Система отопления с естественной циркуляцией: принцип работы и особенности монтажа

Все технологии и изобретения, придуманные человечеством, с течением лет словно бы просеиваются сквозь гигантское сито.

Что-то безвозвратно проваливается в бездну прошлого, превращаясь в архаизм, а что-то – остается и становится «классикой, проверенной временем».

К последней категории относится и система отопления с естественной циркуляцией, которая, несмотря на появление более практичных и функциональных решений, является весьма востребованной среди владельцев частных домов. Ее особенности и способы устройства – тема данной статьи.

Водяное отопление с естественной циркуляцией – принцип работы

Данную систему называют по-разному: термосифонной, гравитационной или самотечной. Состоит она из следующих компонентов:

• теплогенератор (котел или печь/камин с водяной рубашкой);
• замкнутый контур из труб и радиаторов, заполненный жидким теплоносителем (вода, масло или антифриз);
• расширительный бак;
• запорная и регулирующая арматура;
• контрольно-измерительные приборы.

Нагреваясь в теплообменнике котла или печи, рабочая среда движется по контуру, передавая тепловую энергию радиаторам, а те уже греют воздух в помещениях. Способ, которым обеспечивается движение теплоносителя в системе, как раз и определяет основную ее особенность.

Как работает данная система?

Если некоторую часть среды подвергнуть нагреву, ее объем, согласно законам физики, увеличится. При этом со стороны более холодного окружающего вещества на нее начнет воздействовать архимедова сила, заставляя устремляться вверх.

Это явление называется конвекцией. Именно оно выступает в роли двигателя теплоносителя в системах отопления с естественной циркуляцией. А поскольку конвекция обусловлена гравитацией, такие системы часто называют гравитационными.

Конвекционный поток будет тем мощнее, чем большей будет разница температур между нагретым в котле теплоносителем и отработанным, поступающим к теплогенератору по так называемой обратке. При этом, очевидно, для перекачивания рабочей среды нет необходимости применять насос, а значит система не нуждается в электричестве, то есть является, как принято в таких случаях говорить, энергонезависимой.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Поскольку работа системы основана на естественном стремлении нагретой среды образовывать восходящий поток, радиаторы следует располагать выше котла.

Наилучшим местом для теплогенератора в этом случае будет подвал или хотя бы цокольный этаж.

За неимением таковых в полу можно сделать углубление для установки котла.

Так поступают не только в частных домах, но и в квартирах с автономным отоплением: срезают небольшой участок напольного покрытия вместе со стяжкой, так чтобы котел можно было установить прямо на плиту.

Наилучшим образом естественной циркуляции способствует так называемый разгонный коллектор – вертикальный участок трубопровода, поднимающийся сразу от котла до самого потолка. Далее труба прокладывается под потолком, а в соседнем помещении делается опуск к радиаторам.

Минимальная высота разгонного коллектора относительно верха котла составляет 1,5 м. При этом необходимо помнить, что между верхней точкой коллектора и потолком должно оставаться пространство для расширительного бачка, если в качестве последнего используется открытая емкость (этот элемент «обязан» располагаться в наивысшей точке контура).

При низких потолках бачок приходится выносить на чердак (он должен быть утеплен, иначе вода замерзнет), либо система делается в закрытом исполнении – с мембранным расширительным баком, который можно устанавливать на любом уровне.

Следует отметить, что закрытая система, хоть и обходится несколько дороже, является более предпочтительной по следующим причинам:

• Значительно сокращаются теплопотери через расширительный бак.
• В отличие от открытой, закрытая система не требует регулярного развоздушивания.
• Уменьшается объем расширителя, а значит и тепловая инерция системы.

Очевидно, что наличие второго этажа позволяет сделать разгонный коллектор особенно эффективным, поэтому обеспечить естественную циркуляцию теплоносителя в двухэтажном доме гораздо проще, чем в одноэтажном.

При монтаже системы следует придерживаться некоторых правил:

1. Горизонтальные участки труб в отопительном контуре обязательно должны иметь уклон по ходу теплоносителя от 1 см (на протяженных участках) до 5 см (на коротких) на 1 м длины
2. При сооружении гравитационной системы отопления следует всеми силами стараться уменьшить гидравлическое сопротивление контура. С учетом этого требования следует выбирать и радиаторы. Наиболее подходящими являются чугунные приборы, имеющие наибольший просвет. Выбирая какой-либо другой тип, следует удостовериться, что диаметр внутреннего канала составляет хотя бы ¾».
3. Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладают полимерные трубы – они имеют гладкую стенку и не зарастают накипью. Но металлопластиковые лучше не применять, так как устанавливаемые на них фитинги существенно уменьшают проходное сечение. Наилучший вариант – полипропиленовые трубы (рабочая температура – 70 градусов) или из сшитого полиэтилена (могут эксплуатироваться при 95 градусах).
4. Если в контуре имеются разветвления, то после каждого из них следует применять трубу на размер меньше. При схождении контуров в обратку диаметр, наоборот, постепенно увеличивают.

Поскольку основная идея данной системы состоит в энергонезависимости, котел также должен обходиться без подключения к электричеству. Такие модели имеются у многих производителей, например, Bertta, Stropuva, Buderus, а также российских «Энергия», «Огонек», «Конорд».

Однотрубная система отопления

В обиходе ее часто называют «ленинградкой». Это самый дешевый вариант – радиаторы просто подключают один за другим, как бы нанизывая их на единственную трубу. За время пути по контуру теплоноситель успевает сильно остыть, что для естественной циркуляции вроде бы и хорошо.

Однако, из-за последовательного подключения приборов система имеет значительное гидравлическое сопротивление, которое может свести на нет преимущество от большого температурного перепада.

По этой причине при устройстве однотрубной системы важно избегать лишних поворотов или сужений, а некоторые радиаторы, например, стальные панельные, вообще могут заблокировать циркуляцию рабочей среды.

Существенным недостатком однотрубной системы является отсутствие возможности сбалансировать контур путем независимого регулирования теплоотдачи на каждом радиаторе.

Поэтому чаще всего применяют усовершенствованный вариант ленинградки, в котором параллельно каждому радиатору устраивается обводной байпас (перемычка) с регулирующей арматурой.

Двухтрубная отопительная система

Для этой системы понадобится больше труб, но зато она гораздо более удобна в эксплуатации, чем однотрубная. По периметру помещения прокладывают две трубы: верхняя (подача) – от котла, нижняя (обратка) – к котлу. Между ними устанавливаются радиаторы: входной патрубок через отвод подключается к трубопроводу подачи, выходной – к обратке.

Таким образом, все приборы подсоединяются параллельно, что обеспечивает следующие преимущества:

• снижается гидравлическое сопротивление контура;
• тепло по приборам распределяется равномерно;
• настройку и обслуживание радиатора можно осуществлять независимо от всей системы.

Перед каждым радиатором можно установить управляемый термодатчиком клапан с электроприводом.

При этом система останется энергонезависимой, так как при отключении электричества она полностью сохранит работоспособность (клапаны можно будет подрегулировать вручную).

Видео на тему