Отопление с естественной циркуляцией: Система отопления с естественной циркуляцией

Принцип работы и особенности системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Отопление на основе системы с естественной циркуляцией теплоносителя не так давно было наиболее распространенным способом обогрева небольших частных домов. Система является достаточно простой, при ее монтаже следует соблюдать несколько правил, которые помогут в последствии не иметь проблем с ее эксплуатацией.

Особенности конструкции

Комплектация:

• Водонагревающий котел.
• Труба по которой подается горячая вода. С ее помощью нагретая вода от котла поступает в отопительные приборы (радиаторы).
• «Обратка». Труба по которой охлажденная вода поступает в котел из радиаторов.
• Радиаторы и другие устройства, в которых теплоноситель отдает свое тепло.
• Расширительный бак. Так как вода при нагревании расширяется и может «разорвать» трубопроводы, для компенсации теплового расширения в систему устанавливают бак.

Как действует система

В котле происходит нагрев воды и она по основной вертикальной трубе поднимается вверх, и заполняет теплообменники. Здесь теплоноситель отдает свое тепло, и по «обратке» снова направляется для нагрева в котел. Циклы повторяются и происходит нагрев помещения. Для того чтобы вода шла самотеком, под действие силы тяжести горизонтальные участки трубопровода делают с уклоном в 1 см на 1 метр трубы.

Одной из проблем для отопительных систем являются воздушные пробки. Но во многих случаях, воздушные пузырьки, вместе с водой, просто путешествуют по системе и попадают в расширительный бак.

Чтобы снизить силы сопротивления, которые действуют на ток воды, нужно увеличить диаметр трубы, и уменьшив количество изгибов и поворотов.

Основные физические законы определяющие работоспособность системы

Рц — циркуляционный напор. Определяется как разность высот между средней линией самого нижнего радиатора и средней линией котла. Чем больше эта разница, и чем горячее теплоноситель, и соответственно больше разница в плотности, тем система будет работать более стабильно.

Система является самонастраивающейся. Чем теплее в помещении, тем меньше горячая вода остывает и тем меньше ее напор.

Если помещение внезапно охладилось, то радиаторы быстрее охлаждаются и плотность воды меняется, и поток воды из котла увеличивается.

Минусы отопления с естественной циркуляцией

• Нельзя смонтировать длинную систему. Если трубопровод по горизонтали будет длиннее тридцати метров, вода просто не будет по нему течь.
• Большая инертность и время запаздывания.
• Если в качестве теплоносителя используется вода, то зимой, она может замерзнуть.

Плюсы системы

• Возможность использования любых типов котлов.
• Простота в монтаже и эксплуатации.
• Относительная дешевизна.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией: коротко о главном

Современные домовладельцы часто выбирают системы отопления, функционирующие за счет естественной циркуляции.

Современные насосы дороги, а гравитация — дешевая движущая сила, из-за которой происходит естественная циркуляция воды в системе отопления и вода движется по трубопроводу. Самотечные схемы используют там, где отсутствует электричество для питания насоса. Иногда насос все же присутствует, а при возникновении аварийной ситуации и отключении насоса теплоноситель двигается под воздействием гравитации. То есть, даже когда электрическое оборудование не работает, отопление с естественной циркуляцией продолжает функционировать.

Такой вариант отопительной системы прекрасно подойдет для коттеджей, площадь которых не превышает 100 кв.м

Содержание

• Принцип работы самотечной отопительной системы
• Схема монтажа самотечных систем отопления
• Однотрубная система для дома: расчет диаметра труб
• Как регулировать температуру в принудительной закрытой системе подачи воды для отопления
• Как проектировать двухтрубную систему под уклоном в частном одноэтажном доме с трубами из полипропилена
• Преимущества системы отопления с естественной циркуляцией
• Минусы однотрубной естественной циркуляции с насосом

Минус конструкции — невозможность использовать ее в помещениях с большой квадратурой. Но для коттеджей, имеющих площадь менее сотни кв. м, такой вариант отлично подходит. По этой причине многие домовладельцы решаются сделать отопление с естественной циркуляцией без привлечения посторонней помощи.

Принцип работы самотечной отопительной системы

Принцип работы отопления выглядит просто: вода передвигается по трубопроводу, движимая гидростатическим напором, появившимся вследствие различной массы нагретой и остывшей воды. Еще такую конструкцию называют самотечная или гравитационная. Циркуляция – это перемещение остывшей в батареях и потяжелевшей жидкости под гнетом собственной массы вниз к нагревательному элементу, и вытеснение легкой нагревшейся воды в подающую трубу. Система функционирует, когда котел с естественной циркуляцией располагается ниже радиаторов.

В контурах открытого типа он напрямую сообщается с внешней средой, и лишний воздух уходит в атмосферу. Увеличившийся от нагрева объем воды ликвидирован, постоянное давление нормализовано.

Естественная циркуляция возможна и в закрытой системе отопления, если та оснащена расширительным баком с мембраной. Иногда конструкции открытого типа переоборудуют в закрытые. Закрытые контуры стабильнее в работе, теплоноситель в них не испаряется, но они так же независимы от электричества.
Что влияет на циркуляционный напор

Циркуляция воды в котле зависит от разницы в плотности горячей и холодной жидкости и от величины перепада высоты между бойлером и самым низко расположенным радиатором. Эти параметры просчитываются еще до начала монтажа отопительного контура. Естественная циркуляция возникает, т.к. температура обратки в системе отопления низкая. Теплоноситель успевает остыть, двигаясь через радиаторы, становится тяжелее и своей массой выталкивает из котла разогретую жидкость, заставляя ее продвигаться по трубам.

Схема циркуляции воды в котле

Плотность также регулирует напор: чем сильнее прогревается вода, тем меньше становится ее плотность в сравнении с обраткой. В результате она выталкивается с больше силой и напор увеличивается. По этой причине самотечные отопительные конструкции причисляют к саморегулирующимся, ведь если изменить температуру нагрева воды, поменяется и давление на теплоноситель, а значит, изменится его расход.

При монтаже следует располагать котел в самом низу, ниже всех других элементов, чтобы обеспечить достаточный напор теплоносителя.

Схема монтажа самотечных систем отопления

Поскольку циркуляция воды в системе отопления происходит без участия насоса, для беспрепятственного течения жидкости по магистралям, они должны иметь диаметр больше, чем в схеме, где циркуляция воды обеспечивается принудительно. Самотечная система функционирует за счет снижения сопротивления, которое приходится преодолевать воде: чем дальше труба от котла, тем она шире.

Водяное отопление с естественной циркуляцией может иметь верхнюю или нижнюю разводку. Когда разводка проектируется двухтрубной, нагретая вода поступает непосредственно в каждую батарею, а не проходит их поочередно, как в однотрубной схеме.

Верхняя разводка, при которой теплоноситель сначала поднимается под потолок, а уже оттуда спускается к батареям, наилучшим образом подходит, чтобы осуществить монтаж такой конструкции. Если же разводка планируется нижняя, то сооружается разгонный контур: перепад высот, при котором вода от котла сначала идет наверх, где в верхней точке трубопровода попадает в расширительный бачок, а потом уже опускается к радиаторам отопления.

Чем выше располагается нагревательный прибор, тем выше давление внутри трубопровода. Поэтому батареи верхних этажей часто прогреваются лучше, чем те, что на нижних. Соответственно, если делать отопление с естественной циркуляцией двухтрубным, батареи, размещенные на одном уровне с котлом или ниже, прогреваются недостаточно.

Чтобы избежать такой ситуации, котельную основательно заглубляют, обеспечивая достаточно высокое давление для прохода теплоносителя по трубам с требуемой скоростью. Котел помещают в подвальном помещении, приблизительно на 3 метра ниже центра самого нижнего отопительного элемента. Трубы с горячей водой, наоборот, поднимают максимально вверх, располагая в высшей точке конструкции расширительный бачок, а затем вода от подающей трубы спускается к радиаторам.

Однотрубная система для дома: расчет диаметра труб

Однотрубная система отопления популярна, так как очень проста

К отличительным чертам, которыми обладает однотрубная система отопления с естественной циркуляцией, можно отнести:

• Отсутствие обратной магистрали: охлажденная обратка поступает обратно в нагревательный элемент по той же трубе.
• Радиаторы нижних этажей прогреваются хуже, т.к. поступающая вниз вода уже охладилась в радиаторах, расположенных выше. Поэтому чем дальше батарея от котла, тем большим количеством секций она должна обладать, чтобы обеспечивать равномерный нагрев всех помещений.
• Вода циркулирует по трубам, движимая разницей в температуре. На каждом радиаторе можно установить кран, который будет варьировать количество поступающей воды, отправляя остальную в другие радиаторы и регулируя обогрев помещения.
• Если вода поступает последовательно из одного радиатора в другой, охлаждаясь по пути, не стоит размещать на радиаторах запорные краны, т. к. это может привести в замедлению движения теплоносителя по трубам.

Системы отопления с естественной циркуляцией с последовательным подключением радиаторов монтируют, применяя верхнюю разводку. Соответственно, использовать одноконтурную схему можно только в доме с чердаком, где будет располагаться подающая магистраль. Несмотря на это, такая схема отопления с естественной циркуляцией пользуется популярностью, т.к. ее просто монтировать, а труб требуется меньше, чем для двухтрубной.

Как регулировать температуру в принудительной закрытой системе подачи воды для отопления

Чтобы контролировать микроклимат в помещении, можно разместить на радиаторах замыкающие участки. Разогретый теплоноситель, достигая радиатора, будет разделяться на два потока. Один проходит через радиатор, нагревая помещение, а второй протекает по байпасу, обводной трубе, направляющей часть потока теплоносителя мимо радиатора дальше по направлению движения. Добавляя в схему отопления обводные контуры, следует помнить, что они не должны быть равного диаметра с подводящей трубой, иначе в радиатор не будет поступать достаточного количества воды для обогрева. Обычно диаметр обводящего участка делают на один размер меньше диаметра подводящей трубы, чтобы избежать этой проблемы. Между обводным контуром и входным отверстием радиатора размещается вентиль, который регулирует поступление воды в батарею, меняя тем самым температурный режим. Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией способна обогреть ваш дом без проблем.

Помимо ручного вентиля можно использовать для контроля температуры радиаторные терморегуляторы. С их помощью задается желаемая температура в помещении, и термостат поддерживает ее самостоятельно, без постороннего вмешательства, ослабляя или усиливая поток теплоносителя. Терморегуляторы бывают со встроенными и выносными датчиками. Первые располагаются непосредственно на батарее отопления, а выносные или, как их еще называют, дистанционные вынесены за пределы отопительного прибора и соединяются с ним при помощи капилляра. Плюс выносных датчиков — точное измерение комнатной температуры, тогда как встроенные могут давать ложные показания под влиянием внешних факторов: расположения батареи в нише, влияние температуры самой батареи, декоративных элементов, закрывающих радиатор.

Как проектировать двухтрубную систему под уклоном в частном одноэтажном доме с трубами из полипропилена

В двухтрубной схеме есть подающая и обратная магистрали. Горячая вода поступает в радиаторы из верхнего трубопровода, а затем, остыв, утекает в бойлер через нижний. Расширительный бачок монтируется сразу после котла, его соединяет с контуром вертикальная труба. Устанавливают его таким образом, чтобы он находился в самой высокой точке конструкции.  Каждый отопительный элемент системы соединяется с обратным трубопроводом, по которому холодный теплоноситель поступает в котел.
Плюсы и минусы обустройства отопления такого типа

Отопление самотеком с вертикально расположенным стояком подразумевают обогрев здания с несколькими этажами. Такой вариант дороже, но защищен от образования воздушных пробок.

Горизонтальный стояк – экономичный вариант, но при перемещении теплоноситель перемешивается с воздухом. Этот нюанс легко устранить: монтируя отопление с естественной циркуляцией своими руками, нужно добавить в систему воздухоотводчики.

Преимущества системы отопления с естественной циркуляцией

Плюсы естественной циркуляции:

1. Простота монтажа и использования
2. Высокая тепловая устойчивость контура
3. Отсутствие шума во время работы (т.к. нет громко работающего насоса)
4. Экономичный расход энергии (при должном утеплении труб и здания)
5. Автономность: система отопления двухэтажного дома легко сможет работать без электричества
6. Долговечность и износостойкость: при должном уходе самотечная система отопления частного дома может работать, не требуя ремонта, на протяжении 30-ти лет.

Минусы однотрубной естественной циркуляции с насосом

Слабые стороны гравитационной схемы отопления:

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

• Площадь строения, которое отапливает одно- или двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией, не должна превышать 100 кв. м
• Длина контура в горизонтальной плоскости – в пределах 30 м (иначе не хватит напора)
• Невозможно установить отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией в здании без чердака, т.к. на чердаке размещается расширительный бачок.
• Высокая вероятность замерзания воды, из-за которой трубы вне жилых помещений приходится тщательно утеплять.

Система отопления с естественной циркуляцией проста и очень надежна.

Опыт работы FFTF с естественной циркуляцией натрия: слайды включены (Конференция)

Опыт эксплуатации FFTF с естественной циркуляцией натрия: слайды включены (Конференция) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Установка Fast Flux Test Facility (FFTF) была разработана для пассивного, резервного, безопасного отвода остаточного тепла с использованием естественной циркуляции натриевого хладагента.

В этом документе обсуждается процесс, посредством которого была обеспечена подготовка оператора к этому аварийному режиму работы, параллельно с проверкой конструкции во время программы запуска и приемочных испытаний FFTF. В ходе программы испытаний были получены дополнительные сведения благодаря программе испытаний, текущим анализам станции и общим оценкам безопасности, проводимым во всей атомной отрасли. Эти идеи привели к разработке усовершенствованных учебных материалов для операторов по управлению отводом остаточного тепла как при принудительной, так и при естественной циркуляции, а также к усовершенствованиям соответствующих процедур эксплуатации станции.

Авторов:

Берк, ТМ; Аддитон, С. Л.; Бивер, Т. Р.; Миджетт, Джей Си

Дата публикации:

1981-01-01

Исследовательская организация:

Хэнфордская лаборатория инженерных разработок, Ричленд, Вашингтон (США)

Идентификатор ОСТИ:

6204408

Номер(а) отчета:

ХЕДЛ-СА-2326-ФП; КОНФ-810606-88
ПО: DE81027846; РНН: 81-015154

Номер контракта с Министерством энергетики:  

АК14-76ФФ02170

Тип ресурса:

Конференция

Отношение ресурсов:

Конференция: ежегодное собрание Американского ядерного общества, Майами-Бич, Флорида, США, 7 июня 1919 г. 81

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

22 ОБЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ; 21 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ И СВЯЗАННЫЕ С ними УСТАНОВКИ; РЕАКТОР FFTF; ОПЕРАТОРЫ РЕАКТОРА; СИСТЕМЫ RHR; ОТВОД ПОСЛЕТЕПЛОВОГО ОТВОДА; ОБРАЗОВАНИЕ; ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ; ПОТЕРЯ ПОТОКА; ЕСТЕСТВЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ; БЕЗОПАСНОСТЬ РЕАКТОРА; НЕСЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ; КОНВЕКЦИЯ; СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ; ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ; ЭПИТЕРМАЛЬНЫЕ РЕАКТОРЫ; БЫСТРЫЕ РЕАКТОРЫ; РЕАКТОРЫ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ОХЛАЖДЕНИЕМ; ПЕРСОНАЛ; АВАРИИ НА РЕАКТОРАХ; КОМПОНЕНТЫ РЕАКТОРА; СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ РЕАКТОРА; РЕАКТОРЫ; УДАЛЕНИЕ; ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ РЕАКТОРЫ; ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РЕАКТОРЫ; БЕЗОПАСНОСТЬ; НАТРИЕВЫЕ РЕАКТОРЫ; ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ РЕАКТОРЫ; 220900* — Технология ядерных реакторов — Безопасность реактора; 220600 — Технология ядерных реакторов — исследовательские, испытательные и экспериментальные реакторы

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Берк, Т. М., Аддитон, С.Л., Бивер, Т.Р., и Миджетт, Дж. К. Опыт эксплуатации FFTF с естественной циркуляцией натрия: предметные стекла включены . США: Н. П., 1981. Веб.

Копировать в буфер обмена

Берк, Т.М., Аддитон, С.Л., Бивер, Т.Р., и Миджетт, Дж. К. Опыт эксплуатации FFTF с естественной циркуляцией натрия: предметные стекла включены . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Берк, Т. М., Аддитон, С. Л., Бивер, Т. Р., и Миджетт, Дж. К. 1981. «Опыт эксплуатации FFTF с естественной циркуляцией натрия: слайды включены». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/6204408.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_6204408,
title = {Опыт работы FFTF с естественной циркуляцией натрия: слайды включены},
автор = {Берк, Т. М. и Аддитон, С. Л., и Бивер, Т. Р., и Миджетт, Дж. К.},
abstractNote = {Установка Fast Flux Test Facility (FFTF) была разработана для пассивного, резервного, безопасного отвода остаточного тепла с использованием естественной циркуляции натриевого хладагента. В этом документе обсуждается процесс, посредством которого была обеспечена подготовка оператора к этому аварийному режиму работы, параллельно с проверкой конструкции во время программы запуска и приемочных испытаний FFTF. В ходе программы испытаний были получены дополнительные сведения благодаря программе испытаний, текущим анализам станции и общим оценкам безопасности, проводимым во всей атомной отрасли. Эти выводы привели к разработке усовершенствованного учебного материала для операторов по управлению отводом остаточного тепла как при принудительной, так и при естественной циркуляции, а также к усовершенствованию соответствующих процедур эксплуатации станции.},
дои = {},
URL-адрес = {https://www.osti. gov/biblio/6204408}, журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1981},
месяц = ​​{1}
}

Копировать в буфер обмена

---

Посмотреть конференцию (1,69 МБ)

Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см. в разделе «Доступность документа». Постоянные посетители библиотек могут искать в WorldCat библиотеки, в которых проводится эта конференция.

---

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

• Аналогичные записи

Испытания с естественной циркуляцией воды при давлении от 800 до 2000 фунтов на квадратный дюйм в условиях некипения, локального кипения и объемного кипения | J.

Теплопередача

Пропустить пункт назначения

Научно-исследовательские работы

О. Дж. Мендлер,

А. С. Ратбан,

Н. Э. Ван Хафф,

А. Вайс

Информация об авторе и статье

Дж. Теплообмен . Aug 1961, 83(3): 261-273 (13 страниц)

https://doi.org/10.1115/1.3682253

Опубликовано в Интернете: 1 августа 1961 г.

История статьи

Поступило:

2 июня 1960 г.

Артикул

Статья обсуждалась| Посмотреть статью

Подключенный контент

Был опубликован комментарий: Обсуждение: «Менеджмент как профессия» (Смидди, Гарольд Ф. , 1961, ASME J. Eng. Ind., 83, стр. 261–276)

• Просмотры
  • Содержание артикула
  • Рисунки и таблицы
  • Видео
  • Аудио
  • Дополнительные данные
  • Экспертная оценка
• Делиться
  • Facebook
  • Твиттер
  • LinkedIn
  • MailTo

• Иконка Цитировать Цитировать

• Разрешения

• Поиск по сайту

Citation

Мендлер, О. Дж., Ратбан, А. С., Ван Хафф, Н. Е., и Вайс, А. (1 августа 1961 г.). «Испытания естественной циркуляции с водой при давлении от 800 до 2000 фунтов на квадратный дюйм в условиях некипения, локального кипения и объемного кипения». КАК Я. Дж. Теплообмен . август 1961 г .; 83(3): 261–273. https://doi.org/10.1115/1.3682253

Скачать файл цитаты:

• Рис (Зотеро)
• Менеджер ссылок
• EasyBib
• Подставки для книг
• Менделей
• Бумаги
• КонецПримечание
• РефВоркс
• Бибтекс
• Процит
• Медларс

панель инструментов поиска

Расширенный поиск

Представлены и проанализированы данные испытаний замкнутой системы с естественной и принудительной циркуляцией. Данные были получены при давлении 800, 1200, 1600 и 2000 фунтов на квадратный дюйм из контура естественной циркуляции в лаборатории Беттиса с использованием испытательных секций с одним прямоугольным каналом (0,100 дюйма × 1,0 дюйма × 27,0 дюйма в длину, 0,200 дюйма в длину). × 1,0 дюйма × 27,0 дюйма в длину и 0,250 дюйма × 1,0 дюйма × 27,0 дюйма в длину). Тепловые потоки варьировались от 50 000 БТЕ/ч·квадратный фут до выгорания с переохлаждением на входе 20, 70 и 100 °F. Результаты показали, что одно- и двухфазное падение давления, тепловой поток выгорания и плотность стояка, измеренные при эксплуатации ничем не отличаются от измеренных с принудительной циркуляцией при тех же тепловых и жидкостных условиях. Для изучаемого контура было показано, что расходы контура с естественной циркуляцией можно прогнозировать с точностью до 10 процентов как для однофазного, так и для двухфазного потока. Были получены некоторые данные для коэффициентов проскальзывания при скоростях жидкости менее 1/2 fps и для двухфазных потерь на выходе. Колебания потока были отмечены во время некоторых пробегов с естественной циркуляцией; это произошло до того, как был достигнут тепловой поток выгорания. В некоторых случаях эти колебания были достаточно серьезными, чтобы вызвать преждевременное выгорание.