Давайте разберемся с тем, как функционирует система отопления с естественной циркуляцией. В ней вода от котла к радиаторам и обратно движется за счет действия гидростатического напора. А этот напор возникает из-за разной плотности нагретой в теплообменнике и охладившейся в радиаторах воды.
Принцип работы
Разогретая вода имеет меньшую плотность и может подниматься по подающему стояку вверх. Из стояка теплоноситель поступает в разводящие трубопроводы, а потом через подающие стояки непосредственно в нагревательные приборы. Тут вода остывает и становится более плотной и тяжелой. Остывший теплоноситель по обратным стоякам спускается вниз и вытесняет своим весом наверх воду в котле. Вот такой получается круговорот, или схема системы отопления.
Этот процесс постоянно повторяется, и вода непрерывно движется за счет естественной циркуляции. Ее сила, которую более правильно называть циркуляционным давлением, зависит от того, какова разность веса столба горячей и холодной воды. То есть, давление зависит от разности температуры теплоносителя в главной и обратной линии. Также сила определяется тем, насколько высоко размещается нагревательный прибор — котел.
Здесь справедливо правило — чем выше находится котел, тем больше циркуляционное давление. Именно этим моментом объясняется часто наблюдающееся в устроенных таким образом отопительных системах явление. Элементы, расположенные на верхних этажах, нагреваются намного лучше, чем на нижних. Приведенные рассуждения позволяют сделать вывод, что в двухтрубной отопительной системе с естественной циркуляцией радиаторы, находящиеся с котлом на одном уровне или ниже, будут прогреваться слабо или вообще не будут работать.
Поэтому котельная должна иметь достаточный уровень заглубления. А расстояние между центрами котла и нагревательных устройств на нижнем этаже не должно быть менее 3-х метров.
Переходим к однотрубной схеме
Этот недостаток полностью исключается при устройстве однотрубной системы отопления. В ней гидростатический напор, благодаря которому вода циркулирует в системе, образуется за счет охлаждения теплоносителя в трубопроводе, подводящем нагретую воду к радиаторам, а также отводящем остывшую воду к котлу. Охлаждение создает гидростатический напор, а также дополнительно обогревает помещение.
Поэтому трубопровод прокладывают открыто и без изоляции. Но вот охлаждение воды в главном стояке однотрубной системы нежелательно, так как приводит к понижению температуры теплоносителя. Следствием этого становится увеличение его плотности и снижение напора. Поэтому подъемный стояк в такой схеме отопления надо самым тщательным образом изолировать.
Иначе подобная система водяного отопления не будет работать Сколько тепла получит помещение от радиаторов, зависит от объема и температуры поступающей воды. А количество воды, пропущенной через трубы отопительной системы, напрямую зависит от того, насколько сильной будет естественная циркуляция. Именно благодаря ей происходит движение теплоносителя по трубам. Чем больше циркуляционная сила, тем меньшего диаметра можно брать трубы. И, соответственно, чем она меньше, тем больше должен быть диаметр труб.
Чтобы подобная система работала нормально, необходимо выполнить еще одно важное условие. Циркуляционное давление должно иметь достаточную величину для того, чтобы преодолеть все сопротивления на пути теплоносителя. Это и трение о стенки трубопровода, и местные сопротивления — тройники, отводы, краны, крестовины, котлы и прочее. Сопротивление теплоносителя из-за трения зависит от диаметра и длины трубопровода, а также от скорости протекания воды. Причем наблюдается квадратичная зависимость.
Увеличение скорости течения воды в 2 раза приведет к четырехкратному увеличению сопротивления. Поэтому — чем меньше диаметр труб, больше их длина и выше скорость теплоносителя, тем большее сопротивление будет создаваться.
Схема отопления с нижней и верхней разводкой
Принято различать системы отопления с естественной циркуляцией с верхней и нижней разводкой. В первом случае теплоноситель через главный стояк поднимается в проложенный по чердаку дома магистральный трубопровод, а оттуда распределяется по нагревательным элементам.
В системе с нижней разводкой подающую магистраль, от которой запитываются восходящие стояки, монтируют в подвале и на первом этаже. Также для этих целей может использоваться подпольный канал. В такой схеме обратные стояки присоединяют к единой обратной магистрали. Принцип действия системы с нижней разводкой аналогичен той, в которой используется верхняя разводка. В обеих схемах циркуляция обеспечивается за счет того, что горячая вода вытесняется остывшей вверх по стоякам, а остывая, спускается по обратной линии и возвращается в котел для нагревания.
Стоит отметить, что в тех местах, где организуется естественная циркуляция отопления, в зданиях, имеющих небольшую этажность, циркуляционное давление будет небольшим. По этой причине высокой скорости движения теплоносителя допускать нельзя. Поэтому диаметры труб берутся большими. И вполне возможно, что такая отопительная схема окажется невыгодной с экономической точки зрения. В целом знатоки считают, что устройство систем отопления на основе естественной циркуляции допустимо только для зданий небольшого размера.
Разберем конструктивную схему подробнее
Набравшись теоретического опыта, разберем схемы отопления по их конструктивным особенностям. Подобные системы принято разделять по:
- Месту расположения основной подающей магистрали — схемы с верхней и нижней разводкой.
- Способам присоединения нагревательных приборов — схемы однотрубные и двухтрубные.
- Расположению отопительных стояков — с вертикальными и горизонтальными стояками.
- Схеме прокладки — с тупиковой магистралью или с попутным движением воды.
Тонкости однотрубной системы
Отметим ряд важных особенностей однотрубной отопительной схемы:
- Такая система не оснащается обратным стояком, а вода, охладившаяся в радиаторе, возвращается в подающую магистраль.
- В такой системе в нагревательные элементы, расположенные внизу, будет поступать смесь из горячей и уже охладившейся в верхних радиаторах воды. Для того чтобы обеспечить равномерное отопление на верхних и нижних этажах, придется увеличивать поверхность нагрева у расположенных внизу радиаторов.
- Циркуляция воды по радиаторам осуществляется за счет разности температур. При этом однотрубная система может быть устроена таким образом, что в радиатор будет поступать только часть воды, а остальной теплоноситель — направляться к нагревательным элементам, расположенным ниже. При этом на радиаторах ставятся краны, при помощи которых можно регулировать конкретное количество поступающей воды.
- Если же организуется проточная система отопления, то теплоноситель будет проходить последовательно через все радиаторы — с верхнего до нижнего. В результате в нижерасположенные батареи поступит только охлажденная вода. В такой системе уже нельзя ставить краны. Их монтаж приведет к уменьшению подачи теплоносителя во все остальные приборы, расположенные по этому стояку, а полное закрытие крана просто перекроет. Однако ставить радиаторы без кранов не очень хорошо, так как исключается возможность регулировки температуры воздуха в помещениях путем изменения объема протекающего теплоносителя.
Считается, что однотрубные системы могут быть сделаны только по схеме с верхней разводкой. Поэтому их используют лишь в домах с чердаком, где можно расположить подающую магистраль. С другой стороны, такую систему проще монтировать. Кроме того, отопительных труб используется меньше, поэтому разводка считается более привлекательной с точки зрения эстетики. Из-за простоты монтажа, меньших расходов на работы и материалы эти схемы отопления находят достаточно широкое применение.