Рассмотрим, как сделать самотечное отопление, чтобы работало исправно и надежно. В самотечном отоплении вода движется под воздействием силы тяжести, за счет разницы масс нагретой и холодной воды.
- Остывающая вода становится более плотной, более тяжелой и поэтому устремляется по трубам вниз.
- Нагревающаяся вода уменьшает плотность, становится легче в том же объеме, поэтому движется по системе вверх.
Таким образом, от котла вода поднимается вверх по восстающему трубопроводу, затем, остывая в трубах и радиаторах, опускается вниз по обратке к котлу. Получается циркуляция теплоносителя (воды) в системе за счет разности плотностей нагретой и остывшей частей.
Высота точек нагрева и остывания
Вода будет двигаться, если место, где она нагревается находится ниже, или на одном уровне, по сравнению с уровнем системы остывания. В таком случае, при нагревании и расширении, воде есть куда перемещаться, – вверх. Также и для воды, которая остывает, имеется место, куда двигаться – вниз к точке нагрева.
Обратная ситуация – если точка нагревания вверху, а остывания внизу. Тогда нагретой воде некуда идти, она и так вверху, остается закипать… Остывшей воде также некуда двигаться, она и так находится внизу… Циркуляция в такой системе замедляется или останавливается вовсе.
Воплощение принципа разности высот на практике
В самотечной системе отопления желательно, чтобы топка котла была ниже, чем средняя линия радиаторов. Или должна быть с ними на одном уровне, но не выше.
В обычном доме котел располагается на полу, а радиаторы — под окнами. В результате топка и радиаторы находятся примерно на одном уровне. Но точка остывания обычно все равно чуть приподнята за счет прокладывания подающего трубопровода (или его части) под потолком. Там же чаще размещается и расширительный бак. От него идет понижающейся трубопровод подачи вдоль дома. Все эти трубы на высоте отдают достаточно много тепла, вода в них остывает, стремится вниз, циркуляция становится устойчивей.
Какая сила движет воду
Масса литра воды при 90 град – 965 грамм, а при 40 град – 992 грамма. Таким образом, каждый литр воды могут толкать 10 – 20 грамм силы, а в 100-литровой системе создается движущая сила до 2 килограмм, чего достаточно для преодоления сопротивления короткого трубопровода большого диаметра.
Причем, чем выше температура воды, тем больше движущая сила, — разница масс между 90 и 80 град почти в 2 раза больше, чем разница масс между 40 и 30 град. Поэтому некоторые неудачные самотечные системы начинают работать только когда на выходе из котла более 70 град. Правильно сделанные должны работать при разогреве подачи уже до 40 град. Но, чтобы это происходило, должны соблюдаться все требования по созданию самотечной системы.
Котлы и радиаторы для самотечной схемы
Желательно применять котлы, предназначенные для самотечного отопления. Их отличает то, что патрубок подачи направлен вверх, а его диаметр не менее 50 мм. Насосные же имеют обычно выход подачи вбок и диаметр 32 мм или даже 1 дюйм. Радиаторы применяются с большим внутренним сечением, обычно это чугунные.
Расширительные баки
Расширительный бак может быть как открытый, так и закрытый – мембранный. Установленный как на стояке подачи, так и на обратке. Система будет работать в любом случае.
Но открытый расширительный бак над стояком подачи, также выполняет функции главного воздухоотводчика. Если бака там не будет, то нужно ставить над стояком сепаратор…
- Наличие воздуха в самотечной системе прекращает ее работу. Выдавливать воздух по трубам гравитационные силы не могут.
Поэтому важнейшим условием работы самотечной системы является находящийся в верхней точке труб воздухоотводчик – открытый расширительный бак, а также уклоны труб, желательно не менее 0,05, для движения воздуха из любой точки системы к воздухоотводчику.
Какой трубопровод применить – диаметр
Силы, движущие воду по системе, незначительны. Вода в любом случае движется достаточно медленно, по сравнению с насосной системой. Чтобы забрать всю энергию от котла, должно двигаться достаточно большое количество воды. Увеличить его можно только увеличив диаметр трубы, так как на скорость повлиять без насоса проблематично.
- Применение труб большого диаметра – критически важное условие для самотечного отопления. Также сопротивление системы зависит от диаметра.
Если на котле патрубок подачи диаметром 50 мм (типично для котлов 15 – 20 кВт и более..), то и трубу нужно применять не меньше 50 мм. Тогда система работает устойчиво. Но магистральный трубопровод должен быть одинакового большого диаметра на всем протяжении. Если он раздваивается, то можно соответственно уменьшить диаметр отходящих труб, руководствуясь площадью поперечного сечения, — с 40 мм перейти на 32, например. Ошибочно делать от котла стояк диаметром 50 мм до расширительного бака, а далее — одну трубу диаметром уже 32 мм…
Уклоны труб
Для обеспечения самотечного движения почти не имеет значения, будет ли трубопровод иметь наклон по ходу движения жидкости, или он будет горизонтальным. Допускаются небольшие участки и с обратным уклоном, для обхода препятствий, например.
- По горизонтальным участкам труб вода будет двигаться также устойчиво, как и по наклонным, за счет разности масс нагреваемой и остывающей воды.
Но уклоны труб нужны в первую очередь для удаления воздуха из системы на расширительный бак (сепаратор). Воздух по наклонным трубам поднимается в верхнюю точку системы. Если воздух не будет выходить из системы, — она не работает.
Насколько большой дом может обогреваться самотеком
Воду движет только сила тяжести, поэтому возникающий напор незначителен. Его уверенно хватает для преодоления сопротивления трубопроводов, проложенных в домах площадью до 100 –150 м кв., и только при соблюдении всех главных условий:
- Отсутствие завоздушивания, соблюдение уклонов труб, размещение расширительного бака в верхней точке труб над стояком подачи.
- Применение труб большого диаметра для переноса всей энергии от котла, – рекомендуется 50 мм, минимум 32 мм, а также радиаторов и котла для самотечного отопления.
- Соблюдение принципа уровня точек нагрева и остывания – котел не выше радиаторов, а лучше – ниже.
