. Жители сельской местности, особенно вдалеке от города, предпочитают в своих домах самотечную систему отопления.

Во-первых, это дешевле, чем система отопления с принудительной циркуляцией.

Во-вторых, требует меньше затрат на обслуживание.

В-третьих, в условиях перебоев с электропитанием более надежно и долговечно.

Несмотря на кажущуюся простоту, рассчитать и предварить в жизнь самотечную систему сложно. Ошибки в проектировании и монтаже ведут к некорректной работе или даже к неработоспособности.

Самотечная система отопления частного дома представляет собой прогрев элементов путем естественной циркуляции жидкости внутри трубопровода, где нет насоса.

Самотечная система отопления частного дома

Рассмотрим более подробно условия расчета естественного отопления.

 

Как рассчитывается самотечная система

Наилучший и, наверное, единственный качественный пример использования самотека будет одноэтажный дом небольшой площади.

Обязательное условие хорошей работы самотека — наличие чердачного помещения. Чердак необходим для размещения расширительного бака. Циркуляция осуществляется за счет гравитационного принципа. Таким образом, принцип работы самотека и движения жидкости заключается в разнице нагрева воды.

Нагретая вода имеет меньший вес по сравнению с холодной. Вода расширяется и поднимается по стояку, далее двигается по горизонтальным трубопроводам «лежакам», остывая, опускается вниз.

  • Один куб нагретой до температуры 90оС воды весит 965,3 кг.
  • Вода с температурой 80оС – 971 кг.
  • Вода с температурой 40оС – 992 кг.
  • Нагретая вода 30оС – 995 кг.

Эти цифры нужны, чтобы иметь представление о движении теплоносителя. Разница в массе обуславливает движение теплоносителя.

 

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Какие нужны условия для обеспечения циркуляции теплоносителя:

  • Для самотека обязательно нужен специальный котел, его отличают отверстия большого диаметра для входной и выходной трубы.
  • Наличие чердака, где необходимо разместить расширитель.
  • Трубы диаметром от 1,5 дюймов (примерно 40 мм).
  • Средняя линия радиаторов должна быть выше средней линии котла.
  • Котел должен размещаться в приямке, ниже уровня пола примерно на 20-30 см. Это условие необходимо, чтобы «обратка» там, где она пересекает дверные проемы, лежала ниже и на уровне порога.

Соблюдение условий – это отсутствие потерь энергии и обеспечение беспроблемной циркуляции жидкого теплоносителя. 

Напор воды в самотёчной системе рассчитывается по обычной кольцевой схеме. По одной вертикали проходит восходящая тяга от котла, суммарный вес столба теплоносителя с соответствующими температурами. На второй вертикали отложен падающий участок с остывающей водой и указанным весом столба с соответствующей температурой. То есть разница весов двух половин и есть искомый циркуляционный напор системы.

При этом не нужно знать ни геометрию сети, ни диаметры труб, а лишь перепад между верхними и нижними точками и перепады температур по вертикальным участкам. Зная гравитационный напор, можно проектировать сеть под него с подбором диаметров и подсчетом сопротивлений.

Считается, что для самотечной системы требуется уклон. Однако это не всегда важно. Эксплуатация отопительной системы возможна и с уклоном, и без. Работа будет происходить за счет нагрева теплоносителя. Хотя, конечно, с уклоном система функционирует лучше.

Уклон важен потому, что на сверхнизких скоростях потока по трубопроводу больших диаметров тепловое расслоение возникает не только по длине трубы, но и по вертикальным участкам труб. Разница температур оказывается заметной уже по сечению лежачей трубы.

При малой мощности отопления в период между сезонами возможна ситуация, когда в верхнем лежаке с контруклоном холодная вода будет по обратному уклону стекать обратно в котел по верхней подающей трубе, даже не доходя до радиаторов. Получается некий противоток внутри одной трубы.

Такое явление широко известно по работе радиаторов на 30% мощности при закрытии только верхнего крана в боковой подводке. В этом случае через нижнюю подводку поток теплоносителя идёт внутрь по верхней половине трубы, и наружу идёт холодная вода по нижней части трубы.

Спланированная самотечная система отопления с подпиткой, насосной станцией и бойлером

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Есть нюанс: автоматической регуляции в такой системе нет. Регулировать движение возможно вручную: подачей топлива в газовый котел. Гасим горелку изменением положения ручки управления газового клапана. Если жарко, подачу топлива уменьшают, если холодно, поступление газа усиливают. Самотек «съедает» топлива на порядок сильнее, чем с насосом, где можно отрегулировать температуру.

 

Особенности, которые влияют на стоимость

Самотек требует монтажа труб с большим диаметром. Они дороже и не всегда подходят к интерьеру. Несмотря на кажущуюся простоту, самотек обойдется дороже отопления с насосом. На стоимость влияют:

  • большие диаметры труб;
  • сварочные работы: из-за наличия большого количества скруток — это источник протечек, а нанять грамотного сварщика стоит дорого;
  • большое количество материала и сложность работы.

 

Какие применить трубы

Диаметр труб не меньше 32 мм, но практики говорят, что лучше всего, если диаметр составит 40 мм. Трубы 50 мм не будут хуже, они сделают систему значительно эффективнее.

Трубопроводы в помещениях размещают открыто. Это делают с целью улучшения циркуляции за счет охлаждения воды в трубах и для поддержания гидростатического напора. Лучший выбор — металлические трубы. Они сами по себе являются дополнительным нагревательным элементом и отдают тепло в помещение.

 

Котел, радиаторный расширитель

Для самотека необходим специальный котел, который обладает собственным гидравлическим сопротивлением. Лучший вариант:

  • Твердотопливный котел на дровах.
  • Напольный газовый котел из чугуна Proterm Гризли KLO мощностью от 65 до 150 кВт.

 

Особенности работы котла

Котел с незаполненной теплоносителем системой отопления нельзя запускать в работу. Теплоноситель должен расширяться, увеличивая свой объем. Это так называемое «дыхание» воды при нагреве.

Обеспечить «дыхание» теплоносителя можно двумя способами:

  • установить открытый расширитель в верхней точке — «открытая» система;
  • применить расширительный бак мембранного типа — «закрытая» система.

Фактор, который уравновешивает расширение при нагреве с открытым типом, — столб воды до расширителя. Его монтаж в верхней точке отопления.

 

Расширительный бак

Существуют варианты установки открытого расширительного бака. В расширителе требуется постоянно открытое заливное отверстие сверху и переливной патрубок с боку. Отслеживать наличие достаточного количества воды в баке желательно с закрепленным указателем уровня. Бачок нужно располагать в отапливаемой комнате или на чердаке.

Уровень в расширителе не должен снижаться более чем на ¼ его высоты. Для этого нужно следить за уровнем, периодически дополнять систему теплоносителем.

 

Радиаторы

Для самотека нужны чугунные, алюминиевые или биметаллические радиаторы с низким гидравлическим сопротивлением и большим внутренним диаметром.

 

Прокладка труб по чердаку

Главное условие такой системы — поднятый вверх трубопровод обратного движения теплоносителя в котел. Этот способ возможен лишь тогда, когда прокладывать трубопровод обратной циркуляции по низу нет возможности из-за наличия дверных проемов, отсутствует подвал и т.д.

 

Трубопровод на два крыла

Что собой представляет система отопления в два крыла? От одной печи угольного или газового котла один общий подающий трубопровод идет влево и вправо. Точка возврата для обратки общая. Подобная система эффективна только для угольных печей, и вот почему.

Все дело в температуре теплоносителя на выходе. Он нагревается до температуры выше 120оС, в газовых котлах — температура нагрева теплоносителя 80оС. Таким образом, угольный котел дает естественный толчок теплоносителю. При 80оС такого толчка не будет. В этом случае одно крыло будет работать на 80%, второе будет отапливаться примерно на 30%.

Для эффективного использования газового котла необходимо предусмотреть параллельное распределение теплоносителя посредством специальных элеваторов с вентильной регулировкой.

Самотечная система отопления на два крыла

Для двух этажей

Для двухэтажного здания относительно хорошо действующий самотек возможен только в случае с оборудованным чердаком. Проблема заключается в том, что второй этаж основной массы домов неполноценный и представляет собой мансарду. Сложность в этом случае:

  • нет возможности поставить расширительный бак, он должен находиться в помещении;
  • по двухэтажному зданию с ломаной крышей сложно проложить прямолинейные участки труб;
  • лишние повороты, изгибы, каждый со своим гидравлическим сопротивлением, увеличивают гидравлику общей системы;
  • в двухэтажном здании с мансардой труба может пересекать дверные или оконные проемы;
  • дизайнерские желания заказчика по требованию к применяемым радиаторам идут вразрез с техническим обоснованием проекта.

Для двух этажей — сложно, дорого и неэффективно.

 

Принципы и выводы

Минус самотечного отопления: полноценно она работает только на высоких температурах. Заставить эксплуатировать ее при низких температурах можно только при соблюдении всех условий монтажа и эксплуатации.

Первое условие. Сечение труб большое, диаметр не менее 50 мм. Это идеальный диаметр, при котором система будет работать безупречно.

Второе условие. Открытый расширительный бак, подключенный к главному стояку или к «обратке». Если мембранный расширитель подключен к «обратке», то можно закрыть систему и она продолжит работать.

Уклон на «горизонталях» важен для отвода воздуха и оттока охлажденной воды по дну трубы в правильную сторону, то есть от котла к радиатору на верхнем лежаке и от радиатора к котлу в нижнем лежаке.