Гравитационная система отопления: конструкция и советы по обустройству

Гравитационная система отопления — надежное и эффективное решение для обогрева дома без электроэнергии. В статье рассмотрим конструкцию системы, основные элементы, такие как клапаны, а также предложим схемы и советы по расчету и установке своими руками. Понимание принципов работы и правильная установка гравитационного отопления помогут создать комфортную атмосферу в загородном доме или даче, минимизируя зависимость от внешних факторов и обеспечивая стабильное тепло в любое время года.

Особенности гравитационной системы отопления

Принцип работы данной системы основан на том, что вода расширяется при повышении температуры. Создание разницы давления в замкнутом трубопроводе является ключевым фактором для циркуляции жидкости. Благодаря этому явлению гравитационная закрытая система отопления получила название самотечная.

Конструкция такой системы включает в себя следующие элементы:

• Котел. Это устройство, которое передает энергию от сгорающего топлива (дрова, уголь, газ и т.д.) теплоносителю (воде или антифризу). В гравитационной закрытой системе отопления этот процесс осуществляется через теплообменник, расположенный как можно ближе к камере сгорания котла;
• Трубопроводы. Они необходимы для транспортировки нагретой жидкости от теплообменника к обогревательным приборам;
• Радиаторы. Основной источник тепла в помещении. Их большая площадь способствует эффективному теплообмену между горячей водой и воздухом в комнате;
• Устройства контроля и безопасности. К ним относятся расширительный бак, гравитационный клапан для отопления, а также вентили и дроссели.

Когда вода в теплообменнике нагревается, она расширяется, что приводит к образованию избыточного давления. В то же время холодный теплоноситель из обратной трубы, обладая большей плотностью, начинает вытеснять горячую жидкость. Это и вызывает циркуляцию.

Одним из ключевых компонентов системы является разгонный коллектор – вертикальная труба, соединяющаяся с котлом. Если вы планируете создать гравитационную систему отопления самостоятельно, стоит уделить особое внимание этому элементу – от выбора материала труб до их диаметра.

Чем больше объем разгонного коллектора, тем выше скорость теплоносителя. Поэтому важно правильно рассчитать его оптимальное сечение и высоту.

Гравитационная система отопления для двухэтажного дома должна быть спроектирована так, чтобы теплоноситель равномерно распределялся по нескольким контурам.

Эксперты в области отопительных систем отмечают, что гравитационная система отопления, основанная на естественной циркуляции воды, остается актуальной благодаря своей простоте и надежности. Основным преимуществом такой системы является отсутствие необходимости в насосах, что снижает риск поломок и уменьшает энергозатраты. Однако для эффективной работы важно правильно спроектировать систему: трубы должны иметь достаточный диаметр и уклон, чтобы обеспечить свободный поток теплоносителя.

Специалисты рекомендуют уделить внимание выбору материалов. Металлические трубы, хотя и более долговечные, могут подвержены коррозии, в то время как пластиковые обеспечивают лучшую теплоизоляцию и не требуют дополнительной защиты. Также важно учитывать расположение радиаторов: они должны быть установлены в самых холодных помещениях, чтобы обеспечить равномерное распределение тепла. В заключение, грамотный подход к проектированию и установке гравитационной системы отопления позволит создать комфортный микроклимат в доме.

Гравитационная система отопления с печным котлом

Подробное описание системы

В процессе нагрева воды некоторая ее часть будет неизбежно испаряться в виде пара. Для своевременного удаления в самой верхней части системы устанавливается расширительный бак. Он выполняет 2 функции – через верхнее отверстие удаляется избыток пара и происходит автоматическая компенсация потери объема жидкости. Подобная схема получила название открытой.

Однако она имеет один существенный недостаток — относительно быстрое испарение воды. Поэтому для больших разветвленных систем предпочитают делать гравитационную систему отопления закрытого типа своими руками. Основные отличия ее схемы заключаются в следующем.

• Вместо открытого расширительного бака в самой высокой точке трубопровода устанавливают автоматический воздухоотводчик. Гравитационная система отопления закрытого типа в процессе нагрева теплоносителя вырабатывает большое количество кислорода из воды, который помимо избыточного давления является источником ржавления металлических элементов. Для своевременного удаления пара с повышенным содержанием кислорода устанавливают автоматический воздухоотводчик;
• Для компенсации давления уже остывшего теплоносителя перед входным коллектором котла монтируют мембранный расширительный бак закрытого типа. Если гравитационное давление в системе отопления превысит допустимую норму, то эластичная мембрана компенсирует это, увеличив общий объем.

В остальном при проектировании и монтаже гравитационной системы отопления только своими руками, можно придерживаться обычных правил и рекомендаций.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о гравитационных системах отопления:

1. Принцип работы: Гравитационные системы отопления основаны на естественной циркуляции воды, которая происходит за счет разницы плотности горячей и холодной воды. Когда вода нагревается, она становится легче и поднимается вверх, в то время как холодная вода опускается вниз, создавая замкнутый цикл. Это позволяет системе работать без насосов, что делает её более надежной и менее энергозатратной.

2. Историческое использование: Гравитационные системы отопления были широко распространены в домах и зданиях в начале 20 века, прежде чем их начали заменять более современные системы с принудительной циркуляцией. Однако они все еще популярны в старых зданиях и дачах, где важно сохранить оригинальную архитектуру и минимизировать вмешательство в конструкцию.

3. Советы по обустройству: При проектировании гравитационной системы отопления важно учитывать уклон трубопроводов. Оптимальный уклон составляет 1-2 см на каждый метр длины, что обеспечивает эффективный отвод конденсата и предотвращает образование воздушных пробок. Также стоит использовать трубы большего диаметра, чтобы снизить сопротивление потоку и улучшить циркуляцию.

Гравитационная система отопления.Инструкция для заказчика.Пример.

Гравитационные схемы отопления для одноэтажного и двухэтажного дома

Если вы планируете установить гравитационное отопление под давлением в одноэтажном доме, то можно использовать однотрубную схему, известную как «ленинградка».

Эта схема предполагает наличие одной трубы, к которой параллельно подключаются несколько отопительных приборов. Однако такой подход может привести к неравномерному распределению тепла: чем дальше радиатор находится от котла, тем ниже температура воды, поступающей в него. Для решения данной проблемы можно усовершенствовать гравитационную систему отопления закрытого типа:

• Установка запорной арматуры. Это позволит уменьшить объем теплоносителя для радиаторов, находящихся ближе к котлу, что, в свою очередь, снизит тепловую отдачу на начальных участках системы;
• Увеличение количества секций радиаторов по мере удаления от котла;
• Использование труб большего диаметра в местах подключения к отопительным приборам. Это поможет снизить гравитационное давление в системе на этих участках и уменьшит скорость циркуляции воды в радиаторе.

Такая схема подходит для систем с небольшой длиной магистрали. Однако для двухэтажного дома ее использование не рекомендуется. В этом случае потребуется двухтрубная разветвленная гравитационная система отопления, расчет которой выполняется для каждого отдельного участка.

Основная особенность этой системы заключается в том, что к центральной трубе, расположенной в верхней части магистрали, ведут отдельные контуры, к каждому из которых подключаются отопительные приборы. Важно, чтобы длина этих контуров была одинаковой, иначе жидкость будет стремиться в область с наименьшим сопротивлением — в более короткий контур.

Чтобы предотвратить движение теплоносителя к выходному патрубку котла, устанавливается обратный гравитационный клапан для отопления. Этот элемент является обязательным для гравитационной системы отопления в двухэтажном доме.

Расчет гравитационной системы отопления

Прежде чем приступить к монтажу труб и приборов отопления, необходимо выполнить расчет параметров всей системы. Для этого вычисляются гидравлические характеристики, которые впоследствии скажутся на выборе оптимального диаметра трубопровода. Перед расчетом гравитационной системы отопления необходимо узнать основные параметры. Они потребуются для расчета фактического значения циркуляционного напора (Рц):

• Расстояние от центра котла до центра отопительного прибора (h). Чем оно больше, тем лучше будет циркуляция жидкости. Поэтому устанавливая гравитационную систему отопления своими руками рекомендуется монтировать котел в самой нижней точке дома – подвале;
• Циркуляционное давление нагретого (Рr) и остывшего (Ро) теплоносителя.

Независимо от того, рассчитывается гравитационная система отопления для двухэтажного или одноэтажного домов, значение последних параметров напрямую зависит от разницы температуры воды. Эти данные можно взять из табличных данных.

Для примера, при значении h-4 м и разности температур 20° (80/60) гравитационное отопление будет иметь давление 4*112=448 Па. Для дальнейших расчетов рекомендуется воспользоваться специализированными программными комплексами, которые учитывают все параметры гравитационной системы отопления закрытого типа.

Зачастую диаметр трубы , подсоединяемый к выходному патрубку котла должен быть ДУ 40 или ДУ 50. Это обеспечит минимальные потери, возникающие при трении воды о стенки труб.

Еще одной особенностью является разница температур теплоносителя. Чем она больше, тем выше циркуляционное давление. Поэтому помимо равномерного распределения тепла по приборам отопления во время проектирования гравитационной системы отопления самостоятельно нужно обеспечить минимальную температуру жидкости перед входом в теплообменник котла.

Выбор комплектующих и материала изготовления

С момента появления полимерных труб, системы отопления на основе полипропилена (ПП) приобрели огромную популярность. Этот материал легко обрабатывается, а для соединения различных участков требуется минимальное количество инструментов.

Тем не менее, не все виды этих труб подходят для использования в отопительных системах. Рассмотрим ключевые моменты, на которые стоит обратить внимание при выборе:

• Армирующий слой. Гравитационные системы отопления из полипропилена могут подвергаться воздействию высоких температур – до 95°С. Чтобы сохранить первоначальную форму трубы, необходим элемент жесткости, который может быть представлен в виде прослойки из фольги или стекловолокна;
• Толщина стенок. В системах отопления с закрытым расширительным баком может возникать значительное давление. Чтобы избежать повреждений трубопровода, полипропиленовые трубы должны соответствовать классу PN20 или выше. Толщина стенок зависит от диаметра трубы.

Эти трубы могут использоваться для создания разгонного коллектора. Однако для обеспечения оптимальной температурной разницы рекомендуется использовать стальные трубы для обратной магистрали. Это не только снижает температуру теплоносителя перед входом в котел, но и уменьшает гидравлическое сопротивление.

Рекомендации по установке

Выполнив расчет для гравитационной системы отопления, изготовленной из полипропилена или стальных труб, можно приступать к ее установке. Для достижения оптимального КПД специалисты рекомендуют сделать небольшие, но важные правки в стандартную схему:

• Уклон магистралей. Оптимальное гравитационное давление для системы отопления может быть достигнуто уклоном труб после воздухоотводчика и на обратной магистрали за последним прибором отопления;
• Установка циркуляционного насоса на байпасе. Он будет способствовать уменьшению инерционности системы. Время нагрева теплоносителя может быть очень долгим, поэтому насос может увеличить скорость его продвижения по магистрали до достижения нужного температурного режима;
• Минимум поворотных узлов в трубопроводе. Они создают лишнее гидравлическое сопротивление, которое сказывается на уменьшении скорости движения воды;
• Монтаж защитных элементов. Установив обратный клапан для гравитационного отопления, можно избежать циркуляции воды в неправильном направлении. В особенности это необходимо для системы с верхней разводкой и несколькими контурами.

Главными составляющими правильно сделанного гравитационного отопления под давлением являются профессионально сделанный предварительный расчет, выбор правильных материалов и следование технологии установки. Это даст возможность создать эффективную систему поддержания комфортной температуры в доме.

Советы по обустройству и применению гравитационного клапана для отопления при установке теплого пола, дополнительных элементов, можно посмотреть в видео:

Циркуляция теплоносителя в системе отопления

Обслуживание и диагностика гравитационной системы отопления

Первым шагом в обслуживании гравитационной системы отопления является регулярная проверка состояния труб и радиаторов. Необходимо следить за наличием коррозии, утечек и механических повреждений. Важно также убедиться, что все соединения герметичны, так как даже небольшие утечки могут привести к снижению эффективности системы и увеличению затрат на отопление.

Следующим важным аспектом является контроль за качеством теплоносителя. Вода, используемая в системе, должна быть чистой и не содержать примесей, которые могут вызвать образование накипи или коррозии. Рекомендуется периодически проводить анализ воды и при необходимости использовать специальные добавки для ее очистки. Также стоит обратить внимание на уровень pH, который должен находиться в пределах 7-8 для предотвращения коррозийных процессов.

Диагностика системы отопления включает в себя проверку работы всех компонентов, таких как насосы, термостаты и котлы. Важно следить за температурными показателями на входе и выходе из радиаторов, а также за температурой теплоносителя в котле. Если наблюдаются значительные отклонения от нормальных значений, это может свидетельствовать о наличии проблем в системе.

Также стоит обратить внимание на циркуляцию теплоносителя. В гравитационных системах она должна быть естественной, и любые препятствия, такие как засоры или неправильная установка труб, могут привести к ухудшению циркуляции. Регулярная проверка и очистка труб от возможных засоров помогут поддерживать оптимальную работу системы.

Не менее важным является контроль за температурой в помещениях. Если в некоторых комнатах наблюдается недостаточное отопление, это может указывать на проблемы с распределением теплоносителя. В таких случаях рекомендуется проверить наличие воздушных пробок в радиаторах и, при необходимости, произвести их прокачку.

Наконец, стоит отметить, что профилактическое обслуживание системы отопления должно проводиться не реже одного раза в год. Это позволит выявить и устранить потенциальные проблемы до того, как они станут серьезными. Важно также вести учет всех проведенных работ и замененных деталей, что поможет в будущем более точно диагностировать возможные неисправности.

Вопрос-ответ

Что такое гравитационная система отопления?

Сегодня отопительные сети, в которых теплоноситель циркулирует за счет естественной гравитации, используются для обогрева ограниченного вида помещений.

Как работает гравитационный котел?

Система гравитационного водоснабжения включает в себя резервуар для холодной воды, обычно расположенный на чердаке, и бак-аккумулятор горячей воды. В таких системах вода движется по системе под действием силы тяжести, а высота резервуара для холодной воды определяет давление во всей системе.

Советы

СОВЕТ №1

Перед установкой гравитационной системы отопления тщательно спланируйте расположение радиаторов и труб. Убедитесь, что они расположены так, чтобы обеспечить оптимальный поток теплоносителя и избежать застойных зон. Это поможет повысить эффективность системы и снизить затраты на отопление.

СОВЕТ №2

Используйте трубы большого диаметра для гравитационной системы, так как это уменьшит сопротивление потоку воды и обеспечит более равномерное распределение тепла. Чем меньше сопротивление, тем лучше будет работать система, особенно в больших помещениях.

СОВЕТ №3

Регулярно проверяйте систему на наличие воздушных пробок и утечек. Воздушные пробки могут значительно снизить эффективность отопления, поэтому важно периодически проводить прокачку системы и устранять все возможные проблемы.

СОВЕТ №4

Обратите внимание на изоляцию труб, особенно в неотапливаемых помещениях. Хорошая изоляция поможет сохранить тепло и снизить потери энергии, что в свою очередь приведет к снижению затрат на отопление.