Система опалення з природною циркуляцією

У невеликих приватних будинках і квартирах цінується обігрів, незалежний від електрики. Для маленьких міст і сіл типова ситуація, коли з різних причин підстанція виходить з ладу, пошкоджена проводка та інше. Система опалення з природною циркуляцією не включає жодного модуля, який працював би від електромережі.

Особливості системи опалення з природною циркуляцією

Будь-яка опалювальна схема включає кілька обов'язкових елементів:

• Котел, що нагріває воду - газовий, дров'яної, торф'яної. Обов'язкова умова - пьезозапал, інакше запустити апарат без електрики буде неможливо.
• Подаючий трубопровід поставляє нагріту воду радіаторів. Розміщують труби з деяким ухилом - 0,5-1 см на 1 м, щоб вода могла рухатися самопливом. «Гарячі» водоводи розміщують з ухилом у напрямку до радіаторів.
• Обігрівальні прилади - батареї будь-якого типу. Через них відбувається основна передача тепла.
• Зворотна лінія - по ньому остиглий теплоносій повертається в котел. «Холодні» труби монтують з ухилом в 0,5-1 см на 1 м у напрямку до котла.
• Розширювальний бачок - розміщується в найвищій точці системи. Коли вода нагрівається, вона збільшується в об'ємі. Бачок компенсує цей надлишок.

Функціонує система так: вода нагрівається в казані, розширюється, щільність її зменшується, і рідина піднімається по центральному стояку. Розширювальний бачок заповнюється, щоб вирівняти тиск між холодною і гарячою водою. Потім зверху вода спускається по подаючому трубопроводі до кожної батареї, де охолоджується, віддаючи тепло повітрю і поверхонь. Остившая рідина по зворотним трубах переміщається до котла. Оскільки щільність остигнула води нижче, повернувшись в котел, вона видавлює менш щільну нагріту рідину, змушуючи її підніматися.

Крім функції компенсації тиску, розширювальний бачок виконує і іншу роль. Разом з водою в труби потрапляє повітря. При його накопиченні виникає повітряна пробка, яка не дозволяє теплоносія переміщатися по трубах. Однак в конвективних системах бульбашки повітря через розташування трубопроводу під ухилом піднімаються в розширювальний бачок. Так як цей пристрій відкрите і контактує з повітрям, бульбашки залишають систему.

Конструкція проста, але вимагає дуже точних розрахунків. Вода, рухаючись по трубі, створює тертя, сповільнюється і віддає тепло швидше. При зміні напрямку - повороти, відгалуження, канали в батареях - тертя посилюється. Якщо не врахувати водяне опір в розрахунках, система працювати не буде.

Конвективне опалення відмінно діє на невеликих площах. Таким чином можна обгоріти одно- або двоповерховий приватний будинок або квартиру. Для 9-поверхової будівлі такий варіант не годиться.

Переваги та недоліки системи

Природна циркуляція забезпечує систему опалення наступними перевагами:

• Головне достоїнство - незалежність від електрики. Конвективне опалення працює в будь-яких умовах.
• При грамотному монтажі та догляді самопливний такому випадку обробка довше 30 років.
• Монтаж дуже простий, профілактичний огляд і ремонт теж не викликають труднощів.
• Висока теплова інерція - тут циркулює великий обсяг води. Вона повільніше остигає і довше віддає тепло.
• Водяне конвективное опалення безшумно: немає електричних насосів, що створюють шум.
• Витрата енергії мінімальний. Однак це актуально, якщо труби і будівля добре утеплені.
• Мінімальна вартість самої системи і монтажу.

Вбудувати в циркуляційних схему насос не складає труднощів. Зробити це можна під час монтажу або пізніше. Коли є електрика, опалення працює в режимі примусової циркуляції, а при його відсутності автоматично переходить в режим природного переміщення води.
У самопливного варіанту є істотні недоліки, що помітно обмежує застосування:
• Обслуговує система лише невеликі одноповерхові або двоповерхові котеджі.
• Щоб знизити гідравлічний опір, використовують труби з максимально великим допустимим діаметром. Це ускладнює монтаж, також вартість відвідав з великим діаметром більше.
• Рекомендується використовувати тільки сталеві труби. Допускається застосовувати поліпропіленові. Решта неметалеві моделі заборонені.
• Регулювати температуру в кожному приміщенні вручну або автоматично неможливо.
• У схему не можна включати бойлери непрямого нагріву, що збільшує витрати на отримання гарячої води.
• Неможливо облаштувати тепла підлога.

На роботу конвективного опалення значно впливають звуження. Не можна використовувати металопластикові труби, оскільки вони з'єднуються фітингами, діаметр яких менше.

Види систем опалення

Обігрівальна схема може включати 1 або кілька контурів різної довжини, з різними радіаторами. Однак будь-який варіант, є модифікацією тільки двох моделей - однотрубної або двотрубної.

Однотрубні

Пристрій максимально просте. Одна і та ж труба по черзі підводить теплоносій до кожного радіатора і повертається в котел. Найдешевший варіант і самий безпроблемний - обігрів лише трубами, без радіаторів. Якщо ж батареї включені в схему, труб і запірної арматури повинно бути мінімум.

Вода, послідовно рухаючись до останнього радіатора, все більше остигає. Цю особливість враховують при розрахунку числа секцій.
Розрізняють 2 схеми однотрубного варіанти:

• З верхнім підключенням - вода потрапляє в батарею зверху через верхній патрубок, виходить через нижній. ККД системи максимально для водяного опалення.
• З нижнім підключенням - теплоносій надходить в радіатор знизу і виходить теж через нижній патрубок. Шлях проходження води збільшується, тому тепловіддача системи помітно нижче. Тут не можна ставити радіатори з великим числом секцій. Однак незважаючи на меншу ефективність, таку схему воліє монтувати в квартирах, так як вона більш естетична.

Класичний варіант можна модернізувати, встановивши байпас - відгалуження з триходовим краном і відгалуженнями з кранами. З їх допомогою можна регулювати подачу води до різного радіатора і відключати при потребі.

Двотрубні системи

Варіант зі зворотним трубою носить назву двотрубний. Гаряча вода подається до радіатора під одній трубі, а охолола, від кожного обігрівального приладу відводиться по зворотній трубі. Система куди ефективніше: кожен радіатор отримує практично однакову кількість тепла. Ступінь нагріву можна регулювати на кожній батареї, при необхідності виключити її з обігрівального контура. Великий плюс - більш простий розрахунок параметрів трубопроводу і батарей.

Виконують як верхнє, так і нижнє підключення:

• У першому випадку труби розташовані вище радіаторів.
• У другому подає труба розміщується нижче батареї. Такий варіант естетичніше, проте перепад тиску виходить занадто низький, тому використовується схема дуже рідко.

При розрахунках враховують напрямок відводу води. Якщо воно збігається з напрямком гарячої рідини, попутна схема, довжина циклів рівна. При цьому радіатори нагріваються однаково. Якщо використовується тупикова, холодна і гаряча вода рухаються в різних напрямках, швидше нагріваються ті батареї, у яких цикл кругообігу виявляється менше.

Як з'являється циркуляційний тиск

Переміщення води в конвективному опаленні забезпечує тільки різниця в щільності гарячої та холодної води. При нагріванні щільність теплоносія знижується і він піднімається; при охолодженні - збільшується, і він витісняє більш теплу рідину. Чим більше різниця в гідростатичному тиску стовпа холодної і гарячої води, тим вище циркуляційний напір, тим краще працює опалення.
Основне завдання при організації системи - домогтися максимального перепаду тиску.

• Обов'язковий елемент схеми - колектор розгону або головний стояк. Це вертикальна труба, яка піднімається від теплообмінника до верхньої точки системи. Тут монтують розширювальний бак - відкритий або закритий мембранний з повітряним клапаном для відведення повітря.
• Головний стояк повинен мати максимальну температуру, тому колектор утеплюють. Висота його не більше 10 м. У ідеалі стояк не стикається зі зворотними трубами.
• Щоб створити достатній перепад тиску, потрібно створити великий стовп холодної рідини. Домагаються цього, встановлюючи котел в найнижчій точці системи. У приватному будинку апарат розміщують в підвалі, в квартирі - в поглибленні. Чим вище рівень батарей над рівнем котла, тим більший тиск утворює холодна вода і тим активніше витісняє гарячу.

Щоб поліпшити циркуляційний напір, підбирають батареї з максимально великою робочою поверхнею. Чим краще теплоносій віддає тепло і чим холодніша вода надходить в котел, тим краще працює опалення.

Принцип побудови опалювальної системи з природною циркуляцією

Головні параметри обігріву з природною циркуляцією - циркуляційний напір і гідростатичний опір. Перший показник розраховують так:
P = h (p0-p1) = м (кг / куб.м.-кг / куб.м.) = Кг / кв.м = мм.рт.ст , де:

• P - тиск в системі;
• h - різниця висот між центром найнижчій батареї і центром котла;
• p0 - щільність нагрітої рідини;
• p1 - щільність холодної води.

Чим більше різниця в висоті, тим вище перепад тиску. Однак показник має обмеження - не більше 3 м.
Розрахувати значення другого чинника - гідравлічного опору - практично неможливо. Описує його модель вкрай складна і включає безліч змінних. Тут обмежуються приблизними обчисленнями.

Щоб поліпшити ККД системи, дотримуються рекомендації:

• Підбирають труби з максимально великим діаметром. При цьому дещо зменшується швидкість потоку, але опір падає сильніше.
• Встановлюють якомога менше запірної арматури. Стежать за тим, щоб схема включала мінімум поворотів і звужень.
• При нижньому підключенні радіатори обов'язково постачають кранами Маєвського, щоб стравлювати зайве повітря.
• Для колектора використовують металеву трубу, так як важливо домогтися максимального нагріву для створення перепаду тиску. Труби, які обслуговують батареї, можуть бути з поліпропілену.

Грамотна теплоізоляція покращує роботу опалення. Ізолюють колектор розгону, що підводять і зворотні труби, якщо вони проходять через неопалювані приміщення.