Vykurovací systém s prirodzenou cirkuláciou: bežné schémy vodného okruhu

Konštrukcia autonómnej vykurovacej siete gravitačného typu sa volí, ak je nepraktické a niekedy nemožné inštalovať obehové čerpadlo alebo sa pripojiť k centralizovanému napájaniu.

Takýto systém je lacnejší na inštaláciu a je úplne nezávislý od elektriny. Jeho výkon však do značnej miery závisí od presnosti návrhu.

Pre bezproblémové fungovanie vykurovacieho systému s prirodzenou cirkuláciou je potrebné vypočítať jeho parametre, správne namontovať komponenty a rozumne zvoliť návrh vodného okruhu. Pomôžeme pri riešení týchto problémov.

Popísali sme hlavné princípy fungovania gravitačného systému, poskytli rady pri výbere potrubia a načrtli pravidlá pre zostavenie okruhu a umiestnenie pracovných jednotiek. Zvláštnu pozornosť sme venovali konštrukčným a prevádzkovým vlastnostiam jedno- a dvojrúrkových vykurovacích schém.

Princípy procesu prirodzenej cirkulácie

K procesu pohybu vody vo vykurovacom okruhu bez použitia obehového čerpadla dochádza v dôsledku prírodných fyzikálnych zákonov.

Pochopenie povahy týchto procesov umožní kompetentným vypracovať projekt vykurovacieho systému pre štandardné a neštandardné prípady.

Maximálny rozdiel hydrostatického tlaku

Hlavnou fyzikálnou vlastnosťou akejkoľvek chladiacej kvapaliny (vody alebo nemrznúcej zmesi), ktorá uľahčuje jej pohyb pozdĺž okruhu počas prirodzenej cirkulácie, je zníženie hustoty so zvyšujúcou sa teplotou.

Hustota horúcej vody je menšia ako hustota studenej vody, a preto existuje rozdiel v hydrostatickom tlaku teplého a studeného stĺpca kvapaliny. Studená voda prúdiaca do výmenníka tepla vytláča horúcu vodu hore potrubím.

Hnacou silou vody v okruhu pri prirodzenej cirkulácii je rozdiel hydrostatického tlaku medzi studeným a horúcim stĺpcom kvapaliny

Vykurovací okruh domu možno rozdeliť na niekoľko fragmentov. Voda smeruje nahor pozdĺž „horúcich“ úlomkov a nadol pozdĺž „studených“ úlomkov.Hranice fragmentov sú horné a dolné body vykurovacieho systému.

Hlavná úloha v modelovaní systémy prirodzeného obehuvody je dosiahnuť maximálny možný rozdiel medzi tlakom v stĺpci kvapaliny v „horúcich“ a „studených“ fragmentoch.

Klasickým prvkom vodného okruhu pre prirodzenú cirkuláciu je zrýchľovacie potrubie (hlavná stúpačka) - zvislé potrubie smerujúce nahor z výmenníka tepla.

Zrýchľovacie potrubie musí mať maximálnu teplotu, preto je po celej dĺžke izolované. Aj keď, ak výška kolektora nie je vysoká (ako v prípade jednoposchodových domov), izolácia sa nemusí vykonať, pretože voda v ňom nebude mať čas vychladnúť.

Typicky je systém navrhnutý tak, že horný bod kolektora zrýchlenia sa zhoduje s horným bodom celého okruhu. Existuje východ do otvorená expanzná nádrž alebo odvzdušňovací ventil, ak sa používa membránová nádrž.

Potom je dĺžka fragmentu „horúceho“ okruhu minimálna možná, čo vedie k zníženiu tepelných strát v tejto oblasti.

Je tiež žiaduce, aby „horúca“ časť okruhu nebola kombinovaná s dlhodobou časťou prepravujúcou chladené chladivo. V ideálnom prípade sa najnižší bod vodného okruhu zhoduje s najnižším bodom výmenníka tepla umiestneného vo vykurovacom zariadení.

Čím nižšie je kotol umiestnený vo vykurovacom systéme, tým nižší je hydrostatický tlak stĺpca kvapaliny v horúcej časti okruhu

„Studený“ segment vodného okruhu má tiež svoje vlastné pravidlá, ktoré zvyšujú tlak tekutiny:

• tým väčšie sú tepelné straty v „studenej“ časti vykurovacej siete, čím nižšia je teplota vody a tým väčšia je jej hustota, preto je prevádzka systémov s prirodzenou cirkuláciou možná len s výrazným prenosom tepla;
• čím väčšia je vzdialenosť od spodného bodu okruhu k pripojeniu radiátora, čím väčšia je plocha vodného stĺpca s minimálnou teplotou a maximálnou hustotou.

Na zabezpečenie súladu s týmto posledným pravidlom je pec alebo kotol často inštalovaný v najnižšom bode domu, napríklad v suteréne. Toto umiestnenie kotla zabezpečuje maximálnu možnú vzdialenosť medzi spodnou úrovňou radiátorov a miestom vstupu vody do výmenníka tepla.

Výška medzi spodným a horným bodom vodného okruhu pri prirodzenej cirkulácii by však nemala byť príliš vysoká (v praxi nie viac ako 10 metrov). Pec alebo kotol ohrieva iba výmenník tepla a spodnú časť rozdeľovača zrýchlenia.

Ak je tento fragment nevýznamný vzhľadom na celú výšku vodného okruhu, potom bude pokles tlaku v „horúcom“ fragmente okruhu zanedbateľný a proces cirkulácie sa nespustí.

Použitie systémov prirodzenej cirkulácie pre dvojpodlažné budovy je celkom opodstatnené, ale pre väčšie budovy bude potrebné obehové čerpadlo

Minimalizácia odporu voči pohybu vody

Pri navrhovaní systému s prirodzenou cirkuláciou je potrebné vziať do úvahy rýchlosť pohybu chladiacej kvapaliny pozdĺž okruhu.

Po prvé, čím vyššia rýchlosť, tým rýchlejší bude prenos tepla cez systém „kotol - výmenník tepla - vodný okruh - vykurovacie radiátory - miestnosť“.

Po druhé, čím vyššia je rýchlosť kvapaliny cez výmenník tepla, tým menšia je pravdepodobnosť varu, čo je obzvlášť dôležité pri ohreve kachlí.

Varenie vody v systéme môže byť veľmi drahé - náklady na demontáž, opravu a opätovnú inštaláciu výmenníka tepla vyžadujú veľa času a peňazí

V systémoch vykurovanie s núteným obehom rýchlosť pohybu vody závisí predovšetkým od parametrov obehové čerpadlo.

Pri ohreve vody s prirodzenou cirkuláciou závisí rýchlosť od nasledujúcich faktorov:

• tlakový rozdiel medzi fragmentmi obrysu v jeho spodnom bode;
• hydrodynamický odpor vykurovací systém.

Metódy na zabezpečenie maximálneho tlakového rozdielu boli diskutované vyššie. Hydrodynamický odpor reálneho systému nie je možné presne vypočítať z dôvodu zložitého matematického modelu a veľkého množstva vstupných údajov, ktorých presnosť je ťažké zaručiť.

Existujú však všeobecné pravidlá, ktorých dodržiavanie zníži odpor vykurovacieho okruhu.

Hlavnými dôvodmi zníženia rýchlosti pohybu vody sú odpor stien potrubia a prítomnosť zúžení v dôsledku prítomnosti armatúr alebo uzatváracích ventilov. Pri nízkych prietokoch nevzniká prakticky žiadny odpor steny.

Výnimkou sú dlhé a tenké rúry, typické pre vykurovanie s vyhrievaná podlaha. Spravidla sú na to pridelené samostatné okruhy s núteným obehom.

Pri výbere typov potrubí pre okruh s prirodzenou cirkuláciou budete musieť pri inštalácii systému brať do úvahy prítomnosť technických obmedzení. Preto kovovo-plastové rúry Je nežiaduce používať ich s prirodzenou cirkuláciou vody, pretože sú spojené s armatúrami s výrazne menším vnútorným priemerom.

Armatúry pre kovoplastové rúry trochu zužujú vnútorný priemer a sú vážnou prekážkou pre vodu s nízkym tlakom (+)

Pravidlá pre výber a inštaláciu potrubí

Výber medzi oceľovou resp polypropylénové rúry pre akúkoľvek cirkuláciu nastáva podľa kritéria možnosti ich použitia na teplú vodu, ako aj z hľadiska ceny, jednoduchosti inštalácie a životnosti.

Prívodná stúpačka je namontovaná z kovovej rúry, pretože ňou prechádza voda s najvyššou teplotou a v prípade vykurovania kachlí alebo poruchy výmenníka tepla môže prechádzať para.

Pri prirodzenej cirkulácii je potrebné použiť priemer potrubia o niečo väčší ako pri použití obehového čerpadla. Zvyčajne na vykurovanie miestností do 200 metrov štvorcových. m, priemer akceleračného potrubia a potrubia na spätnom vstupe do výmenníka tepla je 2 palce.

Je to spôsobené nižšou rýchlosťou vody v porovnaní s možnosťou núteného obehu, čo vedie k nasledujúcim problémom:

• zníženie množstva preneseného tepla za jednotku času zo zdroja do vykurovanej miestnosti;
• vzhľad blokád alebo vzduchových vreciek, ktorý malý tlak nezvládne.

Pri použití prirodzenej cirkulácie so spodným napájacím okruhom je potrebné venovať osobitnú pozornosť problému odstraňovania vzduchu zo systému. Nedá sa úplne odstrániť z chladiacej kvapaliny cez expanznú nádrž, pretože Vriaca voda najskôr vstupuje do zariadení cez vedenie umiestnené nižšie ako sú samotné.

Pri nútenom obehu tlak vody poháňa vzduch do zberača vzduchu inštalovaného v najvyššom bode systému - zariadenie s automatickým, ručným alebo poloautomatickým ovládaním. Používaním Mayevského žeriavy V podstate je upravený prenos tepla.

V gravitačných vykurovacích sieťach s prívodom umiestneným pod zariadeniami sa Mayevského kohútiky používajú priamo na odvzdušňovanie.

Všetky moderné vykurovacie radiátory majú zariadenia na vypúšťanie vzduchu, preto, aby ste zabránili tvorbe zátok v okruhu, môžete vytvoriť svah, ktorý privádza vzduch k radiátoru

Vzduch je možné odstrániť aj pomocou vetracích otvorov inštalovaných na každej stúpačke alebo na nadzemnom vedení vedenom paralelne so sieťou systému. Vzhľadom na pôsobivý počet zariadení na odvod vzduchu sa gravitačné okruhy so spodným vedením používajú veľmi zriedkavo.

Pri nízkom tlaku môže malý vzduchový uzáver úplne zastaviť vykurovací systém. Preto podľa SNiP 41-01-2003 nie je dovolené položiť potrubia vykurovacieho systému bez sklonu pri rýchlosti vody menšej ako 0,25 m / s.

Pri prirodzenej cirkulácii sú také rýchlosti nedosiahnuteľné. Preto je okrem zväčšenia priemeru potrubí potrebné udržiavať konštantné sklony na odstránenie vzduchu z vykurovacieho systému. Sklon je navrhnutý v pomere 2-3 mm na 1 meter, v bytových sieťach dosahuje sklon 5 mm na bežný meter vodorovnej čiary.

Sklon prívodu je vytvorený v smere pohybu vody tak, aby sa vzduch pohyboval do expanznej nádrže alebo systému na odvzdušnenie umiestneného v hornom bode okruhu. Aj keď je možné urobiť protispád, v tomto prípade je potrebné dodatočne osadiť odvzdušňovací ventil.

Sklon spätného vedenia sa zvyčajne robí v smere pohybu chladenej vody. Potom sa najnižší bod okruhu zhoduje so vstupom vratného potrubia do generátora tepla.

Najbežnejšia kombinácia smerov sklonu prívodného a vratného potrubia na odstránenie vzduchových vreciek z vodného okruhu s prirodzenou cirkuláciou

o inštalácia vyhrievaných podláh malá plocha v okruhu s prirodzenou cirkuláciou, je potrebné zabrániť vniknutiu vzduchu do úzkych a horizontálne umiestnených potrubí tohto vykurovacieho systému.Pred vyhrievanou podlahou je potrebné nainštalovať zariadenie na odvod vzduchu.

Jednorúrkové a dvojrúrkové schémy vykurovania

Pri vývoji schémy vykurovania pre dom s prirodzenou cirkuláciou vody je možné navrhnúť jeden alebo niekoľko samostatných okruhov. Môžu sa od seba výrazne líšiť. Bez ohľadu na dĺžku, počet radiátorov a ďalšie parametre sa vyrábajú podľa jednorúrkovej alebo dvojrúrkovej schémy.

Obvod pomocou jedného vedenia

Vykurovací systém využívajúci rovnaké potrubie na sekvenčný prívod vody do radiátorov sa nazýva jednorúrkový. Najjednoduchšou jednorúrkovou možnosťou je vykurovanie kovovými rúrami bez použitia radiátorov.

Ide o najlacnejší a najmenej problematický spôsob vykurovania domu pri výbere prirodzenej cirkulácie chladiacej kvapaliny. Jedinou významnou nevýhodou je vzhľad objemných rúr.

Pri najhospodárnejšom jednorúrková verzia Pri vykurovacích radiátoroch prúdi teplá voda postupne cez každé zariadenie. Tu je potrebný minimálny počet potrubí a uzatváracích ventilov.

Ako pôjdeš chladiaca kvapalina ochladzuje, takže nasledujúce radiátory dostávajú chladnejšiu vodu, čo je potrebné vziať do úvahy pri výpočte počtu sekcií.

Jednoduchý jednorúrkový okruh (vyššie) vyžaduje minimálne množstvo inštalačných prác a investícií. Zložitejšia a drahšia možnosť uvedená nižšie vám umožňuje vypnúť radiátory bez zastavenia celého systému

Najúčinnejší spôsob pripojenia vykurovacích zariadení k jednorúrkovej sieti sa považuje za diagonálnu možnosť.

Podľa tejto schémy vykurovacích okruhov s typom prirodzenej cirkulácie horúca voda vstupuje do radiátora zhora a po ochladení je vypúšťaná cez nižšie umiestnené potrubie.Pri tomto prechode zohriata voda vydáva maximálne množstvo tepla.

Keď sú vstupné aj výstupné potrubia pripojené k batérii v spodnej časti, prenos tepla sa výrazne zníži, pretože ohriata chladiaca kvapalina musí prejsť čo najdlhšiu dráhu. Kvôli výraznému chladeniu sa v takýchto obvodoch nepoužívajú batérie s veľkým počtom sekcií.

„Leningradka“ sa vyznačuje pôsobivými tepelnými stratami, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri výpočte systému. Jeho výhodou je, že pri použití uzatváracích ventilov na prívodnom a výstupnom potrubí je možné zariadenia selektívne vypnúť z dôvodu opravy bez zastavenia vykurovacieho cyklu (+)

Vykurovacie okruhy s podobným zapojením radiátorov sa nazývajú „Leningradka". Napriek uvedeným tepelným stratám sú preferované pri usporiadaní obytných vykurovacích systémov, čo je spôsobené estetickejším vzhľadom potrubia.

Významnou nevýhodou jednorúrkových sietí je nemožnosť vypnúť jednu z vykurovacích sekcií bez zastavenia cirkulácie vody v celom okruhu.

Preto zvyčajne používajú modernizáciu klasickej schémy s inštaláciou “bypass» obtok radiátora pomocou odbočky s dvoma guľovými ventilmi alebo trojcestným ventilom. To umožňuje regulovať prívod vody do radiátora, dokonca ho úplne vypnúť.

Pre dvoj alebo viacpodlažné budovy sa používajú varianty jednorúrkovej schémy s vertikálnymi stúpačmi. V tomto prípade je rozvod teplej vody rovnomernejší ako pri horizontálnych stúpačkách. Vertikálne stúpačky sú navyše kratšie a lepšie zapadajú do interiéru domu.

Jednorúrková schéma s vertikálnym vedením sa úspešne používa pri vykurovaní dvojpodlažných miestností pomocou prirodzeného obehu. Bola predstavená možnosť s možnosťou deaktivácie horných radiátorov

Možnosť použitia spätného potrubia

Keď sa jedno potrubie používa na prívod teplej vody do radiátorov a druhé na odvádzanie chladenej vody do kotla alebo pece, táto schéma vykurovania sa nazýva dvojrúrkový vykurovací systém. V prítomnosti vykurovacích radiátorov sa takýto systém používa častejšie ako jednorúrkový.

Je to drahšie, pretože vyžaduje inštaláciu dodatočného potrubia, ale má niekoľko významných výhod:

• rovnomernejšie rozloženie teploty chladiaca kvapalina dodávaná do radiátorov;
• ľahšie vypočítať závislosť parametrov radiátora od plochy vykurovanej miestnosti a požadovaných hodnôt teploty;
• efektívnejšiu reguláciu tepla ku každému radiátoru.

V závislosti od smeru pohybu chladenej vody vzhľadom na horúcu vodu, dvojrúrkové systémy rozdelené na priechodné a slepé. V pridružených okruhoch dochádza k pohybu chladenej vody v rovnakom smere ako teplej vody, takže dĺžka cyklu pre celý okruh je rovnaká.

V slepých okruhoch sa ochladená voda pohybuje smerom k horúcej vode, takže pre rôzne radiátory sa dĺžky cyklov cirkulácie chladiacej kvapaliny líšia. Keďže rýchlosť v systéme je nízka, čas ohrevu sa môže výrazne líšiť. Tie radiátory, ktorých dĺžka vodného cyklu je kratšia, sa zohrejú rýchlejšie.

Pri výbere slepých a súvisiacich schém vykurovania postupujú predovšetkým z pohodlia inštalácie spätného potrubia

Existujú dva typy umiestnenia vložky vzhľadom na vykurovacie telesá: horné a spodné.Pri hornom pripojení je potrubie na prívod teplej vody umiestnené nad vykurovacími telesami a pri spodnom pripojení dole.

Pri spodnom napojení je možné odvádzať vzduch cez radiátory a nie je potrebné viesť potrubie zhora, čo je dobré z hľadiska dizajnu miestnosti.

Bez akceleračného potrubia však bude pokles tlaku oveľa menší ako pri použití horného vedenia. Preto sa spodná vložka prakticky nepoužíva pri vykurovaní priestorov podľa princípu prirodzenej cirkulácie.

Závery a užitočné video na túto tému

Organizácia jednorúrkového okruhu na základe elektrického kotla pre malý dom:

Prevádzka dvojrúrkového systému pre jednoposchodový drevený dom na báze kotla na tuhé palivo s dlhým spaľovaním:

Použitie prirodzenej cirkulácie počas pohybu vody vo vykurovacom okruhu si vyžaduje presné výpočty a technicky kompetentné inštalačné práce. Ak sú tieto podmienky splnené, vykurovací systém efektívne vykuruje priestory súkromného domu a odbremení majiteľov od hluku čerpadla a závislosti od elektriny.

Ak máte akékoľvek otázky k tejto téme alebo by ste sa chceli podeliť o svoje osobné skúsenosti s organizáciou a prevádzkou gravitačného vykurovacieho systému, zanechajte komentár k tomuto článku. Blok spätnej väzby sa nachádza nižšie.