Все слышали про гравитационную или самотечную систему отопления, в которой отсутствуют какие-либо циркуляционные насосы для движения теплоносителя в трубах. В этой системе теплоноситель движется сам. Используются элементарные законы физики нагрева и охлаждения жидкостей. А сама система имеет многовековую историю применения в домах и других строениях. Особенно в те эпохи, когда еще не было проводного электричества.
Гравитационная система водяного отопления была придумана в 1777 г. французским физиком Боннеманом для обогрева инкубатора. Но только с 1818 г., системы отопления Боннемана стали широко применяться в Европе (похолодало там, что ли?) и часто ее использовали для отопления теплиц и оранжерей. Эту систему придумали эмпирическим путем. А сами основы методик теплового и гидравлического расчета систем с естественной циркуляцией были разработаны англичанином Гудом лишь в 1841 г.
Гравитационную систему отопления без насосов можно изобразить в такой схеме:
Принцип ее работы таков. Когда теплоноситель (вода) в котле нагревается, она становится легче (приобретает меньшую плотность) и поднимается вверх к расширительному баку, который обязателен в схеме и далее, остывая, по трубам опускается к радиаторам. Отдав тепло в комнату, она еще сильнее остывает, становится тяжелее и поток «стекает» обратно в котел, где снова нагревается.
Удобно, не нужно электричество и насосы, если у вас теплообменник встроен в дровяную печь или установлен твердотопливный котел. Особенно удобна такая система отопления будет в районах, где часто и подолгу отключают электроэнергию. Где ветхие электрические сети и часты аварии на линии.
Но существует ряд требований и условий для работы гравитационной системы отопления. Разберем их подробнее.
1. Уклон труб
Необходим хотя бы минимальный уклон труб 0,5 см на метр длины. А лучше обеспечить уклон 2-3 см/м. Без уклона система не будет работать или радиаторы будут прогреваться крайне долго. Уклон на подаче должен быть со снижением от расширительного бака к радиаторам, а на обратке – от радиаторов к котлу.
2. Увеличенный диаметр труб магистрали
Т.к. теплоноситель циркулирует медленно, а тепла к радиаторам нужно передать в нужном объеме, то чем больше диаметр труб в системе – тем больший объем жидкости пройдет к радиаторам и обратно. Трубы на подаче и обратке должны быть одного диаметра. Это приводит у удорожанию магистрали.
3. Расположение котла радиаторов и расширительного бака
Радиаторы должны быть выше котла, а расширительный бак – еще выше, на самой верхней точке системы. Часто расширительный бак устанавливали на чердаке дома, утепляли его и от него уже разводили магистрали к каждому радиатору в каждой комнате. Это так называемая схема «паук».
Сам котел должен располагаться ниже радиаторов. Это позволит сделать лишь приямок в котельной, наличие подполья или цокольного этажа в доме. Т.е. в доме, где нет такой возможности, если котел ниже радиаторов не установить - система работать будет крайне неэффективно.
Гравитационная система отопления применима с разными схемами отопления: однотрубная, «Ленинградка»; двухтрубная; схема «Паук». Рассмотрим их по отдельности.
1. Схема двухтрубной системы отопления с разнесёнными горизонтальными коллекторами
Здесь труба подачи расположена над радиаторами и теплоноситель при охлаждении опускается к каждому радиатору. Проходя через каждый, охлаждается еще сильнее и опускается в трубу обратки. Чем холоднее вода – тем ее плотность выше и она становится тяжелее, создается опускающийся вниз конвекционный поток.
Но труба над радиаторами – это не эстетично, когда у вас подача и обратка разнесены по уровню. Поэтому, такую схему использовали редко.
2. Схема двухтрубной системы отопления с горизонтальными коллекторами под радиаторами вдоль пола
Здесь охлаждаемый в радиаторе теплоноситель опускаясь вниз к трубе обратки, освобождает место для подъема более теплой жидкости из трубы подачи. Система и в таком расположении труб под радиаторами тоже работает. Повторю, что главное – это соблюдение уклона магистралей.
3. Схема однотрубной горизонтальной системы «Ленинградка» с горизонтальными магистралями под радиаторами вдоль пола
Здесь подача и обратка в радиаторы подсоединена к одной трубе. И с каждым последующим радиатором температура теплоносителя все ниже. Без циркуляционного насоса более-менее равномерного прогрева всех радиаторов не будет. Придется в каждом последующем радиаторе увеличивать их площадь (число секций) - для большей теплоотдачи при более низкой температуре.
4. Схема двухтрубной системы отопления с магистралями в техническом подполье
Если у вас есть подполье или цокольный этаж, то трубы подачи и обратки можно расположить под полами, а от них вывести вертикальные ответвления к радиаторам.
Но учтите, что при этом трубами вы будете греть подполье, а тепло будет забирать грунт. Это большие тетплопотери. Трубы придется теплоизолировать.
5. Коллекторно-лучевая схема «паук»
Чем выше вы поднимете расширительный бак, тем лучше будет работать гравитационная система отопления. Часто этот бак устанавливают на чердаке по центру дома и от него ведут магистрали к каждому радиатору. Хорошо, если их 4-5 шт. в небольшом доме.
При большом числе радиаторов материалоемкость этой схемы увеличивается. Обратку и здесь можно провести под полами.
6. Гравитационная система отопления двухэтажного дома
Эту систему отопления можно спроектировать и смонтировать даже в двухэтажном доме. Сделать две отдельные линии на каждом этаже, либо монтировать вот по такой схеме:
Учитывайте, что температура радиаторов на перовом этаже будет ниже и нужно рассчитать увеличенное число секций в них. Но лучше остановиться на такой схеме:
Стоит упомянуть про расширительный бак. Он может быть открытый и закрытый. Соответственно, система открытая (с атмосферным давлением в магистралях) и закрытая, когда при нагреве теплоносителя давление в ней увеличивается.
Радиаторы в такой системе лучше использовать чугунные. У них большой диаметр для циркуляции воды. Алюминиевые в этой схеме не лучший вариант – в них трубки малого сечения. Помню, как в гаражах сельских организаций для такой системы отопления варили радиаторы из труб большого диаметра.
Главный недостаток этой гравитационной системы отопления – это полное отсутствие регулирования и балансировки. Вы не поставите вентили для регуляции потока. Вернее, поставить можно, но они могут работать непредсказуемо, например в режиме «закрыто-открыто». Другой недостаток: система отопления очень долго прогревается, у нее большая инертность.
Ну, а главное преимущество системы – автономность и независимость от электроснабжения. Особенно важно это в тех местах, где отключают электричество на долгое время, в зоне СВО или в глухих деревнях.
Самотечная система отопления больше нужна в деревянных или каркасных домах. В них теплоемкость ограждающих конструкций низкая и дом без отопления быстро остынет. А каменный сможет держать температуру помещений гораздо дольше из-за запасенного тепла в стенах и полах.
Но в наше время при полном отсутствии электроэнергии никто не живет. Поэтому, в любом случае, вам никто не запрещает в систему установить циркуляционный насос и тем самым повысить ее эффективность. А при отключении электричества она продолжит работать в гравитационном режиме.
Кто хочет больше узнать про гравитационную, самотечную систему отопления – можете посмотреть это познавательное видео от специалиста с большим опытом в монтаже систем отопления: