Гравитационная система отопления.

Основная особенность гравитационной схемы отопления в том, что вода самотеком циркулирует по системе, в которой в качестве отопительных приборов чаще всего используются змеевики из труб большого диаметра.

Преимущества систем с естественной циркуляцией тепло­носителя в том, что они самые простые, относительно долго­вечные (при правильной эксплуатации могут работать более 40 лет без капитального ремонта) и функционируют на основе физических законов, не требуя дорогостоящего оборудования и дополнительных источников энергии.

Основные недостатки гравитационной системы отопления:

—  сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали) из-за небольшого циркуляционного давления;

—  медленное включение в работу из-за большой теплоем­кости воды и слабого циркуляционного давления;

—  опасность замерзания воды в расширительном баке, смонтированном в неотапливаемом помещении. «

Система отопления с естественной циркуляцией теплоноси­теля (рис. 1) состоит из котла, трубопроводов (подающего и об­ратного), нагревательных приборов и расширительного бака.

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

Вода нагревается в котле и поступает по подающим трубам и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть тепла, по­сле чего по обратным трубам возвращается в котел. Там она снова нагревается до заданной температуры, и цикл повторяется.

При этом все горизонтальные трубопроводы монтируют с наклоном в сторону движения воды, благодаря чему нагретая вода, поднявшись по стояку из-за температурного расширения и выталкивания более холодной водой обратного трубопровода, расходится по горизонтальным отводам самотеком. Охлажден­ная вода тоже самотеком поступает в котел.

Стоит отметить, что уклоны трубопроводов также способ­ствуют отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: так как газ легче воды, он идет вверх, а наклонные участки труб не дают ему задерживаться, он беспрепятственно поступает в рас­ширительный бак, а затем и в атмосферу.

Постоянное давление в системе создает расширительный бак. Он принимает увеличивающийся при нагревании объем воды и отдает воду обратно в трубы при ее охлаждении.

Вода поднимается благодаря расширению и гравитацион­ному давлению. Циркуляция происходит из-за разности плот­ностей нагретой и охлажденной воды. При этом гравитацион­ное давление расходуется на движение воды и преодоление в трубопроводах сопротивлений. Последние вызываются тре­нием воды о стенки труб и имеющимися в системе местными сопротивлениями, к которым относятся ответвления и изгибы трубопроводов, арматура, а также нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений, тем выше гравитационное давле­ние. Чтобы снизить трение воды, используют трубы большого диаметра. Циркуляционный напор зависит от плотности горячей и охлажденной воды, а также,от разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора — чем больше раз­ность высот между ними, тем лучше будет циркулировать вода в системе.

Двухтрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе вода из котла поднимается по подающим трубам вверх и поступает по стоякам и отводкам в нагреватель­ные приборы (рис. 2).От радиаторов теплоноситель по обратным стоякам и подводкам идет в обратный трубопровод, а затем в котел. Посколь­ку каждый прибор обслуживается двумя трубопроводами, си­стема называется двухтрубной.

Рисунок 2. Двухтрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя. а-общий вид, б -расширительный бак, в-схема подпитки, 1-подающий трубопровод, 2-обратный трубопровод, 3-сиггнальный трубопровод, 4-водопровод, 5-отверстия для ручной заливки системы и отвода воздуха, 6-подача, 7-перелив, 8-шаровый кран, 9-фильтр, 10-обратный клапан. 

Вода поступает в систему через водопровод, а при его от­сутствии теплоноситель заливают вручную через отверстие рас­ширительного бака. Последний может быть без циркуляции во­ды и с циркуляцией воды.

Рисункок 3. Схема отопления с расширительным бачком сложной конструкции: а — общий вид; б — схема расширительного бака; 1 — подающая труба; 2 — обратная труба; 3 — контрольная труба; 4— труба перелива

Расширительный бак без циркуляции воды — это емкость с двумя трубами, одна из которых является подающим стояком системы отопления, а другая — сигнализатором, предупреждающим о заполнении бака водой. Подающая труба может быть вварена в бачок как сбоку, так и снизу. Сигнальная труба монтируется в бачок только сбоку, в 10 см от верхнего края. У такой конструкции бака есть недостатки: во-первых, приблизительно 1 раз в 6 месяцев необходимо проверять наличие воды в расши­рителе, во-вторых, бачок следует утеплять, так как вода остыва­ет в нем и может замерзнуть при сильных морозах. В расширительный бак сложной конструкции (с циркуля­цией воды) вваривают 3-4 трубы (рис. 3). Подающая и обрат­ная трубы обеспечивают циркуляцию воды в баке, снижая веро­ятность ее замерзания. Трубы перелива и контроля регулируют уровень наполнения бачка. Когда система заполняется водой, на нижнем конце кон­трольной трубы открывают кран и, как только из него польется вода, заполнение системы останавливают, кран закрывают. Труба перелива функционирует в бачке сложной конструк­ции та же, как и в бачке без циркуляции воды.

Одноконтурная двухтрубная система отопления с верх­ней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе котел устанавливают в начале контура, а трубную разводку выполняют слева и справа от него, опоясы­вая таким образом весь дом по периметру. При этом длина коль­ца по горизонтали не должна быть более 20 м. Чем длиннее кольцо, тем сильнее в нем гидравлическое сопротивление.

Двухконтурная двухтрубная система отопления с верх­ней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе котел устанавливают в центре, а трубную разводку выполняют в обе стороны от него. При этом длина кольца по горизонтали не должна превышать 20 м. Кроме того, длина колец системы и количество секций радиаторов должны быть примерно одинаковыми. Это помогает обеспечить гидрав­лическую балансировку системы.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя.

В такой системе подающий трубопровод прокладывают снизу рядом с обратным (рис. 4), благодаря чему вода по пода­ющим стоякам двигается снизу вверх, а затем, пройдя через ра­диаторы, по обратным стоякам и подводкам поступает в обрат­ный трубопровод и в котел.

Рисунок 4. Схема двухтрубной системы отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя: 1 — подающий трубопровод; 2 — обратный трубопровод; 3 — сигнальный трубопровод; 4 — водопровод; 5 — кран Маевского.

Воздух удаляется из системы через краны Маевского, кото­рые устанавливаются на всех радиаторах, или через автоматиче­ские клапаны-воздухоотводчики.Системы с нижней разводкой могут быть как одноконтур­ными, так и двухконтурными (рис. 5).

Рисунок. 5 Схемы одноконтурной и двухконтурной двухтрубной системы отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя: а, б — двухконтурные системы; в — одноконтурная система со встречным движением теплоносителя; г — одноконтурная система с попутным движением теплоносителя.

Чтобы избежать постоянного стравливания воздуха, систему можно оборудо­вать так называемыми воздушными трубопроводами, которые будут собирать воздух и выводить его в расширительный бак (рис. 6).

Рисунок 6. Схема системы отопления с естественной циркуляцией, нижней разводкой и отводящей воздушной линией: 1 — расширительный бак; 2 — воздушный трубопровод

Однако такая система не оправдывает себя, поскольку очень напоминает систему с верхней разводкой и требует такого же количества труб.

Однотрубная система отопления с естественной цирку­ляцией теплоносителя.

Такая система устраивается только с верхней разводкой по­дающего трубопровода. Обратные стояки в системе отсутству­ют. Однотрубные системы монтируются по двум схемам — про­точной и схеме с замыкающими участками. В проточной схеме подающий стояк отсутствует — радиато­ры по высоте дома последовательно соединены друг с другом. Горячая вода идет сверху вниз, течет через все радиаторы. В нижние приборы она поступает охлажденной, в результате чего в верхних комнатах дома тепло, а в нижних — холодно. Эта проблема устраняется установкой на нижних этажах радиато­ров с большим количеством секций.

Стоит отметить, что в проточной системе нет возможности установить регулировочные краны, поскольку перекрытие кра­на у любого из радиаторов приведет к тому, что вода перестанет поступать во все радиаторы, присоединенные к данному стояку. Также в такой системе исключена регулировка температуры воздуха в помещениях.

В схеме с замыкающими участками — байпасами — часть воды из стояка идет в верхние радиаторы. Оставшаяся вода по­ступает в нижние радиаторы. В такой системе вода почти не остывает, и разница температур в помещениях нижних и верх­них этажей небольшая.

Типовая система отопления дома.

Система квартирного отопления — это система с естествен­ной циркуляцией теплоносителя, предназначенная для обеспе­чения теплом одной или нескольких квартир на одном этаже. В такой системе центр котла расположен выше центра радиато­ров, поэтому гравитация в циркуляционном напоре отсутствует или имеет отрицательные значения. Вода в системе циркулиру­ет только за счет разности плотностей.

Чтобы заставить циркулировать теплоноситель, котел уста­навливают как можно ниже, трубы монтируют с уклоном, стояк с горячей водой утепляют до разводки, а последнюю размещают под потолком.

Система квартирного отопления (рис. 7) состоит из котла, который устанавливают, как правило, на кухне, главного стоя­ка, проложенного под потолком горячего подающего трубопро­вода, горячих стояков, нагревательных приборов, обратных стояков и обратного трубопровода.

Расширительный бак устанавливают в теплом помещении и соединяют с главным стояком. От расширительного бака про­кладывают трубу, которая служит одновременно переливной, сигнальной и воздушной, к кухонной раковине.