Самотечное отопление в доме — как сделать

Очень весомым плюсом самотечной системы водяного отопления является ее независимость от наличия электроэнергии. Самотечное отопление может быть создано и на удаленной даче на основе энергонезависимого твердотопливного котла. Система бесшумная и надежная, она, несомненно, будет востребована и в будущем.

Наработан большой опыт создания самотечных систем отопления, ведь ранее все водяное отопление создавалось по принципу самотека. Система может быть создано по «типовой народной схеме» и своими руками.

Недостатками являются ограничения по мощности, отапливаемой площади, возможности подключения дополнительных контуров, при повышенной цене на создание.

Самотечное отопление обходится дороже, примерно в 2 раза по сравнению с системами принудительной циркуляции, так как требует большой диаметр труб и особенного размещения котла. Сложность при создании и в том, что трубы большого диаметра должны иметь общий уклон, а значит их положение фиксировано и поэтому они часто не вписываются в дизайн помещения, загромождают интерьер.

Как рассчитывается самотечная система

Можно заказать тепловой и гидравлический расчет у специалистов, в лицензированных организациях, но это обойдется недешево. Можно сделать эти расчеты приблизительно с помощью известных программ или вручную.

Но обычно пользуются общеизвестными рекомендациями и, как правило, этого вполне достаточно, чтобы создать работоспособную систему с самотеком жидкости.

Скорость движения жидкости по системе в любом случае не большая. Чем больше внутренние диаметры трубопровода и радиаторов, а также котла, тем большее количество жидкости будет проходить по ним, тем больше энергии сможет переноситься.

Важно ответить на вопрос — достаточно ли будет энергии переносить теплоноситель для отопления конкретного здания? В этом и заключается суть расчетов. Но если расчетов нет, то нужно обратиться к опыту создания подобного отопления и утепления зданий.

Потери энергии и обеспечение движения жидкости

Во первых, нужно определиться со степенью утепления здания, — соответствуют ли она требованиям нормативных документов. Если нет, то может не хватить мощности не только самотечной системы….. Обогреть холодное здание себе дороже, нужно утеплять, а не увеличивать мощность обогрева.

После того, как здание утеплено, можно обратиться к опыту создания подобных систем, откуда известно, что обычная предельная площадь самотечного обогрева составляет 150 м кв. на каждом этаже здания, при этом желательно распределение радиаторов на 2 плеча на каждом этаже, а длина подающего трубопровода каждого плеча не должна превышать 20 метров.

Обязательное условие для создания системы – превышение горячего теплоносителя (обычно принимается средняя линия радиаторов) над холодным (средняя линия теплообменника котла).

При большей длине трубопроводов, желателен бы расчет, или нужно мириться, что возможно, в пики морозов пропускной способности системы (скорости теплоносителя) может и не хватить что бы в здании было жарко.

Рассмотрим, отчего же будет зависеть работоспособность самотечной системы.

Особенности системы обогрева с естественной циркуляцией

Напор в самотечной системе будет напрямую зависеть от высоты водяного столба с разностью плотностей воды (разностью температур) и от самой разности плотностей воды. Формула напора приведена ниже.

Чем больше разность температур подачи и обратки, и чем выше водяной столб с этой разностью, тем быстрее будет циркулировать вода, тем больше тепла будет переноситься, тем надежнее система и большую площадь можно будет отопить.

Дело в том, что вода наиболее значительно остывает в радиаторах, до них она считается горячей. После радиаторов вода холодная движется по обратке к теплообменнику котла, где происходит ее нагрев. Следовательно, чем ниже находится теплообменник относительно радиаторов, тем больше будет напор в системе.

Кроме того, вода остывает и в самой трубе выходящей из котла, а это значит, что чем выше будет поднят горячий трубопровод, и чем он длиннее и больше отдает тепла, тем будет больше напор.

Впрочем, эта теплототдача будет иметь низкую эффективность для обогрева дома, если горячий трубопровод расположен под потолком. Лучше, если он находится вдоль пола отапливаемой массандры и является для нее отопительным прибором.

Не правильно делать просто высокий столб горячей воды, вынося расширительный бак выше крыши. Нужна наибольшая разность высот, на которой бы происходил перепад температур, а этого проще добиться опусканием котла.

Типичная ошибка при создании самотечной системы для 2-х этажей — подключение радиаторов на обоих этажах к одним стоякам. В результате на 1 этаже будет еще холодно, когда на 2 этаже уже очень жарко. Правильно для мансарды предусмотреть отдельное независимое плечо отопления со своим регулировочным вентилем.

Особенность системы:
— жидкость в самотечной системе обычно остывает значительно, вследствие небольшой скорости ее движения. Разница температур подачи и обратки чаще находится в пределах 25 — 30 градусов. Температурный режим, например, — 75град. выход из котла и 45 град. обратка. Поэтому недопустимо создавать схему с одним трубопроводом с последовательным подключением радиаторов. Подходят только попутная и тупиковая двухтрубные схемы разводки.

Как движется теплоноситель (вода)

Из вышесказанного вытекают и конструктивные особенности самотечной системы отопления.

Котел располагается в приямке, в подвале, во всяком случае, желательно, чтобы его теплообменник был ниже средней линии радиаторов.

Все трубопроводы делаются с общим уклоном по ходу движения жидкости:

• вода из котла поднимается по вертикальному стояку в самую верхнюю точку;
• от вертикального горячего стояка всегда должна вниз до входа в котел;
• разница высот между начальной и конечной точкой трубы не менее одного процента, но по длине уклон может меняться как угодно;
• всегда лучше обеспечивать максимальный уклон.

Какие применить трубы

Диаметр труб должен быть для подачи и обратки на одном крыле трубопровода не менее 32 мм, при этом радиаторы могут подключаться и трубами с внутренним диаметром 20 мм. А для стояка и подачи на крыло — не менее 50 мм. Впрочем никто не запрещает увеличить эти диаметры, что только сделает систему мощнее.

До сих пор оптимальным вариатном считаются обычные стальные трубы. При больших диаметрах они становятся конкурентноспособными пластику. К тому же стальная труба большого диаметра является и сама по себе отопительным прибором, ввиду значительной проводимости тепла металлом.

Котел, радиаторы, трубопровод

Применяется специальный котел (и газовый и твердотопливный) с собственным маленьким гидравлическим сопротивлением, предназначенный для самотечной системы.

Применяются радиаторы с низким гидравлическим сопротивлением, с большим диаметром внутренних отверстий — обычно или чугунные или алюминиевые.

В высшей точке трубопровода устанавливается клапан для стравливания воздуха (система под давлением с закрытым расширительным баком (гидроаккумулатором)). В систему встраивается на выходе из котла группа безопасности – манометр и аварийный клапан. Либо в высшей точке располагается расширительный бак открытого типа.

Сливной кран располагается в районе котла в низшей точке трубопровода, делается отвод либо в канализацию, либо на емкость.

Подборка котла по мощности ведется как обычно — в зависимости от теплопотерь здания, а радиаторов — от теплопотерь каждой комнаты где они устанавливаются.

При этом чаще пользуются правилом — радиаторы суммарно чуть мощнее котла (при этом учитывается, то что паспортная температура жидкости обычно больше реальной, т.е. радиторы приобретаются еще мощнее на 20 – 35 %), после чего общая мощность радиаторов распределяется по комнатам.

Схемы самотечного отопления на одно крыло

Типичная схема водяного отопления с самотечным движением жидкости. Здесь только лишь одно крыло. Горячий трубопровод располагается повыше, от него опускаются стояки вниз на каждый радиатор или на пару радиаторов. В схеме указан расширительный бак вместо гидроаккумулятора.

На практике часто подобные схемы реализуются так чтобы расширительный бак, верхний трубопровод располагались бы на чердаке а обратка часто опускается под пол в подвал. При этом трубопроводы меньше загромождают жилое пространство и не портят интерьер. Но тогда все трубопроводы в холодной зоне должны быть хорошо утеплены — слой не менее 15 см минеральной ваты. Пенопласт не подходит, так как его едят грызуны и его не стоит нагревать до 70 град.

Прокладка труб по чердаку

Подвариант данной схемы — обратка поднята вверх, так как не всегда есть возможность прокладывать ее понизу — мешают дверные проемы, нет подвала и т.д.

В небольшом доме

Вариант размещения радиаторов прямо возле котла. Это возможно лишь в климатических зонах с постоянной положительной температурой, и если окна достаточно утеплены (двойные стеклопакеты), и нет особой необходимости в создании тепловых завес путем размещения радиаторов под окнами. Схема применяется, когда нет возможности понизить уровень котла — максимально сокращаются трубопроводы.

Трубопровод на два крыла

Следующий пример более востребован в жизни. Чаще так и располагаются трубопроводы при самотечном движении жидкости в небольшом частном доме или на даче на уровне радиаторов с выдержкой общего уклона.

Трубопровод разделен на два крыла, которые желательно сделать одинаковой протяженностью. Все радиаторы подключаются через вентили для оперативной регулировки поступления воды.

Для двух этажей

Еще один пример «из жизни» разводки трубопроводов при самотечном движении жидкости. На этот раз отапливается полноценный этаж и мансарда.

Так как крыло мансарды маломощное, то оно включено трубопроводом меньшего диаметра — 25 мм. Здесь применяются стояки на каждую пару радиаторов в комнатах первого этажа, а горячий трубопровод проложен по полу мансарды и является для нее обогревающим элементом.

Схема требует создания достаточного напора, поэтому теплообменник котла располагается ниже средней линии радиаторов первого этажа минимум на пол метра.

Принципы и выводы

Можно разработать любое количество схем самотечного отопления в зависимости от конкретной планировки дома но всегда соблюдаются следующие принципы — максимально большой столб воды с перепадом температур, максимальные диаметры трубопроводов и специальные котлы и радиаторы, кольцо трубопроводов — «подача-радиатор-обратка» делаются как можно короче, для чего трубопровод разделяется на несколько плечей, которые подключаются к котлу параллельно.

Также важно: — если самотечное отопление в доме создавалось самостоятельно, или владельцы принимали активное участие в его создании, то и все выявленные недостатки в процессе эксплуатации могут быть исправлены своими руками или система может быть без особых затрат доработана, при выявлении ее недостатков.

Энергоэффективный дом

Термосифонная система нагрева воды. Принцип термосифона

Термосифонная система нагрева воды успешно используется в солнечных коллекторах. Более того, солнечный коллектор на принципе термосифона — самый простой и надежный для изготовления своими руками. При небольшом водоразборе это очень хорошее решение.

На чем построен принцип термосифона: пассивный теплообмен на основе естественной конвекции, которая заставляет жидкость и газ циркулировать без насоса.

Холодная вода имеет более высокую удельную плотность, чем теплая, поэтому холодная вода «тяжелее» и опускается вниз. Естественная конвекция начинается в тот момент, когда передача тепла к теплоносителю приводит к разности температур в контурах термосифонной гелиосистемы. Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе и одновременно заменяет менее нагретой.

Одна из возможных схем реализации термосифонной системы нагрева воды.

Резервуар для воды должен находиться выше коллектора, в противном случае цикл циркуляции пойдет в обратном направлении в темное время суток. Единственный серьезный недостаток термосифонных солнечных систем — сезонность. Но решение у этой проблемы есть: гелиосистемы на антифризе, с доработанной конструкцией и открытыми резервуарами. Такие системы заслуживают отдельной статьи.

Правильно сконструированная термосифонная система нагрева воды имеет минимальное гидравлическое сопротивление, так что вода легко перемещается под относительно низким давлением, создаваемым естественной конвекцией.

Ниже рассмотрим простой прототип термосифонной системы нагрева воды на основе солнечного коллектора. Это не самый эффективный метод использования солнечной энергии для нагрева воды и работает сравнительно медленно, но такой коллектор может смастерить любой. Итак, теория.

Прототип термосифонного солнечного коллектора

Список запчастей включает в себя рекомендуемые материалы, подобранные под температурный режим. Необходимо использовать термостойкие материалы, способные выдерживать длительное воздействие 80ºС: сшитый полиэтилен, ХПВХ, полипропиленовые переходники, высокотемпературные шланги из этилен-пропиленового каучука (EPDM резина). Напомню, это простейший и самый доступный материально вариант.

Ориентировочный список материалов для термосифонной гелиосистемы (размеры конвертированы с дюймов):

• Четыре балки 5х10 см 2.40 м.
• Пять балок 2,5х10 см 2.40 м.
• Два винта 2,5 см.
• Кровельные винты оцинкованные 7,6 см.
• Два листа металлического шифера 2.40 м.
• Термостойкая черная краска (селективная, для каминов и барбекю, подробнее здесь).
• Садовый шланг термостойкий (EPDM резина, до 90ºС) внутренним диаметром 7,5 см, 30 м.
• Пластиковые стяжки термостойкие, УФ-стойкие 20 см, 100 шт.
• Резервуар для воды на 200 л.
• Два латунных крана на шланг, 7,5 см, конфигурация на фото.
• Тефлоновая лента.
• Две полипропиленовых перемычки (bulkhead fittings) термостойких, 7,5 см.
• Два адаптера труба-шланг латунных, 7,5 см.
• Два хомута на шланг.
• Изоляция вспененная для труб, 90 см.

Каркас для коллектора

Каркас для термосифонной системы можно соорудить в виде А-образной рамы. Используйте балки и винты: установите переднюю ножку каждой опоры под требуемым углом наклона к панели коллектора (ваш угол широты хорошая отправная точка), и прикрепите заднюю ножку на противоположном углу для стабильности. Соедините две ножки (спереди и сзади) каждой из сторон горизонтальной перемычкой.

Соедините две задние ножки двумя балками. Установите три балки поперек опор, закрепите винтами.

Установите листы шифера на раму с помощью винтов. Верхний лист должен быть положен внахлест. Покрасьте панель термокраской, дайте полностью высохнуть.

Установка шланга термосифонной системы

Выложите и отметьте путь трубы на панели коллектора, снизу-вверх. Не допускайте ее перегибов. Шланга должно хватить на 8 витков на 120 см высоты панели. Не забудьте оставить несколько метров для подключения к резервуару.

Не допускайте провисания шланга.

Просверлите отверстия в шифере и закрепите трубу с помощью пластиковых стяжек. Интервал между стяжками около 30 см. Шланг должен быть в полном контакте с панелью для эффективной теплопередачи.

Подготовка резервуара для термосифонного коллектора

В бак необходимо врезать переходники для обеспечения герметичного соединения с шлангом. В переходники войдут латунные краны.

В резервуаре необходимо проделать отверстия под фитинги. Нижний слив сверлите как можно ближе к дну, верхний — около 1/3 от крышки бака. На резьбу крана намотайте тефлоновую ленту и вкрутите в переходник. Переходник вставьте в бак и закрутите его гайкой изнутри.

Подсоединение шланга и установка резервуара

Разместите бак на прочном постаменте, который позволяет кранам быть выше шлангов на коллекторе. Коллектор должен быть близко к резервуару. Укоротите трубу так, чтобы она не провисала. Подсоедините переходник и закрепите с помощью хомута. Подсоедините шланги к кранам, затяните стяжки на панели для лучшего соприкосновения с шифером. Отрез теплоизоляции наденьте на часть трубы с горячей водой вверху от бака к коллектору.

Нагрев воды термосифонным солнечным коллектором

Откройте краны и наполните резервуар, оставив 5 см свободного пространства под расширение воды. Убедитесь, что в контуре коллектора нет воздуха. Вода начнет нагреваться с первыми лучами солнца.

Модернизация прототипа

Эта простейшая термосифонная система не имеет даже постоянного подвода воды, что делает ее пригодной для использования в условиях полного отсутствия цивилизации или для каких-то садово-гаражных нужд. Но ведь это не предел.

Термосифон успешно применяют для горячего водоснабжения в домах и конструкция коллектора не имеет в себе ничего сверхсложного. Заводят резервуар в помещение и делают подвод водопроводной воды. Один из вариантов системы описан в этой статье.

Можно немного улучшить производительность и этой простой конструкции:

1. Термоизоляция бака дольше сохранит воду горячей.
2. Резервуар можно сделать из вышедшего из строя нагревателя.
3. Увеличить площадь коллектора.
4. Добавить в конструкцию маломощный насос и тэн для резервного нагрева.