Концепцию устройства самотечного теплоносителя в некотором смысле можно сравнить с естественной вентиляцией, при которой реализуется свободная циркуляция воздушных потоков. В случае с водной средой движение происходит по контурам без энергетической и силовой поддержки от сторонних приборов и ресурсов. Это дает преимущества самотечной системе отопления, но также обуславливает и ряд недостатков. Одним из них можно назвать сложность ее технической реализации.
Принцип действия системы
Самотек обеспечивается благодаря закону физики, в соответствии с которым горячие потоки воздуха и воды поднимаются вверх естественным образом. В отличие от систем с принудительной циркуляцией, не требуется включение насосного оборудования или генераторов паров, под давлением выталкивающих рабочую среду по контурам. В условиях частного дома самотечная система отопления выгодна как раз минимальным подключением косвенных коммуникационных и энергетических узлов. Но это вовсе не значит, что пользователю придется иметь дело только с трубами. За нагрев воды будет отвечать котел, расположенный в нижней точке комплекса. От него по трубам потоки будут направляться к обогревателям-потребителям теплоносителя (конвекторы, радиаторы, батареи). Далее уже остывающая вода переходит в секцию расширительного бака и по мере набора переливается в сливной канал – или к бойлеру, или в канализацию.
Однотрубные и двухтрубные системы
Схемы устройства отопительных контуров могут быть разными. В простейшей однотрубной системе отсутствует стояк обратной подачи теплоносителя с приемом воды. Вертикальные системы этого типа технически проще реализуются, что позволяет экономить на физических усилиях и финансах. Но есть и серьезные недостатки у однотрубных самотечных систем отопления, которые выражаются в следующих нюансах:
- Отсутствие возможности регулировки температуры для каждого обогревателя по отдельности, так как они соединяются последовательно.
- Обязательное размещение расширительного бака для вертикального розлива.
- Более высокие требования к поддержанию высокого давления для циркуляции воды. По этой причине однотрубные системы чаще выполняются по принципам принудительного движения теплоносителя с подключением насосов.
В двухтрубной системе тепло распределяется равномерно. Один контур направляет горячие потоки к условным радиаторам, а второй обслуживает обратную ветку, по которой холодная вода возвращается в приемное оборудование. Двухконтурная схема именно благодаря балансу теплоносителя в трубопроводе легче поддается естественной регуляции с эффектом самотека без поддержки дополнительным циркуляционным оборудованием.
Системы открытого и закрытого типа
Разница между этими системами заключается в исполнении расширительного бака – верхней точки всего комплекса. В открытых резервуарах вода накапливается до тех пор, пока не сработает поплавковый механизм. Жидкость наполняет бак до определенного уровня, после чего поплавок активизирует выпуск воздушной смеси и розлив через подключенный стояк. В закрытой самотечной системе отопления используется мембранный бак, в котором предусмотрены две секции – с воздухом (газовой смесью) и водой в нижней части. При минимальном давлении емкость пустует, но по мере наполнения жидкостью мембрана начинает сжимать верхнюю секцию, открывая таким образом воздушный клапан и выравнивая давление.
Выбор котла
Использование концепции самотечного отопления само по себе означает, что в доме не предусмотрено ни газо-, ни электроснабжение. Иначе рациональнее было бы организовать принудительную циркуляцию с теплообеспечением достаточной мощности от магистрального энергетического источника. Поэтому единственным вариантом котла для самотечной системы отопления будет твердотопливный агрегат – например дровяной. Сочетание естественной циркуляции и традиционной печки также дает основания говорить о маломощности комплекса. Система будет изначально малопроизводительной, но ее КПД можно повысить за счет пиролизного эффекта, которым отличаются современные модификации твердотопливных котельных установок мощностью от 20 до 40 кВт с двумя камерами сгорания. В дополнительном отсеке происходит сжигание газов, образовавшихся при первом сжигании топлива. К слову, минимизация продуктов сгорания на выходе снизит и требования к дымоотводу.
Выбор материала для труб
Как и для водопровода, для системы отопления с естественной циркуляцией могут использоваться трубы из пластика и металла. Ограничения же по применению тех или иных материалов зависят от индивидуальных факторов и условий. Например, открытая отопительная система предусматривает больший эффект завоздушивания контуров кислородом и углекислым газом, что нежелательно для стали. И напротив, твердотельный металл оправдает себя в закрытых ветках крупноформатных сетей, работающих с высокими нагрузками. При обслуживании воды плохого качества лучше использовать медные трубы. Для самотечной системы отопления применение этого металла выгодно устойчивостью к высоким температурам и минеральным включениям в теплоносителе.
В принципе, и медь, и пластик имеют преимущество как легкие материалы, позволяющие точно монтировать сложные коммуникационные линии трубопроводов, что очень важно в реализации самотечных систем. Однако пластик все-таки не самый лучший вариант для отопительной системы как таковой – тем более работающей под высоким давлением порядка 0,6 МПа. Существуют термостойкие полипропиленовые трубы, предназначенные специально для отопления и выдерживающие около 120 °C, но проблемы с герметизацией чаще встречаются в стыковочных и переходных узлах, которые не столь надежны, как сварочные соединения металлических контуров.
Оптимальный диаметр труб
В отличие от систем с принудительной циркуляцией, в данном случае толщина контуров будет больше. Стандартным считается диаметр трубы самотечной системы отопления в 50 мм, однако на разных участках могут быть корректировки. Например, сантехники в целях сохранения теплотехнической эффективности комплекса рекомендуют сужать контуры. Величина корректировки зависит от продолжительности цельной линии от стыка до другой переходной точки.
Инструменты и расходники для монтажа
Основной инструмент будет нужен для прокладки, крепления и соединения труб. Резку и сварку выполняют труборезами, газовыми резчиками, инверторными аппаратами и припоем. Как для пластика, так и для меди со сталью подбирается свой сварочный инструмент соответствующей мощности. Это же касается и расходников. Например, медные конструкции соединяются распайкой при помощи зажимных и опрессовочных фитингов. Для соединения медной самотечной системы отопления с контурами из других материалов применяются только разъемные переходники и фитинги. Данный металл плохо подвергается спайке с другими материалами. Но в остальных случаях легкий припой до 450 °C можно получить ацетиленовыми или пропан-бутановыми горелками, а также электропаяльниками. Кроме этого, для качественных соединений будет нелишним использовать тефлоновые ленты, фасонные детали, тройники, диэлектрические прокладки и т. д.
Техника выполнения монтажа
Перед работой должна быть составлена схема коммуникаций и план действий. Далее типовой монтаж производится в следующем порядке:
- Сборка отдельных узлов, переходных участков и крупных линий без крепления к основанию места эксплуатации.
- Установка оборудования – расширительного бака и котла. Резервуар может монтироваться на чердаке – главное, чтобы сохранялась возможность свободной подводки коммуникаций. Для котла может потребоваться устройство небольшой жаростойкой стяжки. Дополнительного крепления не потребуется, так как напольное оборудование такого типа на ровной поверхности практически бездвижно.
- По контурам прокладки устанавливается несущая фурнитура – опоры, хомуты, подвески и прочие узлы фиксации.
- Монтируются подготовленные контуры труб, переходные части, колена и углы. Как сделать самотечную систему отопления, чтобы она была максимально надежной и защищенной от внешних воздействий? Для крепления рекомендуется применять так называемые плавающие хомуты, которые обеспечивают не жесткую, а мягкую фиксацию. К подготовленной несущей оснастке они крепятся намертво, но зажимные механизмы дают трубе некоторую свободу движения – пружинящий эффект, благодаря которому исключается риск повреждения трубы под внешней динамической нагрузкой.
- Выполняется обвязка коммуникаций и оборудования – подключаются патрубки, фитинги и контрольно-измерительная аппаратура при необходимости.
Уклон трубопровода
Особенностью устройства самотечных систем является необходимость выдержки угла в положении горизонтальных контуров. Он необходим для обеспечения эффекта естественной гравитационной циркуляции, требуемой для движения воды. Как отмечается в техническом регламенте СНиП, уклон самотечной системы отопления должен составлять 10 мм на 1 м. Если не предусмотреть этот нюанс, то линии наполнятся воздухом, а прогрев контуров будет неравномерным.
Какой теплоноситель использовать?
Оптимальная рабочая среда для систем с естественной циркуляцией – это вода. Отказ от антифриза, который часто применяется в жидкостном отоплении, связан с его высокой плотностью и низкой теплоотдачей. С учетом скромной производительности самотечной системы отопления и обязательного требования к гравитационному смещению теплоносителя антифриз отпадает. Но это не значит, что можно отказываться в принципе от альтернативных незамерзающих составов. Подходящие смеси должны обладать высокой текучестью (не ниже воды) и способностью не утрачивать физические свойства при экстремально высоких и низких температурах.
Плюсы самотечной системы
В числе сильных сторон отопительных систем с естественной циркуляцией можно выделить следующие:
- Энергетическая независимость. Отсутствие какого-либо внешнего источника энергии не является препятствием для использования самотечного отопления, поэтому во многих удаленных регионах этот вариант остается единственно возможным.
- Надежность и долговечность. Отсутствие вибраций, которые в обычных системах создают циркуляционные насосы. Это позволяет использовать медные трубопроводы, а также организовывать самотечные системы отопления из полипропилена, но при условии их стойкости к высоким температурам.
- Простота в техническом обслуживании. Отсутствие сложных регуляционных узлов с автоматикой делает систему доступнее для диагностики и ремонта в домашних условиях.
Минусы самотечной системы
Безусловно, отсутствующая поддержка движения теплоносителя со стороны циркуляционного насоса или другой силовой техники с ресурсами обусловила и ряд недостатков таких систем:
- Функциональные ограничения в плане регулировки. В основном это касается возможностей гибкой настройки температурных режимов обогревателей, но и сама по себе эксплуатация твердотопливных котлов исключает всякую автоматизацию в управлении.
- В силу скромной производительности самотечная система отопления может применяться только в небольших домах с низкими требованиями к теплообеспечению. К этому же стоит добавить и нестабильность циркуляции.
- Задержки в движении теплоносителя в зимнее время могут привести к замерзанию жидкости. По этой причине оправданы поиски незамерзающих добавок для воды.
Заключение
Трубопроводы с естественной циркуляцией рабочей среды в век прогрессивной механики и программируемых котлов с бойлерами кажутся морально устаревшими и неэффективными. Во многом это справедливо, однако в контексте роста потребления энергоресурсов самотечная система отопления частного дома не выглядит совсем уж неуместной. Во-первых, если загородные условия не позволяют использовать газовые и электрические котлы, то это решение будет более чем оправдано. Во-вторых, снимается сразу несколько расходных статей, обусловленных затратами на энергию с топливом и техобслуживание сложного оборудования.
