Концепцію пристрою самопливного теплоносія в певному сенсі можна порівняти з природною вентиляцією, при якій реалізується вільна циркуляція повітряних потоків. У випадку з водним середовищем рух відбувається по контурах без енергетичної та силової підтримки від сторонніх приладів і ресурсів. Це дає переваги самопливної системи опалення, але також обумовлює і ряд недоліків. Одним з них можна назвати складність її технічної реалізації.
Принцип дії системи
Самоплив забезпечується завдяки закону фізики, згідно з яким гарячі потоки повітря і води піднімаються вгору природним чином. На відміну від систем з примусовою циркуляцією, не потрібно включення насосного обладнання або генераторів пари, під тиском виштовхуючих робочу середу по контурах. В умовах приватного будинку самопливна система опалення вигідна як раз мінімальним підключенням непрямих комунікаційних і енергетичних вузлів. Але це зовсім не означає, що користувачеві доведеться мати справу тільки з трубами. За підігрів води буде відповідати котел, розташований в нижній точці комплексу. Від нього по трубах потоки будуть направлятися до обігрівачів-споживачам теплоносія (конвектори, радіатори, батареї). Далі вже остигає вода переходить в секцію розширювального бака і по мірі набору переливається в зливний канал – або до бойлера, або в каналізацію.
Однотрубні і двотрубні системи
Схеми пристрою опалювальних контурів можуть бути різними. У найпростішій однотрубній системі відсутня стояк зворотної подачі теплоносія з прийомом води. Вертикальні системи цього типу технічно простіше реалізуються, що дозволяє економити на фізичних зусиллях і фінансах. Але є і серйозні недоліки в однотрубних самопливних систем опалення, які виражаються в наступні нюанси:
- Відсутність можливості регулювання температури для кожного обігрівача окремо, так як вони з’єднуються послідовно.
- Обов’язкове розміщення розширювального бака для вертикального розливу.
- Більш високі вимоги до підтримання високого тиску для циркуляції води. З цієї причини однотрубні системи частіше виконуються за принципами примусового руху теплоносія з підключенням насосів.
В двотрубної системі тепло розподіляється рівномірно. Один контур спрямовує гарячі потоки до умовних радіаторів, а другий обслуговує зворотну гілку, на якій холодна вода повертається в приймальне обладнання. Двоконтурна схема саме завдяки балансу теплоносія в трубопроводі легше піддається природної регуляції з ефектом самопливу без підтримки додатковим циркуляційним обладнанням.
Системи відкритого та закритого типу
Різниця між цими системами полягає у виконанні розширювального бака – верхньої точки всього комплексу. У відкритих резервуарах вода накопичується до тих пір, поки не спрацює поплавковий механізм. Рідина наповнює бак до певного рівня, після чого поплавок активізує випуск повітряної суміші та розлив через підключений стояк. У закритій самопливної системи опалення використовується мембранний бак, в якому передбачені дві секції – з повітрям (газовою сумішшю) і водою в нижній частині. При мінімальному тиску ємність пустує, але по мірі наповнення рідиною мембрана починає стискати верхню секцію, відкриваючи таким чином повітряний клапан і вирівнюючи тиск.
Вибір котла
Використання концепції самопливного опалення саме по собі означає, що в будинку не передбачено ні газо-, ні електропостачання. Інакше раціональніше було б організувати примусову циркуляцію з теплозабезпеченням достатньої потужності від магістрального енергетичного джерела. Тому єдиним варіантом котла для самопливної системи опалення буде твердопаливний агрегат – наприклад дров’яної. Поєднання природної циркуляції і традиційної печі також дає підстави говорити про малу потужність комплексу. Система буде спочатку малопродуктивній, але її ККД можна підвищити за рахунок піролізного ефекту, якими відрізняються сучасні модифікації твердопаливних котельних установок потужністю від 20 до 40 кВт з двома камерами згоряння. Додаткового відсіку відбувається спалювання газів, що утворилися при першому спалюванні палива. До речі, мінімізація продуктів згоряння на виході знизить та вимоги до дымоотводу.
Вибір матеріалу для труб
Як і для водопроводу, для системи опалення з природною циркуляцією можуть використовуватися труби з пластика і металу. Обмеження ж щодо застосування тих чи інших матеріалів залежать від індивідуальних факторів і умов. Наприклад, відкрита опалювальна система передбачає більший ефект завоздушивания контурів киснем і вуглекислим газом, що небажано для сталі. І навпаки, твердотільний метал виправдає себе в закритих гілках великоформатних мереж, що працюють з високими навантаженнями. При обслуговуванні води поганої якості краще використовувати мідні труби. Для самопливної системи опалення застосування цього металу вигідно стійкістю до високих температур і мінеральних включень в теплоносії.
В принципі, і мідь, і пластик мають перевагу як легкі матеріали, що дозволяють точно монтувати складні комунікаційні лінії трубопроводів, що дуже важливо в реалізації самопливних систем. Однак пластик все-таки не найкращий варіант для опалювальної системи як такої – тим більше що працює під високим тиском близько 0,6 МПа. Існують термостійкі поліпропіленові труби, спеціально призначені для опалення і витримують близько 120 °C, але проблеми з герметизацією частіше зустрічаються в стикувальних і перехідних вузлах, які не такі надійні, як зварювальні з’єднання металевих контурів.
Оптимальний діаметр труб
На відміну від систем з примусовою циркуляцією, в даному випадку товщина контурів буде більше. Стандартним вважається діаметр труби самопливної системи опалення на 50 мм, проте на різних ділянках можуть бути коригування. Наприклад, сантехніки в цілях збереження теплотехнічної ефективності комплексу рекомендують звужувати контури. Величина коригування залежить від тривалості цілісної лінії від стику до іншого перехідною точки.
Інструменти і витратні матеріали для монтажу
Основний інструмент буде потрібен для прокладки, кріплення та з’єднання труб. Різання і зварювання виконують труборезами, газовими різьбярами, інверторними апаратами і припоєм. Як для пластику, так і для міді зі сталлю підбирається свій зварювальний інструмент відповідної потужності. Це ж стосується і матеріалів. Наприклад, мідні конструкції з’єднуються розпаюванням за допомогою затискних і опрессовочных фітингів. Для з’єднання мідної самопливної системи опалення з контурами з інших матеріалів застосовуються тільки роз’ємні перехідники і фітинги. Даний метал погано піддається спайці з іншими матеріалами. Але в інших випадках легкий припій до 450 °C можна отримати ацетиленовыми або пропан-бутановими пальниками, а також электропаяльниками. Крім цього, для якісних з’єднань буде незайвим використовувати тефлонові стрічки, фасонні деталі, трійники, діелектричні прокладки і т. д.
Техніка виконання монтажу
Перед роботою повинна бути складена схема комунікацій і план дій. Далі типової монтаж проводиться в наступному порядку:
- Складання окремих вузлів, перехідних ділянок і великих ліній без кріплення до основи місця експлуатації.
- Установка обладнання – розширювального бака і котла. Резервуар може монтуватися на горищі – головне, щоб зберігалася можливість вільної підведення комунікацій. Для котла може знадобитися невеликий пристрій жаростійкої стяжки. Додаткового кріплення не потрібно, так як підлогове обладнання такого типу на рівній поверхні практично бездвижно.
- По контурах прокладки встановлюється несуча фурнітура – опори, хомути, підвіски та інші вузли фіксації.
- Монтуються підготовлені контури труб, перехідні частини, коліна і кути. Як зробити самотечную систему опалення, щоб вона була максимально надійною та захищеною від зовнішніх впливів? Для кріплення рекомендується застосовувати так звані плаваючі хомути, які забезпечують не тверду, а м’яку фіксацію. До підготовленої несучої оснащенні вони кріпляться намертво, але затискні механізми дають трубі деяку свободу руху – пружний ефект, завдяки якому виключається ризик пошкодження труби під зовнішньою динамічним навантаженням.
- Виконується обв’язка комунікацій і устаткування – підключаються патрубки, арматури і контрольно-вимірювальна апаратура при необхідності.
Ухил трубопроводу
Особливістю пристрою самопливних систем є необхідність витримки кута в положенні горизонтальних контурів. Він необхідний для забезпечення ефекту природної гравітаційної циркуляції, необхідної для руху води. Як зазначається у технічному регламенті СНиП, ухил самопливної системи опалення повинен становити 10 мм на 1 м. Якщо не передбачити цей нюанс, то лінії наповняться повітрям, а прогрів контурів буде нерівномірним.
Який теплоносій використовувати?
Оптимальна робоча середовище для систем з природною циркуляцією – це вода. Відмова від антифризу, який часто застосовується в рідинному опаленні, пов’язаний з його високою щільністю і низькою тепловіддачею. З урахуванням скромною продуктивності самопливної системи опалення та обов’язкової вимоги до гравітаційному зміщення теплоносія антифриз відпадає. Але це не означає, що можна в принципі відмовлятися від альтернативних незамерзаючих складів. Відповідні суміші повинні володіти високою текучістю (не нижче води) та здатність не втрачати фізичні властивості при екстремально високих і низьких температурах.
Плюси самопливної системи
В числі сильних сторін опалювальних систем з природною циркуляцією можна виділити наступні:
- Енергетична незалежність. Відсутність якого-небудь зовнішнього джерела енергії не є перешкодою для використання самопливного опалення, тому у багатьох віддалених регіонах цей варіант залишається єдино можливим.
- Надійність і довговічність. Відсутність вібрацій, які в звичайних системах створюють циркуляційні насоси. Це дозволяє використовувати мідні трубопроводи, а також організовувати самопливні системи опалення з поліпропілену, але за умови їх стійкості до високих температур.
- Простота в технічному обслуговуванні. Відсутність складних регуляційних вузлів з автоматикою робить систему доступніше для діагностики і ремонту в домашніх умовах.
Мінуси самопливної системи
Безумовно, відсутня підтримка руху теплоносія з боку циркуляційного насоса або іншої силової техніки з ресурсами зумовила ряд недоліків таких систем:
- Функціональні обмеження в плані регулювання. В основному це стосується можливостей гнучкого налаштування температурних режимів обігрівачів, але і сама по собі експлуатація твердопаливних котлів виключає всяку автоматизацію в управлінні.
- В силу скромною продуктивності самопливна система опалення може застосовуватися тільки у невеликих будинках з низькими вимогами до теплозабезпечення. До цього ж варто додати і нестабільність циркуляції.
- Затримки в русі теплоносія в зимовий час можуть призвести до замерзання рідини. З цієї причини виправдані пошуки незамерзаючих добавок для води.
Висновок
Трубопроводи з природною циркуляцією робочої середовища в століття прогресивної механіки і програмованих котлів з бойлерами здаються морально застарілими і неефективними. Багато в чому це справедливо, однак в контексті зростання споживання енергоресурсів самопливна система опалення приватного будинку не виглядає зовсім недоречною. По-перше, якщо заміські умови не дозволяють використовувати газові та електричні котли, то це рішення буде більш ніж виправдане. По-друге, знімається відразу кілька витратних статей, обумовлених витратами на енергію з паливом і техобслуговування складного обладнання.
