ССъществува мнение, че гравитационното нагряване е анахронизъм в нашата компютърна ера. Но какво, ако сте построили къща в район, където все още няма електричество или захранването е много периодично? В този случай ще трябва да запомните старомодния начин за организиране на отоплението. Ето как да организираме гравитационно отопление и ще говорим в тази статия.
Гравитационна отоплителна система
Гравитационната отоплителна система е изобретена през 1777 г. от френския физик Бонеман и е предназначена за отопление на инкубатор.
Но едва от 1818 г. гравитационната отоплителна система става повсеместна в Европа, макар досега само за оранжерии и оранжерии. През 1841 г. англичанинът Худ разработва метод за термично и хидравлично изчисление на естествените циркулационни системи. Той успя теоретично да докаже пропорционалността на скоростите на циркулация на охлаждащата течност към квадратните корени на разликата във височините на отоплителния център и охлаждащия център, т.е. разликата във височината между котела и радиатора. Естествената циркулация на охлаждащата течност в отоплителните системи е добре проучена и има мощна теоретична основа.
Но с появата на помпените отоплителни системи интересът на учените към гравитационната отоплителна система постоянно изчезва. В момента гравитационното отопление е повърхностно осветено в институтските курсове, което доведе до неграмотност на специалистите, които инсталират тази отоплителна система. Срамно е да се каже, но монтажниците, изграждащи гравитационно отопление, използват предимно съветите на „опитни“ и онези оскъдни изисквания, които са изложени в нормативните документи. Струва си да се помни, че нормативните документи само диктуват изисквания и не дават обяснение на причините за появата на конкретно явление. В тази връзка сред специалистите има достатъчен брой заблуди, които бих искал да разсея малко.
Първа среща
Замисляли ли сте се какво кара водата да тече през радиатори?
В жилищна сграда всичко е ясно: там циркулацията се създава от разликата в налягането между захранващия и връщащия тръбопровод на отоплителната мрежа. Ясно е, че ако налягането е по-високо в едната тръба и по-малко в другата, водата ще започне да се движи във веригата, която ги затваря една с друга.
В частните къщи отоплителните системи често са автономни, като използват електричество или топлината от изгарянето на различни видове горива. В този случай охлаждащата течност се задвижва, като правило, от циркулационна помпа за отопление - работно колело с електрически двигател с малка мощност (до 100 вата).
Но електрическите помпи се появиха много по-късно от отоплението на водата. Как се справяхте без тях преди? Със сигурност този опит може да се използва сега ...
Някога котлите не бяха оборудвани с помпи. Отоплението обаче работеше.
Използвана е естествена циркулация на нагрята вода. Термичното разширение поражда така наречената конвекция: когато се нагрява, всяко вещество намалява своята плътност и се измества от околните по-плътни маси нагоре. Ако говорим за затворен обем - до горната му точка.
Ако създадете контур с подходяща форма, конвекцията може да се използва за постоянно движение на охлаждащата течност в нея в кръг.
Система с естествена циркулация е най-просто казано два комуникационни съда, свързани с тръби (отоплителен кръг) в пръстен. Първият съд е котел, вторият е отоплително устройство.
Моля, обърнете внимание: за да бъдем точни по аналогия, първият съд, при който конвекцията задвижва водата, би било по-правилно да назовем котела заедно с ускорителния колектор - вертикалната секция на веригата, започваща от котела. Колкото по-голяма е общата височина на този съд, толкова по-голяма скорост ще даде на издигащата се охлаждаща течност.
В котела водата, затоплена, се втурва нагоре. Природата се отвращава от празнотата и се заменя с по-студена (и по-плътна) радиаторна вода. Горещата охлаждаща течност влиза в радиатора и се охлажда там, като постепенно потъва в долната му част и след това за втори цикъл в котела.
Няколко мерки ще ускорят циркулацията в затворена система:
- Котелът се спуска възможно най-ниско спрямо отоплителните устройства. Ако е възможно, той се отвежда в мазето.
Скоростта на циркулация във веригата зависи линейно от височината H на диаграмата.
- Бустерният колектор обикновено завършва на тавана или дори на тавана. Там е монтиран разширителен резервоар за отопление.
- Постоянният наклон от разширителния резервоар към котела също ще стимулира циркулацията. Охлаждащата вода ще се движи по гравитационния вектор по целия път през нагревателните устройства.
Освен това, когато проектирате такава отоплителна система със собствените си ръце, трябва да разберете едно нещо. Скоростта на циркулация се влияе от два взаимодействащи фактора: диференциала във веригата и неговото хидравлично съпротивление.
От какво зависи последният параметър?
- От диаметъра на пълнежа... Колкото по-голям е той, толкова по-лесно е водата да тече през тръбата.
- От броя на завоите и завоите на контура... Колкото повече от тях, толкова по-голямо е съпротивлението на веригата към потока. Ето защо те се опитват да направят контура възможно най-близо до права линия (доколкото формата на сградата позволява, разбира се).
- От броя и видовете клапани... Всеки клапан, затворен клапан, възвратен клапан устоява на потока вода.
Последица: самите спирателни кранове в основния отоплителен кръг трябва да имат празнина в отворено състояние, която е възможно най-близо до лумена на тръбата. Ако веригата се отваря от клапан, тогава само и изключително с модерен сферичен кран. Тесните ходове и сложната форма на винтовия клапан ще осигурят много по-голяма загуба на глава.
Когато е отворен, сферичният кран има същия просвет като тръбата, водеща към него. Хидравличното съпротивление на водния поток е минимално.
Обикновено гравитационните системи се правят отворени, с течащ разширителен съд. Той не само побира излишъка от охлаждаща течност при нагряване: въздушните мехурчета се изместват в нея, когато запълнената система се запълни. Когато нивото на водата падне, тя просто се зарежда отново в резервоара.
Класическо двутръбно гравитационно отопление
За да разберете принципа на действие на гравитационната отоплителна система, разгледайте пример за класическа двутръбна гравитационна система със следните начални данни:
- първоначалният обем на охлаждащата течност в системата е 100 литра;
- височина от центъра на котела до повърхността на нагрятата охлаждаща течност в резервоара H = 7 m;
- разстояние от повърхността на нагрятата охлаждаща течност в резервоара до центъра на радиатора от втория слой h1 = 3 m,
- разстояние до центъра на радиатора на първото ниво h2 = 6 m.
- Температурата на изхода от котела е 90 ° C, на входа към котела - 70 ° C.
Ефективното циркулационно налягане за радиатора от второ ниво може да се определи по формулата:
Δp2 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9.8 (7 - 3) = 470.4 Pa.
За радиатора от първото ниво това ще бъде:
Δp1 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9.8 (7 - 6) = 117.6 Pa.
За да се направи по-точно изчислението, е необходимо да се вземе предвид охлаждането на водата в тръбопроводите.
Предимства и недостатъци
Предимства на гравитационната отоплителна система:
- висока надеждност и устойчивост на повреди на системата.Минимум неусложнено оборудване, трайни и надеждни материали, износващи се елементи (клапани) рядко се провалят и се сменят без проблеми;
- трайност. Изпитани във времето - такива системи работят от половин век без ремонт и дори поддръжка;
- енергийна независимост, поради което всъщност гравитационните отоплителни системи все още са популярни. В райони без електрозахранване или където често е нарушено, само отоплението с печка може да бъде алтернатива на гравитационното отопление;
- простота на дизайна на системата, нейното инсталиране и по-нататъшна работа.
Недостатъци на гравитационната отоплителна система:
- висока топлинна инерция. Голямо количество охлаждаща течност изисква значително време, за да се загрее и да се напълнят всички радиатори с топла вода;
- неравномерно нагряване. Докато се движи през тръбите, водата се охлажда и температурната разлика между батериите е значителна и съответно температурата в помещенията. Можете да компенсирате този недостатък, като инсталирате циркулационна помпа с паралелно свързване, ако къщата има електричество, и използвате помпата при необходимост;
- голяма дължина на тръбопроводите. Колкото по-дълъг е тръбопроводът, толкова по-голям е спадът на налягането в него;
- висока цена. Големите диаметри на тръбите водят до високи разходи за консумативи на системата. Въпреки че тръбите с голям диаметър също са източник на топлина;
- голяма вероятност за размразяване на системата. Някои от тръбите минават през неотопляеми помещения: таванското помещение и мазето. При студове водата в тях може да замръзне, но ако се използва антифриз като охлаждаща течност, тогава този недостатък може да бъде избегнат.
Тръбопроводи за гравитационно отопление
Много експерти смятат, че тръбопроводът трябва да бъде положен с наклон в посока на движение на охлаждащата течност. Не твърдя, че в идеалния случай трябва да е така, но на практика това изискване не винаги е изпълнено. Някъде лъчът пречи, някъде таваните са направени на различни нива. Какво ще се случи, ако инсталирате захранващия тръбопровод с обратен наклон?
Сигурен съм, че няма да се случи нищо ужасно. Циркулационното налягане на охлаждащата течност, ако намалява, тогава с доста малко количество (няколко паскала). Това ще се случи поради паразитното влияние, което се охлажда в горното пълнене на охлаждащата течност. При този дизайн въздухът от системата ще трябва да бъде отстранен с помощта на проточен въздухосборник и отдушник. Такова устройство е показано на фигурата. Тук дренажният клапан е проектиран да изпуска въздух, когато системата се напълни с охлаждаща течност. В работен режим този клапан трябва да бъде затворен. Такава система ще остане напълно функционална.
Динамични параметри на охлаждащата течност
Пристъпваме към следващия етап на изчисления - анализ на разхода на охлаждащата течност. В повечето случаи отоплителната система на апартамент се различава от другите системи - това се дължи на броя на отоплителните панели и дължината на тръбопровода. Налягането се използва като допълнителна "движеща сила" за потока вертикално през системата.
В частни едноетажни и многоетажни сгради, стари панелни жилищни сгради се използват отоплителни системи с високо налягане, което прави възможно транспортирането на топлоотделящото вещество до всички секции на разклонената, многопръстенна отоплителна система и повишаване на водата до цялата височина (до 14-ия етаж) на сградата.
Напротив, обикновен дву- или 3-стаен апартамент с автономно отопление няма такова разнообразие от пръстени и клонове на системата;
Това означава, че транспортирането на охлаждащата течност става по естествения процес на воден поток. Но могат да се използват и циркулационни помпи, отоплението се осигурява от газов / електрически котел.
Препоръчваме да използвате циркулационна помпа за отопление на помещения над 100 m2.Помпата може да се монтира както преди, така и след котела, но обикновено се поставя на „връщане“ - по-ниска температура на средата, по-малка въздушност, по-дълъг живот на помпата
Специалистите в областта на проектирането и инсталирането на отоплителни системи определят два основни подхода по отношение на изчисляването на обема на охлаждащата течност:
- Според реалния капацитет на системата. Всички без изключение се сумират обемите на кухините, в които ще тече потокът от гореща вода: сумата на отделните участъци на тръбите, секциите на радиатора и т.н. Но това е доста времеемка опция.
- По мощност на котела. Тук мненията на експертите се различаваха значително, някои казват 10, други 15 литра на единица мощност на котела.
От прагматична гледна точка трябва да вземете предвид факта, че отоплителната система вероятно ще доставя не само топла вода за помещението, но и топлинна вода за баня / душ, мивка, мивка и сушилня и може би за хидромасаж или джакузи. Тази опция е по-проста.
Затова в този случай препоръчваме да зададете 13,5 литра на единица мощност. Умножавайки това число по мощността на котела (8,08 kW), получаваме изчисления обем на водната маса - 109,08 литра.
Изчислената скорост на охлаждащата течност в системата е точно параметърът, който ви позволява да изберете определен диаметър на тръбата за отоплителната система.
Изчислява се по следната формула:
V = (0.86 * W * k) / t-to,
Където:
- W - мощност на котела;
- t е температурата на подаваната вода;
- до - температура на водата в обратната верига;
- k - ефективност на котела (0,95 за газов котел).
Замествайки изчислените данни във формулата, имаме: (0.86 * 8080 * 0.95) / 80-60 = 6601.36 / 20 = 330kg / h. Така за един час в системата се преместват 330 литра охлаждаща течност (вода), а капацитетът на системата е около 110 литра.
Движението на охладения топлоносител
Едно от заблудите е, че в система с естествена циркулация охладената охлаждаща течност не може да се движи нагоре.Също така не съм съгласен с тях. За циркулационната система понятието нагоре и надолу е много условно. На практика, ако тръбопроводът за връщане се издигне в някакъв участък, тогава някъде той пада на същата височина. В този случай гравитационните сили са балансирани. Единствената трудност е в преодоляването на локалното съпротивление при завои и линейни участъци на тръбопровода. Всичко това, както и възможното охлаждане на охлаждащата течност в участъците на издигането, трябва да се вземат предвид при изчисленията. Ако системата е правилно изчислена, тогава диаграмата, показана на фигурата по-долу, има право да съществува. Между другото, в началото на миналия век такива схеми бяха широко използвани, въпреки слабата им хидравлична стабилност.
Две в едно
Всички горепосочени проблеми на гравитационната верига могат да бъдат решени чрез надграждането й с вложка на помпата. В същото време системата ще запази способността да работи с естествена циркулация.
Когато правите тази работа, си струва да се придържате към няколко прости правила.
- Клапан или, което е много по-добре, сферичен клапан се поставя между връзките на изходите на помпата. Когато помпата работи, тя няма да позволи на работното колело да задвижва вода в тесен кръг.
- Пред помпата е необходим картер. Той ще предпази ротора и лагерите на помпата от котлен камък и пясък.
- Връзката на помпата е ограничена от двойка клапани, които ще ви позволят да почистите филтъра или да извадите помпата за ремонт, без да губите охлаждащата течност.
На снимката байпасът между вложките е снабден със сферичен възвратен клапан.
Местоположение на радиаторите
Те казват, че с естествената циркулация на охлаждащата течност радиаторите, непременно трябва да бъдат разположени над котела. Това твърдение е вярно само когато отоплителните уреди са разположени в едно ниво. Ако броят на нивата е два или повече, радиаторите на долния слой могат да бъдат разположени под котела, което трябва да се провери чрез хидравлично изчисление.
По-специално, за примера, показан на фигурата по-долу, с H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, ефективното циркулационно налягане ще бъде:
g · = 9,9 · [7 · (977 - 965) - 3 · (973 - 965) - 6 · (977 - 973)] = 352,8 Pa.
Тук:
ρ1 = 965 kg / m3 е плътността на водата при 90 ° C;
ρ2 = 977 kg / m3 е плътността на водата при 70 ° C;
ρ3 = 973 kg / m3 е плътността на водата при 80 ° C.
Полученото циркулационно налягане е достатъчно, за да работи намалената система.
Гравитационно отопление - подмяна на водата с антифриз
Някъде четох, че гравитационното отопление, предназначено за вода, може безболезнено да се превключи на антифриз. Искам да ви предупредя срещу подобни действия, тъй като без правилно изчисление подобна подмяна може да доведе до пълен отказ на отоплителната система. Факт е, че разтворите на основата на гликол имат значително по-висок вискозитет от водата. Освен това специфичният топлинен капацитет на тези течности е по-нисък от този на водата, което ще изисква, при равни други условия, увеличаване на скоростта на циркулация на охлаждащата течност. Тези обстоятелства значително увеличават проектното хидравлично съпротивление на системата, пълна с охлаждащи течности с ниска точка на замръзване.
Изпълнение на отоплителна система с естествена циркулация на топлоносителя
След като приключи изчислението на топлотехниката на сградата, можете да продължите към избора на отоплителни устройства и техния избор. На първия етаж, в една от стаите, да речем, че има топъл под в банята и тоалетната. Системата все още се планира да бъде гравитационна и енергонезависима, така че не трябва да се прави голяма площ топъл под. След извършеното изчисление на топлотехниката ще определим температурната графика на охлаждащата течност, от която ще продължим. Ще изберем стандартен график за системи за отопление на вода 95 захранване и 70 - връщане, леко ще го коригираме за определен марж в бъдеще и грешки в неточностите на изчисленията и измерванията, ще го доведем до 80 до 60. След това, в жилищни помещения, ние ще инсталираме психически радиатори, ще определим местата, където ще има радиатори и какъв вид, и веднага ще помислим за маршрута на отоплителните тръби, местата, където тръбите ще отидат. Ще трябва да се монтират радиатори, като се вземат предвид топлинните нужди на помещенията. Ако в банята има топъл под, тогава радиаторът трябва да бъде монтиран, като се вземе предвид фактът, че топлият под ще работи за вас според нуждите, като се вземе предвид, че системата трябва да е нелетлива. Тоест радиаторът трябва да осигурява 70-80% от необходимата топлина в помещението. В жилищните помещения, в стаите също е необходимо да се вземе предвид посоката на преобладаващия вятър и основните точки, където отиват стените. Същото се отнася не само за първия етаж, но и за втория. Много зависи от правилното разположение на отоплителните устройства. Също така, не трябва да се забравя за инсталирането на отоплителни устройства или устройство на входната врата. В кухнята можете да намалите очакваната мощност на отоплителните устройства с 10-15%. Има и други източници на топлина: газова или електрическа печка, фурна, машина за хляб, хладилник и др.
Топлотехническо изчисление и избор на отоплителни устройства и тяхното изчисляване е абсолютно еднакво за система с всякакъв импулс на циркулация. Единственото нещо е, че при гравитационна система е необходимо също така да се вземе предвид охлаждането на охлаждащата течност и да се има предвид, че на горния етаж температурата на охлаждащата течност е по-висока, отколкото на долния, с 5-12C , в зависимост от вида на щранговете, тяхната дължина и височината на сградата.
Използване на отворен разширителен резервоар
Практиката показва, че е необходимо постоянно да се долива охлаждащата течност в отворен разширителен резервоар, тъй като тя се изпарява. Съгласен съм, че това наистина е голямо неудобство, но може лесно да бъде отстранено. За да направите това, можете да използвате въздушна тръба и хидравлично уплътнение, монтирани по-близо до най-ниската точка на системата, до котела. Тази тръба служи като въздушен амортисьор между хидравличното уплътнение и нивото на охлаждащата течност в резервоара.Следователно, колкото по-голям е диаметърът му, толкова по-ниско ще бъде нивото на колебания на нивото в резервоара за водно уплътнение. Особено напреднали майстори успяват да изпомпват азот или инертни газове във въздушната тръба, като по този начин предпазват системата от проникване на въздух.
Оборудване
Гравитационната система е възможна като затворена система, която не комуникира с атмосферния въздух и е отворена за атмосферата. Типът система зависи от комплекта оборудване, което липсва.
Отворете
Всъщност единственият необходим елемент е отворен разширителен резервоар.
Той съчетава няколко функции:
- Задържа излишната вода при прегряване.
- Той премахва парата и въздуха, генерирани по време на кипенето на водата във веригата в атмосферата.
- Помага за доливане на вода, за да компенсира изпарението и изтичането.
В тези случаи, когато в някои зони на пълненето радиаторите са разположени над него, горните им щепсели са оборудвани с отвори за въздух. Тази роля може да се играе както от кранове на Маевски, така и от обикновени кранове за вода.
За да нулирате системата, в повечето случаи тя е допълнена с клон, водещ до канализацията или лесно извън къщата.
Затворено
В затворена гравитационна система функциите на отворен резервоар се разпределят върху двойка свободни устройства.
- Мембранният разширителен резервоар на отоплителната система осигурява възможност за разширяване на охлаждащата течност по време на отопление. В повечето случаи неговият размер се приема равен на 10% от общия обем на системата.
- Предпазният клапан освобождава излишното налягане, когато резервоарът е препълнен.
- Ръчен вентилационен отвор (например същият клапан на Маевски) или неволен отвор за въздух е отговорен за обезвъздушаването.
- Манометърът показва налягане.
Това е фундаментално важно: в гравитационната система поне един отвор за въздух трябва да бъде в най-високата си точка. За разлика от схемата за принудителна циркулация, тук въздушният шлюз просто няма да позволи на охлаждащата течност да се движи.
В допълнение към горното, затворена система в повечето случаи е снабдена с джъмпер със система за студена вода, която позволява тя да се пълни в края на изпускането или да компенсира изтичането на вода.
Използване на циркулационна помпа при гравитационно отопление
В разговор с един монтажник чух, че помпата, монтирана на байпаса на главния щранг, не може да създаде циркулационен ефект, тъй като монтирането на спирателни кранове на главния щранг между котела и разширителния резервоар е забранено. Следователно можете да поставите помпата на байпаса на връщащата линия и да инсталирате сферичен кран между входовете на помпата. Това решение не е много удобно, тъй като всеки път, преди да включите помпата, трябва да запомните да затворите крана и след изключване на помпата да го отворите. В този случай инсталирането на възвратен клапан е невъзможно поради значителното му хидравлично съпротивление. За да се измъкнат от тази ситуация, майсторите се опитват да преработят възвратния клапан в нормално отворен. Такива "модернизирани" клапани ще създадат звукови ефекти в системата поради постоянно "шумотевица" с период, пропорционален на скоростта на охлаждащата течност. Мога да предложа друго решение. На основния щранг между байпасните входове е монтиран поплавъчен възвратен клапан за гравитационни системи. Поплавъкът на клапана в естествена циркулация е отворен и не пречи на движението на охлаждащата течност. Когато помпата е включена в байпаса, клапанът изключва основния щранг, насочвайки целия поток през байпаса с помпата.
В тази статия разгледах далеч от всички заблуди, които съществуват сред специалистите, инсталиращи гравитационно отопление. Ако статията ви е харесала, готов съм да я продължа с отговори на вашите въпроси.
В следващата статия ще говоря за строителни материали.
ПРЕПОРЪЧЕТЕ ДА ПРОЧЕТЕТЕ ПОВЕЧЕ:
Гравитационни нагревателни видове отоплителни соматични схеми
Схемите за отопление с естествена циркулация са два вида: еднотръбни и двутръбни. По-старите къщи имаха само една тръба в отоплителната си система.Но в момента най-често се използва двутръбна отоплителна система с долно или горно разреждане. Какви са основните разлики между схемите? Еднотръбното гравитационно отопление се счита за най-простото. Тръбопроводът е поставен под тавана на помещенията, а връщащият контур е поставен под пода. Положителната страна е, че могат да се отбележат малък брой компоненти, необходими за функционирането на системата. Той също така се отличава с лесна инсталация. Като предимство можем да отбележим възможността за неговата работа при инсталиране на котела и радиаторите на едно и също ниво. Обикновено в двуетажна къща такава схема се използва рядко, защото не позволява на къщата да се затопли равномерно. Това обаче може да бъде коригирано чрез инсталиране на обемни тръби и радиатори на приземния етаж. При инсталиране на еднотръбна верига не са предвидени контролни клапани, което означава, че няма да е възможно да се регулира температурата.
Двутръбната отоплителна система е по-сложна както в експлоатация, така и в устройството, тъй като включва няколко отоплителни кръга. Единият от тях е предназначен за потока на гореща охлаждаща течност, а другият за студения. В този случай ще ви трябват много повече компоненти. Безизходната отоплителна система на двуетажна къща непременно ще изисква изолация на основния щранг, за да се избегнат загубите на топлина. За двутръбна система е необходимо да се използват тръби с голям диаметър, най-малко 32 mm, в противен случай хидравличното съпротивление ще възпрепятства гравитационната циркулация.
