Система отопления с естественной циркуляцией. Система отопления естественная

Система отопления с естественной циркуляцией

Отопительные системы делятся на два основных типа: принудительные и естественные, которые в свою очередь имеют множество подвидов. Принцип работы таких систем практически одинаков, учитывая различие по транспортировке теплоносителя в самой отопительной системе. Системы отопления с естественной циркуляцией считаются более экономными, ведь их работа остаётся полностью независимой от электрической сети, чего нельзя сказать про принудительную систему отопления, для работы которой требуется электричество.

Естественная циркуляционная система работает по следующему принципу. Нагретый в нагревательном котле теплоноситель перемещается по отопительным трубам к приборам отопления, а после остывания транспортируется обратно к нагревательному котлу. Движение теплоносителя осуществляется по той причине, что нагретый и холодный теплоноситель имеет разную плотность, что приводит к образованию нужного давления в системе, которое и перемещает теплоноситель с меньшей плотностью к отопительным приборам.

Естественная циркуляция

Примерная схема системы

Основным вопросом системы естественной циркуляции является вопрос, который определяет силу движения теплоносителя к отопительным приборам и обратно в котёл. Сила движения нагретого теплоносителя появляется по той причине, что теплоноситель нагревается в тепловом генераторе, тогда, как в приборах отопления данный теплоноситель остывает и его выдавливает нагретый теплоноситель. Другими словами, теплоноситель, который нагрелся в тепловом генераторе до определённой температуры, имеет меньшую массу, чем теплоноситель в холодном состоянии.

Итак, нагретая до нужной температуры вода поднимается по определённому направлению в главном стояке и распределяется трубной разводкой по всем отопительным приборам, то есть радиаторам. Через некоторое время теплоноситель в радиаторах остывает, отдавая своё тепло металлу, что делает его отяжелевшим. По специально подведённым трубам обратного направления остывший теплоноситель транспортируется обратно к нагревательному котлу, где своей массой вытесняет горячую воду из теплового генератора.

Такой цикл движения теплоносителя в отопительной системе будет повторяться до того момента, пока нагревательный котёл будет работать, вследствие чего теплоноситель будет циркулировать по трубной магистрали. Системы отопления с естественной циркуляцией имеют разную силу давления, что приводит к разной интенсивности циркуляции и нагрева отопительных приборов. Сила движения теплоносителя в отопительной системе зависит от разных плотностей и весов холодного и горячего теплоносителя.

Из этого можно сделать вывод, что давление в отопительной системе и сила движения воды зависит от общей разницы горячего и холодного теплоносителя. Другими словами, чем больше эта разница, тем больше сила движения теплоносителя в системе отопления, циркуляция теплоносителя в которой осуществляется естественным путём. Кроме всего прочего, давление в системе отопления и сила движения нагретого теплоносителя зависит от того, на какой высоте располагается отопительный прибор относительно генератора тепловой энергии.

Как правило, теплоноситель в простой системе отопления водяного типа нагревается до 95 градусов, тогда, как остывший теплоноситель имеет температуру не выше 70 градусов. Из таких показателей можно определить общее давление в системе отопления и силу движения теплоносителя к верхним и нижним отопительным приборам. Для того, чтобы визуально представить себе распределение между верхними и нижними радиаторами в системе отопления необходимо нарисовать некое подобие схемы.

По центру обозначаем нагревательный котёл, от которого идёт разводка к верхним и нижним радиаторам, замыкающаяся напротив самого котла. Проведя линию между верхними и нижними нагревательными приборами (радиаторами), мы получим границу перепада температуры от 95 до 70 градусов. Далее рассмотрим отопительный процесс.

Схема системы

Отопительный котёл нагревает теплоноситель, в нашем случае воду, который из-за образовавшегося давления начинает своё движение от одного отопительного прибора к другому. Когда теплоноситель пересечёт проведённую нами линию и отправится в отопительные приборы нижнего этажа, его температура будет значительно ниже, а из последнего радиатора и вовсе выйдет теплоноситель с температурой всего в 70 градусов. При осуществлении движения теплоносителя от радиатора к радиатору не стоит забывать о том, что часть температуры отдаётся и самим трубам, вследствие чего температура теплоносителя постоянно снижается.

Из этого можно сделать смелый вывод, что нагревательные приборы, которые находятся выше линии разделения системы будут нагреваться больше, чем те, которые располагаются на нижнем этаже.

Всё это приводит к тому, что использование данной отопительной системы для двухэтажных домов неактуально, ведь первый этаж будет постоянно холоднее, чем второй. Кроме того, при использовании двухтрубной отопительной схемы, когда радиаторы будут располагаться ниже самого котла или на одном с ним уровне, добиться правильной циркуляции теплоносителя без использования вспомогательных механизмов практически невозможно.

По этим очевидным причинам расположение нагревательного котла должно быть таким, чтобы приборы отопления находились на уровень выше самого котла. Для этого нагревательные котлы располагают в небольшом углублении, а систему отопления немного поднимают под определённым углом, чтобы добиться должного давления и правильной естественной циркуляции теплоносителя. Таких явных недостатков лишены стандартные однотрубные схемы отопления.

Однотрубная отопительная система

Такая отопительная система имеет схожее устройство с двухтрубной отопительной схемой, только остывший теплоноситель перемещается по тем же трубам, по которым поступает в отопительные приборы. Работа такой системы состоит в том, что холодный теплоноситель выдавливается из радиаторов нагретой водой, что позволяет радиаторам получать одинаковую температуру по всей цепи. Охлаждение теплоносителя в однотрубных отопительных системах считается необходимым фактором, который создаёт давление в отопительной цепи, обеспечивая системе требуемую силу движения нагретого теплоносителя без вмешательства специального оборудования.

По той причине, что магистральные трубы такой отопительной системы осуществляют дополнительное отопление полезной площади жилого дома, их монтируют на стены, не замуровывая в поверхность стены или перегородки. Такой манёвр играет две роли: дополнительное отопление жилого пространства и ускоренное охлаждение теплоносителя в системе. Но не стоит забывать о том, что теплоноситель не должен охлаждаться в стояке подъёмного типа, ведь это может привести к сбою давления в отопительной системе и худшему прогреву всех отопительных приборов.

По этой причине стояк подъёмного типа подлежит качественной и надёжной тепловой изоляции. Тот уровень тепловой энергии, которая переходит от приборов отопления в обогреваемое помещение, зависит от того, сколько теплоносителя транспортируется по отопительным трубам, и какую температуру этот теплоноситель имеет. Количество теплоносителя в отопительной системе зависит не только от её общего объёма, но и от качества циркуляции теплоносителя в используемой системе отопления.

По этим показателям выбирается диаметр труб, которые будут транспортировать нагретый теплоноситель в приборы отопления. Чем качественнее выполняется циркуляция теплоносителя в отопительной системе, тем больше нагретого теплоносителя может поставляться в радиаторы по трубам, которые имеют меньший диаметр. Соответственно, если циркуляция теплоносителя в отопительной системе довольно слабая, то трубы должны быть на порядок больше, чтобы доставить в отопительный радиатор необходимое количество прогретого теплоносителя.

Не стоит забывать о том, что естественная система отопления должна иметь должное давление и движение теплоносителя в трубах, что позволит теплоносителю с нужной скоростью и силой движения преодолевать все возможные препятствия в отопительной схеме.

Движение воды в трубных магистралях встречает большое количество различных сопротивлений, к которым относится сила трения нагретого теплоносителя и внутренних стенок магистральных труб, а также наличие различных кранов и отводов, которые оказывают немалое сопротивление движению плотного или нагретого теплоносителя. Чем больше диаметр магистральной трубы, тем меньше скорость движения в ней теплоносителя, который встречает вдвое больше сопротивление от трения.

Соответственно, если диаметр магистральной трубы маленький, а её длина больше, то скорость перемещения теплоносителя в системе ускоряется в 4 раза, что ещё больше влияет на трение и оказанное воде сопротивление. На движение теплоносителя в отопительной системе естественного типа влияет и тип разводки отопительных труб и приборов.

Разводка верхнего типа

Радиаторы отопления

При использовании отопительной схемы с верхней разводкой нагретый теплоноситель транспортируется через стояк верхнего типа в главную трубную магистраль. Такая магистраль должна располагаться выше уровня расположения отопительных приборов, чаще всего это чердак. После того, как теплоноситель поднимется в верхнюю магистраль, он при помощи образовавшегося давления равномерно распределится по всем приборам отопления, что приведёт к равномерному прогреванию радиаторов в системе отопления.

Разводка нижнего типа

Отопительная система естественного типа с разводкой нижнего типа имеет следующее устройство. Главная магистраль такой системы отопления должна располагаться ниже уровня отопительных приборов, то есть под полом или в подвальном помещении, откуда будет организована специальная разводка на все приборы отопления. Основных отличий между отопительными системами с нижней и верхней разводкой нет, ведь в обеих системах прогретый теплоноситель поднимается по стояку благодаря своей меньшей массе и плотности.

Организация отопительной системы естественного типа становится актуальным только для небольших жилых домов, ведь выполнение такой системы в двухэтажном большом доме будет довольно дорогим. Скорость движения теплоносителя в трубах такой системы не должна быть большой, ведь циркуляция естественного типа не отличается высоким давлением. Это приводит к тому, что трубы должны быть максимально допустимого диаметра, что при устройстве относительно большой отопительной системы будет стоить довольно дорого.

Конструктивные особенности

Отопительные системы, независимо от того, естественные они или принудительные, делятся на следующие типы:

Система с верхней или нижней разводкой, которая отличается по способу и месту монтажа основной магистрали;
Однотрубные или двухтрубные отопительные системы, которые имеют отличия в способе монтажа радиаторов к распределяющим теплоноситель стоякам;
Отопительные системы с горизонтальными или вертикальными стояками, отличающимися способом монтажа и расположением главных стояков;
Отопительные системы тупикового или попутного типа, которые могут отличаться разностью способов прокладки и монтажа главной трубной магистрали.

Отличия однотрубной и двухтрубной отопительной системы

Подводка к котлу

Устройство однотрубной отопительной системы не предусматривает наличие стояков обратного типа, что позволяет охлаждённому теплоносителю возвращаться в нагревательный котёл по подающему главному стояку. По той причине, что в нижние отопительные радиаторы поступает не только нагретый теплоноситель, но и тот теплоноситель, который успел остыть в верхних отопительных радиаторах, общую поверхность нагрева радиаторов первого этажа необходимо увеличивать. Делается это при помощи добавления секций отопительным радиаторам первого этажа, что приводит к выравниванию температурного режима между верхними и нижними отопительными приборами.

Регулировка температурного режима в подобной отопительной системе осуществляется при контроле поступления нагретого теплоносителя в нагревательные приборы, что становится возможным благодаря наличию кранов на каждом отдельном радиаторе. Такое можно сделать только в той системе отопления однотрубного типа, в которой имеются отдельные стояки к каждому отопительному радиатору.

В том случае, когда таких стояков нет, а теплоноситель транспортируется от одного радиатора к другому, снизить количество теплоносителя в отдельном радиаторе невозможно, ведь в таком случае снизится общее количество теплоносителя и во всех остальных радиаторах в отопительной схеме. Из этого следует, что регулировать температуру воздуха в жилом помещении при использовании такой отопительной системы практически невозможно, что приводит к ощутимым неудобствам.

Для выполнения однотрубной отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя в жилом доме должен находиться чердак или подвал. В противном случае невозможно будет выполнить верхнюю или нижнюю разводку отопительной системы, что приведёт к сбою давления в системе и плохой циркуляции теплоносителя. К положительным моментам системы отопления однотрубного типа можно отнести тот факт, что такая система довольно проста в монтаже и эксплуатации.

Кроме того, внешний вид однотрубной схемы отопления значительно лучше, что позволяет организовывать такую систему в открытом виде. Не стоит забывать и о том, что однотрубная отопительная система нуждается в меньшем количестве трубного материала, что приводит к значительному снижению стоимости организации отопительной системы. Минусом такой схемы отопления считается ограниченная возможность температуры нагрева тепловых радиаторов.

Чтобы регулировать температуру воздуха в жилом доме при использовании такой отопительной системы приходится оборудовать её специальными регулировочными котлами, которые имеют прямую зависимость от электрической сети. И если подключать котёл к электрической сети, то нет никакого смысла применять отопительную систему с естественной циркуляцией теплоносителя.

yegorka.com

Системы отопления с принудительной и естественной циркуляцией

Системы отопления классифицируются по многим признакам. Рассмотрим, как они различаются по принципу побуждения циркуляции, и в каком случае какой вариант выгоднее.

Для нормальной работы отопительной системы необходим постоянный поток воды (или другого теплоносителя) по трубопроводам. Схема построения трубопроводов ориентирована на один из двух способов создания данного движения:

с естественной циркуляцией;
с принудительной циркуляцией.

Чем они различаются?

Различие двух этих схем заключается в способе перемещения теплоносителя: если в первом случае он перемещается за счет естественной конвекции, то во втором варианте схема включает в себя насос для перекачки воды. Разберем подробно оба варианта.

Системы отопления с естественной циркуляцией

В системе с естественной циркуляцией используется принцип перемещения теплоносителя под влиянием конвекции. Чем больше температура, тем меньше плотность среды, и под влиянием сил, объясняемых законом Архимеда, нагретый теплоноситель перемещается в верхние точки схемы отопления, а остыв опускается вниз.

Подобная схема не требует дополнительных затрат энергии на создание циркуляции и может работать только за счет тепла вырабатываемого котлом, или другой теплогенерирующей установкой.

Подобные схемы требуют тщательного гидравлического расчета и несколько большего диаметра труб разводки. Также такие системы требовательны к соблюдению уклонов при монтаже.

Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

Для данной схемы обязательно используются насосы или другие устройства (инжекторы и т. п.), для принудительной перекачки воды (теплоносителя). Возможность самостоятельной циркуляции в данном случае почти не важна. Это несколько усложняет конструкцию, но позволяет добиться и определенных преимуществ.

К достоинствам можно отнести:

возможность упростить гидравлический расчет;
возможность использовать трубы и арматуру меньших диаметров, делая отопление менее материалоемким;
если здание имеет большую высоту, то единственный способ подать теплоноситель на верхние этажи — использование насосов. Например, в 10 этажном здании статическое давление воды в системе составляет порядка 3-4 атмосфер, а отопление с естественной циркуляцией чаще всего не может создать напор более 1,5 – 2 бар.
для данной схемы не важна протяженность труб, так как не может из-за срыва конвекции сложится такая ситуация, что теплоноситель прекратит движение;
при монтаже необязательно точно выдерживать уклоны — если конструкция здания требует, то можно расположить переходы со значительным перепадом по уровню;
можно значительно повышать давление в системе, повышая КПД и эффективность работы котлов.

Выбор способа циркуляции

Разберем случаи, когда имеет смысл проектировать схемы с естественным движением теплоносителя (воды):

если отопление монтируется для небольшого помещения;
если принудительная система циркуляции с электронасосами не может быть обустроена из-за отсутствия электроснабжения;
если возможны длительные перебои с подачей электроэнергии, которые при реализации схемы с принудительной циркуляцией могут вызвать остановку обращения воды и разморозку труб и радиаторов.

Если требуется создание высокого давления, повышение эффективности использования котельного оборудования, более интенсивная циркуляция теплоносителя (воды), то следует отказываться от естественной схемы движения потоков в пользу принудительной.

Часто как аргумент в пользу отказа от принудительной системы отопления приводят дополнительные затраты энергии на питание электронасосов. Но это неверно — по эффективности использования энергоресурсов, система отопления с принудительной циркуляцией значительно превосходит оппонента.

В заключении нужно заметить – даже при затруднении с электроснабжением можно не отказываться от преимуществ системы с использованием циркуляционного насоса.

Для этого стоит обратить внимание на современные энергонезависимые котлы, которые имеют встроенный электрогенератор и насос.

Подобное оборудование позволяет реализовать все преимущества систем с принудительной циркуляцией без необходимости подключения внешнего питания. Но есть один минус — подобные установки чаще всего рассчитаны только на газ или жидкое топливо.

all-for-teplo.ru

Отопление с естественной системой циркуляции

Естественное отопление, что это?

Естественными называют явления, происходящие без постороннего вмешательства человека и подчиненные только законам природы. Примером может служить естественная конвекция, благодаря которой возможен эффективный теплообмен между источниками тепла и окружающим пространством.

Обязательным условием конвективного теплообмена является наличие так называемого «теплоносителя»: среды, впитывающей в себя тепло от его источника, а затем переносящей его потребителю. В естественной среде таким теплоносителем является воздух, а основным источником тепла энергия Солнца, передаваемая излучением.

Температура объемов воздуха, находящихся в контакте с нагретыми солнцем поверхностями, увеличивается, что приводит к возрастанию парциального давления в них, и, как следствие, увеличению объема. Объемы нагретого воздуха выталкиваются вверх, уступая свое место холодным, более тяжелым, воздушным массам. Возникает восходящий поток, обеспечивающий перенос тепла и распределение его в пространстве.

Этот процесс, называемый естественной конвекцией, лежит в основе работы естественного отопления дома. В качестве теплоносителя в нем используется жидкая среда: вода или антифриз. Следует отметить, что в теплофизике используется только понятие жидкости, при определенных условиях переходящей в газообразное состояние, благодаря чему процессы, происходящие в жидких и в газообразных средах одни и те же.

Итак, естественным называется отопление, в котором циркуляция теплоносителя происходит благодаря естественной конвекции, без применения циркуляционных насосов. Системы естественного отопления также называют открытыми и гравитационными.

Как устроено отопление с естественной циркуляцией

Нагретая вода в котле поднимается вверх по вертикальной трубе, освобождая место для более холодных объемов жидкости. При этом создается направленное движение теплоносителя. Горячая вода из котла поступает в подающий стояк: горизонтальный участок трубопровода, к которому подключены трубы, ведущие к отопительным приборам.

Подающий стояк должен быть расположен выше самого верхнего прибора отопления, что является гарантией поступления горячей воды в каждый прибор отопления.

Теплоноситель, проходя через радиаторы отопления, остывает, плотность его увеличивается. Холодная вода уступает место более нагретым объемам жидкости и собирается в нижней части отопительной системы, самой низкой точкой которой является котел отопления. Чем ниже расположен котел отопления в естественной отопительной системе, тем лучше будет обратный ток воды, а, значит, лучше будет циркуляция теплоносителя.

Еще одним обязательным условием эффективной работы гравитационной системы отопления является отсутствие каких бы то не было препятствий для движения воды: сужения диаметров труб, подъемов и резких поворотов. Для этого используют трубы разного диаметра, располагая их под небольшим углом наклона, обеспечивающим свободный ток теплоносителя, как в подающем трубопроводе, так и в обратке.

При подборе труб для естественного отопления действует общие правила:

для обратки берут трубы большего диаметра, чем для подачи
трубы большего диаметра располагаются ближе к котлу отопления

При нагреве теплоноситель увеличивается в объеме. Для компенсации избыточного давления, возникающего в системе отопления, используется расширительный бак, устанавливаемый в самой верхней точки отопительной системы и свободно сообщающийся с атмосферой. В этом еще одна характерная особенность естественного отопления, благодаря которой ее и называют «открытой».

Реализация системы открытого отопления

Отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя громоздки: в них обязательно присутствует подающий и обратный трубопровод, а также расширительный бак. При монтаже такого отопления для котла выбирают самую нижнюю точку в доме, монтируя его в специально сделанной углубленной нише или в подвальном помещении.

Расширительный бак, напротив, устанавливают на чердаке или в мансарде. Если помещение, в котором установлен бак, не отапливается, его обязательно утепляют. Для уменьшения количества труб в интерьере, подающий стояк прокладывают на чердаке и тщательно утепляют.

Как уже было сказано выше, эффективно работать естественная система отопления может только при наличии уклона труб сторону движения теплоносителя. Выполнить это требование сложно, поэтому установка и монтаж естественного отопления является самым сложным и трудоемким по сравнению с монтажом отопительной системы с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Достоинства и недостатки естественного отопления дома

Главным достоинством естественной системы отопления является ее энергонезависимость, что позволяет использовать ее там, где трудно обеспечить качественное подключение к электрической сети. К сожалению, других достоинств у этой системы отопления нет.

Перечень недостатков более обширный:

Естественная система отопления материалоемкая для нее нужны трубы различного диаметра, что в итоге значительно увеличивает стоимость отопления
Теплоноситель в открытом расширительном баке постоянно испаряется, его количество уменьшается, что может стать причиной нарушения циркуляции. Над уровнем теплоносителя в системе отопления нужен постоянный контроль
Естественную систему отопления трудно вписать в интерьер: слишком много труб, скрыть которые не всегда представляется возможным.
Открытую отопительную систему трудно монтировать: нужны значительные физические усилия и точный расчет
В системе небольшое гравитационное давление, что позволяет использовать ее только для отопления помещений со сравнительно небольшой площадью.

Все это значительно сужает круг использования системы отопления с естественной циркуляцией. Поэтому в настоящее время такая отопительная система более характерна для старых построек и домов, расположенных в сельской местности, где нет надежного электроснабжения.

aquagroup.ru