Система отопления с естественной циркуляцией

Система отопления с естественной циркуляцией использовалась еще в довоенное время, поэтому это надежный и проверенный метод обогрева помещений. Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации прослужат 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.

Отопление естественной циркуляцией использует простой физический эффект — расширение жидкости при нагреве.

Если объяснить достаточно просто, то схема работы данной системы такая:

1. Котел нагревает некий объем теплоностителя (в основном используется дистиллированная вода). Он расширяется и, благодаря меньшей плотности, вытесняется более холодной массой теплоносителя вверх.
2. Поднявшись в верхнюю точку системы, теплоноситель, постепенно остывая, самотеком описывает круг по системе отопления и возвращается к котлу. При этом он отдает тепло отопительным приборам и к тому моменту, когда снова оказывается у теплообменника, имеет большую плотность, чем вначале.
3. Далее цикл повторяется.

Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения теплоносителя: поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодным теплоносителем в обратной линии, растекается по горизонтальным отводам самотеком. В то же время охлажденный теплоноситель также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу воздуха (в виде пузырьков) к расширительному баку: газ легче теплоносителя, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширительный бак, а затем в атмосферу. Расширительный бак создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем теплоносителя, а при охлаждении отдает его обратно в трубопровод. Самую простую схему можно наблюдать на рисунке, приведенном ниже. [рис.11]

Система отопления с естественной циркуляцией 679 578 Система отопления с естественной циркуляцией Система отопления с естественной циркуляцией
рис. 11

Естественная циркуляция отопления означает довольно небольшой перепад давлений. Трубы и отопительные приборы неизбежно оказывают движению теплоносителя определенное сопротивление. Поэтому не рекомендуется прокладывать трубы в горизонтальном направлении длиной более 30 метров.

Система с естественной циркуляцией имеет большую инерционность. Из этого следует, что между растопкой или запуском котла и стабилизацией температуры во всех отапливаемых помещениях пройдет несколько часов. Почему так? Потому, что котлу предстоит прогреть теплообменник, тогда теплоноситель начнет циркулировать, причем довольно медленно.

Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов, которые вызываются трением теплоносителя о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: нагревательные приборы, ответвления, повороты трубопроводов, арматура. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.

И как, в таком случае, создается циркуляционный напор? Это происходит из-за того, что разогретый теплоноситель имеет меньшую плотность, следовательно, меньший вес, чем охлажденный.

Если взглянуть на [рис.12] на котором схематично представлен контур системы отопления и убрать верхнюю его часть, оставив только котел, радиатор и соединяющий их трубопровод обратной линии с охлажденным теплоносителем, то можно заметить, что это есть ни что иное, как сообщающиеся сосуды, один из которых находится выше другого. А это означает, что под действием сил гравитации теплоноситель стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур, как уже говорилось, замкнутая система, теплоноситель в нем стремится занять один уровень.

Система отопления с естественной циркуляцией 560 463 Система отопления с естественной циркуляцией Система отопления с естественной циркуляцией рис. 12

Таким образом, высокий столб охлажденного теплоносителя после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб перед котлом и подталкивает горячий теплоноситель — так и возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находятся радиаторы относительно котла, тем больше циркуляционный напор. Высота установки оборудования является наипервейшим показателем напора системы. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратно от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая теплоносителю преодолевать местные сопротивления в трубах.

Исходя из вышесказанного, лучшим местом размещения котельного оборудования в частом доме служит подвал, т.к. оно будет находится существенно ниже  отопительных приборов.

Чем еще хороша система с естественной циркуляцией, так это тем, что она является саморегулирующейся системой: одновременное изменение температуры и количества теплоносителя обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений. Т.е., если описывать научными терминами, то при качественном регулировании (изменении температуры нагрева теплоносителя) происходят количественные изменения (изменяется расход теплоносителя).

Если привести все в виде примера, то, допустим, зимой в неотапливаемом доме холодно. Далее запускается котел на полную мощность, увеличивается нагрев теплоносителя, как следствие — уменьшается ее плотность. Достигнув отопительных приборов, он отдает теплоту (через эти приборы) холодному воздуху в помещении, плотность теплоносителя при этом повышается. А, как мы уже знаем, чем сильнее разность между плотностями горячего и охлажденного теплоносителя, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрет теплоноситель, чем быстрее он отдает тепло через радиаторы, тем быстрее теплоноситель начинает циркулировать по системе отопления. Так будет происходить пока воздух в помещении не прогреется. После этого теплоноситель начнет отдавать тепло через радиаторы медленнее, следовательно, и остывать он будет медленнее, его температура (и плотность) будет схожей с температурой (и плотностью) выходящего из котла теплоносителя.  Циркуляционный напор постепенно начнет снижаться. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой входной двери или форточки, циркуляционный напор начнет повышаться снова. И так будет происходить до тех пор, пока исправно функционирует котельное оборудование.

Варианты системы водяного отопления с естественной циркуляцией:

• однотрубная с верхней разводкой; [рис.13]

Система отопления с естественной циркуляцией 500 500 Система отопления с естественной циркуляцией Система отопления с естественной циркуляцией рис. 13

• двухтрубная с верхней разводкой; [рис.14] (на рисунке: 1-котел; 2-главный стояк; 3-подающая магистраль; 4-подающий стояк; 5-радиатор; 6-обратный стояк; 7-обратная линия; 8-вентиль; 9-расширительный бак; 10-переливная труба)

Система отопления с естественной циркуляцией 350 299 Система отопления с естественной циркуляцией Система отопления с естественной циркуляцией
рис. 14

• двухтрубная с нижней разводкой. [рис.15] (на рисунке: 1-котел; 2-подающая магистраль; 3-подающий стояк; 4-радиатор; 5-обратный стояк; 6-обратная линия; 7-воздушная линия; 8-вентиль; 9-расширительный бак; 10-переливная труба)

Система отопления с естественной циркуляцией 350 311 Система отопления с естественной циркуляцией Система отопления с естественной циркуляцией
рис. 15