Отопление с естественной циркуляцией: устройство, принцип работы, особенности монтажа

С естественным отбором знаком каждый, а ведь это актуально и по отношению к многочисленным изобретениям человечества. С течением времени нечто подобное они тоже проходят. Некоторые технологии канут в бездну, оставаясь навсегда забытыми, другие же становятся классикой, которая бессмертна и находится вне конкуренции. Что касается последнего, то сюда можно отнести и систему отопления с естественной циркуляцией (СО с ЕЦ). Несмотря на наличие более совершенных и функциональных решений, технология до сих пор остается востребованной, она с успехом прошла испытание временем.

Особенности естественной циркуляции

Данная система имеет и другие названия: термосифонная, гравитационная, самотечная.

В нее включены несколько составляющих:

• Теплогенератор (котел, печь или камин с водяной рубашкой).
• Замкнутый контур – трубы, радиаторы, заполненные жидким теплоносителем (вода, масло, антифриз).
• Расширительный бак.
• Запорная и регулирующая арматура.
• Контрольно-измерительные приборы.

Нагретый теплоноситель от печи или котла движется по замкнутому контуру, нагревая радиаторы. А те, в свою очередь, передают энергию окружающему воздуху в помещении. Основная особенность данной системы как раз кроется в особом способе, который обеспечивает движение теплоносителя.

Жителям жилых домов заметно легче, поскольку в квартирах налажено центральное отопление. Владельцам же объектов частной недвижимости приходится налаживать водяное отопление с естественной циркуляцией для своего жилища самостоятельно. Но как работает рассматриваемая система? Об этом рассказано далее.

Принцип действия

Как мы знаем еще со школьной скамьи, если среду подвергнуть нагреванию, ее объем увеличится согласно известным законам физики. Причем со стороны более холодного участка на нее начинает действовать сила Архимеда, заставляющая ее подниматься.

У данного явления тоже есть свое название – конвекция. Именно оно и выступает в качестве «силового агрегата» теплоносителя, где фигурирует понятие «естественная циркуляция». А так как конвекция тесно связана с гравитацией, то система еще зовется гравитационной.

Мощность конвекционного потока во многом зависит от разницы температур между теплоносителем, нагретым в котле или печи и на участке поступающей среди (обратка). Как можно понять, перекачивание рабочей среды производится без использования насоса. А это подразумевает, что система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией не нуждается в электроэнергии, то есть она энергонезависима. И раз нет электрического прибора, то экономия очевидна.

Иными словами при нагревании вода (обычно в качестве теплоносителя используется именно она) теряет свою плотность и поднимается по центральному стояку, толкаемая холодным потоком, который возвращается в котел. После этого горячая вода направляется к радиаторам через подающие трубопроводы. Отдавая тепло, она охлаждается и самотеком направляется обратно в теплогенератор (обратка) и цикл повторяется бесчисленное количество раз.

К тому же раз нет насоса, то и избыточного давления не будет возникать. Поэтому в качестве расширительного бака достаточно открытой емкости. Ее наличие обусловлено тем, чтобы в системе отопления поддерживалось постоянное давление.

Значимые факторы

Но что влияет на скорость воды в системе отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома? Как правило, это обусловлено следующими факторами:

• Величина циркуляционного напора – чем он больше, тем лучше.
• Диаметр трубопроводов – малое сечение будет создавать большее сопротивление водяному потоку, нежели больший диаметр. В связи с этим размеры под разводку обычно составляют от 32 до 40 мм.
• Материал изготовления трубопроводов – современные полипропиленовые решения отличаются меньшим сопротивлением, если сравнивать их с металлическими трубами.
• Повороты контура – в идеале, когда трубопровод прямой.
• Количество арматуры, переходников, подпорных шайб – тут существуют свои ограничения, поскольку каждый вентиль понижает степень напора.

Чтобы создать оптимальный напор в системе отопления с ЕЦ, котел необходимо помещать максимально ниже системы контура. Как правило, это подвальное помещение. По понятным причинам расширительный бак устанавливается как можно выше и в большинстве случаев располагается на чердаке.

При этом стоит учесть, что система отопления дома с естественной циркуляцией обладает инертным характером, а значит, протекает довольно медленно. Продолжительность от растопки котла до полной стабилизации температурного режима занимает несколько часов.

Варианты теплоносителя

Как правило, в качестве теплоносителя принято использовать воду либо антифриз. Но поскольку последний обладает большей плотностью и низкой теплоотдачей, то на его нагрев будет уходить гораздо больше времени, следовательно, и топлива. В связи с этим в разы выгоднее использовать именно воду.

Помимо этого, при нагреве антифриза, он расширяется намного сильнее. В результате при выборе этого теплоносителя расширительный бак должен быть еще больше, чем с водой.

Преимущества системы отопления с ЕЦ

Ключевыми достоинствами отопления дома с естественной циркуляцией являются:

• Невысокая стоимость в силу отсутствия дорогостоящего циркуляционного насоса.
• Отсутствие шума. Даже самые современные насосы производят тихий гул – днем его не слышно на фоне окружающего шума, но вот в ночное время гудение можно расслышать, что вызывает дискомфорт.
• Неисправности насоса приводят к дополнительным расходам.
• Количество поломок минимальное – здесь ломаться практически нечему, за исключением котла. Протечки возникают довольно редко и их можно легко устранить самостоятельно.

Но основное преимущество системы отопления с ЕЦ как раз заключается в ее энергонезависимости. В тех районах, где случаются постоянные перебои электроснабжением, это оптимальный вариант.

Явные минусы

Да, и такая, казалось бы, совершенная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, работающая по всем законам физики, обладает рядом недостатков.

К явным минусам можно отнести:

• Малый радиус действия теплоносителя.
• Невозможность регулировать температурный режим в каждом помещении по отдельности.
• Вода циркулирует по контуру под небольшим давлением, что обуславливает заметное понижение температуры – чем дальше радиатор от котла, тем она ниже.
• Длительный промежуток для выхода системы в полный режим работы.
• Так как расширительный бак находится в холодном чердачном помещении (которое часто не отапливается), то есть вероятность замерзания теплоносителя.

Несмотря на все эти отрицательные стороны, отопление с ЕЦ по-прежнему остается актуальной. Возможно, это связано с тем, что для многих людей имеющиеся преимущества перевешивают все приведенные выше недостатки.

Разновидности контуров отопления

Система водяного отопления с естественной циркуляцией может быть выполнена по одной из нескольких схем:

• однотрубная;
• двухтрубная;
• лучевая.

При этом общие параметры вроде длины контура, количества батарей и ряд прочих особой роли не играют. Тем не менее, конкретных схем может быть гораздо больше. Однако ниже мы рассмотрим только самые простые из них.

Однотрубная магистраль

Это самая простая схема, где используется одна труба для подачи воды в радиаторы. Однако в некоторых случаях можно обойтись и без них, так как тепло обеспечивается за счет площади самих трубопроводов.

Если схема все же подразумевает наличие радиаторов, то необходимо провести правильные расчеты количества батарей (секций). Оптимальное количество – не более 5. Ведь по мере того как вода проходит каждую точку, она остывает. Помимо этого, в системе отопления в частном доме с естественной циркуляцией следует использовать как можно меньше запорной арматуры. При этом саму длину контура не нужно сильно уменьшать.

Идеальный вариант в данном случае – диагональное расположение. Иными словами, теплоноситель будет поступать в радиаторы сверху, перенаправляясь к каждой точке. После последней батареи остывшая вода будет возвращена обратно в котел по отводящей трубе именуемой обраткой. При этом весь трубопровод один и тот же, в чем собственно и заключается вся суть однотрубной магистрали.

Двухтрубная система

Эта схема устроена немного сложнее, но и имеет свои плюсы. Здесь горячий теплоноситель разносится по батареям по одному трубопроводу, а в остывшем состоянии возвращается к котлу по другой магистрали. В результате повышается эффективность теплопередачи от батарей, соединенных с одной горизонтальной ветвью. Как правило, подающая магистраль тянется вдоль потолка или располагается на чердаке. Что касается обратки, то она находится над полом.

Несмотря на очевидное преимущество одинарной магистрали (минимум материалов, следовательно, минимум затрат), двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома (или одноэтажного) все же будет оптимальным решением. Причем разделенная на две ветви с идентичным количеством радиаторов.

При этом каждая батарея получает теплоноситель с одинаковой температурой, что уже плюс, причем очень важный! Помимо этого, есть возможность для автоматического ее регулирования, поскольку приборы не зависят друг от друга. Исходя из упомянутого преимущества однотрубной схемы, вытекает недостаток двухтрубной системы – повышенный расход материалов. В особенности это касается двухэтажных домов.

Особенности лучевой схемы

В этом случае подводящая и отводящая магистраль подключается к специальному коллектору. По сути, это распределительная гребенка, у которой каждый отвод оснащен дросселем. При этом к каждой батареи подводится две трубы.

Если судить с точки зрения регулирования температурного режима, то такая система отопления с естественной циркуляцией наиболее удобная. В то же время монтажные работы здесь более сложные, так как используется слишком большое количество труб. Поэтому чтобы не портить внешний вид помещения они убираются в пол или прячутся за фальшстенами. А это уже приводит к значительному увеличению стоимости работ.

Особенности построение СО с ЕЦ

Поскольку работа СО с ЕЦ основывается на естественных физических законах (нагретая среда создает восходящий поток), батареи должны располагаться выше уровня котла. Оптимальное месторасположение – подвал либо цокольный этаж. Если ни того ни другого нет, то в полу делается углубление соответствующих размеров для установки теплогенератора.

Причем это актуально не только в отношении частного дома, но и квартир с автономным отоплением. Срезается небольшой участок пола вместе со стяжкой, чтобы можно было поставить котел отопления с естественной циркуляцией непосредственно на плиту перекрытия.

Для лучшей естественной циркуляции теплоносителя необходим разгонный коллектор или вертикальный участок трубы, который берет свое начала от котла и поднимается до самого потолка. Впоследствии в помещениях делается спуск от основной магистрали к батареям отопления.

Минимальная высота разгонного коллектора должна составлять не менее 1 500 мм, при этом стоит учитывать, что между верхней магистралью и потолком должно оставаться свободное пространство для размещения расширительного бака. А как мы знаем, это обязательный элемент всей системы отопления. Если в доме низкие потолки, то бак как раз убирается на чердак, а это помещения необходимо утеплить. Можно сделать систему отопления закрытого типа с использованием мембранной расширительной емкости, которую можно ставить в любом удобном месте.

Стоит отметить, что закрытая система отопления с естественной циркуляцией обладает своими плюсами:

• Тепловые потери в значительной степени снижаются через расширительный бак.
• Закрытая система не требует регулярного развоздушивания.
• Объем расширительной емкости также снижается, то же самое касается и тепловой инерции системы.

Как можно понять, присутствие второго этажа в доме заметно повышает эффективность разгонного коллектора.

По этой причине организовать в двухэтажном особняке естественную циркуляцию теплоносителя гораздо легче, чем в одноэтажном доме.

Правила монтажа системы отопления с ЕЦ

Если возникло желание или необходимость в организации системы отопления с ЕЦ, то следует принять к сведению ряд правил:

• Горизонтальные ветви трубопроводов контура в обязательном порядке должны быть под уклоном в направлении движения теплоносителя. До 10 мм на протяженной магистрали и до 50 мм на коротких участках на каждый метр.
• В ходе создания системы отопления с естественной циркуляцией своими руками, следует всеми возможными способами стараться понизить гидравлическое сопротивление контура. Этим правилом нужно руководствоваться при выборе батарей – чугунные радиаторы являются оптимальным выбором в силу небольшого просвета.
• Полимерные трубы обладает самой минимальной степенью гидравлического сопротивления. К тому же они не зарастают накипью. Но металлопластиковые варианты лучше не использовать, так как за счет фитингов заметно уменьшается проходное сечение. Оптимальный выбор – полипропиленовые трубы, у них рабочая температура составляет 70°. Варианты из сшитого полиэтилена еще предпочтительнее – их температурный порог 95 °С.
• Если в отопительном контуре есть разветвления, то после каждого из них диаметр трубы подбирается на размер меньше. Для обратки все наоборот – размер увеличивается.

Так как концепция системы отопления с естественной циркуляцией подразумевает отсутствие использования электроэнергии, то и котел тоже должен быть энергонезависим. И такие модели изготавливаются многими производителями.

Среди зарубежных компаний можно отметить Bertta, Stropuva, Buderus. Но и российские компании могут предложить неплохие варианты – «Энергия», «Огонек», «Конорд».

Заключение

Как можно заметить, система отопления с ЕЦ теплоносителя имеет свои достоинства и недостатки. Кому-то такой вариант придется по душе, и они захотят внедрить именно ее. Другие же видят в ней только минусы. В любом случае, такая схема отопления с естественной циркуляцией устраивает многих домовладельцев.

При этом большинство из них для повышения эффективности системы отопления ставят на трубопроводе-обратке циркуляционный насос. Только располагается он на байпасе. Такая мера позволяет перевести контур на самотек, открыв специальный кран, когда отключают электроэнергию.