Самотечная система отопления: применение в частном доме, схемы водяной циркуляции

Что такое? Принцип работы

Самотечная – система, основанная на законах физики, т.е. естественном движении теплоносителя по трубам. Горячая жидкость поднимается, холодная опускается. Наиболее часто применяется данная система отопления для частного дома, если отсутствует подключение электричества или поступает нестабильно.

Единственным ограничением может явиться высота потолка. Поскольку труба должна отходить от котла вверх 1,5 метра, еще нужно место для расширительного бачка. Имеются ограничения у системы, как стоимость создания системы, сниженная эффективность. Цена ее примерно в 1,5 раза выше, чем создание простого принудительного контура отопления. Также необходимая точность установки системы, соблюдение всех уклонов при соблюдении внешнего вида интерьера.

Принципом работы самотечной системы отопления является продвижение жидкости до верхней точки данной системы под воздействием физических законов, когда теплая жидкость является более легкой, поднимается, затем по трубам с небольшим уклоном теплоноситель продвигается, постепенно отдавая тепло, остывает, далее также самотеком к котлу для прогрева вновь. Она не подразумевает никаких приспособлений, ускоряющих движения воды, поэтому она высоко инертна.

Принцип работы самотечной системы

Один из принципов, используемых при работе системы, известен всем из школьного курса физики: это подъём вверх горячих воды и воздуха и их опускание вниз – при низких температурах.

После того, как вода прогреется в котле, она начинает своё движение вверх – по стояку. В результате она попадает в отопительный радиатор, где передаёт часть своего тепла, став от этого холодней, чем в сточке. Охлаждённая, вода начинает двигаться вниз – и поступает в очередной радиатор. Так продолжается до возвращения воды в котёл.

Основные моменты

• Отсутствие циркуляционного насоса и вообще подвижных элементов и замкнутый контур, в котором количество взвесей и минеральных солей конечно, делает срок службы системы отопления этого типа весьма продолжительным. При использовании оцинкованных или полимерных труб и биметаллических радиаторов — не менее полувека.
• Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Именно поэтому рекомендованный радиус интересующей нас системы отопления оценивается примерно в 30 метров. Понятно, это не означает, что при радиусе в 32 метра вода застынет — граница довольно условна.
• Инерционность системы будет довольно большой. Между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях может пройти несколько часов. Причины понятны: котлу предстоит прогреть теплообменник, и лишь тогда вода начнет циркулировать, причем довольно медленно.
• Все горизонтальные участки трубопроводов делаются с обязательным уклоном по ходу движения воды. Он обеспечит свободное движение остывающей воды самотеком с минимальным сопротивлением. Что не менее важно — в этом случае все воздушные пробки будут вытеснены в верхнюю точку отопительной системы, где монтируется расширительный бачок — герметичный, с воздушником, или открытый.

Саморегуляция

Отопление дома с естественной циркуляцией — саморегулирующаяся система. Чем холоднее в доме, тем быстрее циркулирует теплоноситель. Как это работает?

Дело в том, что циркуляционный напор зависит от:

• Разницы в высоте между котлом и нижним отопительным прибором. Чем ниже котел относительно нижнего радиатора — тем быстрее вода будет переливаться в него самотеком. Принцип сообщающихся сосудов, помните? Этот параметр стабилен и неизменен в процессе работы отопительной системы.

Схема демонстрирует принцип работы отопления наглядно.

Любопытно: именно поэтому отопительный котел рекомендуется устанавливать в подвале или просто как можно ниже внутри помещения. Однако автору доводилось видеть прекрасно функционирующую систему отопления, в которой теплообменник в топке печи был заметно выше радиаторов. Система была полностью рабочей.

• Разницы в плотности воды на выходе из котла и в обратном трубопроводе. Которая, понятно, определяется температурой воды. И вот именно благодаря этой особенности естественное отопление делается саморегулирующимся: как только температура в помещении падает, отопительные приборы остывают.

С падением температуры теплоносителя его плотность увеличивается, и он начинает быстрее вытеснять нагретую воду из нижней части контура.

Конструктивные особенности

Чтобы самотечная система работала эффективно, нужно выполнить такие требования:

• источником тепла выступает любой энергонезависимый теплогенератор с выходными патрубками диаметром 40—50 мм;
• на выходе котла или печки с водяным контуром сразу монтируется разгонный стояк – вертикальная труба, по которой поднимается нагретый теплоноситель;
• стояк заканчивается расширительным баком открытого типа, установленным на чердаке либо под потолком верхнего этажа (зависит от типа разводки и конструкции частного дома);
• вместительность резервуара – 10% от объема теплоносителя;
• под самотек желательно подобрать отопительные приборы с большими размерами внутренних каналов – чугунные, алюминиевые, биметаллические;
• для лучшей теплоотдачи радиаторы отопления подключаются по разносторонней схеме – нижней или диагональной;
• на радиаторных подводках ставятся специальные полнопроходные клапаны с термоголовками (подача) и балансировочные вентили (обратка);
• батареи лучше оснастить ручными воздухоотводчиками – кранами Маевского;
• подпитка тепловой сети организовывается в самой нижней точке – возле котла;
• все горизонтальные участки труб прокладываются с уклонами, минимальный – 2 мм на метр погонный, средний – 5 мм/1 м.

Слева на фото – стояк подачи теплоносителя от напольного котла с насосом на байпасе, справа – подключение обратной линии

Примечание. Уклоны выполняют 2 функции – помогают теплоносителю течь в нужном направлении, а воздуху – подниматься по трубопроводам и уходить через открытую расширительную емкость. Оговорка касательно применяемых радиаторов: если система построена правильно, стальные панели тоже прекрасно греют.

Гравитационные системы отопления делаются открытыми, эксплуатируются при атмосферном давлении. Но будет ли самотек работать в схеме закрытого типа с мембранным баком? Отвечаем: да, естественная циркуляция сохранится, но скорость теплоносителя снизится, эффективность упадет.

Обосновать ответ несложно, достаточно упомянуть изменение физических свойств жидкостей, находящихся под избыточным давлением. При напоре в системе 1.5 Бар точка кипения воды сместится до 110 °C, ее плотность тоже увеличится. Циркуляция замедлится из-за малой разницы масс горячего и остывшего потока.

Упрощенные схемы самотека с открытым и мембранным расширительным резервуаром

Схемы самотечного отопления

Одним из первых шагов при установке рассматриваемой отопительной системы является выбор схемы, определяющий дальнейший рабочий процесс и эффективность эксплуатационного периода.

Последствия сделанного выбора сказываются на дизайне помещений и равномерности распределения тепла, на удобстве эксплуатации, а прежде всего на общем объёме работ и цене за использованные при установке материалы.

Несмотря на наличие в виртуальном пространстве огромного количества схем и чертежей, в том числе видео, самостоятельно – без специалиста – разобраться в них достаточно сложно, и самое главное – каждая схема требует её адаптации под отдельно взятый заказ.

Существует несколько распространенных схем разводки:

• Однотрубная
• Двухтрубная
• Паук
• Ленинградка

Выбор схемы зависит от количества этажей, площади дома, планировки. Рассмотрим каждый вариант отдельно.

Однотрубная

Самая простая самотечная система отопления, но не самая эффективная. Самое главное – соблюдение технологии сборки. Стояк горячей воды должен быть без каких-либо изгибов, поворотов, стыков, т.е. прямой, все трубы должны располагаться под постоянным технологическим уклоном.

Установку однотрубной системы можно выполнить самостоятельно. Не требует специальных знаний, требует просто соблюдение технологии. Конечно, невозможно избежать наличие стыков, поворотов, но их необходимо минимизировать. Их использование снижается эффективность всей системы.

Важным фактором отопления однотрубной самотечной системы является диаметр трубы, по которому движется теплоноситель. Чем он больше, тем лучше идет циркуляция. Рекомендуется для однотрубной системы использовать диаметр трубы не менее 1 дюйма, наиболее оптимальным является 1,5 дюйма. Больший диаметр трубы – меньший уровень сопротивления току теплоносителя.

Располагать котел необходимо на самой нижней точке системы, стояк с горячей водой поднимать максимально высоко. Укладка труб осуществляется с постоянным уклоном. Он должен соответствовать 1 см на метр трубы. Уклон должен быть постоянный, является основным параметром, обеспечивающим работоспособность системы.

Большинство схем требует расположение трубы с горячей водой под потолком, чердачном пространстве, обратный контур над полом. Однотрубная система предполагает создание одного контура, по которому вода поступает к радиаторам, возвращается по тому же контуру для нагрева.

Двухтрубная

Самотечная система отопления, основанная на двух контурах. Первый контур отходит от основного стояка общей трубы с горячей жидкостью. От нее питаются все радиаторы, к ним отходит отдельное соединение для каждого. Остывшая вода из радиаторов и возврат ее в котел осуществляется по другой трубе.

Двухтрубная самотечная система позволяет обеспечить все радиаторы теплоносителем одинаковой температуры и обеспечивает равномерное распределение тепла по дому. Можно уменьшать ток жидкости через один из радиаторов, что не окажет воздействие на отопление остального дома.

Паук

Самотечная система по схеме Паук состоит из системы, при которой от общего стояка отопления с горячей жидкостью отходит ветка к каждому радиатору отдельно. Для стояка используется труба большого диаметра, а ветки к радиаторам идут с трубами меньшего диаметра

Эта схема считается самой надежной, работоспособной. Конечно, имеет определенные трудности в монтаже и разводке, но в связи с меньшим диаметром труб, проще их прокладывать, а также не обязательно делать у потолка комнаты.

Схема Паук использует значительное количество труб, соединений, технически значительно усложняет проект. Каждое соединение – риск протечки. Экономия за счет снижения диаметра также нивелируется за счет длинны используемых труб и количеству соединений.

Обратный контур к котлу делается классически, соединяя все радиаторы по кругу. Здесь также применяется наклон возвратной трубы для естественного тогда жидкости в котел для прогрева.

Ленинградка

Система построенная принципом Ленинградки строится следующим образом: вдоль пола идет одна ветка коллектора и подключаются все радиаторы. Также требуется создание разгонной петли, т.е. возвышение единственного коллектора при отхождении от котла, затем возврат на уровень пола и уже там соблюдение уклона от подачи до возвратки.

У самотечной системы Ленинградка есть преимущества: надежность, меньшее количество материалов. Недостатки: ограниченное количество радиаторов, необходимость увеличенного диаметра труб, ленивое затекание жидкости в радиатор.

Ограниченное количество радиаторов используется, потому что при соединении схемой Ленинградка тепло отдается первыми радиаторами, остывшая жидкость поступает обратно в общий коллектор, что снижает температуру общего теплоносителя. Ленивое затекание жидкости к радиатору значительно снижает эффективность работы каждого радиатора, так как сто процентно не заполняется, использовать КПД данного радиатора на 100% невозможно. И данную схему не сделать с 2 ветками.

Преимущества и недостатки системы

Система отопления самотеком имеет много недостатков. К наиболее ощутимым из них относятся:

• низкий коэффициент эффективности;
• монтаж трудоемкий, требующий больших денежных затрат;
• проложенные трубы смотрятся неэстетично;
• высокая цена приобретаемых материалов.
  

Первые радиаторы нагреваются сильнее, учитывая последовательность движения воды. В дальнейшем идет остывание теплоносителя. Система нуждается в установке расширительного бачка. Он необходим для выхода воздуха, случайно попавшего в трубы.

Несмотря на большое количество недостатков, система востребована. Часто дачный домик располагается в загородной зоне и только так его можно отопить. Поскольку система простая, она меньше ломается, а движение теплоносителя проходит бесшумно.

Виды гравитационной циркуляции

Самотечная система отопления дома имеет несколько разновидностей, которые применяются в зависимости от характера помещения. Существует 4 разновидности самоциркуляции:

• закрытая;
• открытая;
• однотрубный контур;
• двухтрубный контур.

Закрытый и открытый тип

Закрытый или замкнутый водяной контур используется для отопления одноэтажных и двухэтажных домов. Принцип его работы заключается в следующем:

В процессе работы идет вытеснение воды из контура в расширительный бачок.

1. 2. Бак состоит из 2 частей, которые разделены между собой мембраной. Одна часть заполнена воздухом или азотом, а во вторую попадает вытесненная жидкость.
2. 3. Нагретый теплоноситель давит на мембрану и сжимает газ, частично заполняя вторую часть бачка.
3. 4. Со временем температура воды падает, газ давит на мембрану и выдавливает воду. Она снова поступает в систему и заполняет ее до прежнего уровня.

К преимуществу такого вида самотека относится небольшая коррозия металла, поскольку в систему не попадает воздух. Однако есть и существенный недостаток — стоимость бачка с мембраной очень высокая.

У открытого варианта принцип работы такой же. Отличие заключается только в бачке, представляющем собой емкость открытого типа. Сверху располагается негерметичная крышка. Монтируется система в самой верхней точке (под потолком или на чердаке). От нее отходит труба, которая идет на слив в канализацию или на открытую местность. Этот вариант имеет ряд недостатков:

1. 1. Поскольку в систему постоянно попадает воздух, идет коррозия металлических частей.
2. 2. В контур попадает воздух. Приходится прокачивать всю систему, открывая вентиль подпитки. Иногда батареи монтируются под небольшим углом, а сверху ставится кран Маевского для выхода воздуха.
3. 3. Регулярно происходит испарение жидкости, которую требуется постоянно доливать.

Однотрубный и двухтрубный контур

Однотрубный контур применяется только для отопления небольших площадей одноэтажного дома. После выхода из котла вода последовательно заходит во все радиаторы. Чтобы шло равномерное распределение тепла, в местах подключения радиаторов устанавливаются байпасы. В противном случае последние в цепи радиаторы заполняются остывшей водой.

К преимуществу однотрубного контура относится простота монтажа. Нет необходимости располагать трубы под потолком.

В двухтрубном контуре подача и возвращение жидкости ведутся по отводам, которые подведены к каждому радиатору отдельно. Другие отводки выполняют функцию забора воды от каждого прибора. Затем она подается в трубу, ведущую в котел. Это дает следующие преимущества:

• тепло распределяется равномерно по всем радиаторам;
• температура в системе легче контролируется;
• используются трубы меньшего диаметра;
• не такие жесткие условия соблюдения уклона.

Уклон в самотечных системах

Все системы самотеком обязательно с использованием уклона труб. Таким образом гравитация помогает движению жидкости. Разные варианты используются разный уклон – от 3 мм до 1 см на 1 метр.

Существует СНиП 41-01-2003 гравитационных систем, согласно которому уклон должен быть не менее 10 мм : 1 метр длины трубы. При наличии на участке трубы соединений, углов, уклон необходимо увеличивать.

Трубы для самотека

Важной точкой принятия решения является выбор материала, из которого изготовлены трубы самотечной системы отопления.

Рассмотрим наиболее распространенные в настоящий момент трубы:

1. Медные трубы. Из плюсов этих труб: максимальная теплоотдача, невероятно долгий срок службы – до 100 лет, прекрасный внешний вид. Но есть минусы: колоссальная стоимость материала, необходимость применения пайки на всех соединениях при монтажных работах, ее сложность, ведь найти хорошего мастера на такие работы очень сложно, а стоимость его работы так же будет высокой.
2. Полипропиленовые трубы. Является усредненным вариантом. Средний срок службы – до 25 лет. Они имеют гладкую внутреннюю поверхность, что снижает возможность образования наростов отложений, легкий материл, устойчивый к коррозии – основные положительные стороны этих труб. Из минусов: монтаж осуществляется специализированным инструментом, самому сделать сложно, высокая стоимость труб, хоть и меньшая чем у медных, так же снижают привлекательность материала.
3. Стальные трубы. Самый доступный материал из всех. Данный тип труб очень устойчив любым механическим воздействиям. Есть недостатки материала: монтаж осуществляется с применением сварки, большого количества фитингов, а также у данного материала есть риск коррозии, зарастания отложениями.

Закрытая самотечная система

Большой диаметр труб предполагает большое количество теплоносителя. А при нагреве любой жидкости, она расширяется. Для этого создаются расширительные бачки. Такие расширительные баки бывают двух видов: открытые, закрытые.

Открытые собой открытые емкости, куда выдавливаются из системы излишки теплоносителя. Дополнительная безопасность, чтобы не было перелива устанавливают трубу, отходящую к стоку, которая так называется – перелив. Данный расширительный бак можно изготовить самостоятельно, а можно приобрести. Данная система открыта, из расширительного бачка жидкость испаряется, поэтому для такой отопительной системы можно использовать только воду, так как антифриз быстро испариться. Периодически требуется доливать воду для пополнения общего объема, сохранении его наполненности.

Закрытые расширительные баки – емкости, разделенные на две части специальной мембраной. Одна половина такого бака заполняется излишками теплоносителя, вторая половина заполнена газом (воздухом или азотом). Нагретая вода вытесняется в расширительный бачок, растягивает мембрану, сжимая газ во второй полости, когда температура жидкости снижается, давление газа и мембрана возвращают теплоноситель в систему. Итогом будет отсутствие потери жидкости, система отопления всегда заполнена, нет необходимости доливать теплоноситель, можно использовать антифриз.

Какая схема лучше, принудительная или естественная?

Естественная система лучше в том случае, если нужно организовать отопление небольшого одноэтажного частного дома. В этом случае нет смысла тратиться на насосное оборудование, когда и естественного тока теплоносителя будет достаточно для обогрева всей постройки.

Контуры с принудительной циркуляцией лучше использовать в больших одноэтажных или многоэтажных домах. Благодаря быстрому движению теплового носителя в сети постройки значительных размеров будут хорошо и равномерно прогреваться. Контуры с естественной циркуляцией с этой задачей не справятся.

Однотрубная система: как регулировать температуру?

Однотрубная система отопления имеет только один вариант исполнения разводки – верхнюю. В ней нет обратного стояка, поэтому охлаждённый в батареях теплоноситель возвращается в подающую магистраль. Движение жидкости обеспечивается разностью температур жидкости в нижних и верхних радиаторах.

Чтобы обеспечить одинаковый температурный режим в помещениях на разных этажах, поверхность нагревательных приборов на первом этаже должна быть несколько больше, чем на втором и последующих. В нижние радиаторы поступает смесь горячей и охлаждённой в верхних теплообменниках воды.

В однотрубной системе может быть два варианта движения теплоносителя. в первом одна часть идёт в радиатор, другая – дальше по стояку к нижним приборам.

При параллельной однотрубной разводке теплообменники на верхних этажах получают горячую воду, а самые нижние – уже остывшую. Поэтому площадь последних должна быть увеличена, чтобы уравнять обогрев всех помещений

Во втором случае весь объём воды проходит через каждый теплообменник, начиная с самых верхних. Главная особенность такой разводки состоит в том, что радиатора на первом и цокольном этажах получают только охлаждённую воду.

При проточном варианте однотрубной разводки нельзя отключить или ограничить поступление теплоносителя в отдельный радиатор. Перекрытие одного из них привело бы к остановке циркуляции во всей системе

И если в первом случае регулировать температуру в помещениях можно с помощью кранов, то во втором их нельзя применять, так как это приведёт к уменьшению подачи жидкости ко всем последующим теплообменникам. К тому же полное перекрытие крана означало бы остановку циркуляции воды в системе.

При монтаже однотрубной системы лучше остановиться на разводке, которая даёт возможность регулировки подачи воды к каждому радиатору. Это позволит регулировать температуру в отдельных помещениях и, естественно, делает отопительную систему более гибкой, а значит и более эффективной.

Так как однотрубная разводка может быть только верхней, её монтаж возможен только в постройках с чердачным помещением. Именно там должен размещаться подающий трубопровод. Главный недостаток заключается в том, что пуск отопления возможен только по всему зданию сразу. Преимущества у системы, конечно, тоже есть. Главные из них – простой монтаж и меньшая стоимость. С точки зрения эстетики, чем меньше труб, тем проще их спрятать.

Как должна быть устроена двухтрубная система?

Этот вариант схемы отопления предполагает наличие подающей и отводящей магистрали. В верхней части системы циркулирует горячий теплоноситель, в нижней – остывший.

Двухтрубная система отопления более гибкая в отношении регулирования температуры в отдельных помещениях. Однако она требует большего количества материалов, чем однотрубная

От котла отходит труба, соединённая с расширительным баком. От бака идёт труба горячей линии контура, которая потом соединяется с разводкой. В зависимости от размеров емкости и объёма воды в системе, от бака может отходить переливная труба. По ней излишки воды сливаются в канализацию.

Трубы, выходящие из нижней части теплообменников, объединяются в обратную магистраль. По ней остывший теплоноситель снова попадает в котёл. Обратка должна проходить через те же помещения, что и подающий трубопровод.

Горизонтальный или вертикальный стояк в разводке?

Система отопления с вертикальным стояком предполагает подводку к нему радиаторов с разных этажей. Её преимущество: ниже риск «завоздушивания» системы, недостаток – более высокая стоимость.

Когда теплообменники с одного этажа соединены с подающим трубой, — это система с горизонтальным стояком. Такой вариант обойдётся домовладельцам в меньшую сумму, но придётся решать проблему образования воздушных пробок. Как правило, достаточно установить воздухоотводчики.

Расчет самотечной системы

Чтобы рассчитать и спроектировать отопление с естественной циркуляцией, действуйте в таком порядке:

1. Выясните количество тепла, нужное для обогрева каждой комнаты. Воспользуйтесь для этого нашей инструкцией.
2. Подберите энергонезависимый котел – газовый либо твердотопливный.
3. Разработайте схему, приняв за основу один из предложенных здесь вариантов. Поделите разводку на 2 плеча – тогда магистрали не пересекут входную дверь дома.
4. Определите расход теплоносителя под каждое помещение и рассчитайте диаметры труб.

Примечание. Уклоны вычислять не нужно, принимайте стандартное значение 0.5 см на метр длины. Допускаются отклонения в большую или меньшую сторону в диапазоне 0.7…0.2 см/1 м.

Сразу отметим, что «ленинградку» разбить на 2 ветви не удастся. Это значит, что кольцевой трубопровод обязательно пройдет под порогом входной двери. Чтобы выдержать все уклоны, котел придется ставить в приямке.

Расчет диаметра труб на всех участках гравитационной двухтрубной системы делается так:

1. Берем теплопотери всего здания (Q, Вт) и определяем массовый расход теплоносителя (G, кг/ч) в главной магистрали по приведенной ниже формуле. Перепад температур между подачей и «обраткой» Δt принимаем равным 25 °C. Затем переводим кг/ч в другие единицы – тонны за час.
2. По следующей формуле находим площадь сечения (F, м²) главного стояка, подставив значение скорости естественной циркуляции ʋ = 0.1 м/с. Пересчитываем площадь круга в диаметр, получаем размер основной трубы, подходящей к котлу.
3. Считаем тепловую нагрузку на каждую ветку, повторяем расчеты и выясняем диаметры этих магистралей.
4. Переходим в следующие комнаты, снова определяем диаметры участков по тепловым затратам.
5. Выбираем стандартные размеры труб, округляя полученные цифры в большую сторону.

Приведем пример расчета самотечной системы в одноэтажном доме 100 м. кв. На представленной ниже планировке уже нанесены радиаторы отопления и указаны тепловые потери. Начинаем с основного коллектора котла и движемся в сторону последних помещений:

1. Величина теплопотерь дома Q = 10.2 кВт = 10200 Вт. Расход теплоносителя в главном стояке G = 0.86 х 10200 Вт / 25 °C = 350.88 кг/ч или 0.351 т/ч.
2. Площадь поперечника подающей трубы F = 0.351 т/ч / 3600 х 0.1 м/с = 0.00098 м², диаметр d = 35 мм.
3. Нагрузка на правую и левую ветку составляет 5480 и 4730 Вт соответственно. Количество теплоносителя: G1 = 0.86 х 5480 / 25 = 188.5 кг/ч или 0.189 т/ч, G2 = 0.86 х 4730 / 25 = 162.7 кг/ч или 0.163 т/ч.
4. Сечение правой ветви F1 = 0.189 / 3600 х 0.1 = 0.00053 м², диаметр составит 26 мм. Левое ответвление: F2 = 0.163 / 3600 х 0.1 = 0.00045 м², d2 = 24 мм.
5. В детскую и кухню придут линии DN32 и DN25 мм (округлили в большую сторону). Теперь считаем размеры коллекторов для спальни и гостиной + коридор с теплопотерями 2.2 и 2.95 кВт соответственно. Получаем оба диаметра DN20 мм.

Для подключения небольших батарей можно использовать подводки DN15 (наружный d = 20 мм), на плане указаны размеры DN20

Внимание! Полученные в результате расчетов диаметры указывают на размер внутреннего прохода трубопроводов (обозначение – DN или Ду).

Осталось подобрать трубы. Если варить отопление из стали, на котловой стояк пойдет Ø48 х 3.5, ветви — Ø42 х 3 и 32 х 2.8 мм. Оставшуюся разводку, в том числе подводки к батареям, делаем трубопроводом 26 х 2.5 мм. Первая цифра размера указывает на внешний диаметр, вторая – толщину стенки (сортамент водогазопроводных стальных труб).

Расчет мощности

Эффективная тепловая мощность котла рассчитывается теми же способами, что и во всех других случаях.

По площади

Простейший способ — рекомендованный СНиП расчет по площади помещения. 1 КВт тепловой мощности должен приходиться на 10 м2 площади помещения. Для южных районов берется коэффициент 0,7 — 0,9, для средней полосы страны — 1,2 — 1,3, для районов Крайнего Севера — 1,5-2,0.

Как и любой грубый подсчет, этот способ пренебрегает многими факторами:

• Высотой потолков. Она далеко не везде составляет стандартные 2,5 метра.
• Утечками тепла через проемы.
• Расположением помещения внутри дома или у внешних стен.

Все способы расчетов дают большие погрешности, поэтому тепловая мощность обычно закладывается в проект с некоторым запасом.

По объему с учетом дополнительных факторов

Более точную картину даст другой способ расчета.

• За основу берется тепловая мощность в 40 ватт на кубический метр объема воздуха в помещении.
• Районные коэффициенты действуют и в этом случае.
• Каждое окно стандартного размера прибавляет к нашим подсчетам 100 ватт. Каждая дверь — 200.
• Расположение комнаты у внешней стены даст в зависимости от ее толщины и материала коэффициент 1,1 — 1,3.
• Частный дом, у которого внизу и вверху — не теплые соседние квартиры, а улица, рассчитывается с коэффициентом 1,5.

Однако: и этот расчет будет ОЧЕНЬ приблизительным. Достаточно сказать, что в частных домах, построенных по энергосберегающим технологиям, в проект закладывается мощность обогрева в 50-60 ватт на КВАДРАТНЫЙ метр. Слишком многое определяется утечками тепла через стены и перекрытия.

Самотечное отопление в доме — как сделать

Очень весомым плюсом самотечной системы водяного отопления является ее независимость от наличия электроэнергии. Самотечное отопление может быть создано и на удаленной даче на основе энергонезависимого твердотопливного котла. Система бесшумная и надежная, она, несомненно, будет востребована и в будущем.

Наработан большой опыт создания самотечных систем отопления, ведь ранее все водяное отопление создавалось по принципу самотека. Система может быть создано по «типовой народной схеме» и своими руками.

Недостатками являются ограничения по мощности, отапливаемой площади, возможности подключения дополнительных контуров, при повышенной цене на создание.

Самотечное отопление обходится дороже, примерно в 2 раза по сравнению с системами принудительной циркуляции, так как требует большой диаметр труб и особенного размещения котла. Сложность при создании и в том, что трубы большого диаметра должны иметь общий уклон, а значит их положение фиксировано и поэтому они часто не вписываются в дизайн помещения, загромождают интерьер.

Как рассчитывается самотечная система

Можно заказать тепловой и гидравлический расчет у специалистов, в лицензированных организациях, но это обойдется недешево. Можно сделать эти расчеты приблизительно с помощью известных программ или вручную.

Но обычно пользуются общеизвестными рекомендациями и, как правило, этого вполне достаточно, чтобы создать работоспособную систему с самотеком жидкости.

Скорость движения жидкости по системе в любом случае не большая. Чем больше внутренние диаметры трубопровода и радиаторов, а также котла, тем большее количество жидкости будет проходить по ним, тем больше энергии сможет переноситься.

Важно ответить на вопрос — достаточно ли будет энергии переносить теплоноситель для отопления конкретного здания? В этом и заключается суть расчетов. Но если расчетов нет, то нужно обратиться к опыту создания подобного отопления и утепления зданий.

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Во первых, нужно определиться со степенью утепления здания, — соответствуют ли она требованиям нормативных документов. Если нет, то может не хватить мощности не только самотечной системы….. Обогреть холодное здание себе дороже, нужно утеплять, а не увеличивать мощность обогрева.

После того, как здание утеплено, можно обратиться к опыту создания подобных систем, откуда известно, что обычная предельная площадь самотечного обогрева составляет 150 м кв. на каждом этаже здания, при этом желательно распределение радиаторов на 2 плеча на каждом этаже, а длина подающего трубопровода каждого плеча не должна превышать 20 метров.

Обязательное условие для создания системы – превышение горячего теплоносителя (обычно принимается средняя линия радиаторов) над холодным (средняя линия теплообменника котла).

При большей длине трубопроводов, желателен бы расчет, или нужно мириться, что возможно, в пики морозов пропускной способности системы (скорости теплоносителя) может и не хватить что бы в здании было жарко.

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Напор в самотечной системе будет напрямую зависеть от высоты водяного столба с разностью плотностей воды (разностью температур) и от самой разности плотностей воды. Формула напора приведена ниже.

Чем больше разность температур подачи и обратки, и чем выше водяной столб с этой разностью, тем быстрее будет циркулировать вода, тем больше тепла будет переноситься, тем надежнее система и большую площадь можно будет отопить.

Дело в том, что вода наиболее значительно остывает в радиаторах, до них она считается горячей. После радиаторов вода холодная движется по обратке к теплообменнику котла, где происходит ее нагрев. Следовательно, чем ниже находится теплообменник относительно радиаторов, тем больше будет напор в системе.

Кроме того, вода остывает и в самой трубе выходящей из котла, а это значит, что чем выше будет поднят горячий трубопровод, и чем он длиннее и больше отдает тепла, тем будет больше напор.

Впрочем, эта теплототдача будет иметь низкую эффективность для обогрева дома, если горячий трубопровод расположен под потолком. Лучше, если он находится вдоль пола отапливаемой массандры и является для нее отопительным прибором.

Не правильно делать просто высокий столб горячей воды, вынося расширительный бак выше крыши. Нужна наибольшая разность высот, на которой бы происходил перепад температур, а этого проще добиться опусканием котла.

Типичная ошибка при создании самотечной системы для 2-х этажей — подключение радиаторов на обоих этажах к одним стоякам. В результате на 1 этаже будет еще холодно, когда на 2 этаже уже очень жарко. Правильно для мансарды предусмотреть отдельное независимое плечо отопления со своим регулировочным вентилем.

Особенность системы:
— жидкость в самотечной системе обычно остывает значительно, вследствие небольшой скорости ее движения. Разница температур подачи и обратки чаще находится в пределах 25 — 30 градусов. Температурный режим, например, — 75град. выход из котла и 45 град. обратка. Поэтому недопустимо создавать схему с одним трубопроводом с последовательным подключением радиаторов. Подходят только попутная и тупиковая двухтрубные схемы разводки.

Сфера применения и недостатки самотека

Назначение гравитационной схемы – теплоснабжение жилищ без привязки к электричеству, что актуально в отдаленных регионах с частыми отключениями света. Сеть самотечных трубопроводов и батарей способна работать вместе с любым энергонезависимым котлом либо от печного (раньше говорили – парового) отопления.

Разберем отрицательные стороны использования самотека:

• из-за малой скорости протока нужно повышать расход теплоносителя за счет применения труб большого диаметра, иначе радиаторы не прогреются;
• чтобы «подстегнуть» естественную циркуляцию, горизонтальные участки прокладываются с уклоном 2—3 мм на 1 м магистрали;
• здоровые трубы, идущие под потолком второго этажа и над полом первого, портят внешний вид комнат, что заметно на фото;
• затруднено автоматическое регулирование температуры воздуха – на батареи нужно покупать только полнопроходные термостатические клапаны, не препятствующие конвективной циркуляции теплоносителя;
• схема неспособна работать с теплыми полами и в 3-этажном доме;
• увеличенный объем воды в отопительной сети подразумевает длительный прогрев и большие затраты топлива.

Чтобы выполнить требование №1 (смотри первый раздел) в условиях ненадежного электроснабжения, хозяину двухэтажного частного дома придется нести расходы на материалы – трубы повышенного диаметра и облицовку для изготовления декоративных коробов. Остальные минусы некритичны – медленный прогрев устраняется путем установки циркуляционного насоса, недостаток экономичности – монтажом специальных термоголовок на радиаторы и изоляцией труб.

Советы по проектированию

Если разработку самотечной схемы отопления вы взяли в свои руки, обязательно учтите следующие рекомендации:

1. Минимальный диаметр вертикального участка, идущего от котла, — 50 мм (имеется в виду внутренний размер условного прохода трубы).
2. Горизонтальный раздающий и собирающий коллектор допускается уменьшить до 40 мм, перед последними батареями – до 32 мм.
3. Уклон 2—3 мм на 1 м. п. трубопровода делается в сторону радиаторов на подаче и котла – на обратке.
4. Входной патрубок теплогенератора должен располагаться ниже батарей первого этажа с учетом уклона обратной магистрали. Возможно, в котельной придется сделать небольшой приямок под установку источника тепла.
5. На подводках к отопительным приборам второго этажа лучше поставить прямой байпас малого диаметра (15 мм).
6. Верхний раздающий коллектор постарайтесь уложить на чердаке, чтобы не вести под потолками комнат.
7. Используйте расширительный бак открытого типа с патрубком перелива, выведенным на улицу, а не в канализацию. Так удобнее следить за переполнением емкости. С мембранным бачком система работать не будет.

Расчет и проектирование самотечного отопления в коттедже сложной планировки стоит доверить специалистам. И последнее: магистрали Ø50 мм и более придется исполнять стальными трубами, медью либо сшитым полиэтиленом. Максимальный размер металлопластика составляет 40 мм, а диаметр полипропилена выйдет просто угрожающим из-за толщины стенок.

Как движется теплоноситель (вода)

Из вышесказанного вытекают и конструктивные особенности самотечной системы отопления.

Котел располагается в приямке, в подвале, во всяком случае, желательно, чтобы его теплообменник был ниже средней линии радиаторов.

Все трубопроводы делаются с общим уклоном по ходу движения жидкости:

• вода из котла поднимается по вертикальному стояку в самую верхнюю точку;
• от вертикального горячего стояка всегда должна вниз до входа в котел;
• разница высот между начальной и конечной точкой трубы не менее одного процента, но по длине уклон может меняться как угодно;
• всегда лучше обеспечивать максимальный уклон.

Какие применить трубы

Диаметр труб должен быть для подачи и обратки на одном крыле трубопровода не менее 32 мм, при этом радиаторы могут подключаться и трубами с внутренним диаметром 20 мм. А для стояка и подачи на крыло — не менее 50 мм. Впрочем никто не запрещает увеличить эти диаметры, что только сделает систему мощнее.

До сих пор оптимальным вариатном считаются обычные стальные трубы. При больших диаметрах они становятся конкурентноспособными пластику. К тому же стальная труба большого диаметра является и сама по себе отопительным прибором, ввиду значительной проводимости тепла металлом.

Котел, радиаторы, трубопровод

Применяется специальный котел (и газовый и твердотопливный) с собственным маленьким гидравлическим сопротивлением, предназначенный для самотечной системы.

Применяются радиаторы с низким гидравлическим сопротивлением, с большим диаметром внутренних отверстий — обычно или чугунные или алюминиевые.

В высшей точке трубопровода устанавливается клапан для стравливания воздуха (система под давлением с закрытым расширительным баком (гидроаккумулатором)). В систему встраивается на выходе из котла группа безопасности – манометр и аварийный клапан. Либо в высшей точке располагается расширительный бак открытого типа.

Сливной кран располагается в районе котла в низшей точке трубопровода, делается отвод либо в канализацию, либо на емкость.

Подборка котла по мощности ведется как обычно — в зависимости от теплопотерь здания, а радиаторов — от теплопотерь каждой комнаты где они устанавливаются.

При этом чаще пользуются правилом — радиаторы суммарно чуть мощнее котла (при этом учитывается, то что паспортная температура жидкости обычно больше реальной, т.е. радиторы приобретаются еще мощнее на 20 – 35 %), после чего общая мощность радиаторов распределяется по комнатам.

Схемы самотечного отопления на одно крыло

Типичная схема водяного отопления с самотечным движением жидкости. Здесь только лишь одно крыло. Горячий трубопровод располагается повыше, от него опускаются стояки вниз на каждый радиатор или на пару радиаторов. В схеме указан расширительный бак вместо гидроаккумулятора.

На практике часто подобные схемы реализуются так чтобы расширительный бак, верхний трубопровод располагались бы на чердаке а обратка часто опускается под пол в подвал. При этом трубопроводы меньше загромождают жилое пространство и не портят интерьер. Но тогда все трубопроводы в холодной зоне должны быть хорошо утеплены — слой не менее 15 см минеральной ваты. Пенопласт не подходит, так как его едят грызуны и его не стоит нагревать до 70 град.

Прокладка труб по чердаку

Подвариант данной схемы — обратка поднята вверх, так как не всегда есть возможность прокладывать ее понизу — мешают дверные проемы, нет подвала и т.д.

В небольшом доме

Вариант размещения радиаторов прямо возле котла. Это возможно лишь в климатических зонах с постоянной положительной температурой, и если окна достаточно утеплены (двойные стеклопакеты), и нет особой необходимости в создании тепловых завес путем размещения радиаторов под окнами. Схема применяется, когда нет возможности понизить уровень котла — максимально сокращаются трубопроводы.

Для двух этажей

Еще один пример «из жизни» разводки трубопроводов при самотечном движении жидкости. На этот раз отапливается полноценный этаж и мансарда.

Так как крыло мансарды маломощное, то оно включено трубопроводом меньшего диаметра — 25 мм. Здесь применяются стояки на каждую пару радиаторов в комнатах первого этажа, а горячий трубопровод проложен по полу мансарды и является для нее обогревающим элементом.

Схема требует создания достаточного напора, поэтому теплообменник котла располагается ниже средней линии радиаторов первого этажа минимум на пол метра.

Правила монтажа контура без насоса

Теперь поговорим, как сделать циркуляцию воды без насоса. Любая разновидность гравитационной схемы имеет общий минус, который заключается в отсутствии давления в сети. Именно поэтому работоспособность системы снижается из-за повышенного количества поворотов трубопроводов, неправильного уклона и других погрешностей во время монтажа.

Для правильной организации контуров без насоса придерживайтесь следующих требований:

1. Соблюдайте минимально необходимый уклон обратного трубопровода в сторону нагревательного оборудования.
2. Для устройства разводки выбирайте трубы подходящего диаметра и типа.
3. Учитывайте используемый тип теплоносителя и особенности его подачи.

Важно! Чтобы обеспечить уклон обратного трубопровода в сторону котла, нагревательное оборудование устанавливают в подвале или цокольном этаже либо делают пониженный уровень пола в котельной на первом этаже.

Подбор трубопроводов и их уклона

Чтобы обустроить водяное отопление в частном доме без насоса, нужно правильно подобрать диаметр трубопровода и рассчитать его уклон.

Для организации самотечной сети можно использовать следующие виды труб:

• Стальные трубопроводы стоят недорого, достаточно прочные, выдерживают высокое давление. Главный недостаток в низкой коррозионной стойкости, особенно в завоздушенных сетях.
• Металлопластиковые конструкции благодаря гладкой внутренней поверхности не так быстро засоряются. Они мало весят, не подвержены коррозии и имеют небольшое линейное расширение.
• Полипропиленовые трубопроводы обладают высокой герметичностью, прочностью. Они просто монтируются, служат долго и устойчивы к замерзанию. Для монтажа трубопровода понадобится специальное паяльное оборудование.
• Медные трубы стоят очень дорого, поэтому применяются редко. Это самые долговечные и красивые трубопроводы с хорошей теплоотдачей.

Важно! Минимальный уклон обратной магистрали при естественном токе теплоносителя составляет 0,5% на погонный метр. При неправильном уклоне сети быстро завоздушиваются, дальние радиаторы плохо прогреваются.

Выбор диаметра трубопровода производится на основе теплотехнического расчета. При превышении сечения магистрали увеличиваются расходы на отопление, а теплоотдача снижается. Диаметр стального трубопровода не должен быть меньше 50 мм.

Выбор теплоносителя

Естественная циркуляция в системе отопления частного дома может быть организована с использованием жидкого теплоносителя – воды или антифриза. Чаще используют воду, потому что меньшая теплоотдача и большая плотность антифриза повышают расходы топлива и времени на обогрев дома.

Антифриз стоит выбрать в том случае, если дом в холодный сезон будут надолго покидать либо посещать его с определенной периодичностью, а постоянно сливать воду из системы не хочется. В пользу антифриза говорит его лучшая текучесть, облегчающая циркуляцию теплоносителя, а также устойчивость к замерзанию.

Выбор нижнего или верхнего подключения подачи

Отопление самотеком можно организовать с нижним и верхним подключением подачи теплоносителя к отопительным приборам.

Особенности каждой подачи следующие:

1. При нижней подаче теплоносителя трубопроводы прокладываются на уровне пола, поэтому не портят интерьер помещения. Однако однотрубные системы с нижней разводкой отличаются низкой тепловой эффективностью, поэтому такое подключение используют при высоком давлении в сети.
2. Верхняя подача теплоносителя более всего подходит для устройства в частном доме с естественной циркуляцией. Трубопроводы прокладываются под потолком. Поскольку жидкость в радиаторы подается сверху, через краны Маевского легко стравливается воздух. Однотрубная разводка с верхней подачей более эффективная, чем с нижним подключением.

Принципы и выводы

Можно разработать любое количество схем самотечного отопления в зависимости от конкретной планировки дома но всегда соблюдаются следующие принципы — максимально большой столб воды с перепадом температур, максимальные диаметры трубопроводов и специальные котлы и радиаторы, кольцо трубопроводов — «подача-радиатор-обратка» делаются как можно короче, для чего трубопровод разделяется на несколько плечей, которые подключаются к котлу параллельно.

Также важно: — если самотечное отопление в доме создавалось самостоятельно, или владельцы принимали активное участие в его создании, то и все выявленные недостатки в процессе эксплуатации могут быть исправлены своими руками или система может быть без особых затрат доработана, при выявлении ее недостатков.

Рекомендации по монтажу своими руками

Для прокладки основных линий естественной циркуляции лучше использовать полипропиленовые или стальные трубы. Причина – большой диаметр, полиэтилен Ø40 мм и больше стоит слишком дорого. Радиаторные подводки делаем из любого удобного материала.

Совет. При сборке самотечной сети отопления из металлопластика не ставьте компрессионные фитинги – они сильно уменьшают внутренний проход.

Пример монтажа двухтрубной разводки в гараже

Как правильно сделать разводку и выдержать все уклоны:

1. Начните с разметки. Обозначьте места установки батарей, точки подключения подводок и трассы магистралей.
2. Размечайте трассы на стенах карандашом начиная от дальних батарей. Величину наклона регулируйте длинным строительным уровнем.
3. Двигайтесь от крайних радиаторов к котельной. Когда вы прочертите все трассы, то поймете, на каком уровне ставить теплогенератор. Входной патрубок агрегата (для остывшего теплоносителя) должен располагаться на одном уровне или ниже обратной линии.
4. Если уровень пола топочной слишком высокий, попытайтесь сместить все обогреватели вверх. Следом поднимутся горизонтальные трубопроводы. В крайнем случае делайте под котлом углубление.

Прокладка обратной линии в топочной с параллельным подключением к двум котлам

После нанесения разметки пробейте отверстия в перегородках, вырежьте борозды под скрытую прокладку. Затем проверьте трассы еще раз, внесите корректировки и приступайте к монтажу. Соблюдайте тот же порядок: сначала закрепите батареи, потом кладите трубы в сторону топочной. Установите расширительный бачок со сливным патрубком.

Самотечная сеть трубопроводов заполняется без проблем, краны Маевского трогать не нужно. Просто медленно закачивайте воду через кран подпитки в нижней точке, весь воздух уйдет в открытый бачок. Если после прогрева какой-либо радиатор остается холодным, воспользуйтесь ручным воздухоотводчиком.

[spoiler title="Источники"]

• https://eurosantehnik.ru/samotechnaya-sistema-otopleniya.html
• https://msklimat.ru/samotechnaya-sistema-otopleniya-iz-polipropilena.html
• https://otivent.com/sistema-otoplenija-s-estestvennoj-cirkuljaciej
• https://oventilyacii.ru/otoplenie/opisanie-samotechnoj-sistemy-otopleniya.html
• https://dizain-vannoy.ru/sistema-otopleniya/sistemy-otopleniya/samotechnaya-sistema-otopleniya.html
• https://dymohod-msk.ru/samotecnaa-sistema-otoplenia/
• https://hansgrohe-online.ru/otoplenie/samotechnaya-sistema-otopleniya-doma-chem-ona-horosha

[/spoiler]