Всем хочется, чтобы дома было тепло и уютно. Поэтому, при строительстве дома мы задумываемся: «Как же нам сделать комфортную и экономную систему отопления?». 

И неважно, будете ли Вы сами делать себе систему, или пригласите мастеров, именно Вам предстоит выбрать то или иное решение, то или иное оборудование, чтобы Ваша система соответствовала Вашим желаниям и исправно и долго служила. И в то же время, по возможности, требовала меньших сумм оплаты по счетам за энергоносители. 

Отопление можно делать и ретро-способом печами и/или каминами (их достоинства остаются в силе, их всегда можно сделать параллельно как резервное отопление или отопление для души). Но в данной статье, рассмотрю только варианты водяного отопления, так как наш бешеный темп жизни все меньше оставляет нам времени, на обслуживание печного отопления. 

1.    Что такое водяная система отопления?

Это такая система, в которой в одном месте отопительным котлом вырабатывается тепло (котел как генератор тепла), а потом это тепло, с помощью теплоносителя переносится по помещениям и распределяется нужным образом, с помощью отопительных приборов. 

Такой способ распределения тепла не напрямую (как от печей или каминов), а путем переноса с помощью теплоносителя (носящего тепло), позволяет в современном доме, не строить несколько печей-каминов. А организовать выработку тепла с помощью котла в одном месте. Ведь помещений сейчас в доме намного больше, чем в классической избе 5 на 5 метров. 

Это и место экономит, вместо строительства в доме нескольких печей-каминов. Но что еще очень важно, экономит нам много топлива. Так как отопительный котел способен передать теплоносителю гораздо больше тепла образующего при сгорании топлива. Такую способность передать тепло от продуктов сгорания теплоносителю у котла называют Коэффициентом Полезного Действия – КПД.

2.    Что такое теплоноситель? 

Образно можно представить себе теплоноситель как кольцевую дорожку с маленькими вагонетками, которые развозят по нужному маршруту тепло по всем нужным уголкам нашего дома. 

У отопительного котла, эти «вагонетки» загружаются теплом, потом по кольцевой дорожке (наши тепломагистрали в доме) едут к радиаторам, выгружают тепло в эти радиаторы, а потом уже радиаторы отапливают наш дом, распределяя тепло по помещениям. Так, как лучше и комфортнее. Ну а вагонетки, разгрузившись, по кольцевой дорожке, едут обратно на загрузку теплом к отопительному котлу.

Чаще всего в качестве теплоносителя используют воду, поэтому и называют такие системы отопления чаще всего водяными (реже гидравлическими). Можно использовать и незамерзающие жидкости (антифризы), но поговорим о них в другой статье, им только и посвященной.

2.1.   Почему практичней использовать в качестве теплоносителя воду?

Вода, среди других жидкостей, обладает одним из лучших сочетаний в себе нескольких мало совместимых между собой качеств, необходимых для теплоносителя. Это, достаточные для хорошей работы системы отопления физические характеристики: теплоемкость, теплопроводность, текучесть, пожаробезопасность, нетоксичность и низкая стоимость. 

• Достаточная теплоемкость, позволяет использовать и перекачивать меньшие объемы воды, нежели пришлось бы при использовании других жидкостей.
• Теплопроводность, позволяет изготавливать более компактные и недорогие радиаторы по сравнению с другими жидкостями.
• Низкая вязкость, позволяет использовать трубы мЕньшего диметра и циркуляционные насосы мЕньшей мощности, чем пришлось бы использовать, например, для антифриза.
• Пожаробезопасность воды, позволяет не бояться возгорания теплоносителя при утечках или прорывах трубопроводов, по сравнению, например с маслом или спиртом.
• Нетоксичность, позволяет не бояться, что в случае тех же протечек системы отопления люди могут отравиться насмерть, по сравнению, например, с этиленгликолевым антифризом или с антифризом на основе метилового спирта.
• Ну, а про дешевизну воды, и говорить нечего. Нет другой жидкости, годящейся в качестве теплоносителя, которая была бы дешевле воды.
  

3.    Отопительные приборы

 3.1.Какие бывают отопительные приборы? 

3.1.1.      Радиаторы

Радиаторы обязаны своим названием глаголу «радиировать»- излучать тепло. Т.е. часть тепла они должны отдавать в виде лучистого тепла (по-другому в виде инфракрасных лучей). 

Традиционно радиаторами называли секционные (состоящие из секций) отопительные приборы из чугуна. У таких отопительных приборов часть тепла отдается лучистым излучением (10-30%), а часть конвекционным 70-90% (нагрев воздуха и поднятие его вверх как от костра). Как раз потому, что секции собирали в один блок, как батарею, еще одно название секционных отопительных приборов закрепилось в обиходе, как «батарея».

Вид современных чугунных радиаторов, и чугунных радиаторов старого образца.

Относительно недавно стали известны широкому кругу и трубчатые радиаторы. Которые имеют хороший дизайн, но, к сожалению, иногда довольно дОроги по сравнению с другими типами радиаторов.

Но и, пожалуй, справедливо в последнее время, наибольшей популярностью (особенно в индивидуальных домах), пользуются панельные стальные радиаторы.

Они обладают высокой удельной дОлей отдачи лучистого тепла (даже больше, чем чугунные радиаторы). А также широко выпускаемым модельным рядом типоразмеров по высоте, длине, и глубине, что позволяет самым оптимальным образом построить систему отопления. Например, исходя из высоты подоконников, выбрать высоту панельных радиаторов от 300 до 900 мм, ширину радиатора выбрать по всей ширине оконных проемов (что исключает риск отсыревания и гниения откосов, а также убирает нисходящие конвективные сквозняки от откосов оконных проемов). Ниже показаны нисходящие потоки холодного воздуха от окна при недостаточной длине отопительного прибора.  

Выпускаются очень многими производителями, но часто называются в обиходе «Керми» (бренд, ставший нарицательным, так же как и Джип вместо внедорожника).

Самым знАчимым преимуществом панельных стальных радиаторов, является высокая доля лучистого тепла. Которая колеблется от 50% до 15% от общей доли отдаваемого ими тепла (тип 10 даёт 50%, тип 11 – 30%, тип 22 – 20%, тип 33 – 15%).

Также появились панельные стальные радиаторы по технологии Х2,

которая повышает еще больше дОлю лучистого тепла в общем обогреве. За счет чего экономится существенное количество топлива (оплаты за газ), и повышается комфортность отопления. Разные типы таких панельных радиаторов могут совмещать в себе и конвектор. Например, тип 10 – это только радиатор. Если же это тип 11, то к нему с тыльной стороны приварена стальная «гармошка»-конвектор. Она увеличивает теплоотдачу такого радиатора, правда уже только за счет конвективного обогрева. Первая цифра в типе радиатора указывает на количество водопроводящих панелей, а вторая цифра – количество конвективных обрешеток.

Такая комбинированность радиатора и конвектора позволяет сделать цену на эти радиаторы очень привлекательной, причем доля лучистого обогрева, все равно остается даже выше, чем у чугунного радиатора. 

В последние два десятилетия, большое распространение получили алюминиевые и биметаллические секционные отопительные приборы, которые, по аналогии с чугунными радиаторами, все стали называть «радиаторами». К сожалению, это по смыслу слов неверно, так как алюминиевые и биметаллические «радиаторы» не относятся к типу радиаторов. А относятся к типу конвекторов. Потому, что доля лучистого тепла в общем количестве отдаваемого ими тепла незначительна (2-5%), и основной способ отдачи ими тепла конвекционный (95-98%).

Лучистое тепло нагревает поверхности стен, потолка, пола, мебели и т.д. и является более комфортным (и зачастую более экономным) видом отопления, чем конвекционное. Конвекционное же отопление, это когда горячий воздух, как от костра, поднимается к потолку и там постепенно остывает, и по противоположной стороне помещения спускается вниз, «течет» по полу, а потом, уже снова нагреваясь в отопительном приборе, поднимается. И так по кольцу.

Самым комфортным и экономным по расходу топлива, является «радиаторное отопление без радиаторов». Т.е. такое отопление, когда в качестве отопительных приборов, используются поверхности пола, стен и потолков. Также такое отопление использует практически только лучистое тепло для отопления. И является самым экономичным, низкотемпературным (и самым комфортным) видом отопления.

Если водяные теплые полы уже никого не удивляют, то отопление теплыми стенами и теплыми потолками, пока еще не известны широкому кругу.

3.1.2.      Конвекторы

Конвекторы, это отопительные приборы, которые отдают тепло в основном только воздуху, который протекает через них снизу-вверх.

В их конструкции, можно увидеть, множество поверхностей, имеющих довольно большую общую площадь за счет их количества. И воздух, соприкасаясь с этими поверхностями, начинает подниматься вверх, за счет нагревания. Чаще всего конвекторы представляют собой обычную трубу, на которую приварено (припаяно) множество вертикально распложенных пластин.

Но конвекторы обладают одним преимуществом перед радиаторами в том, что обладают более компактными размерами. За счёт этого их можно устанавливать под низкими «французскими» окнами, и даже устанавливать их в толщину стяжки пола, при установленных от самого пола высоких «аквариумных» окнах.

3.1.3.      Другие отопительные приборы

Также в последнее время набирают популярность конвекционные отопительные приборы под названием «тёплый плинтус».

Такие отопительные приборы обладают достоинством, а именно: равномерно подогревают поднимающимся конвекционным потоком воздуха наружные стены снизу, предотвращая их отсыревание, и неизбежное при этом появление черного грибка-плесени на стенах (часто не видно под обоями), одну из самых опасных для здоровья видов плесени-грибка. http://master-otoplenie.ru/otoplenie/10-plesen.html

Кратко о плюсах и минусах отопительных приборов читайте в – «Кратко. Как выбрать радиаторы?» - http://master-otoplenie.ru/otoplenie/peredacha-tepla-ot-teplonositelya-v-pomescheniya/27-kak-vybrat-radiatory-dlya-individualnogo-doma-kratko.html

3.2.Способы подключение радиаторов к трубам

Радиаторы бывают с классическим и с нижним (донным подключением).

 3.2.1.      Радиаторы с классическим подключением.

Имеют такое же подключение, как и классический чугунный радиатор. В четырех возможных точках. Слева и справа в верхний распределительный коллектор радиатора. И слева и справа в нижний распределительный коллектор.

Универсальным способом подключения (позволяющим максимально получать тепло от радиатора)  является подключение по «диагонали», т.е. сверху слева или справа в верхний коллектор поступает теплоноситель, а с противоположной стороны радиатора с нижнего коллектора теплоноситель вытекает из радиатора.

Частным случаем «диагонального» подключения является «боковое» подключение.

Когда теплоноситель подается с одной стороны радиатора в его верхний коллектор, а вытекает с нижнего коллектора радиатора с той же стороны. В некоторых случаях, «боковое» подключение незначительно проигрывает по теплоотдаче «диагональному» подключению (2-5%), поэтому иногда можно использовать и его. А для компенсации потерь (2-5%) использовать на некоторое количество секций больше или радиатор большей мощности. 

При достаточном протоке теплоносителя через радиатор (наши вагонетки привозят достаточное количество порции тепла), некоторыми производителями радиаторов считается допустимым использовать «боковое» подключение. Переходить же на «диагональное» подключение, эти производители рекомендуют (только при достаточном поступлении теплоносителя), когда соотношение длины радиатора более чем в два раза превышает межосевое расстояние между коллекторами радиатора. 

Для радиаторов с классическим подключением разработана также специальная арматура, называемая арматурой «одноточечного подключения». Она устроена так, что при "одноточеном подключении" теплоноситель и затекает и вытекает из классического радиатора в одном из отверстий нижнего коллектора.

Для обеспечения достаточной циркуляции протока в такой арматуре используется инжекционная трубка, позволяющая разделить входящий и выходящий потоки теплоносителя.

3.2.2.      Радиаторы с нижним (донным) подключением.

Радиаторы с нижним подключением (донным) некоторым людям нравятся больше радиаторов с классическим подключением. За счет того, что арматура нижнего подключения довольно компактна и не бросается в глаза. Присоединенные через такую арматуру (часто в обиходе такую арматуру называют «биноклями») к радиатору трубы, уходят сразу в пол или в стену.

Также такие радиаторы оборудуются встроенным термостатическим вентилем, рассчитанным на установку на него термоэлемента (термоголовки). 

Термоэлемент, в таком случае, располагается вдоль длины радиатора, что во многих случаях предпочтительней (не выступает за габариты лицевой плоскости радиатора, и точнее регулирует температуру в помещении).

Радиаторы с нижним (донным) подключением выпускаются как панельные стальные, так и секционные алюминиевые и биметаллические.

4.    Какую лучше сделать температуру радиаторов?

Есть только два варианта:

4.1.   Первый вариант.

Сэкономить на стоимости закупки радиаторов и спроектировать их работу так, чтобы они работали с максимальной отдачей тепла. То есть, с максимально возможной для котла выдаваемой температурой, при которой температура поверхности радиатора максимально возможная. Такой способ называется «высокотемпературным отоплением».
Но у этого пути есть несколько недостатков:

• Риск получить ожоги от поверхности радиатора. Даже близко к радиаторам некомфортно находиться, так как они пышут жаром.
• Повышенные конвекционные сквозняки, за счет воздушных потоков с повышенной скоростью движения.
• Повышенное пылеобразование (основная часть пыли образуется за счет испарения волокон тканей одежды и прочих). Всем известно, что повышенное пылеобразование очень часто вызывает астму и прочие заболевания лёгких.
• Из-за того, что теплоноситель не сможет отдавать достаточное количество запасенного в нем тепла, он будет возвращаться в котел слишком горячим, что вызовет перерасход газа. Образно, как в начале статьи, представьте себе, что вагонетки, развозящие тепло от котла к радиатору не будут разгружаться полностью в радиаторах. А будут по кольцу возвращаться в котел, не до конца разгруженными. И образно говоря, котел не сможет погрузить в эти вагонетки всё выработанное им тепло, а только часть. А уже та часть тепла, которая не смогла «погрузиться в вагонетки», улетит в выхлопную трубу, унося на ветер, заплаченные нами за это тепло, денежки.

4.2. Второй вариант.

Спроектировать работу радиаторов с мЕньшей температурой поверхности радиаторов. Со средней или низкой температурой поверхности. И с бОльшей степенью остывания теплоносителя в радиаторах (более полно разгружать наши гипотетические вагонетки в радиаторах).

Недостаток - более высокая, по сравнению с первым вариантом, закупочная стоимость радиаторов. Но не стоит думать, что эти, на первый взгляд, якобы «зазря» потраченные деньги, потеряются. На самом деле, они многократно вернуться к Вам, за счет сэкономленных Вами денег на оплату топлива.

Такой вариант называется среднетемпературным или низкотемпературным отоплением (в зависимости от выбранных температур подачи теплоносителя в радиаторы).

К достоинствам второго способа относятся:

·Отсутствие риска получить ожоги от поверхности радиатора;

·Меньше конвекционных сквозняков, и меньше пылеобразование;

·За счет более полной отдачи тепла теплоносителем в радиаторы (наши вагонетки разгружаются почти полностью), мы экономим существенные суммы (могущие доходить до 3-5 тысяч рублей с дома площадью 170 кв.м.) на оплате газа (при стоимости куба газа 4 рубля).

Исследования в области здравоохранения показали, что наиболее комфортная температура поверхности отопительных приборов составляет 37 градусов.

 5.    О качественном и некачественном отоплении

5.1.                    Лучистое или конвекционное отопление?

 Помимо задачи не дать человеку замерзнуть, система отопления должна еще и наделять дом достаточным комфортом.

А для того, чтобы в доме было комфортно, нужно соблюсти несколько условий:

5.1.1.      Равномерность отопления в пределах одного помещения. 

• Представьте себе, что Вы развели очень сильный костер в одном конце длинного, как вагон помещения. И согласитесь, что какой бы силы этот костер не был, в противоположном конце такого помещения все равно будет холодно.

  

   
  

  Причем, из-за того, что внутри одного помещения будет сильная разность температур, из теплого конца помещения в холодный конец помещения пОверху помещения пойдет сильный (ускоренный) поток теплого воздуха. Взамен же, пОнизу, из холодного конца помещения пойдет сильный (ускоренный) поток холодного воздуха в теплый конец помещения. Что будет восприниматься человеком, как сильный сквозняк холодом по-полу.
  

   

  

   
  

  Это явление называется конвективный сквозняк.

  

   

Естественно, для обеспечения равномерности прогрева помещения нужно правильно расположить отопительные приборы, и правильно подобрать соотношение их мощности.

5.1.2. Равномерно нагретые до комфортной температуры поверхности, стены, потолки, пол, мебель, предметы обстановки.

Т.е. температура их поверхности не должна сильно отличаться от средней температуры в помещении.

Приведу пример того, что для комфортного ощущения человеку не столь важна температура воздуха, а важна температура окружающих человека поверхностей и предметов обстановки. Чтобы это прочувствовать, вспомните, как Вы себя ощущали, спускаясь летом в легкой летней одежде в погреб. Помните, что уже через несколько секунд, Вам становилось зябко, а потом уже откровенно холодно? Объяснение этому не в том, что температура воздуха в погребе намного ниже. Дело в том, что неподвижный воздух (а в погребе он неподвижный) является прекрасным теплоизолятором. И мы никак не могли замерзнуть за несколько секунд от холодного воздуха. Наша теплая одежда как раз и является теплой только из-за того, что удерживает между волокнами неподвижный воздух, именно который и является теплоизолятором, а не сами волокна одежды.

Из-за чего же мы тогда мерзнем в погребе? Потому, что наше тело непрерывно испускает лучистое тепло (ИК-лучи). И на самом деле, наше тело не умеет чувствовать температуру вообще. Умеет чувствовать только КОЛИЧЕСТВО теплоты, которое оно потеряло (ощущаем холод), или которое получило (ощущаем тепло). Т.е. мы ощущаем только БАЛАНС, между полученным и отданным количеством тепла. Спускаясь в погреб, мы от стен начинаем получать гораздо меньше лучистого тепла, чем отдаёт наше тело, поэтому мы ощущаем холод. Сидя же у костра, мы стороной тела обращенной к костру, получаем от костра намного больше лучистого тепла, чем теряем, и именно поэтому очень быстро начинаем ощущать жар от костра. Даже шашлык жарят именно на ИК-лучах от углей (лучистое тепло), а не на открытом пламени (конвективное тепло).

Поэтому, использовать лучистое отопление более предпочтительно, чем конвекционное. Потому, что лучистое тепло греет сразу непосредственно окружающие человека поверхности, а конвекционное отопление греет сначала только воздух, который многократно обращаясь по кругу снизу вверх помещения у отопительного прибора, по потолку к противоположной стене, вниз по этой стене, и по полу снова пОнизу к отопительному прибору.






 


 И во время этого конвективного круговорота воздух постепенно нагревает и поверхности. Понятно, что это занимает бОльшее время на разогрев поверхностей.

 

Также, из-за проникновения свежего уличного воздуха в помещения (инфильтрация), довольно большАя часть нагретого воздуха из под потолка не спускается обратно к полу помещения, а улетучивается на улицу. А вместе с этим нагретым воздухом, улетучиваются наши денежки, потраченные на нагрев этого количества воздуха.

Наши предки во многом были умнее нас, и например, устраивали над зашивкой потолка засыпку песком, устраивая бесплатный рекуператор. Нагретый воздух, уходя сквозь песок на чердак, нагревал песок, который нагревал в свою очередь потолок, и часть тепла возвращалась нам с потолка в виде лучистого тепла (ИК лучей).

Многие знают, что комфортность помещения и отопления легче всего проверяется с помощью пирометра. Пирометром измеряют температуру именно поверхностей пола, стен, потолка, мебели и предметов обстановки, но не температуру воздуха. Часто в городских многоэтажных домах одновременно и жарко и душно и зябко, и стены «высасывают» из нас лучистое тепло (точнее мы отдаем стенам лучистого тепла намного больше, чем получаем от них). Без толку, что средняя температура воздуха комнате плюс 25, если температура поверхности наружных стен только плюс 16 градусов. Вот эти стены и «высасывают» из нас тепло. 

6.    Перемещение теплоносителя от котла в помещения к радиаторам.

Тепло накапливается в теплоносителе, когда он проходит через теплообменник котла. Затем по трубопроводу теплоноситель течет в радиаторы, отдаёт там часть накопленного тепла, и снова по трубопроводу возвращается в котел. Тут как раз прямая аналогия с вагонетками, загружающимися теплом из котла, везущими эти порции тепла к радиаторам, разгружающиеся теплом в радиаторах, и возвращаются в котел, за следующими порциями тепла.

Понятное дел, что сами вагонетки не будут ездить по кругу, перевозя груз тепла. Нужно их чем-то двигать. Для передвижения этих вагонеток (протекания теплоносителя), используют два разных варианта. Принудительную и гравитационную (естественную) циркуляцию.

6.1.                     Первый вариант. Принудительная циркуляция.

Приделать двигатель к составу с вагонетками. По другому, поставить электрический насос в каком-то месте кольца трубопроводов с теплоносителем (вагонетками), чтобы его силой двигать весь состав вагонеток по кольцевому маршруту «котел-радиаторы-котел» (осуществлять принудительную циркуляцию теплоносителя по кольцевому трубопроводу).

Такой вариант привода теплоносителя (вагонеток), называют отопительной системой с принудительной циркуляцией (принуждаемой силой насоса).

6.1.1.   Насос в системе с принудительной циркуляцией.

Как раз той силой, которая будет заставлять ездить по кольцу наши вагонетки (заставлять теплоноситель циркулировать по кольцу из труб) и будет являться электрический насос, который поэтому называют циркуляционным насосом. 

Для того, что наши вагонетки (теплоноситель) успевали подвозить к радиатору достаточное количество тепла, нам нужно обеспечить, чтобы вагонетки (теплоноситель), двигались по кругу с достаточной скоростью. Ведь иначе наши радиаторы не смогут получать достаточные порции тепла, а следовательно не смогут это порции тепла и передавать в наши помещения (будут плохо греть). 

Понятно, что скорость, с которой наши вагонетки будут ездить по кругу (скорость циркуляции теплоносителя), зависит от двух факторов. От силы двигателя вагонеток (мощности циркуляционного насоса), и от трения в подшипниках колёс вагонеток (силы трения в трубах, по которым движется теплоноситель). Сила трения в трубах тем меньше, чем больше диаметр труб, по которым движется теплоноситель.

Поэтому, чтобы увеличить скорость наших вагонеток (скорость циркуляции теплоносителя), мы можем либо увеличить мощность двигателя (циркуляционного насоса) и/или уменьшить сопротивление движению вагонеток (увеличить диаметр труб, по которым движется теплоноситель). 

Разница между двигателем вагонеток и циркуляционным насосом только в том, что циркуляционному насосу не приходиться поднимать полный вес вагонеток. Потому, что по одному стороне замкнутого кольца теплоноситель поднимается, а по противоположной стороне – опускается. И вес опускающегося теплоносителя компенсирует вес поднимающегося. Получается, что мощность циркуляционного насоса идет только на разгон состава вагонеток (замкнутого кольца теплоносителя) и на преодоление силы трения. Точно так же, как в двигателе Вашего авто, для разгона с места, Вы жмёте педаль газа почти до упора, а при движении по трассе, нажимаете только немного, чтобы скомпенсировать силу трения. 

Поэтому, в циркуляционных насосах часто делают рукоятку переключением степени мощности насоса. Некоторые новые модели котлов, уже сами умеют регулировать степень мощности встроенных в них циркуляционных насосов. И не только для экономии электроэнергии, но и для экономии топлива. Но об этом и другом, уже в другой статье "Как экономить деньги на топливо. Какую систему отопления выбрать. Однотрубную или двухтрубную?" -

http://master-otoplenie.ru/otoplenie/perenos-teplonositelya-ot-kotla-po-domu/24-kak-ekonomit-dengi-na-toplivo-kakuyu-sistemu-otopleniya-vybrat-odnotrubnuyu-ili-dvuhtrubnuyu.html.

6.2.                     Второй вариант. Гравитационная циркуляция.

Гравитационную циркуляцию, еще иногда называют естественной циркуляцией. Система с гравитационной циркуляцией, отличается от системы с принудительной (насосной) циркуляцией тем, что движение вагонеток (циркуляция теплоносителя), осуществляется не силой электрического насоса, а силой гравитации. 

Представьте себе, что Вы поставили на левую и правую чаши весов по одинаковой открытой канистре, заполненные водой до краев (и соединенные между собой тонкой трубочкой, т.е. сообщающиеся сосуды). А затем стали нагревать воду в левой канистре (даже просто на лучах Солнца). В результате нагрева, вода расширится (при этом уменьшиться её удельный вес, т.е. плотность), станет больше объемом, и так как наша канистра была заполнена до краёв, то часть воды выльется на землю (в отопительной системе эта часть не выливается, а накапливается в расширительной баке).

Понятное дело, что левая канистра станет легче, чем правая. В результате левая чаша весов будет подниматься вверх, а правая чаша будет опускаться. 

Если теперь попробовать представить себе, что эти канистры были подвешены тросиком к вращающемуся блоку (колёсику с крюком), подвешенному к потолку. То пока вода в канистрах была одной температуры, обе канистры весили одинаково. Когда же вода в левой канистре нагрелась, то из-за вылившейся на землю из нее воды, эта канистра стала чуть легче правой. Понятно, что при этом левая канистра начнет подниматься вверх, потому, что правая канистра оказалась тяжелее, и перевешивает левую. 

Тот же принцип используется и для осуществления гравитационной циркуляции. Представьте себе, что левая канистра – это котел, в котором теплоноситель непрерывно нагревается. А правая канистра – это радиаторы, в которых вода непрерывно остывает. Тогда получается, что правая часть кольца движения теплоносителя, всегда оказывается тяжелее левой части. Поэтому наши вагонетки (теплоноситель) непрерывно будут ехать по кольцу, перевозя порции тепла от котла к радиаторам.

Но, что приходиться учитывать, при организации гравитационной циркуляции, так это то, что образующаяся от гравитации сила (от разницы в весе), намного слабее силы электрического циркуляционного насоса. Поэтому, чтобы наши вагонетки (теплоноситель) успешно перевозили тепло, нужно существенно уменьшить силу трения в колесах вагонеток (уменьшить трение в трубах, намного увеличив их диаметр). Также расположение труб при гравитационной циркуляции должно осуществляться по достаточно строгим правилам, чтобы не остановить непрерывную работу наших вагонеток (циркуляцию теплоносителя). 

Второй момент, при организации гравитационной циркуляции, это то, что центр тяжести нагревающегося в котле теплоносителя (левая чаша весов), должен быть ниже по уровню, чем центр тяжести охлаждающегося в радиаторах теплоносителя (правая чаша весов).

Чем больше мы сможем опустить котел (левую чашу), относительно радиаторов (правой чаши), тем бОльшая гравитационная сила (гравитационный напор) будет возникать, и тем быстрее будут ездить наши вагонетки (теплоноситель). Следовательно, бОльший гравитационный напор, сможет преодолевать бОльшее  гидросопротивление труб. Поэтому, тем меньшего диаметра (с бОльшим сопротивлением) мы сможем использовать трубы для гравитационной циркуляции. Именно поэтому, в двухэтажном доме, организовать гравитационную циркуляцию проще, чем в одноэтажном доме, потому, что уровень между центрами нагрева и охлаждения в двухэтажном доме, как правило больше, чем в одноэтажном. 

Подробнее о гравитационной циркуляции можно прочесть в статье "Гравитационная циркуляция" - http://master-otoplenie.ru/otoplenie/64-gravitacionnaya-cirkulyaciya.html

6.3.                    Какую систему выбрать. Принудительную или гравитационную?

Главным отличием системы с принудительной циркуляцией относительно системы с гравитационной циркуляцией, является зависимость принудительной системы от электричества. Ведь без электричества не сможет работать циркуляционный насос. А гравитационной системе с энергонезависимым котлом, электричество не нужно совсем. 

К сожалению, гравитационные системы, являются менее энергоэффективными, чем принудительные. И расходуют больше топлива. Получается, что для того, чтобы получить полную независимость от электричества, нам придется смириться с увеличенным расходом топлива. Или, наоборот, ради экономии топлива, смириться с зависимостью от электричества.

Поэтому главным критерием для выбора между принудительной и гравитационной циркуляции, является вид доступного Вам топлива. Тут есть серьезная взаимосвязь. Расскажу подробнее.

Если у Вас нет магистрального или сжиженного (в газгольдере) газа, то отапливаться Вам придется твердым топливом (дрова, уголь). А твердотопливные котлы, при исчезновении циркуляции в них, могут взрываться, представляя серьезную опасность жизни и сохранности дома. При использовании гравитационной циркуляции, Вам нечего опасаться, так как пока есть гравитация будет продолжаться и циркуляция.

Понимаю, что у многих возникает соблазн, использовать для твердотопливного котла (далее ТТкотла) принудительную циркуляцию, для удешевления стоимости системы отопления (далее СО) и упрощения её монтажа, для бесперебойного питания используя онлайновый Источник Бесперебойного Питания двойного преобразования (далее ИБП). Но такое решение не может считаться безопасным с точки зрения Обеспечения Безопасности Жизни (далее ОБЖ). Так как любая электроника может выходить из строя, Аккумуляторные Батареи (далее АКБ) могут терять свою ёмкость. И электрический циркуляционный насос (далее ЦН) может заклинивать. И свою жизнь и жизнь своих детей (и сохранность дома) делать заложниками исправности ИБП и ЦН, редко кто захочет.

Поэтому, при использовании твердого топлива и ТТкотла, ориентироваться нужно на безопасную систему с гравитационной циркуляцией. А вот уже в нормально работающую гравитационную систему можно добавить ЦН на перемычке (байпасе) для увеличения энергоэффективности работы котла и экономии топлива. Но и отключение электроэнергии и заклинивание ЦН, уже не может в этом случае создать опасность, потому, что циркуляция будет продолжаться, только с мЕньшей скоростью. Причем ЦН на байпас нужно устанавливать с поплавковым шаровым обратным клапаном, для того, чтобы переход с принудительной циркуляции на гравитационную и обратно происходил ПОЛНОСТЬЮ без вмешательства человека. В шаровом поплавковом обратном клапане, внутри всплывает-тонет шарик-поплавок, и в таком клапане сломаться просто нечему.

Совсем другое дело, есть в качестве топлива, Вам посчастливилось иметь магистральный газ. Только в этом случае, Вы можете безопасно использовать настенный газовый котел с принудительной циркуляцией теплоносителя. Причем экономя газ, за счет использования принудительной циркуляции. Дело в том, что настенный газовый котел устроен так, что при возникновении какой-либо неисправности котла или при отключении электроэнергии, пламя в настенном котле сразу же гаснет с перекрыванием газа. Газ в отключенном настенном котле в камеру сгорания не поступает. В нём установлен электромагнитный клапан (закрытый в обесточенном состоянии), который открывает доступ газа, только при нормальной работе котла. При отключении же электроэнергии, или возникновении неисправности в котле, это клапан обесточивается, и под воздействием распрямляющейся сжатой до этого электромагнитом пружинки, перекрывает газ. И после включения электроэнергии вновь, настенный котел сам снова саморозжигается. Поэтому, если во время Вашего отсутствия дома, электричество отключат на пару-тройку часов, ничего страшного не произойдет. За это время дом даже не успеет сильно остыть.

Также принудительная циркуляция теплоносителя в системе отопления, позволяет автоматически поддерживать заданную Вами и желаемую температуру в каждом помещении отдельно. Помимо комфорта, такое авторегулирование температуры позволяет также экономить и топливо. Но, оговорюсь, что авторегулирование температуры помещений можно сделать безопасно и в системе с гравитационной циркуляцией, но это тема отдельной статьи "Экономная, комфортная и безопасная энергонезависимая система отопления для твердотопливных котлов" - http://master-otoplenie.ru/otoplenie/energo-nezavisimost-otopleniya/18-ekonomnaya-komfortnaya-i-bezopasnaya-energonezavisimaya-sistema-otopleniya-dlya-tverdotoplivnyh-kotlov.html

7.    Котёл (генератор тепла).

То устройство, которое вырабатывает тепло, называется генератором тепла, а чаще всего отопительным котлом.

Отопительный котёл (далее просто котёл) сжигает топливо, и забирает часть тепла, содержащегося в газообразных продуктах сгорания в тепловую энергию теплоносителя. Часть тепла из продуктов сгорания, переходит в теплоноситель посредством теплообменника (устройство обменивающее тепло из одной среды в другую). Другая часть тепла, в буквальном смысле вылетает в трубу.

Насколько пОлно котел может перевести тепловую энергию из продуктов сгорания топлива в теплоноситель, называют Коэффициентом Полезного Действия (далее КПД) котла. Если пишут в паспорте котла о 90% КПД, это значит, что при некоторых условиях, котлом может быть достигнуто соотношение, что 90% тепла, содержащегося в продуктах сгорания, перейдет в теплоноситель (в наши с Вами вагонетки погрузиться), а 10% этого тепла улетит в дымовую (выхлопную) трубу.

Виды котлов, разделяются в основном по видам топлива.

При использовании дорогостоящих видов топлива, таких как дизтопливо, электричество, сжиженный газ, особенный смысл вкладывать деньги в обеспечение минимизации расхода топлива, и на автоматику осуществляющую энергосбережения. Так как срок окупаемости будет таких вложений, будет намного меньше, чем при использовании дешевого магистрального газа.

7.1.Газовые котлы.

Многие виды газовых котлов (почти все настенные) могут быть легко и недорого переоборудованы на работу со сжиженным газом пропан-бутаном (Сжиженным углеводородным газом – СУГ), путем замены жиклеров форсунок и перенастройки давления на газовой арматуре.

Это позволяет использовать газовые котлы не только при наличии у Вас магистрального газа, но и при использовании сжиженного газа от газгольдера или бытовых баллонов.

Такое решение, может быть временным вариантом, на одну-две зимы, когда Вы уже построили дом, хотите в нем жить, но магистральный газ обещают подвести только через год-два. В этом временном варианте, при подведении к дому уже магистрального газа, Вам не придется менять ни котел, ни систему отопления.

7.1.1.      ЭнергоНезависимые газовые котлы.

Это газовые котлы, которые для работы совершенно не требуют наличия электроснабжения.

К сожалению, за энергонезависимость приходиться расплачиваться меньшим КПД, чем у энергозависимых котлов. Но к преимуществам относится способность работать абсолютно без электричества. В условиях небольшого деревенского дома, при постоянно отключаемом электричестве, могут иметь преимущество в виде автономности, так как не требуют для энергонезависимости приобретения довольно дорогостоящего онлайнового ИБП с двойным преобразованием и генератора для зарядки АКБ такого ИБП. 

Естественно, для этого такой котел, должен работать в составе системы с гравитационной циркуляцией, иначе от его энергонезависимости будет мало толка. 

Как правило, такие котлы выпускаются в напольном исполнении (напольные газовые котлы). От энергозависимого напольного газового котла их можно отличить бОльшими, чем у энергозависимого котла диаметрами патрубков (обычно полтора два дюйма, т.е ду40 или ду50).

Продолжение статьи ЗДЕСЬ

Автор Инчин Владимир Владимирович
Перепечатка не возбраняется, 
при указании авторства и ссылки на этот сайт.