Как установить гравитационное отопление

Отопление, имеющее естественную циркуляцию воды, использовалось сначала в виде однотрубных, потом в виде двухтрубных систем. С введением циркуляционных электрических насосов гравитационная система отопления уступает постепенно свое место насосам.

Схема гравитационного отопления: 1-котел, 2-бак, 3-подающая труба, 4- радиатор, 5-обратная труба.

Область использования естественной водяной циркуляции ограничена в настоящее время. Ими пользуются для отопления некоторых жилых квартир, маленьких гражданских зданий, зданий, в которых не допускается вибрация конструкций (к примеру, при точных измерениях), которая вызывается работой насосов, железнодорожных вагонов. Применение естественной циркуляции рентабельно при водяном нагреве верхних отдельных помещений высотных зданий (к примеру, технического этажа). Естественная циркуляция воды встречается в стояках в вышеописанных децентрализованных системах водяного отопления.

Система гравитационного отопления: особенности установки

Рассматривая вопрос о рентабельности данной схемы отопления, стоит обсудить особенности гравитационных систем отопления по сравнению с насосными. Прежде всего, это существенные недочеты, ограничивающие область их использования:

система имеет сокращенный радиус действия (по горизонтали до 30 м), который обусловлен небольшим циркуляционным давлением;
система имеет высокую первоначальную стоимость (до 5-7 процентов стоимости небольших зданий), которая связана с применением труб внушительного диаметра;
увеличенные затраты труда на монтаж теплопроводов и расход металла;
из-за малого циркуляционного давления и большой теплоемкости массы воды замедлено включение в действие;
увеличенная опасность замерзания воды в проложенных в неотапливаемых помещениях трубах.

Преимущества отопления гравитационной схемы

Схема возникновения циркуляционного напора.

Вместе с тем данная схема имеет преимущества, которые определяют их выбор в отдельных случаях:

относительная простота эксплуатации устройства;
независимость от снабжения электроэнергией;
отсутствие циркуляционных насосов, шума и вибрации;
сравнительная долговечность (действуют без капитального ремонта при правильной эксплуатации 35-40 лет и более);
увеличенная тепловая надежность ввиду действия количественного саморегулирования.

Следует остановиться на количественном саморегулировании. В гравитационной системе создают своеобразный механизм регулирования: при проведении качественного регулирования, то есть при контроле температуры, происходит самопроизвольно количественное регулирование — меняется расход воды. В действительности, если менять температуру греющей воды в зависимости от температуры наружного воздуха, из-за другого распределения плотности меняется естественное циркуляционное давление и, соответственно, объем циркулирующей жидкости.

Одновременная смена температуры и объема жидкости обеспечивает нужную теплопередачу отопительных приборов.

Усиление или ослабление циркуляции жидкости в двухтрубной системе в циркуляционном кольце всех отопительных приборов изменяет теплопередачу в помещение, которая, изменяясь, во взаимодействии с теплопотерями помещения сама влияет на расход жидкости, изменяя циркуляционное давление и температуру обратной воды. В итоге сохраняется соответствие между теплопередачей прибора и теплопотерями помещения, то есть обеспечивается надежность тепловых характеристик каждого отдельного прибора и, соответственно, всей отопительной системы.

Схема разводящего трубопровода горячей и холодной воды.

Таким образом, естественное циркуляционное давление, вызывающее в насосной двухтрубной системе отопления тепловое вертикальное разрегулирование, поддерживает тепловую надежность двухтрубной гравитационной системы.

В однотрубной вертикальной системе есть количественное аналогичное саморегулирование, но в циркуляционных кольцах не конкретного прибора, а целых стояков с их соединенными последовательно приборами. Ослабление или усиление циркуляции жидкости происходит при этом более интенсивно, чем требует того график оптимального режима. В итоге в теплый период отопительного сезона можно наблюдать отклонение от нужной теплоподачи у некоторых приборов: при движении сверху вниз в стояке сильно уменьшенного объема жидкости нижние приборы не догревают помещения. Это явление с увеличением числа этажей здания усугубляется.

Таким образом, циркуляционное естественное давление, которое способствует тепловой надежности вертикальной насосной однотрубной системы отопления, вызывает тепловое вертикальное разрегулирование однотрубной гравитационной системы.

Схема монтажа отопления в доме.

При естественной циркуляции жидкости преимущество необходимо отдавать двухтрубным системам отопления. Вертикальная однотрубная система дает возможность увеличивать циркуляционное естественное давление и скорость перемещения жидкости в сравнении с двухтрубной, а также расположить конкретные отопительные приборы ниже, чем теплообменник.

Схемы гравитационных систем похожи на схемы насосных систем отопления. Понимая зависимость циркуляционного естественного давления от расстояния по вертикали между центрами нагревания и охлаждения и закономерности перемещения воздушных скоплений в трубах по горизонтали, можно установить, необходимо ли применять верхнюю разводку в гравитационной схеме подающей магистрали. Расширительный бак при этом присоединяют непосредственно к основному стояку, делается уклон подающей магистрали в сторону движения жидкости, используется бак для удаления воздуха. В отопительных приборах получается самая рациональная схема движения жидкости для двухтрубной схемы — сверху вниз.

Гравитационная система: схема работы

Теперь о принципиальной схеме гравитационной системы отопления с верхней разводкой подающей магистрали. Гравитационная схема с разводкой снизу обеих магистралей может быть однотрубной и двухтрубной. Но при этом уменьшается компрессионное давление, что за собой влечет увеличение диаметра труб, усложняются удаление и сбор воздушных скоплений. Присоединяют расширительный бак к магистрали снизу схемы, и им можно пользоваться для удаления воздуха лишь при укладке специальных воздушных труб.

Схема опрокинутой циркуляции жидкости в таком случае не используется, ведь в ней иногда появляется обратное движение жидкости в стояках.

В гравитационной двухтрубной системе отопления для создания циркуляционного достаточного давления стремятся увеличить расстояние по вертикали между центром нагревания в теплообменнике и центром охлаждения в отопительных нижних приборах с тем, чтобы его довести хотя бы до 3 м. Если это осуществимо в частном особняке, то при обогреве одноэтажной квартиры или дома или железнодорожных вагонов котел (теплообменник) располагается вынужденно на одном уровне со средствами отопления.

Система отопления квартир используется уже около ста лет. За это время совершенствовались и изменялись котлы и их трубы, топливо и отопительные средства, применялись различные схемы, однако принцип конструкции и действия остался тем же: для создания стабильной циркуляции жидкости одна из магистралей прокладывается под потолком помещения, которое отапливается. Тогда нужное циркуляционное давление появляется за счет охлаждения в трубах жидкости. Что касается охлаждения воды в приборах отопления, центр охлаждения в них может быть не только не выше нагревательного центра, но даже ниже его, а это препятствует природной циркуляции воды.

Наиболее распространенной является двухтрубная схема. При ней подающая магистраль размещена под потолком отапливаемого помещения, обратную прокладывают у пола либо в подпольном канале.

Виды отопления: технический прорыв

Существует двухтрубная схема, когда и подающую, и обратную магистраль помещают под потолком помещения, однако при этом нужно для обеспечения водной циркуляции опускать данную магистраль петлями вниз каждого отопительного средства, вследствие этого усложняется спуск жидкости из системы и увеличивается протяженность труб.

Также существует горизонтальная однотрубная схема соединения отопительных средств, однако и здесь одна магистраль прокладывается поверху.

Для котла, который будет греть воду, центром нагревания принимается зона самого интенсивного нагревания жидкости, которая находится на 250 мм выше уровня колосниковой решетки.

Для расчета циркуляционного естественного давления нужно знать плотность и температуру в жидкости в разных точках системы. Поэтому при проектировании вагонной и квартирной систем отопления нужны расчет теплопередачи труб и выявление степени охлаждения в трубах жидкости. Эта расчетная особенность распространяется в необходимых случаях и на гравитационные системы отопления длинных зданий.

Наименьшее водяное охлаждение и наименьшее природное циркуляционное давление образуются в циркуляционном кольце через ближний к теплообменнику прибор (к примеру, в кольце) из-за малой протяженности труб. Вот почему через этот прибор проходит меньшее количество жидкости, чем через удаленные от теплообменника приборы.

При подсчете площади нагреваемой поверхности каждого прибора вагонной и квартирной систем отопления учитывают уже известные теплопередачу труб, которые проложены в помещении, и температуру жидкости на входе в прибор и выходе. В этом и заключается особенность расчета приборов данной системы отопления.

Систему отопления железнодорожного вагона дополняет электрический насос для возможного усиления циркуляции воды. В отопительных квартирных системах использование циркуляционных насосов вызывает конструктивные изменения. Квартирная насосная система отопления делается однотрубной горизонтальной или двухтрубной с прокладкой магистралей снизу.