Как вода циркулирует в системе отопления – Схема циркуляции воды в загородном доме: естественная и принудительная, а также основы циркуляции ГВС | Блог о строительстве и ремонте

Система отопления с естественной циркуляцией: особенности, принцип работы

Содержание статьи:

В небольших частных домах и квартирах ценится обогрев, независимый от электричества. Для маленьких городов и сел типична ситуация, когда по разным причинам подстанция выходит из строя, повреждена проводка и прочее. Система отопления с естественной циркуляцией не включает ни одного модуля, который работал бы от электросети.

Особенности системы отопления с естественной циркуляцией

При естественной циркуляции теплоносителя важно соблюдать уклон труб отопительной системы

Любая отопительная схема включает несколько обязательных элементов:

• Котел, нагревающий воду – газовый, дровяной, торфяной. Обязательное условие – пьезорозжиг, иначе запустить аппарат без электричества будет невозможно.
• Подающий трубопровод поставляет нагретую воду радиаторам. Размещают трубы с некоторым уклоном – 0,5–1 см на 1 м, чтобы вода могла двигаться самотеком. «Горячие» водоводы размещают с уклоном по направлению к радиаторам.
• Обогревательные приборы – батареи любого типа. Через них происходит основная передача тепла.
• Обратный трубопровод – по нем остывший теплоноситель возвращается в котел. «Холодные» трубы монтируют с уклоном в 0,5–1 см на 1 м по направлению к котлу.
• Расширительный бачок – размещается в самой верхней точке системы. Когда вода нагревается, она увеличивается в объеме. Бачок компенсирует этот избыток.

Чтобы при нагревании не создавалось избыточное давление, в системе ставится расширительный бак

Функционирует система так: вода нагревается в котле, расширяется, плотность ее уменьшается, и жидкость поднимается по центральному стояку. Расширительный бачок заполняется, чтобы выровнять давление между холодной и горячей водой. Затем сверху вода спускается по подающему трубопроводу к каждой батарее, где охлаждается, отдавая тепло воздуху и поверхностям. Остывшая жидкость по обратным трубам перемещается к котлу. Поскольку плотность остывшей воды ниже, вернувшись в котел, она выдавливает менее плотную нагретую жидкость, заставляя ее подниматься.

Помимо функции компенсации давления, расширительный бачок выполняет и другую роль. Вместе с водой в трубы попадает воздух. При его накоплении возникает воздушная пробка, которая не позволяет теплоносителю перемещаться по трубам. Однако в конвективных системах пузырьки воздуха из-за расположения трубопровода под уклоном поднимаются в расширительный бачок. Так как это устройство открытое и контактирует с воздухом, пузырьки покидают систему.

Конструкция проста, но требует очень точных расчетов. Вода, двигаясь по трубе, создает трение, замедляется и отдает тепло быстрее. При изменении направления – повороты, ответвления, каналы в батареях – трение усиливается. Если не учесть водяное сопротивление в расчетах, система работать не будет.

Конвективное отопление отлично действует на небольших площадях. Таким образом можно обгореть одно- или двухэтажный частный дом или квартиру. Для 9-этажного здания такой вариант не годится.

Преимущества и недостатки системы

Можно встроить циркуляционный насос, чтобы теплоноситель двигался быстрее

Естественная циркуляция обеспечивает систему отопления следующими преимуществами:

• Главное достоинство – независимость от электричества. Конвективное отопление работает в любых условиях.
• При грамотном монтаже и уходе самотечный вариант функционирует дольше 30 лет.
• Монтаж очень прост, профилактический осмотр и ремонт тоже не вызывают затруднений.
• Высокая тепловая инерция – здесь циркулирует большой объем воды. Она медленнее остывает и дольше отдает тепло.
  
• Водяное конвективное отопление бесшумно: нет электрических насосов, создающих шум.
• Расход энергии минимальный. Однако это актуально, если трубы и здание хорошо утеплены.
• Минимальная стоимость самой системы и монтажа.

Встроить в циркуляционную схему насос не составляет труда. Сделать это можно во время монтажа или позднее. Когда есть электричество, отопление работает в режиме принудительной циркуляции, а при его отсутствии автоматически переходит в режим естественного перемещения воды.

Теплый пол способен прогреваться только с принудительной циркуляцией

У самотечного варианта есть существенные недостатки, что заметно ограничивает применение:

• Обслуживает система лишь небольшие одноэтажные или двухэтажные коттеджи.
• Чтобы снизить гидравлическое сопротивление, используют трубы с максимально большим допустимым диаметром. Это затрудняет монтаж, также стоимость водоводов с большим диаметром больше.
• Рекомендуется использовать только стальные трубы. Допускается применять полипропиленовые. Остальные неметаллические модели запрещены.
• Регулировать температуру в каждом помещении вручную или автоматически невозможно.
• В схему нельзя включать бойлеры косвенного нагрева, что увеличивает расходы на получение горячей воды.
• Невозможно обустроить теплый пол.

На работу конвективного отопления значительно влияют сужения. Нельзя использовать металлопластиковые трубы, поскольку они соединяются фитингами, диаметр которых меньше.

Виды систем отопления

Однотрубная система с естественной циркуляцией подходит для небольших помещений

Обогревательная схема может включать 1 или несколько контуров разной длины, с разными радиаторами. Однако любой вариант, является модификацией только двух моделей – однотрубной или двухтрубной.

Однотрубные

Устройство максимально простое. Одна и та же труба по очереди подводит теплоноситель к каждому радиатору и возвращается в котел. Самый дешевый вариант и самый беспроблемный – обогрев только трубами, без радиаторов. Если же батареи включены в схему, труб и запорной арматуры должно быть минимум.

Вода, последовательно двигаясь к последнему радиатору, все больше остывает. Эту особенность учитывают при расчете числа секций.

Различают 2 схемы однотрубного варианта:

• С верхним подключением – вода попадает в батарею сверху через верхний патрубок, выходит через нижний. КПД системы максимально для водяного отопления.
• С нижним подключением – теплоноситель поступает в радиатор снизу и выходит тоже через нижний патрубок. Путь прохождения воды увеличивается, поэтому теплоотдача системы заметно ниже. Здесь нельзя ставить радиаторы с большим числом секций. Однако несмотря на меньшую эффективность, такую схему предпочитает монтировать в квартирах, так как она более эстетична.

Классический вариант можно модернизировать, установив байпас – ответвления с трехходовым краном и ответвлениями с кранами. С их помощью можно регулировать подачу воды к разному радиатору и отключать при надобности.

Двухтрубные системы

Двухтрубная система с естественной циркуляцией более качественно прогревает помещение

Вариант с обратной трубой носит название двухтрубный. Горячая вода подается к радиатору под одной трубе, а остывшая, от каждого обогревательного прибора отводится по обратной трубе. Система куда эффективнее: каждый радиатор получает практически одинаковое количество тепла. Степень нагрева можно регулировать на каждой батарее, при необходимости исключить ее из обогревательного контура. Большой плюс – более простой расчет параметров трубопровода и батарей.

Выполняют как верхнее, так и нижнее подключение:

• В первом случае трубы расположены выше радиаторов.
• Во втором подающая труба размещается ниже батареи. Такой вариант эстетичнее, однако перепад давления получается слишком низкий, поэтому используется схема очень редко.

При расчетах учитывают направление отвода воды. Если оно совпадает с направлением горячей жидкости, попутная схема, длина циклов равная. При этом радиаторы нагреваются одинаково. Если используется тупиковая, холодная и горячая вода двигаются в разных направлениях, быстрее нагреваются те батареи, у которых цикл круговорота оказывается меньше.

Как появляется циркуляционный напор

Для создания большей разницы между давлением горячей и холодной воды делается разгонный коллектор

Перемещение воды в конвективном отоплении обеспечивает только разница в плотности горячей и холодной воды. При нагреве плотность теплоносителя снижается и он поднимается; при охлаждении – увеличивается, и он вытесняет более теплую жидкость. Чем больше разница в гидростатическом давлении столба холодной и горячей воды, тем выше циркуляционный напор, тем лучше работает отопление.

Основная задача при организации системы – добиться максимального перепада давления.

• Обязательный элемент схемы – коллектор разгона или главный стояк. Это вертикальная труба, которая поднимается от теплообменника до верхней точки системы. Здесь монтируют расширительный бак – открытый или закрытый мембранный с воздушным клапаном для отвода воздуха.
• Главный стояк должен иметь максимальную температуру, поэтому коллектор утепляют. Высота его не более 10 м. В идеале стояк не соприкасается с обратными трубами.
• Чтобы создать достаточный перепад давления, нужно создать большой столб холодной жидкости. Добиваются этого, устанавливая котел в самой нижней точке системы. В частном доме аппарат размещают в подвале, в квартире – в углублении. Чем выше уровень батарей над уровнем котла, тем большее давление образует холодная вода и тем активнее вытесняет горячую.

Чтобы улучшить циркуляционный напор, подбирают батареи с максимально большой рабочей поверхностью. Чем лучше теплоноситель отдает тепло и чем более холодная вода поступает в котел, тем лучше работает отопление.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Главные параметры обогрева с естественной циркуляцией – циркуляционный напор и гидростатическое сопротивление. Первый показатель рассчитывают так:

P=h(p0-p1)=м(кг/куб.м.-кг/куб.м.)=кг/кв.м=мм.рт.ст, где:

• P – давление в системе;
• h – разница высот между центром самой нижней батареи и центром котла;
• p0 – плотность нагретой жидкости;
• p1– плотность холодной воды.

Чем больше разница в высоте, тем выше перепад давления. Однако показатель имеет ограничение – не более 3 м.

Для снижения сопротивления потока на трубах подачи не устанавливают запорную арматуру

Рассчитать значение второго фактора – гидравлического сопротивления – практически невозможно. Описывающая его модель крайне сложна и включает множество переменных. Здесь ограничиваются приблизительными вычислениями.

Чтобы улучшить КПД системы, соблюдают рекомендации:

• Подбирают трубы с максимально большим диаметром. При этом несколько уменьшается скорость потока, но сопротивление падает сильнее.
• Устанавливают как можно меньше запорной арматуры. Следят за тем, чтобы схема включала минимум поворотов и сужений.
• При нижнем подключении радиаторы обязательно снабжают кранами Маевского, чтобы стравливать лишний воздух.
• Для коллектора используют металлическую трубу, так как важно добиться максимального нагрева для создания перепада давления. Трубы, обслуживающие батареи, могут быть из полипропилена.

Грамотная теплоизоляция улучшает работу отопления. Изолируют коллектор разгона, подводящие и обратные трубы, если они проходят через неотапливаемые помещения.

Циркуляция жидкости в системе отопления

Автор Михаил На чтение 7 мин. Опубликовано 25.11.2014

Каждое помещение независимо от его целевого предназначения, нуждается в отоплении. Если раньше основным способом отопления домов было принято считать каминный или печной метод, то сейчас он стал наименее эффективным и востребованным: носитель не способен предоставить достаточное количество тепла из-за увеличения отапливаемых объектов. Одним из наиболее прогрессивных вариантов отопления принято считать водяное отопление. В стандартную систему водяного отопления входит котел, соединенный с радиатором посредством магистралей. В качестве теплоносителя применяется вода.

Циркуляция жидкости в системе отопления

Стандартный принцип работы системы заключается в следующем: теплоноситель, в данном случае вода, поступает через трубопровод в радиаторы и отдает помещению тепло; после этого вода возвращается к котлу для нагрева повторно. Системы водяного отопления разделяют на системы с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией.

Отопительные системы с естественной циркуляцией

Система отопления с естественной циркуляцией получила широкое распространение еще в довоенный период времени за счет своей эффективности, простоты и надежности. Наиболее часто такой тип отопительной системы используется на дачах, а также в загородных домах из-за частых перебоев с электроснабжением на таких объектах. Такие системы условно разделяют на два типа – с нижней и с верхней подачей воды. Для определения с выбором типа отопительной системы необходимо рассмотреть их отличия, характеристики и сферу применения.

Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Отопительные системы с естественной циркуляцией

Отопительные системы с верхней подачей воды

Теплоноситель – в данном случае вода – подлежит нагреву и подаче в верхнюю часть отопительной системы посредством трубопровода. Труба, применяемая для подачи воды должна обладать большим диаметром по сравнению с трубами, которые отвечают за подачу воды к радиатору. Это необходимо для достижения наибольшего сопротивления теплового обмена. Горизонтальные трубы надлежит устанавливать с минимальным уклоном в пределах одного сантиметра на подгонный метр.

Расширительный бак нужно установить в верхней части системы: он будет выполнять функцию приема пара и избытка тепла – это необходимо из-за свойства воды расширяться при нагреве и переходить в состояние пара. На баке должен присутствовать сливной кран и крышка или клапан в его верхней части. После того, как вода нагрета, она распределяется через подающую трубу к вертикальным стоякам и в радиаторы.

Совет: если вы собираетесь применять отопительную систему с естественной циркуляцией воды, помните, что радиаторы необходимо подключать с помощью диагонального способа

После непосредственного отопления помещения вода переходит в котел по специализированной трубе – обратке. Здесь она подогревается заново и цикл движения воды повторяется. Котел для нагрева располагается в самом низком участке системы, под радиаторами. Обычно, эти элементы устанавливаются в котельных, для которых выделяются подвальные помещения.

Отопительные системы с нижней подачей воды

Система, в которой теплоноситель подается снизу, обычно используется для отопления домов, где нет чердачного помещения, или к нему закрыт доступ. Основное отличие представленной отопительной системы состоит в том, что трубы прокладываются под радиаторами. Также присутствует расширительный бак, который устанавливается в верхнем уровне системы; обычно для этого применяются хозяйственные помещения. Если при этом отсутствует циркуляция воды в системе отопления, которая должна происходить естественно, то она создается принудительным путем.

Отопительные системы с принудительной циркуляцией

Стандартная система отопления с принудительной циркуляцией функционирует посредствам тех же способов подключения. Отличие состоит том, что из-за большой протяженности этой системы или отсутствия естественных условий для создания наклона труб необходимо включить в систему насос. Насос для циркуляции монтируется к магистральной трубе – это помогает увеличить срок эксплуатации отопительной системы. Использование насоса помогает не только увеличить эффективность отопления, но также сократить количество магистралей. Система с принудительной циркуляцией имеет возможность обогреть не просто несколько помещений, но даже дом с несколькими этажами.

Отопительные системы с принудительной циркуляцией

Для того чтобы произвести качественную работу данного вида системы нужно непрерывное электроснабжение. Монтаж насоса для циркуляции в системе отопления требуется для того, чтобы создать принудительно циркуляцию воды в замкнутом контуре. В данном типе систем насос является центральным компонентом среди оборудования. Следует отметить, что циркуляционный насос может не отличаться значительной производительностью: его мощность необходима только для направления жидкости в подающую трубу. Этот же напор толкает воду в обратном направлении, так как система является замкнутой.

Циркуляционный насос необходим для обеспечения бесперебойной работы системы отопления, поэтому должен полностью соответствовать системе, в которую производится монтаж. Благодаря своей функциональности, такой тип насосов может повсеместно применяться в самых разнообразных магистралях трубопроводов.

Выбор циркуляционного насоса для отопительной системы

Для того чтобы подобрать циркуляционный насос для отопительной системы, необходимо произвести соответствующие расчеты. Обратите внимание на то, что в течение часа данным элементом будет прогоняться в три раза больше воды, чем составляет ее общий объем в системе. Таким образом, общий объем подходящего количества жидкости в среднем 10 литров на 1 киловатт мощности отопительного котла. Требуемую модель насоса для отопительной системы и его мощности определяют по напорно-расходным параметрам. Напор должен равняться гидравлическому сопротивлению отопительной системы.

Циркуляционный насос

Обычно скорость напора жидкости в системах с принудительной циркуляции довольно низкая, что дает право судить о низких потерях гидравлического сопротивления, которые обычно не превышают 2 метров. Точное сопротивление рассчитать довольно непросто, поэтому производительность циркуляционного насоса определяется по средней точке. Для того чтобы рассчитать производительность учитываются также размеры площади объекта отопления и мощность, которой обладает источник электроэнергии. Следует помнить, что насос необходим только в системе с принудительной циркуляции, система с естественной циркуляцией в нем не нуждается.

Установка циркуляционного насоса: на что следует обратить внимание?

Чтобы самостоятельно установить циркуляционный насос, воспользуйтесь следующими рекомендациями:

• чтобы продлить эксплуатационный срок всей системы, перед циркуляционным насосом установите фильтр для очистки жидкости. фильтр необходимо установить на всасывающем патрубке;
• не выбирайте для отопительной системы циркуляционный насос большой мощности и производительности, чем требуется. В противном случае, появляется риск столкнуться с дополнительным неприятным шумом при его работе;
• Никогда не включайте насос до того, как заполнили отопительную магистраль водой и удалили из нее воздух, это может приводить к выходу из строя оборудования;
• устанавливайте насос в области, максимально близкой к расширительному баку;
• при установке насоса в закрытую систему отопления, если будет возможность, установите насос на обратке. Это связано с тем, что данный участок магистрали обладает наименьшей температурой.

Установка циркуляционного насоса

Совет: перед запуском отопительной системы необходимо промыть ее водой для удаления различных инородных частиц. Не забывайте, что даже краткосрочная работа циркуляционная насоса вхолостую при отсутствии жидкости в системе может обернуться выходом из строя самого насоса и других элементов системы.

Практически все циркуляционные насосы, представленные на современном рынке, снабжены связью с автоматической регулировкой котлов для нагрева. Эта функция предоставляет владельцам возможность регулировать температуру воздуха на отапливаемом объекте посредством смены скорости движения воды в отопительной системе. Для того, чтобы учитывать уровень потребления тепла в помещениях устанавливаются специальные счетчики, благодаря которым контролируются тепловые потери, возникающие из-за износа магистралей. Сама схема отопления при этом не подлежит никаким изменениям.

Ознакомиться со способом установки циркуляционного насоса самостоятельно вы сможете, посмотрев видео:

Циркуляция теплоносителя в системе отопления

→ →

Циркуляция теплоносителя в системе отопления

 

Циркуляция теплоносителя в системе отопления.
Самым важным элементом системы с принудительной циркуляцией является насос, который заставляет двигаться (циркулировать) теплоноситель. Эти насосы так и называются — циркуляционные. Мощность насоса должна быть достаточной для преодоления сопротивления (трения) в трубе. Чем труба толще, тем меньше сопротивление и меньшая мощность насоса нужна. Но толстые трубы неудобны, некрасивы в комнатах и существенно дороже. В результате обычно соблюдают разумный баланс между диаметром труб и мощностью насоса. Существуют точные расчеты для соблюдения соответствия между диаметром трубы, качеством и стоимостью отопительной системы. Практически же для бытовых систем отопления подходят всего 2-3 типа компактных циркуляционных насосов.

Что делает насос в системе отопления с принудительной циркуляцией?
Насос побуждает двигаться воду (теплоноситель) в системе отопления, преодолевая сопротивление в трубе. Он не должен рассчитываться из условия поднятия воды на высоту здания (самое распространенное заблуждение!). Сколько горячей воды в системе отопления поднялось, столько же холодной опустилось.

Система отопления всегда замкнута, теплоноситель движется по кругу. Попробуем привести пример. Если перевернуть велосипед и хорошенько крутануть колесо, оно может крутиться очень долго, если оно установлено на хорошем подшипнике. Его остановит только трение в подшипнике. В каждый момент времени у любого поднимающегося кусочка колеса есть симметричный уравновешивающий кусочек, опускающийся с противоположной стороны.

Вода в замкнутой системе отопления подобна такому колесу. Насос преодолевает только трение, и вода движется по кругу. Именно поэтому циркуляционные насосы для частного дома (т.е. для бытовых систем отопления) имеют небольшую мощность, и, следовательно, низкое электропотребление — около 100 ватт, как лампочка. Если насос выключить, то вода через какое-то время, как и вращающееся колесо, остановится, а если не выключать, то вода будет двигаться постоянно. На этом основана возможность управления подачей тепла от котла в радиаторы дома. Насос может быть включенным на полную мощность, либо быть выключенным, либо работать вполсилы.

Насосы немецких фирм Grundfos и Wilo, в основном используемые при монтаже бытовых систем отопления, имеют три ступени мощности. Это позволяет даже при отсутствии дополнительной автоматики управлять системой. Если в доме жарко, а насос работает в полную силу, можно уменьшить мощность насоса, поток теплоносителя в системе станет меньше, температура на отопительных приборах понизится. Можно подключить насос к электролинии через термодатчик. Насос в этом случае будет автоматически включаться только тогда, когда температура в доме опустилась ниже желаемой. Такой датчик называют еще термостатом.

Устройство циркуляционного насоса

Как устроен и как монтируется циркуляционный насос?
Циркуляционный насос состоит из чугунного корпуса, внутри которого расположен ротор (вращающаяся часть) и насаженная на ротор крыльчатка. Ротор вращается — крыльчатка продвигает воду. Одно из основных правил монтажа насоса в системе: ось вращения ротора обязательно должна быть расположена горизонтально.
При правильном монтаже циркуляционные насосы практически бесшумны. Вы сможете определить, работает ли насос, только по легкой вибрации, когда дотронетесь до него рукой.

Системы с естественной циркуляцией

Что такое система с естественной циркуляцией?
В системе с естественной циркуляцией насоса нет. Роль насоса в ней выполняет сила, возникающая за счет разности плотности (веса) теплоносителя в подающей и обратной трубах. Как это происходит? Теплоноситель (например, вода) в котле нагревается. Плотность горячей воды меньше, т.е. она легче, чем холодная, и движется вверх по одной толстой трубе (подающему стояку). Затем горячая вода растекается по нескольким нисходящим трубам (обратным стоякам), «пронизывающим» здание, к отопительным приборам сверху вниз, и охлаждается, отдавая тепло. Плотность холодной воды увеличивается, вода тяжелеет и возвращается к котлу по обратному трубопроводу.
Циркуляция в такой системе возникает за счет разницы веса горячего теплоносителя в подающем стояке и холодного — после остывания в приборах и обратном трубопроводе. Чем больше диаметр вертикальных стояков, тем больше побудительная сила естественной циркуляции. При движении и вверх, и вниз вода преодолевает сопротивление в трубе (трение). Чем толще труба, тем меньше сопротивление. Труба толще — сопротивление меньше.

Что предпочесть?

Какая система лучше, с принудительной или естественной циркуляцией?
Выбирать Вам.
Система с принудительной циркуляцией более комфортна, теплом в такой системе можно управлять. Вы можете установить нужную вам температуру в каждой комнате, и она будет автоматически поддерживаться. Качество такой системы выше. Есть возможность скрыть все трубопроводы в пол или стены. Но эта система требует наличия электричества (или того, чтобы электричество не выключалось более чем на сутки.)
Система с естественной циркуляцией не поддается автоматическому регулированию, она «съедает» больше топлива и требует монтажа труб большого диаметра, которые несколько дороже и не очень эстетичны в интерьере. Регулировать такую систему можно обычно только вручную: пригасить горелку в котле, если в комнатах жарко, а когда станет холодно, снова увеличить огонь.
Если Вы хотите чаще общаться с Вашим котлом или Вас устраивает постоянный перегрев воздуха в комнатах или в Вашем доме очень часто и надолго выключается электричество, система с естественной циркуляцией — для Вас. Если же Вы предпочитаете удобное и комфортное отопление, выбирайте систему с принудительной циркуляцией.

Системы отопления с естественной циркуляцией

Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.

Недостатком таких отопительных систем являются: сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением; замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления, и повышенная опасность замерзания воды в расширительном бачке, смонтированном в неотапливаемом помещении.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией состоит из котла (водоподогревателя), подающего и обратного трубопроводов, нагревательных приборов и расширительного бачка. Нагретая в котле вода поступает по подающему трубопроводу и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть своего тепла, затем по обратному трубопроводу возвращается в котел, где вновь подогревается до необходимой температуры, и далее цикл повторяется. Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения воды: нагретая вода, поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодной водой обратки, растекается по горизонтальным отводам самотеком, охлажденная вода также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: газ легче воды, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширитель, а затем в атмосферу. Расширительный бачок создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем воды, а при охлаждении отдает воду обратно в трубопровод.

Вода в системе отопления поднимается за счет расширения при нагревании и под действием гравитационного давления, движение (циркуляция) возникает вследствие разности плотностей нагретой (поднимающейся по подающему стояку) и охлаждённой воды (спускающейся по обратному). Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов. Эти сопротивления вызываются трением воды о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: ответвления и повороты трубопроводов, арматура и сами нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.

Циркуляционный напор P_ц = h(ρ_о— ρ_г) зависит (рис. 1):

1. От разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора (h), чем больше разность высот между центрами котла и прибора, тем лучше будет циркулировать теплоноситель;
2. От плотности горячей (ρ_г) и охлажденной воды (ρ_о).

рис. 1. Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Как появляется циркуляционный напор? Представим, что в котле и радиаторах отопления температура теплоносителя меняется скачкообразно по центральным осям этих приборов, что, кстати, недалеко от истины. То есть в верхних частях котла и радиаторов находится горячая вода, а в нижних — охлажденная. Горячая вода имеет меньшую плотность, а следовательно, меньший вес, чем охлажденная вода. Мысленно срежем верхнюю часть отопительного контура (рис. 2) и оставим только нижнюю часть. И что же мы видим? А то, что мы имеем дело с двумя сообщающимися сосудами, хорошо знакомым нам из школьной физики. Верх одного сосуда находится выше верха другого; вода под действием сил гравитации стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур — замкнутая система, вода в нем не выплескивается, как в сообщающихся сосудах, а стремится «успокоиться» (занять один уровень). Таким образом, высокий столб охлажденной тяжелой воды после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб воды перед котлом и подталкивает горячую воду — возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находится центр радиаторов относительно центра кола, тем больше циркуляционный напор. Высота установки — это, первый показатель напора. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратки от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая воде преодолевать местные сопротивления в трубах.

рис. 2. Графическая схема возникновения циркуляционного напора

В частных домах лучше всего размещать котел ниже отопительных приборов, например, в подвале. При квартирном отоплении, когда котел устанавливается непосредственно в квартире почти на одном уровне с радиаторами, для увеличения циркуляционного напора котел лучше устанавливать «в яму» прямо на плиты перекрытия, выпилив вокруг него пол. Разумеется, «в яме» должны быть сделаны противопожарные мероприятия: плиты выровнены тонкой стяжкой, уложены листы асбеста и железа.

Второй показатель, от которого зависит циркуляционный напор, это разница между плотностями охлажденной и горячей воды. Здесь необходимо заметить, что системы с естественной циркуляцией теплоносителя относятся к саморегулирующимся системам. При проведении качественного регулирования, то есть при изменении температуры нагрева воды, самопроизвольно возникают количественные изменения — изменяется расход воды. Из-за изменения плотности горячей воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Другими словами, когда на улице холодно, становится холодно и в доме, включая котел на полную мощность, мы увеличиваем нагрев воды, значительно уменьшая ее плотность. Придя в отопительные приборы, вода отдает теплоту охлажденному воздуху в помещении, ее плотность при этом сильно повышается. А если взглянуть на ту часть формулы (рис. 1), которая стоит в скобках, мы видим, что чем больше разность между плотностями охлажденной и горячей воды, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрета вода в котле и чем сильнее она остывает в радиаторе, тем быстрее она начинает «бегать» (циркулировать) по системе отопления и это происходит до тех пор, пока воздух в помещении не прогреется. После чего вода начинает остывать в радиаторах медленнее, плотность ее уже не сильно отличается от плотности воды, вышедшей из котла, и циркуляционный напор начинает постепенно снижаться. Водичка уже не «бегает» по трубам, как «угорелая» стремясь нагреть помещение, а степенно перекатывается в них. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой по забывчивости входной двери, циркуляционный напор начнет повышаться и водичка «побежит» по трубам веселее, стремясь выровнять температуру. Таким образом и происходит саморегуляция системы: одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, а также однотрубные с верхней разводкой.