Как и за счет чего работает гравитационное отопление?Что влияет на циркуляцию теплоносителя? Какое оборудование необходимо для полноценной и беспроблемной работы системы? В этом материале мы постараемся найти ответы на эти и многие другие вопросы.
Знакомьтесь: самотечная система.
Что это такое
В любой системе водяного отопления функцию переноса и распределения тепла по отопительным приборам выполняет теплоноситель — жидкое вещество со значительной удельной теплоемкостью.
Чаще всего эту роль выполняет обычная вода; однако в тех случаях, когда в зимние холода дом может остаться без отопления, нередко используются жидкости с более низкими температурами фазового перехода.
Вне зависимости от типа теплоносителя его нужно заставить двигаться, переносить тепло.
Способов сделать это не так уж много.
- В системах центрального отопления функцию побуждения циркуляции выполняет перепад давления между подающим и обратным трубопроводами теплотрассы.
Элеваторный узел регулирует параметры ЦО.
- Автономные системы с принудительной циркуляцией для этой цели комплектуются циркуляционными насосами.
- Наконец, теплоноситель в гравитационных (самотечных) системах движется только за счет изменения собственной плотности при нагреве.
Как это работает
Принцип
Давайте попробуем более наглядно представить себе механизм работы подобной системы.
Упрощенно говоря, она представляет собой два сообщающихся сосуда, соединенные трубами (отопительным контуром) в единое кольцо. Первый сосуд — котел, второй — собственно система отопления, состоящая из радиаторов, розлива и подводок. Высота обоих сосудов одинакова.
Уточним: как правило, отопительный контур имеет значительную высоту.
Как минимум — куда большую, чем котел.
Чтобы преодолеть эту проблему, контур сразу после котла комплектуется разгонным коллектором — вертикальным участком, в который вытесняется нагретый теплоноситель.
После нагрева теплообменника его содержимое устремляется вверх, вытесняемое более холодными массами. Достигнув верхней точки разгонного коллектора, горячий теплоноситель начинает спускаться вниз, по пути проходя через отопительные приборы и постепенно отдавая им тепловую энергию.
Остывая, он увеличивает свою плотность и в нижней точке своего маршрута уже готов вытеснить нагревшуюся жидкость, находящуюся в теплообменнике котла, в разгонный коллектор, начав новый цикл работы системы.
Принцип работы самотечной системы.
Факторы
Очевидно, что чем больше скорость циркуляции — тем более равномерным будет распределение тепла в контуре, тем меньше будет разброс температуры батарей. Чем определяется эта скорость?
Балансом двух противодействующих друг другу факторов: создаваемого при работе системы напора и гидравлического сопротивления контура.
От чего зависит каждый из факторов?
Напор
- От высоты разгонного участка контура (то есть суммарной высоты участка котел — разгонный коллектор). Для его увеличения котел, если есть возможность, монтируется в подвале, а верхняя часть розлива выносится на чердак.
- От уклона розлива. Как правило, он делается постоянным: из верхней точки розлив спускается к котлу, теряя не менее сантиметра высоты над уровнем пола на погонный метр длины. Благодаря уклону остывший теплоноситель проделывает свой маршрут, увлекаемый собственной тяжестью.
Розлив прокладывается с постоянным уклоном.
Гидравлическое сопротивление
Чем оно ниже, тем легче воде или другому теплоносителю при фиксированном напоре проделать свой путь.
Что влияет на гидравлическое сопротивление системы?
- Диаметр розлива. Чем он больше, тем меньшее сопротивление труба оказывает потоку воды. Абсолютный минимум диаметра — 32 миллиметра; чаще при сооружении гравитационной системы своими руками в качестве розлива используется труба размером 40 — 50 мм.
- Протяженность розлива. Контур протяженностью более сотни метров при разумном диаметре будет просто-напросто неработоспособен. Обычно гравитационные системы отопления не делают длиннее 40-50 метров.
- Количество изгибов и переходов диаметра. Каждый из них увеличивает сопротивление движению воды.
- Количество и тип запорной арматуры. Чем меньше завихрений на дросселирующих приспособлениях — тем лучше.
Практическое следствие: лучше не использовать в гравитационной системе винтовые вентиля.
Помимо того, что их конструкция давно устарела морально, их ходы создают куда большее гидравлическое сопротивление, чем гладкая прорезь шарового вентиля.
Корпус винтового вентиля создает значительное сопротивление движению потока воды.
- Наконец, сильнейшее влияние на сопротивление движению потока оказывает материал трубы и ее возраст. Если быть точным, определяющим фактором является так называемый коэффициент шероховатости. Сравните его значение для разных труб.
| Описание трубы | Коэффициент шероховатости |
| Полимерные или металлополимерные | 0,1 — 1 |
| Новые стальные | 6 |
| Стальные оцинкованные после 5 лет эксплуатации | 15 |
| Черные стальные после 5 лет эксплуатации | 20 |
| Черные стальные после 20 лет эксплуатации | 200 |
Практическое следствие: при монтаже лучше использовать пластик или металлопластик.
Перегрева можно не бояться: пока в контуре есть вода, температура труб не превысит 100 градусов.
Оборудование
Гравитационной может быть как закрытая система, не сообщающаяся с атмосферным воздухом, так и открытая в атмосферу. От типа системы зависит набор оборудования, в котором она нуждается.
Открытая
Собственно, единственным обязательным элементом является открытый расширительный бак.
Стальной открытый расширительный бачок.
Он совмещает несколько функций:
- Вмещает избыток воды при перегреве.
- Отводит в атмосферу воздух и пар, образующийся при закипании воды в контуре.
- Служит для долива воды, компенсирующего ее утечку и испарение.
В тех случаях, когда на отдельных участках розлива радиаторы расположены выше него, их верхние пробки комплектуются воздушниками. В этой роли могут выступать как краны Маевского, так и обычные водоразборные краны.
Для сброса системы она обычно дополняется отводом, ведущим в канализацию или просто за пределы дома.
Закрытая
В закрытой гравитационной системе функции открытого бачка распределяются на несколько независимых устройств.
- Мембранный расширительный бак системы отопления обеспечивает возможность расширения теплоносителя при нагреве. Как правило, его объем берется равным 10% от общего объема системы.
- Предохранительный клапан сбрасывает избыточное давление при переполнении бака.
- За отвод воздуха отвечает ручной воздушник (к примеру, тот же кран Маевского) или автоматический воздухоотводчик.
- Манометр показывает давление.
Последние три устройства часто продаются единым комплектом.
Важно: в гравитационной системе как минимум один воздушник должен присутствовать в ее верхней точке.
В отличие от схемы с принудительной циркуляцией, здесь воздушная пробка просто-напросто не даст теплоносителю двигаться.
Кроме перечисленного, закрытая система обычно снабжается перемычкой с системой ХВС, позволяющей заполнить ее после сброса или для компенсации утечки воды.
Разводка
Инструкция по разводке радиаторов определяется прежде всего количеством этажей в доме.
Один этаж
При разводке на один этаж автор настоятельно рекомендует не изобретать велосипед и использовать проверенную временем ленинградку. В правильной реализации она представляет собой кольцо, проложенное по периметру дома, с врезанными параллельно этому кольцу отопительными приборами.
Каждый радиатор подключается снизу вниз или диагонально. Подводки снабжаются двумя вентилями или вентилем на подаче и дросселем на обратке. Запорная арматура позволит отключить батареи для ремонта, не останавливая всего контура, или дросселировать часть отопительных приборов для выравнивания температур.
Ленинградка с нижним подключением радиаторов.
Два этажа
А вот в случае двух этажей оптимальна двухтрубная схема с опять-таки увеличенными диаметрами розливов и стоячным подключением радиаторов. Фактически, мы создаем типичную схему верхнего розлива: после разгонного коллектора теплоноситель вытесняется в трубу подачи и оттуда самотеком возвращается в розлив обратки через радиаторы.
Схема для двух этажей.
Важнейший момент: стояки в обязательном порядке дросселируются для балансировки.
Без нее мы получим крайне неравномерное распределение температур: весь теплоноситель пойдет через ближние к котлу стояки.
Если ваш котел смонтирован в подвале, вполне логичным будет вынести в него и нижний розлив.
Разумеется, при соблюдении одного из двух условий:
Антифризы для отопительных систем.
Плюсы и минусы
Как выглядит самотечное отопление на фоне системы с принудительной циркуляцией? Стоит ли остановить на нем свой выбор при проектировании собственного коттеджа?
Достоинства
- Система абсолютно отказоустойчива. В ней нет подвижных или изнашивающихся элементов; она не зависит от внешних факторов, включая нестабильное за городом электропитание.
- Гравитационная схема — саморегулирующаяся. Чем холоднее обратка в ней, тем быстрее циркуляция теплоносителя: ведь он обладает большей плотностью по сравнению с нагревшимися в котле массами.
- Наконец, при проектировании этой системы не нужно заниматься сложными вычислениями, не требуется особых навыков: такие схемы проектировались еще нашими дедушками. В сельской местности и сейчас можно встретить контуры, пристроенные к помещенному в русскую печь теплообменнику из стальной трубы.
Печи с теплообменниками продолжают использоваться и в наши дни.
Недостатки
Не обошлось и без них.
- Система довольно медленно прогревается. От розжига котла до выхода батарей на рабочую температуру может пройти полтора — два часа.
Впрочем: остывать благодаря большому объему теплоносителя они будут тоже медленно.
Особенно если в качестве отопительных приборов установлены чугунные отопительные радиаторы или массивные стальные регистры.
Чугунные радиаторы будут долго остывать после того, как в котле прогорит топливо.
- Простота устройства системы не означает, что ее цена будет существенно более низкой по сравнению с альтернативами. Солидный диаметр розлива потянет за собой значительные затраты. Вот выдержка из актуального прайс-листа на армированную полипропиленовую трубу от одной из российских компаний:
| Диаметр, мм | Стоимость погонного метра, рубли |
| 20 | 52,28 |
| 25 | 67,61 |
| 32 | 111,76 |
| 40 | 162,16 |
| 50 | 271,55 |
- Без балансировки разброс температур между радиаторами может быть заметным.
- Наконец, при незначительной теплоотдаче котла вынесенные на чердак или в подвал участки розлива в сильные морозы вполне может прихватить льдом.
Два в одном
Решить все перечисленные проблемы гравитационной схемы может ее модернизация врезкой насоса. При этом система сохранит возможность работы с естественной циркуляцией.
При выполнении этой работы стоит придерживаться нескольких простых правил.
- Между врезками отводов на насос ставится вентиль или, что куда лучше, шариковый обратный клапан. При работе насоса он не даст крыльчатке гонять воду по малому кругу.
- Перед насосом обязателен грязевик. Он защитит ротор и подшипники насоса от попадания окалины и песка.
- Врезка на насос ограничивается парой вентилей, которые позволят прочистить фильтр или снять насос для ремонта без потери теплоносителя.
На фото байпас между врезками снабжен шариковым обратным клапаном.
Заключение
Надеемся, что нам удалось ответить на все накопившиеся у читателя вопросы. Как всегда, дополнительную информацию о принципе работы гравитационных систем и их устройстве можно почерпнуть в прикрепленном видео. Успехов!
Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен