Опалення з природною циркуляцією особливості та принцип дії

Однією з найпростіших є система опалення з природною циркуляцією. Однак ця простота при відсутності належного досвіду робіт з такими системами може «вилізти боком» в процесі експлуатації.

Опалення з природною циркуляцією було широко поширене ще десяток років тому в заміських невеликих будинках і деяких квартирах з індивідуальним опаленням. Зараз же ринок «завойовують» системи з примусовою циркуляцією теплоносія, завдяки можливостям, які вони надають.

Але поговоримо все ж про водяне опалення з природною циркуляцією.

Конструкційні особливості системи

Приклад схеми системи опалення квартири з природною циркуляцією

Системи опалення з природною циркуляцією включають в свій склад:

• опалювальний котел, що нагріває воду;
• подаючий трубопровід, «поставляє» гарячу воду до опалювальних приладів (радіаторів);
• зворотний трубопровід, по якому вода повертається в котел;
• нагрівальні прилади - радіатори, віддають тепло в навколишнє середовище;
• розширювальний бачок, призначений для компенсації температурного розширення рідини.

Принцип дії системи

Вода, нагріваючись в казані, піднімається вгору по центральному стояку і по подаючому трубопроводі надходить в радіатори опалення (нагрівальні прилади), де віддає частину свого тепла. Далі вже охолоджена вода по зворотному трубопроводу знову надходить в котел і знову нагрівається. Потім цикл повторюється, забезпечуючи комфортну температуру в опалювальному приміщенні.

Для забезпечення природної циркуляції теплоносія (зазвичай води) в системі горизонтальні частини трубопроводу монтуються з ухилом не менше 1 см на погонний метр довжини горизонтальної ділянки системи опалення.

Гаряча вода, внаслідок зменшення своєї щільності при нагріванні, піднімається по центральному стояку вгору, видавлюється холодною водою, що повертається в котел. Далі самопливом розтікається по подаючому трубопроводі до радіаторів опалення. Після «перебування» в них вода також самопливом стікає назад в котел, знову видавлюючи вгору вже нагріту в котлі воду.

Повітря, що потрапив з теплоносієм в систему, може створити повітряну пробку в радіаторах опалення, але, найчастіше, в таких системах опалення з природною циркуляцією бульбашки повітря завдяки ухилам трубопроводу «подорожують» вгору і виходять в розширювальний бачок відкритого типу (бак, який контактує з атмосферним повітрям ).

Розширювальний бачок призначений для підтримки постійного тиску в системі опалення, завдяки тому, що він заповнюється збільшенням при нагріванні об`ємом теплоносія, який потім «віддає» назад в систему при зниженні температури рідини.

Робимо висновки!

Отже! Підйом води в системі (стояку до трубі, що подає) здійснюється завдяки різниці між густиною нагрітої та охолодженої рідини. Рух же (циркуляція) підтримується ще й завдяки гравітаційному тиску (зворотна труба).

При русі теплоносія по трубопроводу в системі опалення з природною циркуляцією на рідину діють сили опору:

• тертя рідини об стінки труб (для зниження використовуються труби великого діаметра);
• зміна напрямку руху рідиною на поворотах, відгалуженнях, каналах опалювальних приладів (радіаторів).

Основні фізичні параметри системи опалення з природною циркуляцією

Циркуляційний напір Рц - фізична величина, яка визначається різницею висот центрів котла і самого нижнього опалювального приладу (радіатора).

гравітаційна схема

Чим більше різниця висот (h) і різниця щільності нагрітої (ρг) і охолодженої (ρо) рідин в системі, тим більш якісна і стабільна буде циркуляція теплоносія.

Рц = h (ρо-ρг) = м (кг / м3-кг / м3) = кг / м2 = мм.вод.ст.

«Пошукаємо» причину появи циркуляційного напору в системі опалення з природною циркуляцією в «нетрях» законів фізики.

Якщо допустити, що температура теплоносія в системі опалення «робить стрибок» між центрами приладів (котла і радіаторів), тобто верхня частина системи містить більш гарячу воду, ніж нижня частина системи.

Щільність (ρг) (ρг).

Відсікаємо (подумки) верхню частину на схемі контуру і ... Що ми бачимо? Знайому картину зі школи - дві сполучені посудини, що знаходяться на різному рівні. А це призведе до того, що рідина з більш високою точки по дією гравітаційної сили буде перетікати в нижчу.

Внаслідок того, що опалювальна система являє собою замкнутий контур, то вода не вихлюпується, а просто прагнути вирівняти свій рівень, що призводить до виштовхування нагрітої води вгору і до подальшого її «самостійного гравітаційного» шляху по системі опалення.

Висновок такий! Основоположним показником циркуляційного напору є різниця висот установки котла і останнього (нижнього) в системі радіатора. Тому в системах опалення приватних будинків котли по можливості розташовують в підвалах, дотримуючись граничну висоту в 3 м.

У квартирних варіантах котли намагаються «поглибити» до плити перекриття, відповідно «пожарообезопасів» «гніздо» посадки котла в підлогу.

Відповідно до формули, наведеної вище, на циркуляційний напір істотною вплив надає і різниця щільності холодної та гарячої води в системі.

Система опалення з природною циркуляцією є саморегулівної системою, тобто, наприклад, при підвищенні температури нагріву теплоносія природним чином (див. Формулу) збільшується циркуляційний напір і, відповідно, витрата води.

При низькій температурі в опалювальному приміщенні різниця щільності води велика і циркуляційний напір досить великий. При прогріванні приміщення теплоносій вже не так остигає в радіаторах, і різниця щільності нагрітого і охолодженого теплоносія зменшується. Відповідно зменшується і циркуляційний напір, зменшуючи «витрата» води.

Остудився повітря в приміщенні? Наприклад, хтось відкрив двері на вулицю. Різниця щільності знову зросла, збільшивши натиск води.

Недоліки і переваги систем опалення з природною циркуляцією

До недоліків водяних систем опалення з природною циркуляцією можна віднести:

• Невелике циркуляційний тиск, яке визначає обмежене використання таких систем опалення - невеликий горизонтальний радіус дії (до 30 м).
• Велика інертність системи опалення, обумовлена ​​великим обсягом теплоносія в системі і низьким циркуляційним тиском.
• Імовірність замерзання води в розширювальному баку відкритого типу, який, зазвичай знаходиться в холодному (неопалюваному) горищному приміщенні.

Основною перевагою таких систем є енергонезалежність котлів на твердому паливі. Тобто такі системи можна використовувати в будинках, де відсутнє електропостачання. Велика інертність системи через досить великого обсягу теплоносія в системі може грати як позитивну (щось на кшталт теплового акумулятора при «недіючому» котлі), так і негативну роль - чимало часу зміни температури системи, особливо на стадії запуску.

Види схем опалення з природною циркуляцією

Однотрубна горизонтальна система водяного опалення з природною циркуляцією

Двотрубна горизонтальна система водяного опалення з природною циркуляцією

Двотрубна система водяного опалення з природною циркуляцією з верхньою розводкою

Яку систему опалення з природною циркуляцією теплоносія Ви виберете? Сподіваємося правильну!

Якщо такі Варіанти Вам не підходять, рекомендуємо звернути увагу на різноманіття існуючих варіантів застосування систем опалення з примусовою (штучної) циркуляцією.

Відео: циркуляція теплоносія в системі опалення