В системах отопления с естественной циркуляцией, в отличие от систем насосных, расширительный бак присоединен к верхней точке системы. В целях удаления попавшего в систему отопления воздуха магистральные трубопроводы для горячей воды прокладывают, делая подъем 0,005—0,01 в направлении расширительного бака. Горячая вода в системе отопления с естественной циркуляцией движется с небольшой скоростью, благодаря чему воздух удаляется в противоположном движению горячей воды направлении.
Движение горячей воды в системах отопления с естественной циркуляцией происходит под действием силы, возникающей как результат разности давления, создаваемого столбами воды слева и справа, в нижней, горизонтально расположенной части циркуляционного кольца.
Чем более значительную протяженность имеет система отопления с естественной циркуляцией, тем более крупным должен быть диаметр трубопровода, а это увеличивает стоимость системы за счет возрастающего расхода металла. Для того чтобы создать необходимое циркуляционное давление в двухтрубной системе водяного отопления с естественной циркуляцией, минимальное вертикальное расстояние от центра котла до центра самого низко расположенного прибора не должно быть меньше трех метров. Именно с этим связана необходимость установки котлов в подвалах зданий.
Помимо двухтрубных систем отопления, существуют и однотрубные системы, в которых также используется естественная циркуляция воды. В вертикальной однотрубной системе вода последовательно охлаждается в приборах, которые все расположены в одном циркуляционном кольце, поэтому циркуляционное давление здесь имеет уже другую величину. Охлаждение воды осуществляется благодаря смешиванию воды, которая прошла по замыкающему участку, с водой, которая прошла через прибор. Однако и в этом случае циркуляционное давление будет определяться разностью давлений столбов воды слева и справа.
В вертикальных однотрубных системах отопления циркуляционное давление будет одинаковым для приборов на всех этажах. В создании циркуляционного давления в этом случае участвуют все последовательно присоединенные к стояку циркуляционного кольца приборы. В связи с этим расчетное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной системе отопления с естественной циркуляцией воды всегда будет больше, чем в аналогичной двухтрубной системе.
Движение горячей воды последовательно через все приборы стояка в вертикальной однотрубной системе отопления, а также высокое циркуляционное давление, обеспечивают циркуляцию воды по нижним приборам системы даже в тех случаях, когда они находятся на одном и том же уровне с котлом (имеются в виду нагревательные приборы первого этажа, когда там же стоит котел, а также нагревательные приборы подвальных помещений).
Для систем отопления с естественной циркуляцией воды характерны высокая надежность, простота эксплуатации; приведение в действие циркуляционного насоса не сопровождается сколько-нибудь значительным расходом электроэнергии. И все же применение подобных систем ограничено. Это связано со сравнительно небольшим радиусом действия, а также с тем, что монтаж таких систем сопровождается значительным расходом металла в силу необходимости использования труб большего по сравнению с системами насосной циркуляции диаметра.
К достоинствам систем водяного отопления следует отнести сравнительно низкую температуру поверхностей нагревательных приборов (обычно не более 70°С). При такой температуре не разлагается органическая пыль. Кроме того, в системе водяного отопления возможно централизованное регулирование теплоотдачи с учетом температуры окружающего воздуха. Наиболее экономичны однотрубные системы отопления.
