Gravitační topné systémy s přirozenou cirkulací nosiče tepla

ZExistuje názor, že gravitační ohřev je v naší počítačové době anachronismem. Ale co když jste postavili dům v oblasti, kde ještě není elektřina nebo je napájení velmi přerušované? V tomto případě budete muset pamatovat na staromódní způsob organizace vytápění. Tady je způsob, jak organizovat gravitační vytápění, a my si povíme v tomto článku.

Gravitační topný systém

Gravitační topný systém vynalezl v roce 1777 francouzský fyzik Bonneman a byl navržen k ohřevu inkubátoru.

Ale teprve od roku 1818 se gravitační topný systém stal v Evropě všudypřítomným, i když zatím pouze pro skleníky a skleníky. V roce 1841 Angličan Hood vyvinul metodu tepelného a hydraulického výpočtu systémů přirozené cirkulace. Byl schopen teoreticky dokázat proporcionalitu rychlostí cirkulace chladicí kapaliny s druhou odmocninou rozdílu ve výškách topného centra a chladicího centra, tj. Výškového rozdílu mezi kotlem a radiátorem. Přirozená cirkulace chladicí kapaliny v topných systémech byla dobře prostudována a měla silný teoretický základ.

Ale s příchodem přečerpávacích topných systémů zájem vědců o gravitační topný systém ustupoval. V současné době je gravitační vytápění povrchově osvětleno v ústavních kurzech, což vedlo k negramotnosti odborníků, kteří tento topný systém instalují. Je škoda říci, ale instalatéři, kteří staví gravitační vytápění, používají hlavně rady „zkušených“ a ty skromné ​​požadavky, které jsou stanoveny v regulačních dokumentech. Stojí za připomenutí, že regulační dokumenty pouze diktují požadavky a neposkytují vysvětlení důvodů, proč se konkrétní jev objevil. V tomto ohledu existuje mezi odborníky dostatečný počet mylných představ, které bych rád trochu rozptýlil.

Výhody a nevýhody

Ačkoli je toto schéma populární, má určité nevýhody. Nejprve je to délka potrubí, která nejsou schopna rovnoměrně rozdělit tlak tekutiny uvnitř. V gravitačních systémech je tedy hranice 30 metrů vodorovně. Už nemá smysl tahat potrubí. Čím dále od kotle, tím nižší je tlak.

Bereme také na vědomí vysoké počáteční náklady. Odborníci zajišťují, že náklady na takové vytápění jsou až 7% nákladů na samotnou budovu. To je způsobeno skutečností, že zde jsou zapotřebí trubky o velkém průměru, aby se vytvořil potřebný tlak s velkým objemem chladicí kapaliny.

Další nevýhodou je pomalé zahřívání topných zařízení. To opět závisí na významném množství vody. Zahřátí trvá určitou dobu. Kromě toho existuje vysoká pravděpodobnost zamrznutí chladicí kapaliny v potrubích, která procházejí nevytápěnými místnostmi.

Důstojnost

Výhody takového systému však také nejsou tak malé:

• Jednoduchost designu, instalace a provozu.
• Energetická nezávislost.
• Nedostatek oběhových čerpadel, což zaručuje ticho a eliminuje vibrace.
• Dlouhodobý provoz až 40 let.
• Spolehlivost - dnes je to nejspolehlivější vytápění z hlediska kvantitativní samoregulace.

Proč tepelná spolehlivost závisí na kvantitativní samoregulaci? A co to obecně znamená?

Když se teplota vody změní v jednom nebo druhém směru, změní se také průtok chladicí kapaliny. Dochází ke změně jeho hustoty, která ovlivňuje přenos tepla. Čím více vody, tím vyšší je její přenos tepla. To vše interaguje se ztrátami tepla v místnosti, kde je nainstalován ohřívač. Tyto dva ukazatele spolu také souvisejí. Zvyšují se tepelné ztráty - zvyšuje se přenos tepla.

Schéma průtokového topného systému

Vazba obvodu je také důležitá. Ve dvoutrubkovém systému je vše jednodušší, protože cirkulační kroužek je určen pouze jedním zařízením. Proto se termální samoregulace vyskytuje ve zkrácené verzi. A to má vliv na kvalitu přenosu tepla z radiátoru. Čím kratší je prsten, tím lépe funguje celkové vytápění.

S přípojem s jedním potrubím je to obtížnější, protože do jednoho cirkulačního prstence vstupuje několik topných zařízení a distribuce tepla může být nerovnoměrná. V tomto případě samozřejmě oběhové čerpadlo šetří. Ale to už nejsou gravitační topné systémy.

Při použití systému s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny bude tedy nejlepší volbou dvoutrubkový spoj. Svislé vedení s jednou trubkou však zvýší rychlost pohybu vody a to přímo ovlivní zvýšení přenosu tepla a rovnoměrné rozložení chladicí kapaliny. Čím vyšší je rychlost vody uvnitř topných potrubí, tím rovnoměrněji je distribuována po celém okruhu. V takovém případě bude možné umístit topná zařízení pod kotel.

Takové schéma se často používá, pokud je nutné vytápět suterén domu.

Klasické dvoutrubkové gravitační vytápění

Abychom pochopili princip fungování gravitačního topného systému, zvažte příklad klasického dvoutrubkového gravitačního systému s následujícími počátečními údaji:

• počáteční objem chladicí kapaliny v systému je 100 litrů;
• výška od středu kotle k povrchu ohřáté chladicí kapaliny v nádrži H = 7 m;
• vzdálenost od povrchu ohřáté chladicí kapaliny v nádrži ke středu chladiče druhé úrovně h1 = 3 m,
• vzdálenost do středu radiátoru první vrstvy h2 = 6 m.
• Teplota na výstupu z kotle je 90 ° C, na vstupu do kotle - 70 ° C.

Efektivní cirkulační tlak pro radiátor druhého stupně lze určit podle vzorce:

Δp2 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7 - 3) = 470,4 Pa.

U radiátoru první úrovně to bude:

Δp1 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7 - 6) = 117,6 Pa.

Pro zpřesnění výpočtu je nutné vzít v úvahu ochlazování vody v potrubí.

Potrubí pro gravitační ohřev

Mnoho odborníků se domnívá, že potrubí by mělo být položeno se sklonem ve směru pohybu chladicí kapaliny. Netvrdím, že by to tak v ideálním případě mělo být, ale v praxi není tento požadavek vždy splněn. Někde brání paprsek, někde jsou stropy vyráběny na různých úrovních. Co se stane, pokud instalujete přívodní potrubí se zpětným sklonem?

Jsem si jist, že se nic hrozného nestane. Cirkulační tlak chladicí kapaliny, pokud klesá, pak o poměrně malé množství (několik pascalů). K tomu dojde v důsledku parazitického vlivu, který se ochladí v horní náplni chladicí kapaliny. U této konstrukce bude nutné vzduch ze systému odvádět pomocí průtokového sběrače vzduchu a odvzdušňovacího otvoru. Takové zařízení je znázorněno na obrázku. Zde je vypouštěcí ventil navržen tak, aby uvolňoval vzduch v době, kdy je systém naplněn chladicí kapalinou. V provozním režimu musí být tento ventil uzavřen. Takový systém zůstane plně funkční.

Typy gravitačních cirkulačních topných systémů

Navzdory jednoduché konstrukci systému ohřevu vody s vlastní cirkulací chladicí kapaliny existují nejméně čtyři populární instalační schémata.Volba typu zapojení závisí na vlastnostech samotné budovy a očekávaném výkonu.

K určení, které schéma bude fungovat, je v každém jednotlivém případě nutné provést hydraulický výpočet systému, vzít v úvahu vlastnosti topné jednotky, vypočítat průměr potrubí atd. Při provádění výpočtů může být nutná odborná pomoc.

Uzavřený systém s gravitační cirkulací

V zemích EU jsou uzavřené systémy nejoblíbenější mezi ostatními řešeními. V Ruské federaci tento režim dosud nebyl široce používán. Principy fungování systému ohřevu vody uzavřeného typu s cirkulací bez čerpadla jsou následující:

• Při zahřátí se chladicí kapalina rozpíná, voda je vytlačována z topného okruhu.
• Pod tlakem kapalina vstupuje do uzavřené membránové expanzní nádrže. Konstrukce kontejneru je dutina rozdělená na dvě části membránou. Jedna polovina nádrže je naplněna plynem (většina modelů používá dusík). Druhá část zůstává prázdná pro plnění chladicí kapalinou.
• Když se kapalina zahřeje, vytvoří se dostatečný tlak, který tlačí membránu a stlačuje dusík. Po ochlazení probíhá reverzní proces a plyn vytlačuje vodu z nádrže.

Jinak systémy uzavřeného typu fungují jako jiná schémata vytápění s přirozenou cirkulací. Mezi nevýhody patří závislost na objemu expanzní nádrže. U místností s velkou vytápěnou plochou budete muset nainstalovat prostorný kontejner, což není vždy vhodné.

Otevřený systém s gravitační cirkulací

Otevřený topný systém se liší od předchozího typu pouze konstrukcí expanzní nádrže. Toto schéma se nejčastěji používalo ve starších budovách. Výhodami otevřeného systému je schopnost samostatně vyrábět nádoby ze šrotu. Nádrž má obvykle skromnou velikost a je instalována na střeše nebo pod stropem obývacího pokoje.

Hlavní nevýhodou otevřených konstrukcí je vnikání vzduchu do potrubí a topných těles, což vede ke zvýšené korozi a rychlému selhání topných prvků. Větrání systému je také častým „hostem“ v obvodech otevřeného typu. Proto jsou radiátory instalovány pod úhlem; k odvzdušnění vzduchu jsou zapotřebí Mayevského kohoutky.

Jednopotrubní systém se samočinnou cirkulací

Toto řešení má několik výhod:

1. Pod stropem a nad úrovní podlahy není žádné párové potrubí.
2. Prostředky jsou uloženy při instalaci systému.

Nevýhody tohoto řešení jsou zřejmé. Přenos tepla topných těles a intenzita jejich ohřevu klesá se vzdáleností od kotle. Jak ukazuje praxe, jednopotrubní topný systém dvoupatrového domu s přirozenou cirkulací, i když jsou dodrženy všechny svahy a je zvolen správný průměr potrubí, se často mění (instalací čerpacího zařízení).

Dvoutrubkový systém s vlastní cirkulací

Dvoutrubkový topný systém v soukromém domě s přirozenou cirkulací má následující konstrukční vlastnosti:

1. Přívod a zpátečka procházejí různými potrubími.
2. Napájecí vedení je připojeno ke každému radiátoru přes vstupní větev.
3. Druhá linka spojuje baterii se zpětným vedením.

Výsledkem je, že dvoutrubkový systém typu radiátoru nabízí následující výhody:

1. Rovnoměrné rozložení tepla.
2. Pro lepší vytápění není nutné přidávat sekce chladiče.
3. Je snazší upravit systém.
4. Průměr vodního okruhu je nejméně o jednu velikost menší než u jednopotrubních okruhů.
5. Nedostatek přísných pravidel pro instalaci dvoutrubkového systému. Malé odchylky od svahů jsou povoleny.

Hlavní výhodou dvoutrubkového topného systému s dolním a horním vedením je jednoduchost a současně účinnost konstrukce, která umožňuje neutralizovat chyby provedené ve výpočtech nebo během instalačních prací.

Pohyb chlazeného nosiče tepla

Jednou z mylných představ je, že v systému s přirozenou cirkulací se chlazená chladicí kapalina nemůže pohybovat nahoru. Také s nimi nesouhlasím. Pro oběhový systém je koncept nahoru a dolů velmi podmíněný. V praxi, pokud zpětné potrubí stoupá v nějaké části, pak někde spadne do stejné výšky. V tomto případě jsou gravitační síly vyvážené. Jedinou obtížností je překonání místního odporu v zatáčkách a lineárních úsecích potrubí. To vše, stejně jako možné chlazení chladicí kapaliny v úsecích stoupání, by mělo být zohledněno ve výpočtech. Pokud je systém správně vypočítán, pak má právo existovat diagram zobrazený na následujícím obrázku. Mimochodem, na začátku minulého století byla taková schémata široce používána, navzdory jejich slabé hydraulické stabilitě.

Typy gravitačních cirkulačních topných systémů

Navzdory jednoduché konstrukci systému ohřevu vody s vlastní cirkulací chladicí kapaliny existují nejméně čtyři populární instalační schémata. Volba typu zapojení závisí na vlastnostech samotné budovy a očekávaném výkonu.

K určení, které schéma bude fungovat, je v každém jednotlivém případě nutné provést hydraulický výpočet systému, vzít v úvahu vlastnosti topné jednotky, vypočítat průměr potrubí atd. Při provádění výpočtů může být nutná odborná pomoc.

Uzavřený systém s gravitační cirkulací

V zemích EU jsou uzavřené systémy nejoblíbenější mezi ostatními řešeními. V Ruské federaci tento režim dosud nebyl široce používán. Principy fungování systému ohřevu vody uzavřeného typu s cirkulací bez čerpadla jsou následující:

• Při zahřátí se chladicí kapalina rozpíná, voda je vytlačována z topného okruhu.
• Pod tlakem kapalina vstupuje do uzavřené membránové expanzní nádrže. Konstrukce kontejneru je dutina rozdělená na dvě části membránou. Jedna polovina nádrže je naplněna plynem (většina modelů používá dusík). Druhá část zůstává prázdná pro plnění chladicí kapalinou.
• Když se kapalina zahřeje, vytvoří se dostatečný tlak, který tlačí membránu a stlačuje dusík. Po ochlazení probíhá reverzní proces a plyn vytlačuje vodu z nádrže.

Jinak systémy uzavřeného typu fungují jako jiná schémata vytápění s přirozenou cirkulací. Mezi nevýhody patří závislost na objemu expanzní nádrže. U místností s velkou vytápěnou plochou budete muset nainstalovat prostorný kontejner, což není vždy vhodné.

Otevřený systém s gravitační cirkulací

Otevřený topný systém se liší od předchozího typu pouze konstrukcí expanzní nádrže. Toto schéma se nejčastěji používalo ve starších budovách. Výhodami otevřeného systému je schopnost samostatně vyrábět nádoby ze šrotu. Nádrž má obvykle skromnou velikost a je instalována na střeše nebo pod stropem obývacího pokoje.

Hlavní nevýhodou otevřených konstrukcí je vnikání vzduchu do potrubí a topných těles, což vede ke zvýšené korozi a rychlému selhání topných prvků. Větrání systému je také častým „hostem“ v obvodech otevřeného typu. Proto jsou radiátory instalovány pod úhlem; k odvzdušnění vzduchu jsou zapotřebí Mayevského kohoutky.

Jednopotrubní systém se samočinnou cirkulací

Jednopotrubní horizontální systém s přirozenou cirkulací má nízkou tepelnou účinnost, proto se používá extrémně zřídka.Podstatou schématu je, že přívodní potrubí je zapojeno do série s radiátory. Vyhřívaná chladicí kapalina vstupuje do horní větve baterie a je odváděna spodní větví. Poté teplo přejde na další topnou jednotku a tak dále až do posledního bodu. Zpětný tok se vrací z extrémní baterie do kotle.
Toto řešení má několik výhod:

1. Pod stropem a nad úrovní podlahy není žádné párové potrubí.
2. Prostředky jsou uloženy při instalaci systému.

Nevýhody tohoto řešení jsou zřejmé. Přenos tepla topných těles a intenzita jejich ohřevu klesá se vzdáleností od kotle. Jak ukazuje praxe, jednopotrubní topný systém dvoupatrového domu s přirozenou cirkulací, i když jsou dodrženy všechny svahy a je zvolen správný průměr potrubí, se často mění (instalací čerpacího zařízení).

Dvoutrubkový systém s vlastní cirkulací

Dvoutrubkový topný systém v soukromém domě s přirozenou cirkulací má následující konstrukční vlastnosti:

1. Přívod a zpátečka procházejí různými potrubími.
2. Napájecí vedení je připojeno ke každému radiátoru přes vstupní větev.
3. Druhá linka spojuje baterii se zpětným vedením.

Výsledkem je, že dvoutrubkový systém typu radiátoru nabízí následující výhody:

1. Rovnoměrné rozložení tepla.
2. Pro lepší vytápění není nutné přidávat sekce chladiče.
3. Je snazší upravit systém.
4. Průměr vodního okruhu je nejméně o jednu velikost menší než u jednopotrubních okruhů.
5. Nedostatek přísných pravidel pro instalaci dvoutrubkového systému. Malé odchylky od svahů jsou povoleny.

Hlavní výhodou dvoutrubkového topného systému s dolním a horním vedením je jednoduchost a současně účinnost konstrukce, která umožňuje neutralizovat chyby provedené ve výpočtech nebo během instalačních prací.

Umístění radiátorů

Říká se, že při přirozené cirkulaci chladicí kapaliny musí být radiátory bezpodmínečně umístěny nad kotlem. Toto tvrzení je pravdivé, pouze pokud jsou topná zařízení umístěna v jedné vrstvě. Pokud je počet úrovní dvě nebo více, mohou být radiátory nižší úrovně umístěny pod kotlem, což je nutné zkontrolovat hydraulickým výpočtem.

Zejména pro příklad zobrazený na obrázku níže, s H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, bude efektivní cirkulační tlak:

g · = 9,9 · [7 · (977 - 965) - 3 · (973 - 965) - 6 · (977 - 973)] = 352,8 Pa.

Tady:

ρ1 = 965 kg / m3 je hustota vody při 90 ° C;

ρ2 = 977 kg / m3 je hustota vody při 70 ° C;

ρ3 = 973 kg / m3 je hustota vody při 80 ° C.

Výsledný cirkulační tlak je dostatečný pro fungování sníženého systému.

Gravitační ohřev - výměna vody nemrznoucí směsí

Někde jsem četl, že gravitační vytápění určené pro vodu lze bezbolestně přepnout na nemrznoucí směs. Chci vás před takovými akcemi varovat, protože bez řádného výpočtu může taková výměna vést k úplnému selhání topného systému. Faktem je, že roztoky na bázi glykolu mají výrazně vyšší viskozitu než voda. Kromě toho je měrná tepelná kapacita těchto kapalin nižší než u vody, což bude vyžadovat, za jiných podmínek, zvýšení rychlosti cirkulace chladicí kapaliny. Tyto okolnosti významně zvyšují konstrukční hydraulický odpor systému naplněného chladicími kapalinami s nízkým bodem tuhnutí.

Co to je

V každém systému ohřevu vody je distribuce a funkce přenosu tepla prostřednictvím topných zařízení zajišťována nosičem tepla - kapalnou látkou s vysokou měrnou tepelnou kapacitou.

Obyčejná voda hraje tuto roli mnohem častěji; ale v takových případech, v době, kdy v zimě může být dům ponechán bez vytápění, se často používají kapaliny s nižšími teplotami fázového přechodu.

Bez ohledu na typ chladicí kapaliny musí být nucen pohybovat se, přenášet teplo.

Není mnoho způsobů, jak toho dosáhnout.

• V systémech ústředního vytápění je funkce indukce cirkulace zajištěna tlakovým rozdílem mezi přívodním a zpětným potrubím topného potrubí.

• Autonomní systémy s nuceným oběhem jsou za tímto účelem vybaveny oběhovými čerpadly.
• Nakonec se chladicí kapalina v gravitačních (gravitačních) systémech pohybuje pouze díky transformaci vlastní hustoty během ohřevu.

Pomocí otevřené expanzní nádrže

Praxe ukazuje, že je nutné neustále doplňovat chladicí kapalinu v otevřené expanzní nádrži, protože se odpařuje. Souhlasím, že je to opravdu velká nepříjemnost, ale lze ji snadno odstranit. K tomu můžete použít vzduchovou trubici a hydraulické těsnění instalované blíže k nejnižšímu bodu systému vedle kotle. Tato trubka slouží jako vzduchová klapka mezi hydraulickým těsněním a hladinou chladicí kapaliny v nádrži. Čím větší je jeho průměr, tím nižší bude úroveň kolísání hladiny v nádrži na vodní uzávěr. Obzvláště pokročilí řemeslníci dokáží pumpovat dusík nebo inertní plyny do vzduchové trubice, čímž chrání systém před pronikáním vzduchu.

Zařízení

Gravitační systém může být buď uzavřený systém, který nekomunikuje s atmosférickým vzduchem, nebo otevřený do atmosféry. Typ systému závisí na sadě vybavení, které potřebuje.

Otevřeno

Jediným požadovaným prvkem je ve skutečnosti otevřená expanzní nádrž.

Ocelová otevřená expanzní nádrž.

Kombinuje několik funkcí:

• Zadržuje přebytečnou vodu při přehřátí.
• Odstraňuje vzduch a páru vznikající při varu vody v okruhu do atmosféry.
• Slouží k doplňování vody, aby se vyrovnal únik a odpařování.

V případech, kdy jsou radiátory umístěny nad ním v některých oblastech plnění, jsou jejich horní zátky vybaveny ventilačními otvory. Tuto roli mohou hrát jak Mayevsky kohoutky, tak konvenční vodovodní kohoutky.

Pro resetování systému je obvykle doplněn větví vedoucím do kanalizace nebo jednoduše mimo dům.

Zavřeno

V uzavřeném gravitačním systému jsou funkce otevřené nádrže rozloženy do několika nezávislých zařízení.

• Membránová expanzní nádrž topného systému poskytuje možnost expanze chladicí kapaliny během ohřevu. Jeho objem je zpravidla roven 10% celkového objemu systému.
• Přetlakový ventil uvolňuje přetlak, když je nádrž přeplněna.
• Ruční odvzdušnění (například stejný Mayevského ventil) nebo automatické odvzdušnění je odpovědné za odvzdušnění.
• Manometr ukazuje tlak.

Poslední tři zařízení se často prodávají jako jedno balení.

Důležité: v gravitačním systému musí být v jeho horním bodě alespoň jeden odvzdušňovací ventil. Na rozdíl od schématu nuceného oběhu zde přechodová komora jednoduše neumožňuje pohyb chladicí kapaliny.

Kromě výše uvedeného je uzavřený systém obvykle vybaven propojkou se systémem studené vody, který umožňuje jeho naplnění po vypuštění nebo kompenzaci úniku vody.

Použití oběhového čerpadla při gravitačním ohřevu

V rozhovoru s jedním instalatérem jsem slyšel, že čerpadlo instalované na obtoku hlavní stoupačky nemůže vytvořit cirkulační efekt, protože instalace uzavíracích ventilů na hlavní stoupačce mezi kotlem a expanzní nádobou je zakázána. Proto je možné čerpadlo umístit na obtok zpětného potrubí a instalovat kulový ventil mezi vstupy čerpadla. Toto řešení není příliš pohodlné, protože pokaždé, když zapnete čerpadlo, musíte nezapomenout zavřít kohoutek a po vypnutí čerpadla jej otevřít.V tomto případě je instalace zpětného ventilu nemožná kvůli jeho značnému hydraulickému odporu. Aby se z této situace dostali, snaží se řemeslníci předělat zpětný ventil na normálně otevřený. Takové „modernizované“ ventily vytvářejí v systému zvukové efekty díky neustálému „squelchingu“ s periodou úměrnou rychlosti chladicí kapaliny. Mohu navrhnout jiné řešení. Plovák zpětného ventilu pro gravitační systémy je instalován na hlavní stoupačce mezi obtokovými vstupy. Plovák ventilu v přirozené cirkulaci je otevřený a nezasahuje do pohybu chladicí kapaliny. Když je čerpadlo zapnuto v obtoku, ventil uzavře hlavní stoupačku a směruje veškerý průtok obtokem s čerpadlem.

V tomto článku jsem zvážil daleko od všech mylných představ, které existují mezi odborníky instalujícími gravitační ohřev. Pokud se vám článek líbil, jsem připraven v něm pokračovat s odpověďmi na vaše otázky.

V dalším článku budu hovořit o stavebních materiálech.

DOPORUČUJEME VÍCE VÍCE: