Принципи роботи системи опалення із природною циркуляцією

Система опалення з природною циркуляцією на сьогоднішній день вважається найпростішою та найпопулярнішою серед власників квартир та одноповерхових приватних будинків. Очевидною перевагою є тривалий термін служби: при правильній експлуатації довговічність сягає 40 років без необхідності ремонту. Крім того, є можливість встановити її своїми руками, вдавшись до вже існуючих схем.

Яке паливо зручніше?

Якщо як паливо використовується газ, то опалення з природною циркуляцією засноване на принципі відбору повітря з приміщення у відкритий пальник і відведення продукту згоряння у вентиляційні ходи. У цьому випадку для котла знадобиться приміщення від 4м2 з гарною вентиляцією (вікнами та дверима).

Тому така схема не надто зручна. Набагато частіше застосовується закрита чи відкрита система водяного опалення із природною циркуляцією, яку можна провести своїми руками.

У багатоповерхових будинках часто використовується однотрубна система. В основному використовується схема з замикаючими ділянками, коли зі стояка частина води йде вгору, частина - вниз, завдяки ділянці, що замикає, що забезпечує баланс температур між нижніми і верхніми поверхами. Система працює завдяки різниці в діаметрі труб підключення та труби замикаючої ділянки (на розмір менше). Двотрубна система в порівнянні з однотрубною – менш компактна та зручна в монтажі.

Недоліки

По-перше, скорочений радіус: він становить не більше ніж 30 м щодо горизонталі. Недолік спричинений такими факторами, як низький тиск циркуляційного типу та повільний старт. Останній обумовлений високою тепловою ємністю рідини та наведеними силами тиску. Другий недолік - можливість замерзання води в розширювальному бачку.
Системи опалення з природною циркуляцією не підходять для площ більше 100 м2: не весь простір прогріватиметься належним чином. Тому найчастіше вона використовується для невеликого одноповерхового будинку, дачі.

Схема дії

До складу системи водяного опалення входить котел (водонагрівач), трубопроводи зворотного та подавального типу, а також нагрівальне обладнання та захисний клапан. Рідина прогрівається до потрібної температури в котлі і піднімається в трубопровід і стояки, що подає, завдяки розширенню.

Звідти вона переходить у нагрівальне обладнання – батареї та радіатори, яким віддає частину тепла. Потім зворотний трубопровід направляє воду в казан, де вона знову прогрівається до заданої температури. Цикл повторюється, доки система перебуває у робочому стані.

Важливо пам'ятати, що горизонтальні труби монтують із ухилом по відношенню до руху робочого середовища.

Захисні механізми

Ухил труб дозволяє відводити із системи повітря у бік розширювального бачка: потрапляє в атмосферу, не затримуючись у трубах та не заважаючи руху води.

Важливою є робота захисних механізмів. Так, зворотний гравітаційний клапан дозволяє уникнути циркуляції потоку води в неправильному напрямку, що необхідно двотрубним і однотрубним системам з верхньою розведенням при декількох контурах.

Використання бака

Виконує низку важливих функцій. По-перше, створює постійний тиск, необхідне нормальної роботи всієї системи. По-друге, приймає він обсяг води, що збільшується після нагрівання. По-третє, повертає охолоджену рідину в трубопровід.

Процеси у трубопроводах

Процеси в трубах у природній циркуляції пов'язані з рухом води. Так, підйом рідини відбувається за допомогою розширення через нагрівання та гравітаційного тиску. Гравітаційний тиск потрібний для подолання водою тертя про трубопровід, яке заважає її руху. Циркулювати вода починає завдяки різній щільності холодної та гарячої води: вона рухається вгору по падаючому і вниз по зворотному стояку.

Величина гравітаційного тиску безпосередньо залежить від опорів, що виникають. Чим більше їх з'являється на шляху теплоносія, тим вище має бути показник. Також необхідно вжити заходів, щоб звести опір до мінімуму. Так, тертя можна знизити шляхом застосування труб із великим діаметром.

Із законів фізики

Припустимо, в радіаторах і котлі температура рідини змінюється стрибками центральними осями: верхні частини містять гарячу рідину, а в нижніх знаходиться холодна.

Гаряча вода відрізняється меншою щільністю, що знижує її вагу порівняно з холодною. В результаті система опалення являє собою дві сполучені судини замкнутих між собою, в яких зверху вниз переміщається рідина.

Високий стовп, утворений водою, що охолодилася, з великою вагою, по досягненню радіаторів виштовхує стовп низький. В результаті гаряча рідина підштовхується та виникає циркуляція.

Показники напору

Для створення циркуляційного напору центри радіаторів ставляться вище за центральну частину котла. Саме ця висота вважається основним чинником тиску циркуляції. Ухил труб та «обратки» теж впливають на цей процес: завдяки їм вода краще долає опори місцевого типу.

Збільшення температур

Інший фактор полягає в різниці між щільністю холодної та гарячої води. Зазначимо наступний факт - опалення з природною циркуляцією відноситься до типу, що саморегулюється. Таким чином, якщо збільшити температуру нагріву води, то змінюється її витрата і стає вищим циркуляційний напір.

Сильний прогрів рідини значною мірою сприяє більш швидкій циркуляції. Але так відбувається тільки в холодному приміщенні: коли температура повітря в них досягне певної позначки, батареї будуть остигати набагато повільніше.

Щільність, як прогрітої в котлі, так і води, що вже потрапила в радіатори, практично зрівняється. Натиск знизиться, швидке звернення води зміниться розміреною циркуляцією усередині системи.

Як тільки температура приміщень приватного будинку знову опуститься до певного рівня, це стане сигналом для збільшення напору. Система спробує вирівняти температурні умови. Для цього доведеться заново запустити процес швидкої циркуляції. Звідси й походить здатність до самостійної регуляції.

Коротко правило наступне – одномоментна зміна температури та об'єму води дозволяє отримати потрібну теплову віддачу від батарей для опалення приміщень.

Як наслідок, підтримуються комфортні температурні умови.

Куди ставити казан?

У приватному будинку, в приміщенні одноповерхового будинку, опалювальні котли найкраще монтувати нижче рівня приладів для прогріву приміщень. У квартирах ситуація дещо інакше. Тут казани часто ставляться на одному рівні з радіаторами, що не зовсім ефективно. Тому монтаж краще зробити як би в яму, тобто поставити обладнання на плити, що перекривають.

Для цього навколо котла зазвичай випилюється підлога. «Яму» слід робити, дотримуючись правил протипожежної безпеки. Вони припускають розрівнювання основи тонкою стяжкою та укладання листів, виготовлених із заліза та азбесту. Котел у «ямі» наганяє найкращий циркуляційний натиск.

Вибір труб

Перетин труб є одним із вирішальних факторів для циркуляції: діаметр труб не повинен бути максимально великим, але й не повинен заважати перебігу води. Як правило, для обігріву приватного будинку потрібно 100 Вт/м2. Тоді опалення 25 м2 потрібно 2500 Вт, тобто. 2,5 квт. Певному діаметру труби відповідає своє теплове навантаження. Три основні категорії:

• діаметр ½ дюйма – тепловий еквівалент 5,5 кВт;
• діаметр ¾ дюйма – тепловий еквівалент 14,6 кВт;
• діаметр 1 дюйм – тепловий еквівалент 29,3 квт.

В даному випадку для обігріву одноповерхового будинку в 25 м2 потрібно використовувати найменші труби діаметром 1/2 дюйма. Матеріали, з яких виготовляють труби, можуть бути різними: якісна сталь, також популярні труби з поліпропілену.