Отоплителна система с естествена циркулация: диаграми на обща водна верига

Изграждането на автономна отоплителна мрежа от гравитачен тип се избира, ако е непрактично, а понякога и невъзможно да се инсталира циркулационна помпа или да се свърже с централизирано захранване.

Такава система е по-евтина за инсталиране и е напълно независима от електричество. Въпреки това, работата му до голяма степен зависи от точността на дизайна.

За да може отоплителна система с естествена циркулация да функционира гладко, е необходимо да се изчислят нейните параметри, да се монтират правилно компонентите и разумно да се избере дизайнът на водната верига. Ние ще помогнем за разрешаването на тези проблеми.

Описахме основните принципи на работа на гравитационната система, дадохме съвети за избора на тръбопровод и очертахме правилата за сглобяване на веригата и поставяне на работни единици. Обърнахме специално внимание на конструктивните и експлоатационните характеристики на едно- и двутръбните отоплителни схеми.

Принципи на процеса на естествената циркулация

Процесът на движение на водата в отоплителния кръг без използването на циркулационна помпа се дължи на естествените физични закони.

Разбирането на естеството на тези процеси ще позволи на компетентните разработване на проект за отоплителна система за стандартни и нестандартни случаи.

Максимална разлика в хидростатичното налягане

Основното физическо свойство на всяка охлаждаща течност (вода или антифриз), което улеснява движението й по веригата по време на естествена циркулация, е намаляване на плътността с повишаване на температурата.

Плътността на горещата вода е по-малка от тази на студената вода и следователно има разлика в хидростатичното налягане на топлата и студената колона течност. Студената вода, която тече към топлообменника, измества горещата вода нагоре по тръбата.

Движещата сила на водата във веригата по време на естествена циркулация е разликата в хидростатичното налягане между студения и горещия стълб течност

Отоплителната верига на една къща може да бъде разделена на няколко фрагмента. Водата се насочва нагоре по "горещите" фрагменти и надолу по "студените" фрагменти.Границите на фрагментите са горната и долната точка на отоплителната система.

Основната задача в моделирането системи с естествена циркулациявода е да се постигне максимална възможна разлика между налягането на течния стълб в „горещите“ и „студените“ фрагменти.

Класически елемент на водната верига за естествена циркулация е ускорителният колектор (основен щранг) - вертикална тръба, насочена нагоре от топлообменника.

Ускорителният колектор трябва да има максимална температура, затова е изолиран по цялата си дължина. Въпреки че, ако височината на колектора не е висока (както при едноетажни къщи), тогава изолацията може да не се извърши, тъй като водата в нея няма да има време да се охлади.

Обикновено системата е проектирана по такъв начин, че горната точка на колектора за ускорение съвпада с горната точка на цялата верига. Има изход към отворен разширителен резервоар или вентилационен вентил, ако използвате мембранен резервоар.

Тогава дължината на „горещия“ фрагмент от веригата е минимално възможна, което води до намаляване на топлинните загуби в тази област.

Желателно е също така "горещата" част на веригата да не се комбинира с дългосрочна секция, транспортираща охладена охлаждаща течност. В идеалния случай най-ниската точка на водния кръг съвпада с ниската точка на топлообменника, поставен в отоплителното устройство.

Колкото по-ниско е разположен котелът в отоплителната система, толкова по-ниско е хидростатичното налягане на течния стълб в горещата част на веригата

„Студеният“ сегмент на водната верига също има свои собствени правила, които увеличават налягането на течността:

• толкова по-голяма е загубата на топлина в „студения“ участък на отоплителната мрежа, колкото по-ниска е температурата на водата и толкова по-голяма е нейната плътност, следователно работата на системи с естествена циркулация е възможна само при значителен топлопренос;
• толкова по-голямо е разстоянието от долната точка на веригата до връзката на радиатора, толкова по-голяма е площта на водния стълб с минимална температура и максимална плътност.

За да се гарантира спазването на това последно правило, често пещта или котела се монтират в най-ниската точка на къщата, като например мазето. Това разположение на котела осигурява максимално възможно разстояние между долното ниво на радиаторите и точката на влизане на водата в топлообменника.

Въпреки това, височината между долната и горната точка на водния кръг по време на естествената циркулация не трябва да бъде твърде висока (на практика не повече от 10 метра). Пещта или котелът загрява само топлообменника и долната част на ускорителния колектор.

Ако този фрагмент е незначителен по отношение на цялата височина на водната верига, тогава спадът на налягането в „горещия“ фрагмент на веригата ще бъде незначителен и процесът на циркулация няма да започне.

Използването на системи с естествена циркулация за двуетажни сгради е напълно оправдано, но за по-големи сгради ще е необходима циркулационна помпа

Минимизиране на устойчивостта на движение на водата

При проектирането на система с естествена циркулация е необходимо да се вземе предвид скоростта на движение на охлаждащата течност по веригата.

Първо, колкото по-висока е скоростта, толкова по-бързо ще се извърши преносът на топлина чрез системата „котел - топлообменник - водна верига - отоплителни радиатори - стая“.

Второ, колкото по-бърза е скоростта на течността през топлообменника, толкова по-малка е вероятността да заври, което е особено важно за отоплението на печката.

Преваряването на вода в системата може да бъде много скъпо - разходите за демонтаж, ремонт и повторно инсталиране на топлообменника изискват много време и пари

В системите отопление с принудителна циркулация скоростта на движение на водата зависи главно от параметрите циркулационна помпа.

При отопление на водата с естествена циркулация скоростта зависи от следните фактори:

• разлика в налягането между фрагменти от контура в долната му точка;
• хидродинамично съпротивление отоплителна система.

Методите за осигуряване на максимална разлика в налягането бяха обсъдени по-горе. Хидродинамичното съпротивление на реална система не може да бъде точно изчислено поради сложния математически модел и големия брой входни данни, чиято точност е трудно гарантирана.

Има обаче общи правила, които, ако се спазват, ще намалят съпротивлението на отоплителния кръг.

Основните причини за намаляване на скоростта на движение на водата са съпротивлението на стените на тръбите и наличието на стеснения поради наличието на фитинги или спирателни вентили. При ниски скорости на потока практически няма съпротивление на стените.

Изключение правят дългите и тънки тръби, характерни за отопление с топъл под. Като правило за него се разпределят отделни вериги с принудителна циркулация.

Когато избирате видове тръби за верига с естествена циркулация, ще трябва да вземете предвид наличието на технически ограничения при инсталиране на системата. Ето защо металопластични тръби Не е желателно да се използват с естествена циркулация на водата, тъй като те са свързани с фитинги със значително по-малък вътрешен диаметър.

Фитингите за металопластични тръби донякъде стесняват вътрешния диаметър и са сериозна пречка за водата с ниско налягане (+)

Правила за избор и монтаж на тръби

Избор между стомана или полипропиленови тръби за всяка циркулация се извършва според критерия за възможността за тяхното използване за топла вода, както и от гледна точка на цената, лекотата на монтаж и експлоатационния живот.

Захранващият щранг е монтиран от метална тръба, тъй като през него преминава вода с най-висока температура и в случай на отопление на печката или неизправност на топлообменника може да премине пара.

При естествена циркулация е необходимо да се използва диаметър на тръбата малко по-голям, отколкото при използване на циркулационна помпа. Обикновено за отопление на помещения до 200 квадратни метра. m, диаметърът на ускорителния колектор и тръбата на връщащия вход към топлообменника е 2 инча.

Това се дължи на по-ниската скорост на водата в сравнение с опцията за принудителна циркулация, което води до следните проблеми:

• намаляване на количеството предадена топлина за единица време от източника до отопляемото помещение;
• появата на запушвания или въздушни джобове, което малко напрежение не може да понесе.

Когато използвате естествена циркулация с долна захранваща верига, трябва да се обърне специално внимание на проблема с отстраняването на въздуха от системата. Не може да бъде напълно отстранен от охлаждащата течност през разширителния резервоар, т.к Врящата вода първо влиза в устройствата през линия, разположена по-ниско от самите тях.

При принудителна циркулация водното налягане задвижва въздуха към въздушен колектор, монтиран в най-високата точка на системата - устройство с автоматично, ръчно или полуавтоматично управление. Като се използва Кранове Майевски По принцип преносът на топлина се регулира.

В гравитационни отоплителни мрежи с захранване, разположено под устройствата, крановете на Mayevsky се използват директно за обезвъздушаване.

Всички модерни отоплителни радиатори имат устройства за изпускане на въздух, следователно, за да предотвратите образуването на тапи във веригата, можете да направите наклон, задвижвайки въздух към радиатора

Въздухът може също да се отстрани с помощта на вентилационни отвори, монтирани на всеки щранг или на надземна линия, положена успоредно на електрическата мрежа на системата. Поради внушителния брой устройства за изпускане на въздух, гравитационните вериги с долно окабеляване се използват изключително рядко.

При ниско налягане малка въздушна брава може напълно да спре отоплителната система. По този начин, съгласно SNiP 41-01-2003, не е позволено да се полагат тръбопроводи на отоплителни системи без наклон при скорост на водата по-малка от 0,25 m / s.

При естествена циркулация такива скорости са недостижими. Ето защо, в допълнение към увеличаването на диаметъра на тръбите, е необходимо да се поддържат постоянни наклони за отстраняване на въздуха от отоплителната система. Наклонът е проектиран в размер на 2-3 mm на 1 метър, в апартаментните мрежи наклонът достига 5 mm на линеен метър от хоризонталната линия.

Наклонът на захранването се прави по посока на движението на водата, така че въздухът да се движи към разширителния резервоар или системата за обезвъздушаване, разположена в горната точка на веригата. Въпреки че е възможно да се направи контра-наклон, в този случай е необходимо да се монтира допълнително обезвъздушителен клапан.

Наклонът на връщащата линия обикновено се прави по посока на движението на охладената вода. Тогава най-ниската точка на веригата ще съвпадне с входа на връщащата тръба към топлинния генератор.

Най-често срещаната комбинация от посоки на наклона на захранващата и връщащата тръба за отстраняване на въздушни джобове от водна верига с естествена циркулация

При монтаж на топъл под малка площ във верига с естествена циркулация, е необходимо да се предотврати навлизането на въздух в тесните и хоризонтално разположени тръби на тази отоплителна система.Необходимо е да се монтира устройство за отстраняване на въздуха пред топъл под.

Еднотръбни и двутръбни схеми за отопление

При разработването на отоплителна схема за къща с естествена циркулация на водата е възможно да се проектират една или няколко отделни вериги. Те могат да се различават значително един от друг. Независимо от дължината, броя на радиаторите и други параметри, те се изработват по еднотръбна или двутръбна схема.

Верига, използваща една линия

Отоплителна система, използваща една и съща тръба за последователно подаване на вода към радиаторите, се нарича еднотръбна. Най-простият еднотръбен вариант е отоплението с метални тръби без използване на радиатори.

Това е най-евтиният и най-малко проблематичен начин за отопление на къща при избора на естествена циркулация на охлаждащата течност. Единственият значителен недостатък е появата на обемисти тръби.

При най-икономичните еднотръбна версия При отоплителните радиатори топлата вода протича последователно през всяко устройство. Тук е необходим минимален брой тръби и спирателни кранове.

Докато вървиш антифриз охлажда, така че следващите радиатори получават по-студена вода, което трябва да се вземе предвид при изчисляване на броя на секциите.

Една проста еднотръбна верига (по-горе) изисква минимално количество инсталационни работи и инвестиции. По-сложната и скъпа опция по-долу ви позволява да изключите радиаторите, без да спирате цялата система

Най-ефективният начин за свързване на отоплителни уреди към еднотръбна мрежа се счита за диагонална опция.

Съгласно тази схема на отоплителни кръгове с тип естествена циркулация, горещата вода навлиза в радиатора отгоре и след охлаждане се изпуска през тръбата, разположена отдолу.При преминаване по този начин нагрятата вода отделя максимално количество топлина.

Когато както входната, така и изходящата тръба са свързани към батерията отдолу, преносът на топлина е значително намален, тъй като нагрятата охлаждаща течност трябва да измине възможно най-дългия път. Поради значително охлаждане, батерии с голям брой секции не се използват в такива вериги.

„Ленинградка“ се характеризира с впечатляващи топлинни загуби, които трябва да се вземат предвид при изчисляването на системата. Предимството му е, че когато се използват спирателни вентили на входящите и изходящите тръби, устройствата могат да бъдат избирателно изключени за ремонт без спиране на отоплителния цикъл (+)

Отоплителните кръгове с подобно свързване на радиатори се наричат ​​„Ленинградка". Въпреки отбелязаните топлинни загуби, те са предпочитани при подреждането на жилищни отоплителни системи, което се дължи на по-естетичния вид на тръбопровода.

Значителен недостатък на еднотръбните мрежи е невъзможността да се изключи една от отоплителните секции, без да се спре циркулацията на водата в цялата верига.

Следователно те обикновено използват модернизация на класическата схема с инсталацията „Околовръстен път» за байпас на радиатора с помощта на разклонение с два сферични крана или трипътен кран. Това ви позволява да регулирате подаването на вода към радиатора, дори да го изключите напълно.

За двуетажни или повече етажни сгради се използват варианти на еднотръбна схема с вертикални щрангове. В този случай разпределението на топлата вода е по-равномерно, отколкото при хоризонталните щрангове. Освен това вертикалните щрангове са по-къси и се вписват по-добре в интериора на къщата.

Еднотръбна схема с вертикално окабеляване се използва успешно при отопление на двуетажни стаи с естествена циркулация. Представена е опция с възможност за деактивиране на горните радиатори

Опция с използване на връщаща тръба

Когато едната тръба се използва за подаване на топла вода към радиаторите, а втората за отвеждане на охладена вода към котел или пещ, тази отоплителна схема се нарича двутръбна отоплителна система. При наличие на отоплителни радиатори такава система се използва по-често от еднотръбна система.

Той е по-скъп, тъй като изисква инсталиране на допълнителна тръба, но има редица значителни предимства:

• по-равномерно разпределение на температурата охлаждаща течност, подадена към радиаторите;
• по-лесно за изчисляване зависимост на параметрите на радиатора от площта на отопляемото помещение и необходимите температурни стойности;
• по-ефективен контрол на топлината към всеки радиатор.

В зависимост от посоката на движение на охладената вода спрямо горещата вода, двутръбни системи разделени на преминаващи и задънени. В свързаните вериги движението на охладената вода се извършва в същата посока като горещата вода, така че дължината на цикъла за цялата верига е една и съща.

В задънените вериги охладената вода се движи към гореща вода, така че за различните радиатори продължителността на циклите на циркулация на охлаждащата течност е различна. Тъй като скоростта в системата е ниска, времето за нагряване може да варира значително. Тези радиатори, чиято дължина на водния цикъл е по-малка, ще се нагреят по-бързо.

При избора на задънена улица и свързаните с тях отоплителни схеми те изхождат предимно от удобството на инсталиране на връщащата тръба

Има два вида разположение на обшивката спрямо отоплителните радиатори: горна и долна.При горното присъединяване тръбата за подаване на топла вода се намира над отоплителните радиатори, а при долното присъединяване е отдолу.

С долна връзка е възможно да се отстрани въздуха през радиаторите и няма нужда да се пускат тръби отгоре, което е добре от гледна точка на дизайна на помещението.

Въпреки това, без ускорителен колектор, спадът на налягането ще бъде много по-малък, отколкото при използване на горната линия. Поради това долната облицовка практически не се използва при отопление на помещения на принципа на естествената циркулация.

Изводи и полезно видео по темата

Организация на еднотръбна верига на базата на електрически котел за малка къща:

Работа на двутръбна система за едноетажна дървена къща на базата на котел за твърдо гориво с продължително горене:

Използването на естествена циркулация по време на движението на водата в отоплителния кръг изисква точни изчисления и технически компетентни монтажни работи. Ако тези условия са изпълнени, отоплителната система ще затопли ефективно помещенията на частна къща и ще освободи собствениците от шума на помпата и зависимостта от електричество.

Ако имате някакви въпроси по темата или искате да споделите личния си опит в организирането и експлоатацията на отоплителна система от гравитационен тип, моля, оставете коментари за тази статия. Блокът за обратна връзка се намира по-долу.