Naturalny system ogrzewania z obiegiem: typowe schematy obiegu wody

Budowę autonomicznej grawitacyjnej sieci grzewczej wybiera się, jeśli zainstalowanie pompy obiegowej lub podłączenie do scentralizowanego źródła zasilania jest niepraktyczne, a czasem niemożliwe.

Taki system jest tańszy w montażu i jest całkowicie niezależny od prądu. Jednak jego wydajność w dużej mierze zależy od dokładności projektu.

Aby instalacja grzewcza z naturalnym obiegiem działała sprawnie, należy obliczyć jej parametry, prawidłowo zamontować elementy i rozsądnie dobrać projekt obiegu wody. Pomożemy w rozwiązaniu tych problemów.

Opisaliśmy główne zasady działania układu grawitacyjnego, udzieliliśmy porad w zakresie doboru rurociągu, przedstawiliśmy zasady montażu obwodu i rozmieszczenia zespołów roboczych. Szczególną uwagę zwróciliśmy na cechy konstrukcyjne i operacyjne jedno- i dwururowych schematów grzewczych.

Zasady naturalnego procesu krążenia

Proces ruchu wody w obiegu grzewczym bez użycia pompy obiegowej zachodzi zgodnie z naturalnymi prawami fizycznymi.

Zrozumienie natury tych procesów pozwoli na kompetentne opracować projekt instalacji grzewczej dla przypadków standardowych i niestandardowych.

Maksymalna różnica ciśnień hydrostatycznych

Główną właściwością fizyczną dowolnego płynu chłodzącego (wody lub środka przeciw zamarzaniu), która ułatwia jego ruch w obwodzie podczas naturalnego obiegu, jest spadek gęstości wraz ze wzrostem temperatury.

Gęstość gorącej wody jest mniejsza niż zimnej wody i dlatego istnieje różnica w ciśnieniu hydrostatycznym kolumn ciepłej i zimnej cieczy. Zimna woda wpływając do wymiennika ciepła wypiera gorącą wodę w górę rury.

Siłą napędową wody w obiegu podczas naturalnego obiegu jest różnica ciśnienia hydrostatycznego pomiędzy zimnymi i gorącymi słupami cieczy

Obieg grzewczy domu można podzielić na kilka fragmentów. Woda kierowana jest w górę wzdłuż fragmentów „gorących” i w dół wzdłuż fragmentów „zimnych”.Granice fragmentów stanowią górny i dolny punkt systemu grzewczego.

Główne zadanie w modelowaniu naturalne systemy krążeniawoda ma na celu osiągnięcie jak największej różnicy ciśnień słupa cieczy w fragmentach „gorącym” i „zimnym”.

Klasycznym elementem obiegu wodnego dla naturalnego obiegu jest kolektor przyspieszający (pion główny) - pionowa rura skierowana w górę od wymiennika ciepła.

Kolektor przyspieszający musi mieć maksymalną temperaturę, dzięki czemu jest izolowany na całej długości. Chociaż, jeśli wysokość kolektora nie jest wysoka (jak w przypadku domów parterowych), wówczas izolacji nie można przeprowadzić, ponieważ woda w nim nie będzie miała czasu na ochłodzenie.

Zazwyczaj system jest zaprojektowany w taki sposób, że górny punkt kolektora przyspieszenia pokrywa się z górnym punktem całego obwodu. Jest wyjście do otwarty zbiornik wyrównawczy lub zawór odpowietrzający, jeśli używany jest zbiornik membranowy.

Wtedy długość „gorącego” fragmentu obwodu jest możliwie minimalna, co prowadzi do zmniejszenia strat ciepła w tym obszarze.

Pożądane jest również, aby „gorąca” część obwodu nie była łączona z sekcją długoterminową transportującą schłodzony płyn chłodzący. Idealnie, najniższy punkt obiegu wody pokrywa się z najniższym punktem wymiennika ciepła umieszczonego w urządzeniu grzewczym.

Im niżej kocioł znajduje się w systemie grzewczym, tym niższe ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy w gorącej części obiegu

„Zimny” segment obiegu wody ma również swoje własne zasady, które zwiększają ciśnienie płynu:

• tym większa jest strata ciepła w „zimnej” części sieci ciepłowniczej, im niższa temperatura wody i większa jej gęstość, dlatego działanie systemów z naturalnym obiegiem jest możliwe tylko przy znacznym transferze ciepła;
• im większa jest odległość od dolnego punktu obwodu do przyłącza grzejnika, tym większy obszar słupa wody o minimalnej temperaturze i maksymalnej gęstości.

Aby zapewnić zgodność z tą ostatnią zasadą, często piec lub kocioł instaluje się w najniższym punkcie domu, np. w piwnicy. Takie umiejscowienie kotła zapewnia maksymalną możliwą odległość pomiędzy dolnym poziomem grzejników a punktem wejścia wody do wymiennika ciepła.

Jednakże wysokość pomiędzy dolnym i górnym punktem obiegu wody podczas naturalnego obiegu wody nie powinna być zbyt duża (w praktyce nie większa niż 10 metrów). Piec lub kocioł ogrzewa tylko wymiennik ciepła i dolną część kolektora przyspieszającego.

Jeśli ten fragment będzie nieznaczny w stosunku do całej wysokości obiegu wody, wówczas spadek ciśnienia w „gorącym” fragmencie obiegu będzie nieznaczny i proces cyrkulacji nie rozpocznie się.

Zastosowanie naturalnych systemów cyrkulacji w budynkach dwupiętrowych jest całkiem uzasadnione, ale w przypadku większych budynków potrzebna będzie pompa obiegowa

Minimalizacja oporów ruchu wody

Projektując system z naturalnym obiegiem, należy wziąć pod uwagę prędkość ruchu chłodziwa wzdłuż obwodu.

Po pierwsze, im większa prędkość, tym szybszy transfer ciepła nastąpi w układzie „kocioł – wymiennik ciepła – obieg wody – grzejniki – pomieszczenie”.

Po drugie, im większa prędkość cieczy przez wymiennik ciepła, tym mniejsze prawdopodobieństwo jej wrzenia, co jest szczególnie ważne w przypadku ogrzewania piecowego.

Zagotowanie wody w układzie może być bardzo kosztowne – koszt demontażu, naprawy i ponownego montażu wymiennika ciepła wymaga dużo czasu i pieniędzy

W systemach ogrzewanie z wymuszonym obiegiem prędkość ruchu wody zależy głównie od parametrów pompa obiegowa.

W przypadku podgrzewania wody z naturalnym obiegiem prędkość zależy od następujących czynników:

• różnica ciśnień pomiędzy fragmentami konturu w jego dolnym punkcie;
• opór hydrodynamiczny System grzewczy.

Metody zapewnienia maksymalnej różnicy ciśnień omówiono powyżej. Oporów hydrodynamicznych rzeczywistego układu nie można dokładnie obliczyć ze względu na złożony model matematyczny i dużą liczbę danych wejściowych, których dokładność jest trudna do zagwarantowania.

Istnieją jednak ogólne zasady, których przestrzeganie zmniejszy rezystancję obwodu grzewczego.

Głównymi przyczynami zmniejszenia prędkości przepływu wody są opór ścian rur i obecność zwężeń spowodowanych obecnością złączek lub zaworów odcinających. Przy małych przepływach praktycznie nie ma oporu ścian.

Wyjątkiem są długie i cienkie rury, typowe dla ogrzewania podgrzewana podłoga. Z reguły przydzielane są do tego osobne obwody z wymuszonym obiegiem.

Wybierając rodzaje rur do naturalnego obiegu cyrkulacyjnego, należy wziąć pod uwagę obecność ograniczeń technicznych podczas instalacji systemu. Dlatego rury metalowo-plastikowe Niepożądane jest ich stosowanie przy naturalnym obiegu wody ze względu na ich łączenie z armaturą o znacznie mniejszej średnicy wewnętrznej.

Złączki do rur metalowo-plastikowych nieco zawężają średnicę wewnętrzną i stanowią poważną przeszkodę dla wody o niskim ciśnieniu (+)

Zasady doboru i montażu rur

Wybór pomiędzy stalą lub rury polipropylenowe dla dowolnego obiegu odbywa się według kryterium możliwości ich wykorzystania do ciepłej wody, a także z punktu widzenia ceny, łatwości instalacji i żywotności.

Pion zasilający jest montowany z metalowej rury, ponieważ przepływa przez niego woda o najwyższej temperaturze, a w przypadku ogrzewania pieca lub awarii wymiennika ciepła może przepływać para.

Przy naturalnym obiegu konieczne jest zastosowanie rury o średnicy nieco większej niż przy zastosowaniu pompy obiegowej. Zwykle do ogrzewania pomieszczeń o powierzchni do 200 metrów kwadratowych. m, średnica kolektora przyspieszającego i rury na wlocie powrotnym do wymiennika ciepła wynosi 2 cale.

Jest to spowodowane mniejszą prędkością wody w porównaniu do opcji z wymuszonym obiegiem, co prowadzi do następujących problemów:

• zmniejszenie ilości przekazywanego ciepła na jednostkę czasu od źródła do ogrzewanego pomieszczenia;
• pojawienie się zatorów lub kieszeni powietrznych, z którym niewielki nacisk nie jest w stanie sobie poradzić.

Stosując obieg naturalny z dolnym obiegiem zasilania należy zwrócić szczególną uwagę na problem usuwania powietrza z instalacji. Nie można go całkowicie usunąć z płynu chłodzącego przez zbiornik wyrównawczy, ponieważ Wrząca woda najpierw dostaje się do urządzeń linią znajdującą się niżej od nich samych.

Przy wymuszonym obiegu ciśnienie wody kieruje powietrze do kolektora powietrza zainstalowanego w najwyższym punkcie systemu - urządzenia ze sterowaniem automatycznym, ręcznym lub półautomatycznym. Używając Żurawie Mayevsky'ego Zasadniczo reguluje się wymianę ciepła.

W grawitacyjnych sieciach grzewczych z zasilaniem umieszczonym pod urządzeniami krany Mayevsky'ego służą bezpośrednio do odpowietrzania.

Wszystkie nowoczesne grzejniki posiadają urządzenia do uwalniania powietrza, dlatego aby zapobiec tworzeniu się korków w obwodzie, można wykonać nachylenie, kierując powietrze do grzejnika

Powietrze można również usunąć za pomocą nawiewników zainstalowanych na każdym pionie lub na linii napowietrznej prowadzonej równolegle do sieci systemowej. Ze względu na imponującą liczbę urządzeń wywiewnych niezwykle rzadko stosuje się obwody grawitacyjne z okablowaniem dolnym.

Przy niskim ciśnieniu mała śluza powietrzna może całkowicie zatrzymać system grzewczy. Zatem zgodnie z SNiP 41-01-2003 nie wolno układać rurociągów instalacji grzewczej bez nachylenia przy prędkości wody mniejszej niż 0,25 m/s.

Przy naturalnym obiegu takie prędkości są nieosiągalne. Dlatego oprócz zwiększania średnicy rur konieczne jest utrzymanie stałych spadków w celu usunięcia powietrza z instalacji grzewczej. Nachylenie projektuje się w tempie 2-3 mm na 1 metr, w sieciach mieszkalnych nachylenie osiąga 5 mm na metr liniowy linii poziomej.

Spadek nawiewu wykonuje się w kierunku ruchu wody, tak aby powietrze przedostawało się do zbiornika wyrównawczego lub układu odpowietrzającego znajdującego się w górnym punkcie obwodu. Chociaż możliwe jest wykonanie przeciwspadku, w tym przypadku konieczne jest dodatkowe zamontowanie zawór odpowietrzający.

Nachylenie przewodu powrotnego zwykle wykonuje się w kierunku przepływu wody lodowej. Następnie najniższy punkt obwodu zbiegnie się z wejściem rury powrotnej do generatora ciepła.

Najbardziej popularna kombinacja kierunków nachylenia rur zasilających i powrotnych, służąca do usuwania kieszeni powietrznych z naturalnego obiegu wody

Na montaż podgrzewanych podłóg mały obszar w obwodzie z naturalną cyrkulacją, należy zapobiec przedostawaniu się powietrza do wąskich i poziomo rozmieszczonych rur tego systemu grzewczego.Przed podgrzewaną podłogą należy zamontować urządzenie do usuwania powietrza.

Schematy ogrzewania jednorurowego i dwururowego

Opracowując schemat ogrzewania domu z naturalnym obiegiem wody, można zaprojektować jeden lub kilka oddzielnych obwodów. Mogą się od siebie znacząco różnić. Niezależnie od długości, liczby grzejników i innych parametrów, wykonywane są one w schemacie jednorurowym lub dwururowym.

Obwód wykorzystujący jedną linię

System grzewczy wykorzystujący tę samą rurę do sekwencyjnego dostarczania wody do grzejników nazywa się jednorurowym. Najprostszą opcją jednorurową jest ogrzewanie rurami metalowymi bez użycia grzejników.

To najtańszy i najmniej problematyczny sposób ogrzania domu przy wyborze naturalnego obiegu chłodziwa. Jedyną znaczącą wadą jest wygląd nieporęcznych rur.

W najbardziej ekonomicznym wersja jednorurowa W przypadku grzejników ciepła woda przepływa sekwencyjnie przez każde urządzenie. Wymagana jest tutaj minimalna liczba rur i zaworów odcinających.

Jak pójdziesz płyn chłodzący ochładza się, przez co kolejne grzejniki otrzymują zimniejszą wodę, co należy uwzględnić przy obliczaniu ilości sekcji.

Prosty obwód jednorurowy (powyżej) wymaga minimalnej ilości prac instalacyjnych i inwestycji. Bardziej złożona i kosztowna opcja poniżej pozwala wyłączyć grzejniki bez zatrzymywania całego systemu

Najbardziej efektywnym sposobem podłączenia urządzeń grzewczych do sieci jednorurowej jest opcja ukośna.

Zgodnie z tym schematem obiegów grzewczych z naturalnym obiegiem, gorąca woda wpływa do grzejnika od góry, a po ochłodzeniu jest odprowadzana rurą znajdującą się poniżej.Przechodząc w ten sposób podgrzana woda oddaje maksymalną ilość ciepła.

Gdy zarówno rura wlotowa, jak i wylotowa są podłączone do akumulatora od dołu, przenoszenie ciepła jest znacznie zmniejszone, ponieważ ogrzany płyn chłodzący musi pokonać najdłuższą możliwą drogę. Ze względu na znaczne chłodzenie w takich obwodach nie stosuje się akumulatorów o dużej liczbie sekcji.

„Leningradka” charakteryzuje się imponującymi stratami ciepła, które należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu systemu. Jego zaletą jest to, że przy zastosowaniu zaworów odcinających na rurach dopływowych i wylotowych można selektywnie wyłączać urządzenia w celu naprawy, bez przerywania cyklu grzewczego (+)

Obiegi grzewcze z podobnym podłączeniem grzejników nazywane są „Leningradka„. Pomimo odnotowanych strat ciepła, preferuje się je w aranżacji domowych systemów grzewczych, co wynika z bardziej estetycznego wyglądu rurociągu.

Istotną wadą sieci jednorurowych jest brak możliwości wyłączenia jednej z sekcji grzewczych bez zatrzymania obiegu wody w całym obwodzie.

Dlatego zwykle stosują modernizację klasycznego schematu z instalacją „objazd» obejście grzejnika za pomocą odgałęzienia z dwoma zaworami kulowymi lub zaworu trójdrogowego. Pozwala to regulować dopływ wody do grzejnika, a nawet całkowicie go wyłączyć.

W przypadku budynków dwu- lub więcej kondygnacyjnych stosuje się warianty schematu jednorurowego z pionowymi pionami. W tym przypadku rozkład ciepłej wody jest bardziej równomierny niż w przypadku poziomych pionów. Dodatkowo pionowe piony są krótsze i lepiej wpasowują się w wnętrze domu.

Schemat jednorurowy z okablowaniem pionowym z powodzeniem stosuje się do ogrzewania pomieszczeń dwupiętrowych za pomocą naturalnego obiegu. Zaprezentowano opcję z możliwością wyłączenia górnych grzejników

Możliwość zastosowania rury powrotnej

Kiedy jedna rura służy do dostarczania ciepłej wody do grzejników, a druga do odprowadzania schłodzonej wody do kotła lub pieca, ten schemat ogrzewania nazywa się dwururowym systemem grzewczym. W obecności grzejników taki system jest stosowany częściej niż system jednorurowy.

Jest droższy, ponieważ wymaga instalacji dodatkowej rury, ale ma wiele znaczących zalet:

• bardziej równomierny rozkład temperatury płyn chłodzący dostarczany do grzejników;
• łatwiej policzyć zależność parametrów grzejnika od powierzchni ogrzewanego pomieszczenia i wymaganych wartości temperatury;
• bardziej efektywna kontrola ciepła do każdego grzejnika.

W zależności od kierunku ruchu wody lodowej względem wody gorącej, systemy dwururowe dzieli się na przelotowe i ślepe zaułki. W powiązanych obiegach ruch wody schłodzonej odbywa się w tym samym kierunku co wody gorącej, zatem długość cyklu dla całego obiegu jest taka sama.

W obwodach ślepych woda schłodzona przemieszcza się w kierunku wody gorącej, dlatego w przypadku różnych grzejników długość cykli cyrkulacji chłodziwa jest różna. Ponieważ prędkość w systemie jest niska, czas nagrzewania może się znacznie różnić. Grzejniki, których cykl obiegu wody jest krótszy, nagrzewają się szybciej.

Wybierając ślepe zaułki i powiązane schematy ogrzewania, kierują się przede wszystkim wygodą instalacji rury powrotnej

Istnieją dwa rodzaje położenia wkładki względem grzejników: górny i dolny.W przypadku przyłącza górnego rura dostarczająca ciepłą wodę znajduje się nad grzejnikami, a w przypadku przyłącza dolnego – poniżej.

Dzięki dolnemu podłączeniu możliwe jest odprowadzenie powietrza przez grzejniki i brak konieczności prowadzenia rur od góry, co jest korzystne z punktu widzenia projektu pomieszczenia.

Jednak bez kolektora przyspieszenia spadek ciśnienia będzie znacznie mniejszy niż przy zastosowaniu górnej linii. Dlatego dolna wkładka praktycznie nie jest stosowana przy ogrzewaniu pomieszczeń zgodnie z zasadą naturalnego obiegu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Organizacja obwodu jednorurowego opartego na kotle elektrycznym dla małego domu:

Działanie instalacji dwururowej dla parterowego domu drewnianego opartego na kotle na paliwo stałe o długim spalaniu:

Wykorzystanie naturalnego obiegu podczas ruchu wody w obiegu grzewczym wymaga dokładnych obliczeń i technicznie kompetentnych prac instalacyjnych. Jeśli te warunki zostaną spełnione, system grzewczy skutecznie ogrzeje pomieszczenia prywatnego domu i odciąży właścicieli od hałasu pomp i uzależnienia od prądu.

Jeśli masz jakieś pytania na ten temat lub chciałbyś podzielić się osobistymi doświadczeniami w organizacji i obsłudze grawitacyjnego systemu grzewczego, zostaw komentarz pod tym artykułem. Blok informacji zwrotnej znajduje się poniżej.