Естественная циркуляция в системе отопления частного дома: особенности, как организовать?

Система отопления дома с естественной циркуляцией – это простой и экономичный способ распределения нагретого воздуха или жидкости в помещении. Он использует естественные силы конвекции и вытесняющего охлаждения для создания почти бесшумной и эффективной системы, которую можно использовать в различных системах отопления. Поэтому естественная циркуляция является полезным вариантом, который следует учитывать при выборе системы отопления.

дом с отоплением

Принципы процессов естественной циркуляции

Процесс естественной циркуляции в системе отопления – это процесс циркуляции нагретого воздуха без использования вентилятора или насоса. Он часто используется в гидравлических системах, которые представляют собой системы, использующие некоторую форму жидкости для передачи тепловой энергии по трубам от источника тепла к целевой области. Жидкость часто нагревается с помощью внешнего источника, такого как печь, котел или даже солнечная энергия. Естественная циркуляция использует силу гравитации и конвекционные потоки для циркуляции нагретой жидкости от источника нагрева к целевой области.

Основы естественной циркуляции в системе отопления основаны на нескольких различных принципах. Основными действующими силами являются различия в плотностях, которые вызывают естественный подъем и опускание жидкости источника тепла. Эта же концепция лежит в основе конвекционных потоков и объясняет, почему поднимающаяся масса горячего воздуха часто используется для распределения тепла.

Когда нагретая жидкость поднимается вверх, она охлаждается и создает область более низкого давления в верхней части источника нагрева. Эта область низкого давления вытягивает более холодную жидкость с нижнего уровня источника нагрева в процессе замены. Это иногда называют «термосифонированием», и это основной способ естественной циркуляции тепла.

По мере того, как более холодная жидкость поднимается вверх и заменяется нагретой жидкостью, воздух попадает в источник нагрева и создает область низкого давления. Эта область низкого давления заставляет нагретую жидкость выталкиваться вверх и заменяться свежей, охлажденной жидкостью с нижнего уровня. Это называется «вытесняющим охлаждением».

Цикл вытесняющего охлаждения продолжается по всему источнику нагрева, создавая циркуляцию между нагретой жидкостью и более холодной жидкостью. Этот процесс необходим для эффективного распределения нагретого воздуха или жидкости без использования вентилятора или насоса.

Это также намного тише, чем системы, в которых используется вентилятор.

Наконец, нагретая жидкость, вытянутая из источника тепла, выбрасывается в целевую область. В зависимости от конструкции системы это можно сделать с помощью радиаторов или других средств. В этот момент охлажденная жидкость направляется обратно к источнику тепла за счет естественной конвекции, завершая цикл.

Перепад гидростатического давления

Главное свойство с точка зрения физики теплоносителя вне зависимости от его вида, помогающее ему перемещаться по контуру при естественной циркуляции, заключается в том, что плотность уменьшается с повышением температуры.

Горячая вода обладает меньшей плотностью, в отличие от холодной, поэтому можно увидеть значительную разницу в гидростатическом давлении столбов горячей и холодной жидкости. Холодная вода течет вниз по теплообменнику, вытесняя горячую воду вверх по трубам.

Отопительный контур дома можно разделить на несколько сегментов. По «горячим» элементам вода поднимается, по «холодным» вода падает. Границами элементов являются верхняя и нижняя точки системы отопления.

Классическим элементом естественной циркуляции водяного контура является ускорительный коллектор (основной стояк) – вертикальная труба, идущая вверх от теплообменника.

Обычно система проектируется таким образом, что вершины коллекторов ускорителя совпадают с вершинами всей схемы. Если используются мембранные баки, то устанавливают отводы на открытые расширительные баки или вентиляционные клапаны.

Тогда длина «горячего» участка профиля минимально возможная, что приводит к снижению теплопотерь.

Также рекомендуется, чтобы «горячая» часть контура не совмещалась с длинной частью, несущей охлаждающий теплоноситель. В идеальном варианте нижняя точка водяного контура должна совпадать с нижней точкой теплообменника, которым оснащено тепловое оборудование.

Для «холодных» участков водного пути также существуют правила повышения давления жидкости:

  • Чем больше потери тепла в «холодной» части системы, тем меньше температура теплоносителя и выше показатель ее плотности, так что функционирование системы с естественной циркуляцией имеет место быть только при большой теплоотдаче;
  • Чем больше расстояние от нижней точки петли до места примыкания к радиатору, тем больше сечение самого холодного и плотного водяного столба.

При естественной циркуляции в системе отопления необходимо организовать оптимальную высоту между верхней и нижней точками, как правило, она составляет не более 10м. Отопительное оборудование нагревает только нижнюю часть теплообменника и убегающего коллектора.

Если этот отрезок незначителен по отношению к общей высоте водяного контура, то падение давления в «горячем» отрезке контура будет незначительным и цикл не запустится.

Правила выбора и монтажа трубопроводов

Стальные или полипропиленовые трубы для любой циркуляции подбираются по стандарту использования горячей воды и с точки зрения цены, простоты монтажа и срока службы.

Напор устанавливается из металлических труб, поскольку через него протекает вода высокой температуры, а в случае нагрева печи или выхода из строя теплообменника может проходить пар.

При использовании естественной циркуляции в системе отопления требуется несколько больший диаметр трубы, в отличие от другого вида системы, оснащенной циркуляционным насосом, то есть – принудительной циркуляцией. Как правило, для обогрева помещений площадью до 200 м2, диаметр трубопровода на входе ускорительного коллектора и обратного теплообменника 2 дюйма.

Это связано с более медленным потоком воды по сравнению с вариантом с принудительной циркуляцией, что вызывает следующие проблемы:

  • уменьшает количество тепла, передаваемого от источника тепла в отапливаемое помещение в единицу времени;
  • появление засора или воздушной пробки, с которой не справляется небольшое давление.

При организации естественной циркуляции в системе отопления частного дома с нижней схемой подачи особое внимание необходимо уделить удалению воздуха из системы. Его нельзя полностью удалить из теплоносителя через расширительный бачок, потому что кипяток сначала попадает в устройство по линии, находящейся под ним.

В самотечных тепловых сетях, где подвод электроэнергии расположен под оборудованием, краны Маевского используются непосредственно для сброса воздуха.

Воздух также можно удалить посредством вентиляционных отверстий. Из-за внушительного количества выхлопов самотечная схема с нижней разводкой применяется редко.

При низком давлении небольшой воздушный шлюз может полностью остановить систему отопления. Поэтому согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладка труб системы отопления со скоростью воды менее 0,25 м/с без уклона.

В естественных циклах такие скорости достичь невозможно. Поэтому помимо использования труб большего диаметра, нужно установить их с уклоном, чтобы исключить попадание воздуха в систему отопления. Уклон рассчитан на 2-3мм на метр, а в многоквартирных домах уклон может достигает 5 мм на один погонный метр горизонтальной линии.

Подача регулируется в направлении потока воды, чтобы позволить воздуху перемещаться в расширительный бак или систему стравливания в верхней части контура. Также можно сделать и обратный уклон, в этом случае потребуется дополнительный выпускной клапан.

Наклон обратной линии обычно имеет уклон в сторону охлажденной воды. При этом нижняя точка профиля будет совпадать с входом обратки теплогенератора.

При устройстве теплых полов необходимо исключить попадание воздуха в узкие и горизонтальные каналы этой системы отопления. Вытяжку следует размещать перед системой подогрева пола.

Однотрубное и двухтрубное отопление

При проектировании данной системы отопления можно сделать ее как одноконтурную, так и двухконтурную. Вне зависимости от таких характеристик, как длина и какое количество радиаторов будет использовано, выполняется по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с одной магистралью

Система отопления, которая использует одну и ту же трубу для постоянного перемещения теплоносителя к радиаторам, называется однотрубной.

При выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя это самое дешевое и наименее проблемное решение для отопления дома. Единственным заметным недостатком является громоздкий внешний вид труб.

схема для одной трубы

При использовании однотрубной системы с радиаторами отопления горячая вода проходит через каждый прибор последовательно. Для такой системы необходимо минимальное количество труб и клапанов.

По мере прохождения через первый радиатор теплоноситель теряет температуру, поэтому последующие радиаторы получают воду с меньшей температурой, чем первый, это необходимо взять во внимание при расчете количества секций.

Наиболее эффективным способом подключения отопительного оборудования к однотрубной сети является диагональный вариант.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией подразумевает, что горячий теплоноситель перетекает в радиатор сверху и выходит после того, как температура его снизится, по трубам, расположенным внизу. Согласной такой схеме горячая вода способна выделить наибольшее количество тепла.

Из-за низкого подключения подводящего и отводящего патрубков к аккумулятору значительно снижается теплоотдача, ведь нагретый теплоноситель должен течь как можно дольше. Аккумуляторы с большим количеством переходов не применяют из-за значительного охлаждения в таких схемах.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключения одного из участков отопления без остановки циркуляции воды во всем контуре.

Варианты с обраткой

Когда одна труба используется для подачи горячей воды к радиатору, а другая труба отводит охлаждающую воду в котел или печь, схема отопления называется двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией. Подобные системы чаще используются при наличии радиаторов, чем однотрубные.

система с двумя трубами

Она дороже, так как требует установки дополнительной сантехники, но имеет ряд существенных преимуществ:

  • более равномерное распределение температуры охлаждающей жидкости, подаваемой в радиатор;
  • более легкий расчет зависимости параметров радиатора от площади отапливаемого помещения и заданных значений температуры;
  • более эффективное регулирование подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления потока холодной воды относительно горячей воды двухтрубные системы классифицируют как попутные и тупиковые. В связанном контуре охлажденная вода течет в том же направлении, что и горячая вода, поэтому длина цикла всего контура одинакова.

В тупиковом контуре охлажденная вода движется в сторону горячей воды, поэтому продолжительность периода оборота теплоносителя различна для разных радиаторов. Из-за малых скоростей в системе время нагрева может варьироваться в широких пределах. Те радиаторы с более короткой циркуляцией воды будут нагреваться быстрее.

Существует два типа расположения трубопроводов, связанных с радиаторами отопления: верхнее и нижнее. При верхнем подключении трубы, подающие горячую воду, располагаются над радиатором отопления, а при нижнем подключении – снизу.

При нижнем подключении воздух можно выводить через радиатор и нет необходимости прокладывать воздуховоды вверху, что хорошо с точки зрения дизайна помещения.

Однако без наддувного коллектора падение давления будет намного меньше, чем при верхнем подключении. Поэтому нижнее подключение для отопления помещений по принципу естественной циркуляции практически не используется.

Геннадий Теплов

Привет, меня зовут Геннадий Теплов и я занимаюсь утеплением домов и отопительными расчетами в Московской области больше 8 лет, тогда я и завел этот сайт и понял, что мне нравится делиться опытом с читателями об утеплении частных домов, создал этот сайт utepleniem.ru. Будет классно, если вы поделитесь своими опытом и мнением в комментариях! Задавайте вопросы и сохраняйте сайт в закладки! Успехов вам в утеплении и обогреве вашего дома

Оцените автора
Utepleniem.ru
Добавить комментарий