Tyngdekraftsvarmesystemer med naturlig cirkulation af varmebæreren

FRADer er en opfattelse af, at tyngdekraftopvarmning er en anakronisme i vores computeralder. Men hvad nu hvis du byggede et hus i et område, hvor der endnu ikke er elektricitet, eller strømforsyningen er meget intermitterende? I dette tilfælde bliver du nødt til at huske den gammeldags måde at organisere varme på. Sådan organiserer du tyngdevarme, og vi taler i denne artikel.

Tyngdekraftsvarmesystem

Gravitationsvarmesystemet blev opfundet i 1777 af den franske fysiker Bonneman og var designet til at opvarme en inkubator.

Men først siden 1818 er tyngdekraftsvarmesystemet blevet allestedsnærværende i Europa, dog hidtil kun for drivhuse og drivhuse. I 1841 udviklede engelskmanden Hood en metode til termisk og hydraulisk beregning af naturlige cirkulationssystemer. Han var i stand til teoretisk at bevise proportionaliteten af ​​kølevæskens cirkulationshastigheder i forhold til kvadratrødderne af forskellen i højderne på varmecentret og kølecentret, det vil sige højdeforskellen mellem kedlen og radiatoren. Den naturlige cirkulation af kølemidlet i varmesystemer er blevet undersøgt godt og havde et stærkt teoretisk fundament.

Men med fremkomsten af ​​pumpevarmesystemer blev forskernes interesse for tyngdekraftsvarmesystemet stadig svagere. I øjeblikket belyses tyngdekraften overfladisk i institutkurser, hvilket har ført til analfabetisme hos specialister, der installerer dette varmesystem. Det er en skam at sige, men installatører, der bygger tyngdekraftopvarmning, bruger hovedsagelig råd fra "erfarne" og de magre krav, der er beskrevet i de lovgivningsmæssige dokumenter. Det er værd at huske, at reguleringsdokumenter kun dikterer krav og ikke giver en forklaring på årsagerne til udseendet af et bestemt fænomen. I denne henseende er der blandt specialister et tilstrækkeligt antal misforståelser, som jeg gerne ville fjerne lidt.

Fordele og ulemper

Selv om denne ordning er populær, har den visse ulemper. Først og fremmest er dette længden af ​​rørledningerne, som ikke er i stand til jævnt at fordele væsketrykket indeni. Derfor er gravitationssystemer 30 meter vandret grænsen. Det giver ingen mening at trække rørledningerne længere. Jo længere væk fra kedlen, jo lavere er trykket.

Vi bemærker også de høje startomkostninger. Eksperter forsikrer, at omkostningerne ved sådan opvarmning er op til 7% af selve bygningens omkostninger. Dette skyldes, at der her er behov for rør med stor diameter for at skabe det nødvendige tryk med et stort volumen kølemiddel.

En anden ulempe er den langsomme opvarmning af varmeenheder. Dette afhænger igen af ​​en betydelig mængde vand. Det tager en vis tid at varme det op. Derudover er der stor sandsynlighed for frysning af kølemidlet i rør, der passerer gennem uopvarmede rum.

Værdighed

Fordelene ved et sådant system er imidlertid heller ikke så små:

• Enkelhed i design, installation og drift.
• Energiuafhængighed.
• Mangel på cirkulationspumper, som garanterer stilhed og eliminerer vibrationer.
• Langvarig drift op til 40 år.
• Pålidelighed - i dag er det den mest pålidelige opvarmning med hensyn til kvantitativ selvregulering.

Hvorfor afhænger termisk pålidelighed af kvantitativ selvregulering? Og generelt, hvad betyder dette?

Når vandets temperatur ændres i en eller anden retning, ændres kølevæskens strømningshastighed også. Der er en ændring i dens densitet, som påvirker varmeoverførslen. Jo mere vand, jo højere er dens varmeoverførsel. Alt dette interagerer med varmetabet i det rum, hvor varmeenheden er installeret. Disse to indikatorer er også indbyrdes forbundne. Varmetab stiger - varmeoverførslen stiger.

Diagram over et gennemstrømningsvarmesystem

Binding af kredsløbet er også vigtigt. I et to-rørssystem er alt enklere, fordi cirkulationsringen kun bestemmes af en enhed. Derfor forekommer termisk selvregulering i en forkortet version. Og dette påvirker kvaliteten af ​​varmeoverførslen fra radiatoren. Jo kortere ringen er, desto bedre fungerer den samlede opvarmning.

Det er sværere med en enkeltrørsforbindelse, fordi flere varmeenheder går ind i en cirkulationsring, og varmefordelingen kan være ujævn. I dette tilfælde gemmes cirkulationspumpen selvfølgelig. Men disse er ikke længere tyngdevarmesystemer.

Så en to-rørskryds er den bedste mulighed, når du bruger et system med naturlig cirkulation af kølemidlet. Imidlertid vil lodrette enkeltrørsledninger øge hastigheden af ​​vandbevægelsen, og dette vil direkte påvirke stigningen i varmeoverførsel og ensartet fordeling af kølemidlet. Jo højere vandhastigheden inden i varmeledningerne, desto mere jævnt fordeles det gennem hele kredsløbet. I dette tilfælde er det muligt at placere varmeenhederne under kedlen.

Denne ordning bruges ofte, hvis det er nødvendigt at opvarme et kælder i et hus.

Klassisk to-rør tyngdekraft opvarmning

For at forstå driftsprincippet for et tyngdekraftsvarmesystem skal du overveje et eksempel på et klassisk to-rørs tyngdekraftssystem med følgende indledende data:

• det oprindelige volumen af ​​kølemiddel i systemet er 100 liter;
• højde fra kedelens centrum til overfladen af ​​det opvarmede kølemiddel i tanken H = 7 m;
• afstand fra overfladen af ​​det opvarmede kølevæske i tanken til midten af ​​radiatoren i det andet niveau h1 = 3 m,
• afstand til midten af ​​radiatoren i det første niveau h2 = 6 m.
• Temperaturen ved udløbet fra kedlen er 90 ° C, ved indløbet til kedlen - 70 ° C.

Det effektive cirkulationstryk for radiatoren i anden klasse kan bestemmes ved formlen:

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

For radiatoren i det første niveau vil det være:

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

For at gøre beregningen mere nøjagtig er det nødvendigt at tage højde for køling af vand i rørledningerne.

Rørledning til tyngdekraftopvarmning

Mange eksperter mener, at rørledningen skal lægges med en hældning i kølevæskens bevægelsesretning. Jeg argumenterer ikke for, at det ideelt set skulle være sådan, men i praksis er dette krav ikke altid opfyldt. Et eller andet sted er bjælken i vejen, et eller andet sted er lofterne lavet på forskellige niveauer. Hvad sker der, hvis du installerer forsyningsrørledningen med en omvendt hældning?

Jeg er sikker på, at der ikke sker noget forfærdeligt. Kølevæskets cirkulationstryk, hvis det falder, med en ganske lille mængde (et par pascal). Dette vil ske på grund af den parasitære indflydelse, der køler ned i den øverste påfyldning af kølemidlet. Med dette design skal luften fra systemet fjernes ved hjælp af en gennemstrømningsluftopsamler og en luftudluftning. En sådan anordning er vist i figuren. Her er afløbsventilen designet til at frigive luft på det tidspunkt, hvor systemet er fyldt med kølemiddel. I driftstilstand skal denne ventil være lukket. Et sådant system vil forblive fuldt funktionelt.

Typer af tyngdekraftscirkulationsopvarmningssystemer

På trods af det enkle design af et vandopvarmningssystem med selvcirkulation af kølemidlet er der mindst fire populære installationsskemaer.Valget af ledningstype afhænger af bygningens egenskaber og den forventede ydelse.

For at bestemme, hvilket skema der skal fungere, er det i hvert enkelt tilfælde nødvendigt at udføre en hydraulisk beregning af systemet, tage højde for egenskaberne ved opvarmningsenheden, beregne rørdiameteren osv. Professionel hjælp kan være nødvendig, når man udfører beregninger.

Lukket system med tyngdekraftscirkulation

I EU-landene er lukkede systemer de mest populære blandt andre løsninger. I Den Russiske Føderation har ordningen endnu ikke modtaget bred anvendelse. Principperne for drift af et lukket vandopvarmningssystem med en pumpeløs cirkulation er som følger:

• Ved opvarmning ekspanderer kølemidlet, vand fortrænges fra varmekredsen.
• Under tryk kommer væsken ind i den lukkede membranekspansionsbeholder. Beholderens design er et hulrum opdelt i to dele af en membran. Den ene halvdel af reservoiret er fyldt med gas (de fleste modeller bruger nitrogen). Den anden del forbliver tom til fyldning med kølemiddel.
• Når væsken opvarmes, skabes der nok tryk til at skubbe membranen og komprimere nitrogenet. Efter afkøling finder den omvendte proces sted, og gassen presser vand ud af tanken.

Ellers fungerer lukkede systemer som andre naturlige opvarmningsordninger. Ulemperne er afhængigheden af ​​ekspansionstankens volumen. For værelser med et stort opvarmet område skal du installere en rummelig container, hvilket ikke altid er tilrådeligt.

Åbent system med tyngdekraftscirkulation

Det åbne varmesystem adskiller sig kun fra den tidligere type i udvidelsestankens udformning. Denne ordning blev oftest brugt i ældre bygninger. Fordelene ved et åbent system er evnen til uafhængigt at fremstille containere af skrotmaterialer. Tanken har normalt en beskeden størrelse og installeres på taget eller under loftet i stuen.

Den største ulempe ved åbne strukturer er indtrængen af ​​luft i rør og radiatorer, hvilket fører til øget korrosion og hurtig svigt af varmeelementer. Udluftning af systemet er også en hyppig "gæst" i åbne kredsløb. Derfor installeres radiatorer i en vinkel; Mayevsky-haner er nødvendige for at bløde luft.

System med et rør med selvcirkulation

Denne løsning har flere fordele:

1. Der er ingen parrør under loftet og over gulvniveau.
2. Midler spares ved installationen af ​​systemet.

Ulemperne ved denne løsning er åbenlyse. Varmeoverførslen fra radiatorer og intensiteten af ​​deres opvarmning falder med afstanden fra kedlen. Som praksis viser, ændres ofte et etrørs varmesystem i et to-etagers hus med naturlig cirkulation, selvom alle skråninger observeres og den korrekte rørdiameter er valgt (ved at installere pumpeudstyr).

Selvcirkulations to-rørsystem

To-rør varmesystemet i et privat hus med naturlig cirkulation har følgende designfunktioner:

1. Forsyning og retur passerer gennem forskellige rør.
2. Forsyningsledningen er forbundet til hver radiator gennem en indløbsgren.
3. Den anden linje forbinder batteriet med returledningen.

Som et resultat tilbyder et to-rørs radiator-system følgende fordele:

1. Jævn fordeling af varme.
2. Ingen grund til at tilføje kølersektioner for bedre opvarmning.
3. Det er lettere at justere systemet.
4. Vandkredsløbets diameter er mindst en størrelse mindre end i enrørskredsløb.
5. Mangel på strenge regler for installation af et to-rørssystem. Små afvigelser med hensyn til skråninger er tilladt.

Den største fordel ved et to-rørsvarmesystem med nedre og øvre ledninger er enkelhed og samtidig designens effektivitet, hvilket gør det muligt at neutralisere fejl i beregningerne eller under installationsarbejdet.

Bevægelsen af ​​den afkølede varmebærer

En af misforståelserne er, at i et system med naturlig cirkulation kan det afkølede kølemiddel ikke bevæge sig opad. Jeg er også uenig i disse. For et cirkulerende system er begrebet op og ned meget betinget. I praksis, hvis returledningen stiger i et eller andet afsnit, falder den et eller andet sted til samme højde. I dette tilfælde er tyngdekraften afbalanceret. Den eneste vanskelighed er at overvinde lokal modstand ved bøjninger og lineære sektioner af rørledningen. Alt dette samt den mulige afkøling af kølemidlet i sektionerne med stigning skal tages i betragtning i beregningerne. Hvis systemet beregnes korrekt, har diagrammet vist i nedenstående figur ret til at eksistere. Forresten, i begyndelsen af ​​sidste århundrede blev sådanne ordninger meget udbredt på trods af deres svage hydrauliske stabilitet.

Typer af tyngdekraftscirkulationsopvarmningssystemer

På trods af det enkle design af et vandopvarmningssystem med selvcirkulation af kølemidlet er der mindst fire populære installationsskemaer. Valget af ledningstype afhænger af bygningens egenskaber og den forventede ydelse.

For at bestemme, hvilket skema der skal fungere, er det i hvert enkelt tilfælde nødvendigt at udføre en hydraulisk beregning af systemet, tage højde for egenskaberne ved opvarmningsenheden, beregne rørdiameteren osv. Professionel hjælp kan være nødvendig, når man udfører beregninger.

Lukket system med tyngdekraftscirkulation

I EU-landene er lukkede systemer de mest populære blandt andre løsninger. I Den Russiske Føderation har ordningen endnu ikke modtaget bred anvendelse. Principperne for drift af et lukket vandopvarmningssystem med en pumpeløs cirkulation er som følger:

• Ved opvarmning ekspanderer kølemidlet, vand fortrænges fra varmekredsen.
• Under tryk kommer væsken ind i den lukkede membranekspansionsbeholder. Beholderens design er et hulrum opdelt i to dele af en membran. Den ene halvdel af reservoiret er fyldt med gas (de fleste modeller bruger nitrogen). Den anden del forbliver tom til fyldning med kølemiddel.
• Når væsken opvarmes, skabes der nok tryk til at skubbe membranen og komprimere nitrogenet. Efter afkøling finder den omvendte proces sted, og gassen presser vand ud af tanken.

Ellers fungerer lukkede systemer som andre naturlige opvarmningsordninger. Ulemperne er afhængigheden af ​​ekspansionstankens volumen. For værelser med et stort opvarmet område skal du installere en rummelig container, hvilket ikke altid er tilrådeligt.

Åbent system med tyngdekraftscirkulation

Det åbne varmesystem adskiller sig kun fra den tidligere type i udvidelsestankens udformning. Denne ordning blev oftest brugt i ældre bygninger. Fordelene ved et åbent system er evnen til uafhængigt at fremstille containere af skrotmaterialer. Tanken har normalt en beskeden størrelse og installeres på taget eller under loftet i stuen.

Den største ulempe ved åbne strukturer er indtrængen af ​​luft i rør og radiatorer, hvilket fører til øget korrosion og hurtig svigt af varmeelementer. Udluftning af systemet er også en hyppig "gæst" i åbne kredsløb. Derfor installeres radiatorer i en vinkel; Mayevsky-haner er nødvendige for at bløde luft.

System med et rør med selvcirkulation

Et vandret system med et rør med naturlig cirkulation har lav termisk effektivitet, derfor bruges det ekstremt sjældent.Essensen af ​​ordningen er, at forsyningsrøret er serieforbundet med radiatorerne. Det opvarmede kølemiddel trænger ind i batteriets øverste grenrør og udledes gennem den nedre gren. Derefter går varmen til den næste varmeenhed og så videre til det sidste punkt. Returstrøm returneres fra det ekstreme batteri til kedlen.
Denne løsning har flere fordele:

1. Der er ingen parrør under loftet og over gulvniveau.
2. Midler spares ved installationen af ​​systemet.

Ulemperne ved denne løsning er åbenlyse. Varmeoverførslen fra radiatorer og intensiteten af ​​deres opvarmning falder med afstanden fra kedlen. Som praksis viser, ændres ofte et etrørs varmesystem i et to-etagers hus med naturlig cirkulation, selvom alle skråninger observeres og den korrekte rørdiameter er valgt (ved at installere pumpeudstyr).

Selvcirkulations to-rørsystem

To-rør varmesystemet i et privat hus med naturlig cirkulation har følgende designfunktioner:

1. Forsyning og retur passerer gennem forskellige rør.
2. Forsyningsledningen er forbundet til hver radiator gennem en indløbsgren.
3. Den anden linje forbinder batteriet med returledningen.

Som et resultat tilbyder et to-rørs radiator-system følgende fordele:

1. Jævn fordeling af varme.
2. Ingen grund til at tilføje kølersektioner for bedre opvarmning.
3. Det er lettere at justere systemet.
4. Vandkredsløbets diameter er mindst en størrelse mindre end i enrørskredsløb.
5. Mangel på strenge regler for installation af et to-rørssystem. Små afvigelser med hensyn til skråninger er tilladt.

Den største fordel ved et to-rørsvarmesystem med nedre og øvre ledninger er enkelhed og samtidig designens effektivitet, hvilket gør det muligt at neutralisere fejl i beregningerne eller under installationsarbejdet.

Placering af radiatorer

De siger, at med den naturlige cirkulation af kølemidlet skal radiatorerne uden fejl være placeret over kedlen. Denne erklæring gælder kun, når varmeenhederne er placeret i et niveau. Hvis antallet af niveauer er to eller flere, kan radiatorerne i det nederste niveau være placeret under kedlen, hvilket skal kontrolleres ved hydraulisk beregning.

Især for det eksempel, der er vist i nedenstående figur, med H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, vil det effektive cirkulationstryk være:

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

Her:

ρ1 = 965 kg / m3 er tætheden af ​​vand ved 90 ° C;

ρ2 = 977 kg / m3 er tætheden af ​​vand ved 70 ° C;

ρ3 = 973 kg / m3 er vandtætheden ved 80 ° C.

Det resulterende cirkulationstryk er tilstrækkeligt til, at det reducerede system fungerer.

Tyngdekraftopvarmning - udskiftning af vand med frostvæske

Jeg læste et eller andet sted, at tyngdevarme, designet til vand, kan smertefrit skiftes til frostvæske. Jeg vil advare dig mod sådanne handlinger, da en sådan udskiftning kan føre til en fuldstændig fejl i varmesystemet uden korrekt beregning. Faktum er, at glykolbaserede opløsninger har en signifikant højere viskositet end vand. Derudover er den specifikke varmekapacitet for disse væsker lavere end for vand, hvilket alt andet lige vil kræve en forøgelse af kølevæskens cirkulationshastighed. Disse omstændigheder øger den hydrauliske modstandsdygtighed i systemet væsentligt fyldt med kølemidler med et lavt frysepunkt.

Hvad er det

I ethvert vandopvarmningssystem foretages fordelingen og funktionen af ​​overførsel af varme gennem varmeenheder af varmebæreren - et flydende stof med en høj specifik varmekapacitet.

Almindeligt vand spiller denne rolle meget oftere; men i disse tilfælde, når huset om vinteren er koldt uden opvarmning, bruges ofte væsker med lavere faseovergangstemperaturer.

Uanset hvilken type kølevæske, skal den tvinges til at bevæge sig, overføre varme.

Der er ikke mange måder at gøre dette på.

• I centralvarmesystemer er cirkulationsfremkaldelsesfunktionen lavet af trykforskellen mellem tilførsels- og returrørledningerne til varmeledningen.

• Autonome systemer med tvungen cirkulation til dette formål er udstyret med cirkulationspumper.
• Endelig bevæger kølemidlet i tyngdekraftssystemer (tyngdekraft) kun på grund af omdannelsen af ​​dets egen densitet under opvarmning.

Brug af en åben ekspansionsbeholder

Praksis viser, at det er nødvendigt konstant at fylde kølemidlet op i en åben ekspansionsbeholder, da den fordamper. Jeg er enig i, at dette virkelig er en stor ulempe, men det kan let elimineres. For at gøre dette kan du bruge et luftslange og en hydraulisk tætning, der er installeret tættere på systemets laveste punkt ved siden af ​​kedlen. Dette rør fungerer som et luftspjæld mellem den hydrauliske tætning og kølemiddelniveauet i tanken. Derfor, jo større dens diameter er, jo lavere vil niveauet for niveaufluktuationer i vandforseglingstanken være. Særligt avancerede håndværkere formår at pumpe kvælstof eller inerte gasser ind i luftrøret og derved beskytte systemet mod luftindtrængning.

Udstyr

Et tyngdekraftssystem kan enten være et lukket system, der ikke kommunikerer med atmosfærisk luft eller åbner ud i atmosfæren. Systemtypen afhænger af det sæt udstyr, det har brug for.

Åben

Faktisk er det eneste nødvendige element en åben ekspansionsbeholder.

Åben ekspansionstank i stål.

Den kombinerer flere funktioner:

• Holder overskydende vand, når det er overophedet.
• Det fjerner luft og damp, der genereres under kogning af vand i kredsløbet, til atmosfæren.
• Serverer til påfyldning af vand for at kompensere for lækage og fordampning.

I tilfælde, hvor radiatorer er placeret over det i nogle områder af påfyldningen, er deres øverste stik udstyret med luftudtag. Denne rolle kan spilles af både Mayevsky-vandhaner og konventionelle vandhaner.

For at nulstille systemet suppleres det normalt med en gren, der fører til kloakken eller blot uden for huset.

Lukket

I et lukket tyngdekraftssystem fordeles funktionerne i en åben tank over flere uafhængige enheder.

• Varmesystemets membranekspansionstank giver mulighed for ekspansion af kølemidlet under opvarmning. Som regel tages dens volumen lig med 10% af den samlede systemvolumen.
• Overtryksventilen aflaster overtryk, når tanken er overfyldt.
• En manuel udluftning (for eksempel den samme Mayevsky-ventil) eller en automatisk udluftning er ansvarlig for udluftning.
• Manometeret viser tryk.

De sidste tre enheder sælges ofte som en pakke.

Vigtigt: i et tyngdekraftssystem skal mindst en udluftning være til stede ved dets øverste punkt. I modsætning til tvungen cirkulationsordning tillader luftslåsen simpelthen ikke, at kølemidlet bevæger sig.

Ud over ovenstående er et lukket system normalt udstyret med en jumper med et koldtvandsystem, der gør det muligt at fylde det efter udledning eller kompensere for vandlækage.

Brug af en cirkulationspumpe til tyngdekraftopvarmning

I en samtale med en installatør hørte jeg, at en pumpe installeret på bypass af hovedstigrøret ikke kan skabe cirkulationseffekt, da installation af afspærringsventiler på hovedstigrøret mellem kedlen og ekspansionstanken er forbudt. Derfor kan du placere pumpen på returledningens bypass og installere en kugleventil mellem pumpeindgangene. Denne løsning er ikke særlig praktisk, da hver gang du tænder pumpen, skal du huske at lukke for hanen, og efter at have lukket pumpen, skal du åbne den.I dette tilfælde er installationen af ​​en kontraventil umulig på grund af dens betydelige hydrauliske modstand. For at komme ud af denne situation forsøger håndværkerne at genskabe kontraventilen til en normalt åben. Sådanne "moderniserede" ventiler vil skabe lydeffekter i systemet på grund af konstant "kvældning" med en periode, der er proportional med hastigheden på kølemidlet. Jeg kan foreslå en anden løsning. En flydekontrolventil til tyngdekraftssystemer er installeret på hovedstigrøret mellem bypassindgangene. Ventilen, der flyder i naturlig cirkulation, er åben og forstyrrer ikke kølemidlets bevægelse. Når pumpen er tændt i bypasset, lukker ventilen hovedstigrøret og leder al strøm gennem bypasset med pumpen.

I denne artikel har jeg overvejet langt fra alle de misforståelser, der findes blandt specialister, der installerer tyngdevarme. Hvis du kunne lide artiklen, er jeg klar til at fortsætte den med svar på dine spørgsmål.

I den næste artikel vil jeg tale om byggematerialer.

ANBEFALET AT LÆSE MERE: