Система отопления дома с естественной циркуляцией
Мы с вами живём в очень интересное время, которое вполне обоснованно уже начали называть веком высоких технологий. Технологический прогресс затронул практически все без исключения сферы нашей жизни: микроэлектроника, финансовые механизмы, бытовая техника, принципы работы в этих областях стремительно меняются и развиваются в последние десятилетия. Большинство из этих достижений стремятся сделать нашу жизнь проще и комфортнее, и активно продвигаются различными компаниями и маркетинговыми агентствами. Но в тоже время есть сферы не менее востребованные человеком, прогресс в которых освещается гораздо меньше, об одной из таких сфер мы сейчас и поговорим, а точнее расскажем в этой статье.
У большинства из вас скорее всего есть загородный дом, или вскоре вы мечтаете приобрести его, чтобы выбираться с семьёй на природу, шашлыки и возможно какую то сельско-хозяйственную работу, но это лишь одна, летняя сторона медали.
В период зимних холодов нам всем приходиться задумываться на тему, как сохранить уют а главное тепло в нашем загородном гнёздышке. И тогда мы начинаем вникать в тему систем отопления, а именно в то какую систему выбрать и как правильно её организовать.
Самым распространённым до сих пор, и можно сказать классическим типом системы отопления, являются обыкновенные кирпичные печи, которыми пользовались ещё наши далёкие предки. Но дело в том, что чем дальше шёл прогресс , тем больше недостатков обнаруживалось у такого типа отопления, особенно по сравнению с современными отопительными системами, которые способны нагреть ваше жилище без прикладывания постоянного труда и в короткие сроки. Современному человеку, для того чтобы согреть свой дом, уже не придётся заниматься ежегодной заготовкой дров и угля, что уже является неоспоримым плюсом современных высокотехнологичных систем отопления.
Содержание
- 1 Общие принципы действия системы отопления с естественной циркуляцией
- 2 Преимущества отопительной системы, построенной по принципу естественной циркуляции
- 3 Как работает система отопления с принципом естественной циркуляции
Общие принципы действия системы отопления с естественной циркуляцией
Современная система отопления основанная на принципе естественной циркуляции , идеально подойдёт для отопления большинства жилых домов.
К основным её достоинствам, можно отнести простоту, надёжность и экономичность. Данная схема организации отопления сейчас является самой востребованной у людей, которые стремятся идти в ногу со временем.
Cистема не требует приобретения дорогостоящего оборудования, и работает за счёт гидростатического напора, который в свою очередь будет стимулировать движение теплоносителя.
Ещё одним важным преимуществом использования подобного принципа отопительной системы, является её компактность. Все её элементы без труда можно расположить даже в самых малогабаритных домах и коттеджах. К тому же давление в данной системе будет иметь весьма низкий радиус действия, если быть точнее, то он не будет превышать 30 метров в горизонтальной плоскости. Специалисты данной сферы сходятся во мнении, что данный тип отопления является самым подходящим для малоэтажных строений.
Преимущества отопительной системы, построенной по принципу естественной циркуляции
Теперь же, мы можем более подробно разобрать все плюсы данной системы отопления.
Для многих одним из важнейших доводов станет цена вопроса, которая в данном случае будет самой приемлемой по сравнению с альтернативными способами. Причём низкие материальные затраты на систему покажут себя не только в процессе установки отопления, но и на периоде всего жизненного цикла. Основным фактором снижающим затраты, является отсутствие необходимости в приобретении дополнительного дорогостоящего насоса, который обеспечивает движения теплового носителя в альтернативных современных отопительных системах. К тому же отсутствие насоса сведёт к минимуму шумы и вибрации от работы системы, а так же застрахует ваш кошелёк от выхода из строя дорогостоящих деталей насоса. По-скольку система достаточно проста, то рядовой пользователь за частую сам сможет устранять нечасто возникающие мелкие неисправности.
При грамотном подходе к организации данной системы отопления её срок службы вполне может составить около 40 лет.
Итак, все плюсы данной системы:
- Экономность
- Минимум затрат на установку и обслуживание
- Максимально тихая работа всей системы
- Долговечность
- Тепловая устойчивость
- Признанная оптимальность системы для загородных домов и коттеджей
Как работает система отопления с принципом естественной циркуляции
Работа системы отопления с естественной циркуляцией основывается на движении теплоносителя от котла к обогревательным приборам и обратно.
Вода, которая нагревается в котле, в дальнейшем начинает движение по центральному стояку, и оттуда расходиться по всем помещениям дома, или коттеджа заполняя собой отопительные радиаторы, затем вода в радиаторах остывает, радиаторы нагреваются, отдавая тем самым тепло помещению.
Когда теплоноситель остывает, его масса увеличивается, и он оседает на дне отопительного оборудования. Вновь нагретая вода, которая имеет уже меньшую плотность, начинает вытеснять холодную воду из радиаторов. Тяжёлая часть теплоносителя возвращается в котёл и вытесняет горячую воду для того чтобы она прошла по трубопроводу и распределилась по радиаторам.
Стандартная схема системы отопления с естественной циркуляцией.
Отопительный контур данной системы является замкнутым и включает в себя следующие элементы:
- Отопительный котёл
- Отопительные радиаторы
- Трубопровод
- Расширительный бачок
Стоит так же заметить, что горизонтальные трубопроводы рекомендуется наклонёнными в ту же сторону, в которую предполагается движение теплоносителя. Такая схема позволит холодной воде самостоятельно возвращаться в отопительный котёл. Так же, уклон улучшит вывод лишнего воздуха, если он будет возникать при нагреве теплоносителя.
Схема естественной циркуляции отопления называется так, потому что может самостоятельно предопределять давление для обеспечения движения теплоносителя. При такой схеме, по нижнему контуру отопительной системы всегда будет проходить холодная вода, а по верхнему горячая отопительная жидкость.
Схема отопления с естественной циркуляцией
Схема отопления с естественной циркуляциейВсе, чем мы сегодня пользуемся, когда-то и где-то начиналось. Так же обстоит дело с таким хорошим приспособлением для уюта, как отопление. Конечно, каждому народу присущи свои методики и обычаи создания оптимального микроклимата в жилище. Но все они, так или иначе, помогали человечеству обрести свой обогретый угол, куда хотелось бы прийти в зимние холода, отдохнуть от забот и волнений, встретиться за столом с семьей, растить и воспитывать детей, где естественные человеческие ценности на фоне естественных природных условий.
Немного об истории отопления
Например, история отопления при помощи теплого воздуха началась еще несколько тысяч лет тому назад, благодаря трудам древнеримского инженера Витрувия, описавшего принципы работы отопительной системы с естественной циркуляцией, которая тогда получила широкую популярность и была распространена у большинства жителей северных районов Древнего Рима.
Не менее популярны аналогичные системы были тогда на Востоке – дома Северного Китая и Кореи отличались неповторимым теплом и уютом, именно благодаря естественной циркуляции высокотемпературного воздуха.
Несмотря на то, что система насчитывает несколько тысяч лет, она и сегодня актуальна в этих областях. Именно в древнеримские времена такое отопление стало лидером среди принципиальных решений для всех жителей — искусственный обогрев городских сооружений при посредстве нагретых газов был сравнительно дешев и доступен разным слоям населения. Именно тогда широкое развитие получила концепция купания в горячих водах – термы отапливались инновационным на те времена гипокаустом.
Он был весьма интересен тем, что данная система широко применяется и сегодня для отопления небольших частных домов и дачных коттеджей. Эта удобная во всех отношениях установка весьма проста в конструкционном решении. Состоит из кирпичной или каменной печи, которая вынесена за пределы постройки, нуждающейся в отоплении, системы трубопроводов, по которым проводился хорошо нагретый воздух.
Концепция весьма проста – в гипокауст поступает поток воздуха, который нагревается в каналах под полом, предварительно продутыми раскаленными газами. Затем обогретый воздух на основании законов физики проникал в жилое или бытовое помещение. Аналогичное отопление жилых помещений широко использовалось в Средневековой Европе, где климат весьма противоречив и холодные месяцы года достаточно продолжительны. Всем отлично понятно, что замковые залы было достаточно непросто отопить, а камень и зимние ветры сильно выхолаживали строения. Однако на смену этому отоплению пришли другие изобретения, и вот уже самой популярной схемой стала русская печная.
Это благодаря ей воздушные потоки нагревались при контакте с сильно нагретой поверхностью печей. При этом исключается возможность попадания дымовых газов в комнату, воздух чистый, сухой и равномерно теплый. Продукты сгорания удалялись по дымоходу, притом, что печь располагается внутри самого сооружения. Изумительный пример — Грановитая палата в Кремле.
В позапрошлом веке Мейснер и Аммосов теоретически и практически обосновали концептуальный план схемы отопления с естественной циркуляцией.
Приоритеты естественной циркуляции
Конечно, в наше время достаточно самых разнообразных приемов для того, чтобы отопить большие и маленькие жилые площади. Но именно это стало наиболее привлекательными для жителей Северных территорий США и Канады. Эти районы отличаются достаточно суровым и капризным климатом, а местные жители знают толк в том, как надежно, недорого, и добротно отапливать свои дома, офисы и другие помещения, где человек должен чувствовать себя комфортно и приятно.
Отопление с естественной циркуляцией простое в конструктивном и инженерном решении – состоит из котла для подогрева водного носителя, обратки и подающих трубопроводов, нагревательных радиаторов и надежного бачка для расширения. Принципиальная система обладает высокой практичностью, при систематическом профилактическом обслуживании длительное время не нуждается в капитальном ремонте, вплоть до 45-50 лет.
И все это при минимальных затратах — использование законов естественной физики не требует высокотехнологичных видов оборудования и дополнительной энергетической подпитки — источники энергии не требуются. Использование простой системы может выполнить функции приточной вентиляции, это в комплексе с отоплением жилища и надежной механической очисткой. Оборудовав ее дополнительными опциями, вы можете порадовать себя кондиционированием, увлажнением комнатного воздуха, температурным зонированием, возможностью управления микроклиматом и всеми сопутствующими удовольствиями.
Недостатки системы с естественным теплообменом
Естественно, что все, что произвел человек, не может быть совершенно идеальным, и схема отопления с естественной циркуляцией также имеет свои недостатки. Те люди, которые приняли решение осуществлять нагрев своего жилого пространства посредством этого вида, должны знать обо всех положительных и отрицательных моментах. Изучение нашего руководства поможет расставить приоритеты и не делать ошибок, потому что переустройство отопительной системы требует достаточно солидных инвестиций.
Недостатки заключаются в следующем:
- обладают небольшой площадью охвата и полезного обогрева. Горизонтальная плоскость по длине не более тридцати метров, обладает небольшим круговым давлением;
- отличается большой инертностью, замедляет ее включение, при высокой возможности подогрева воды при низких показателях давления;
- бачек для воды в основном расположен в придомовом помещении и сообщается трубами, по которым подается теплоноситель, поэтому высока вероятность замерзания размещенной в нем воды;
- приобретение труб значительно большего диаметра приводит к солидным затратам.
Принципы работы отопления с естественной циркуляцией
Они весьма просты и состоят из нескольких системных процессов:
- теплоноситель согревается в емкости, течет по трубопроводам, пересекает распределитель и попадает в радиаторные отсеки, где отдает свое тепло;
- затем вода снова попадает в котел, и процесс повторяется циклически;
- в системе используется эффект самотека воды под небольшим уклоном труб;
- циркуляторный обмен обеспечен разностью плотностей нагреваемого потока и охлажденной воды, которая спускается по оборотному стояку.
Обеспечение циркуляторного объема происходит за счет разницы плотности теплоносителя, и отметки срединной линии котла и срединной линии нижнего уровня отопительных приборов. При достижении оптимальной разницы высоты, перетекание носит ритмичный характер и обладает отличной динамикой.
Схема динамики водообменаВсе эти моменты необходимо учитывать при выборе данной концепции отопления, ведь даже в самом простом типе есть свои сложности. Обязательно изучить все инструктивные материалы, соотнести свои возможности и потребности.
Приоритеты вашего выбора
И, только тогда принимать решения. Благодаря этой достаточно простой схеме, ваш дом будет теплым и желанным, семейным гнездом и местом для дружеских встреч.
Видео Схема отопления с естественной циркуляцией
Система отопления с естественной циркуляцией: схемы, устройство, монтаж
Постройку автономной тепловой сети самотечного типа выбирают в случае нецелесообразности, а иногда и невозможности установки циркуляционного насоса или подключения к централизованному электроснабжению.
Такая система дешевле в установке и полностью независима от электричества. Однако его производительность во многом зависит от точности конструкции.
Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить комплектующие и разумно выбрать водяной контур. Мы поможем в решении этих вопросов.
Мы описали основные принципы гравитационной системы, дали советы по выбору трубопровода, изложили правила сборки схемы и размещения рабочих узлов. Особое внимание мы уделили конструкции и функционированию одно- и двухтрубных отопительных контуров.
Содержание статьи:
- Принципы процесса естественной циркуляции
- Максимальный перепад гидростатического давления
- Минимизация сопротивления движению воды
- Правила выбора и монтажа труб
- Однотрубная и двухтрубная схемы отопления
- Однотрубная схема
- Вариант обратки
- Выводы и полезное видео по теме
Процесс движения воды в отопительном контуре без применения циркуляционного насоса происходит благодаря естественным физическим законам.
Понимание сущности этих процессов позволит вам компетентно решать типичные и нестандартные случаи.
Фотогалерея
Фото
Естественный вариант, определяющий движение теплоносителя под действием силы тяжести, применяется в коттеджах и квартирах с автономной системой отопления.
Резервный объем, необходимый для расширения теплоносителя при отоплении, обеспечивает открытый расширительный бак
В построении систем с естественным движением теплоносителя бывают одно- и двухтрубные схемы. Однотрубные контуры устраивают с верхней разводкой
Самотечные двухтрубные системы конструируются с верхней и нижней разводкой. Горизонтальные участки всегда прокладывают с уклоном 2-3 мм на погонный метр
Существенным недостатком самотечных систем отопления является низкий напор, из-за чего в них не строят контуры более 30 м по горизонтали
В системах с гравитационным движением теплоносителя, минимум технических устройств, как следствие, минимум проблем с наладкой и ремонтом
При подготовке теплоносителя используются твердотопливные, жидкотопливные и все виды газовых котлов
Предположим, что на выходе из котла теплоноситель прогрет до температуры парообразования +105º.
Этот факт необходимо учитывать при выборе оборудования и труб для строительства.
Вариант естественного отопления
Открытый расширительный бак
Схема однотрубной разводки
Двухтрубные разновидности
Ограничения естественного отопления
Простота системы естественного отопления
Естественные котлы и отопительное оборудование0003
Максимальный перепад гидростатического давления
Основным физическим свойством любого теплоносителя (воды или антифриза), способствующим его движению по контуру при естественной циркуляции, является уменьшение плотности с повышением температуры.
Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому существует разница в гидростатическом давлении столба теплой и холодной жидкости. Холодная вода, стекающая в теплообменник, вытесняет горячую воду вверх по трубе.
Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является разница гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости
Отопительный контур дома можно разделить на несколько фрагментов.
По «горячим» фрагментам вода направлена вверх, по «холодным» – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точки системы отопления.
Основной задачей при моделировании воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в «горячем» и «холодном» фрагментах.
Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является ускорительный коллектор (магистральный стояк) — вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.
Ускорительный коллектор должен иметь максимальную температуру, поэтому он изолирован по всей длине. Хотя, если высота коллектора не большая (как для одноэтажных домов), то утепление можно не проводить, так как вода в нем не успеет остыть.
Обычно система устроена так, что верхняя точка коллектора ускорения совпадает с верхней точкой всего контура. Устанавливают выход на или вентиляционный клапан, если используется мембранный бак.
Тогда длина «горячего» участка контура минимально возможная, что приводит к снижению теплопотерь на этом участке.
Также желательно, чтобы «горячий» участок контура не совмещался с протяженным участком, транспортирующим охлажденный теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, размещенного в отопительном приборе.
Чем ниже расположен котел в системе отопления, тем ниже гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура
Для «холодного» участка водяного контура также существуют свои правила, повышающие напор жидкости:
- чем больше потери тепла на «холодном» участке тепловой сети , тем ниже температура вода и тем больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
- чем больше расстояние от низа контура до патрубка радиатора , тем больше сечение водной толщи с минимальной температурой и максимальной плотностью.
Для обеспечения соблюдения последнего правила часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале.
Такое расположение котла обеспечивает максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.
Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагреваются только теплообменник и нижняя часть ускорительного коллектора.
Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то перепад давления в «горячем» фрагменте контура будет незначительным и процесс циркуляции не запустится.
Применение систем с естественной циркуляцией для двухэтажных зданий оправдано, а для больших этажей потребуется циркуляционный насос
Минимизация сопротивления движению воды
При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо принять с учетом скорости теплоносителя по контуру.
Во первых чем быстрее скорость, тем быстрее теплообмен по системе «котел — теплообменник — водяной контур — радиаторы отопления — помещение».
Во вторых чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше скорее всего она будет кипеть, что особенно важно при отоплении печки
Кипятить воду в системе может быть очень дорого — затраты на демонтаж, ремонт и переустановку теплообменника требуют много времени и денег
В системах скорость воды в основном зависит от параметров.
При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:
- перепады давления между фрагментами контура в нижней его точке;
- Гидродинамическое сопротивление Система отопления.
Способы обеспечения максимального перепада давления обсуждались выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы невозможно точно рассчитать из-за сложной математической модели и большого количества входных данных, точность которых трудно гарантировать.
Тем не менее, есть общие правила, соблюдение которых позволит снизить сопротивление контура отопления.
Основными причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок трубы и наличие сужений из-за наличия арматуры или запорной арматуры. При малом расходе сопротивление стенки практически отсутствует.
Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . Как правило, для него выделяют отдельные схемы с принудительной циркуляцией.
При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией необходимо учитывать наличие технических ограничений при монтаже системы. поэтому их нежелательно использовать при естественной циркуляции воды из-за соединения их фитингами со значительно меньшим внутренним диаметром.
Арматура металлопластиковых труб несколько сужает внутренний диаметр и является серьезным препятствием для стока воды при низком давлении (+)
Правила выбора и монтажа труб
Выбор между стальными или с любой циркуляцией происходит по критерию возможности их использования для горячего водоснабжения, а также с позиций цены, простоты монтажа и срока службы.
Стояк монтируется из металлической трубы, так как через нее проходит вода наиболее высокой температуры, а в случае печного отопления или неисправности теплообменника возможен вариант пропуска пара.
При естественной циркуляции необходимо использовать несколько больший диаметр трубы, чем в случае с циркуляционным насосом. Обычно для обогрева помещений до 200 кв. м, диаметр ускорительного коллектора и патрубка на входе обратки в теплообменник 2 дюйма.
Это вызвано меньшей скоростью воды по сравнению с вариантом принудительной циркуляции, что приводит к следующим проблемам:
- снижение теплоотдачи в единицу времени от источника в отапливаемое помещение;
- засорение или воздушная пробка , которая не справляется с небольшим давлением.
Особое внимание при использовании естественной циркуляции с нижним контуром подачи необходимо уделить проблеме удаления воздуха из системы. Его нельзя полностью удалить из теплоносителя через расширительный бачок, так как кипяток сначала попадает в приборы по магистрали, расположенные ниже их самих.
При принудительной циркуляции давление воды подает воздух в воздухосборник, установленный в самой высокой точке системы — устройство с автоматическим, ручным или полуавтоматическим управлением. Через В основном регулируется теплоотдача.
В самотечных тепловых сетях с подводом, расположенным ниже приборов, краны Маевского используются непосредственно для стравливания воздуха.
Все современные радиаторы отопления имеют устройства для отвода воздуха, поэтому для предотвращения образования пробок в контуре можно сделать уклон, подгоняя воздух к радиатору
Воздух также может быть удален с помощью воздухоотводчиков, установленных на каждом стояке или на ВЛ, проходящей параллельно магистралям системы. Из-за внушительного количества воздухоотводящих устройств самотечные схемы с нижней разводкой встречаются крайне редко.
При низком давлении небольшая воздушная пробка может полностью остановить систему отопления. Так, согласно СНиП 41-01-2003 не допускается прокладка трубопроводов системы отопления без уклона при скорости воды менее 0,25 м/с.
При естественной циркуляции такие скорости недостижимы. Поэтому помимо увеличения диаметра труб необходимо соблюдать постоянные уклоны для удаления воздуха из системы отопления. Уклон проектируют из расчета 2–3 мм на 1 метр, в квартирных сетях уклон достигает 5 мм на погонный метр горизонтальной линии.
Уклон подачи делается по направлению движения воды так, чтобы воздух перемещался в расширительный бачок или систему стравливания воздуха, расположенную в верхней точке контура. Хотя можно сделать контрсмещение, но в этом случае необходимо дополнительно установить .
Уклон обратки делается, как правило, в сторону движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура совпадет с входом обратки в теплогенератор.
Наиболее распространенное сочетание уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией
При небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо исключить попадание воздуха в узкие и горизонтальные трубы данной системы отопления.
Перед теплым полом необходимо разместить устройство удаления воздуха.
Схемы отопления однотрубные и двухтрубные
При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Независимо от длины, количества радиаторов и других параметров они выполняются по однотрубной или двухтрубной схеме.
Однолинейный контур
Система отопления, использующая одну и ту же трубу для последовательной подачи воды к радиаторам, называется однотрубной. Самый простой однотрубный вариант – это отопление металлическими трубами без использования радиаторов.
Это самый дешевый и наименее проблемный способ решения отопления дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный существенный минус – появление громоздких труб.
У самых экономичных с радиаторами отопления горячая вода проходит последовательно через каждый прибор.
Здесь нужно минимальное количество труб и вентилей.
По мере остывания, поэтому последующие радиаторы получают более холодную воду, что необходимо учитывать при расчете количества секций.
Простая однотрубная схема (выше) требует минимального объема монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант, представленный ниже, позволяет отключить радиаторы без остановки всей системы.
Наиболее эффективным способом подключения отопительных приборов к однотрубной сети является диагональный вариант.
По данной схеме отопительных контуров с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после остывания отводится через трубу, расположенную снизу. Проходя таким образом, нагретая вода отдает максимальное количество тепла.
При нижнем подключении к батарее, как входного патрубка, так и выходного патрубка значительно снижается теплоотдача, ведь нагретый теплоноситель должен идти как можно дольше. Из-за значительного охлаждения в таких схемах не используются батареи с большим количеством секций.
«Ленинградка» отличается внушительными теплопотерями, что необходимо учитывать при расчете системы. Его плюс в том, что при использовании запорной арматуры на входном и выходном патрубках приборы можно опционально отключать для ремонта без остановки отопительного цикла (+)
Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов называются ««. Несмотря на отмеченные тепловые потери, им отдают предпочтение при обустройстве квартирных систем отопления, что обусловлено более эстетичным видом трубопровода.
Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключения одной из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру.
Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой «обвода» радиатора с использованием ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходового крана. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до его полного отключения.
Для двухэтажных и более этажных зданий применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками.
В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. Кроме того, вертикальные стояки менее вытянуты и лучше вписываются в интерьер дома.
Однотрубная схема с вертикальной разводкой успешно применяется для отопления двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов.
Вариант обратки
Когда одна труба используется для подачи горячей воды к радиаторам, а вторая для отвода охлажденной в котел или печь, такая схема отопления называется двухтрубной. Подобная система при наличии радиаторов отопления используется чаще, чем однотрубная.
дороже, так как требует установки дополнительной трубы, но имеет ряд существенных преимуществ:
- более равномерное распределение температуры теплоноситель подводится к радиаторам;
- проще сделать расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значений температуры;
- более эффективное управление теплом для каждого радиатора.
В зависимости от направления движения охлажденной воды, относительно горячей, подразделяются на проходные и тупиковые. В связанных контурах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.
В тупиковых схемах охлажденная вода движется в сторону горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя разные. Поскольку скорость в системе небольшая, время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды короче, будут нагреваться быстрее.
При выборе тупиковых и сопутствующих схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратки
Возможны два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхнее и нижнее. При верхнем подключении труба горячего водоснабжения располагается над радиаторами, а при нижнем – ниже.
При нижнем подключении воздух можно отводить через радиаторы и нет необходимости держать трубы сверху, что хорошо с точки зрения дизайна помещения.
Однако без ускорительного коллектора падение давления будет намного меньше, чем при использовании верхней подачи. Поэтому нижняя подводка практически не используется при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции.
Выводы и полезное видео по теме
Организация однотрубной схемы на базе электрокотла для небольшого дома:
Работа двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на базе твердотопливного котла длительного горения:
Использование естественной циркуляции при движении воды в контуре отопления требует точного расчеты и технически грамотные монтажные работы. В этих условиях система отопления обогреет помещения частного дома и избавит владельцев от шума насоса и зависимости от электричества.
Если у вас возникли вопросы по теме или есть желание поделиться личным опытом организации и эксплуатации системы отопления гравитационного типа, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье.
Поле обратной связи расположено ниже.
Естественная циркуляция | Инженерная библиотека
На этой странице представлена глава о естественной циркуляции из «Справочника по основам DOE: термодинамика, теплопередача и поток жидкости», DOE-HDBK-1012/3-92, Министерство энергетики США, июнь 1992 г.
Другие связанные главы из «Справочника по основам Министерства энергетики: термодинамика, теплопередача и поток жидкости» можно увидеть справа.
Естественная циркуляция — это циркуляция жидкости в трубопроводных системах или открытых бассейнах, возникающая из-за изменений плотности, вызванных разницей температур. Естественная циркуляция не требует каких-либо механических устройств для поддержания потока.
Принудительная и естественная циркуляция
В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, объяснялось, что всякий раз, когда жидкость течет, возникает некоторое трение, связанное с движением, которое вызывает потерю напора. Было указано, что эта потеря напора обычно компенсируется в трубопроводных системах насосами, которые работают с жидкостью, компенсируя потерю напора из-за трения.
Некоторые жидкостные системы можно спроектировать таким образом, чтобы не требовалось наличие насосов для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и изменениями высоты. Поток, возникающий в этих условиях, называется естественной циркуляцией .
Термоголовка
Тепловая приводная головка — это сила, вызывающая естественную циркуляцию. Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости.
Рассмотрим два равных объема жидкости одного и того же типа. Если два объема имеют разную температуру, то объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу. Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет действовать меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, приводит к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная опускается.
Этот эффект наблюдается во многих местах. Одним из примеров этого является воздушный шар. Сила, заставляющая воздушный шар подниматься, является результатом разницы в плотности между горячим воздухом внутри воздушного шара и более холодным воздухом, окружающим его.
Тепло, добавленное к воздуху в воздушном шаре, добавляет энергию молекулам воздуха. Движение молекул воздуха увеличивается, и молекулы воздуха занимают больше места. Молекулы воздуха внутри воздушного шара занимают больше места, чем такое же количество молекул воздуха снаружи воздушного шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легче, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, гравитация оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше окружающего воздуха. Гравитация втягивает более холодный воздух вниз в пространство, занимаемое воздушным шаром. Нисходящее движение более холодного воздуха выталкивает воздушный шар из ранее занятого пространства, и воздушный шар поднимается.
Условия, необходимые для естественной циркуляции
Естественная циркуляция будет происходить только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественная циркуляция началась, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественной циркуляции. Условия естественной циркуляции следующие.
- Существует разница температур (существуют источник тепла и радиатор).
- Источник тепла находится на более низкой высоте, чем радиатор.
- Жидкости должны соприкасаться друг с другом.
Должно быть два тела жидкости с разными температурами. Это также может быть одно тело жидкости с участками разной температуры. Разница в температуре необходима, чтобы вызвать разницу в плотности жидкости. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока.
Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно иметь место в области высоких температур.
В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры со временем выровнялись бы, и дальнейшей циркуляции не произошло бы.
Источник тепла должен находиться на более низкой высоте, чем радиатор. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотная и будет стремиться вверх, а более холодная жидкость более плотная и будет стремиться опуститься. Чтобы воспользоваться преимуществами естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны находиться на соответствующей высоте.
Две области должны находиться в контакте, чтобы поток между областями был возможен. Если путь потока затруднен или заблокирован, то естественная циркуляция невозможна.
Пример охлаждения с естественной циркуляцией
Естественная циркуляция часто является основным средством охлаждения реакторов бассейнового типа и облученных тепловыделяющих сборок, хранящихся в бассейнах с водой после извлечения из реактора.
Источником тепла является ТВС. Радиатор – это основная часть воды в бассейне.
Вода в нижней части топливной сборки поглощает энергию, вырабатываемую сборкой. Температура воды увеличивается, а плотность уменьшается. Гравитация втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть сборки, вытесняя более теплую воду. Более теплая (более легкая) вода вынуждена уступить свое место более холодной (более тяжелой) воде. Более теплая (более легкая) вода поднимается выше в узле. По мере того, как вода проходит по всей длине сборки, она поглощает больше энергии. Вода становится все легче и легче, постоянно вытесняемая вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию сборки и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части топливной сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с основной массой воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается за счет циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.
Скорость потока и разница температур
Тепловой напор, который вызывает естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разницей температур. Как правило, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловой напор и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. В двухфазном потоке возможна естественная циркуляция, но поддерживать поток обычно сложнее.
Для индикации или проверки наличия естественной циркуляции можно использовать различные параметры. Это зависит от типа растения. Например, для реактора с водой под давлением (PWR) выбранные параметры системы теплоносителя реактора (RCS), которые будут использоваться, следующие.
- RCS ΔT (T Горячий − T Холодный ) должен составлять 25-80% от значения полной мощности и либо быть постоянным, либо медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло отводится из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения температуры ядра.
