Гравитационна отоплителна система: схеми, принцип на действие, предимства, недостатъци, снимка и видео на гравитационна отоплителна система

ОТСъществува 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 спрямо 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 е довело до неграмотността на специалистите, инсталиращи 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 предоставят обяснение на причините за появата на конкретно явление. В тази връзка сред специалистите има достатъчен брой заблуди, които бих искал да разсея малко.

Прочетете също: Закрепваща пяна към тавана - опции

Предимства и недостатъци

Въпреки че тази схема е популярна, тя има определени недостатъци. На първо място, това е дължината на тръбопроводите, които не са в състояние да разпределят равномерно налягането на течността вътре. Следователно в гравитационните системи 30 метра хоризонтално е границата. Няма смисъл да се изтеглят тръбопроводите вече. Колкото по-далеч от котела, толкова по-ниско е налягането.

Отбелязваме и високите първоначални разходи. Експертите уверяват, че цената на такова отопление е до 7% от цената на самата сграда. Това се дължи на факта, че тук са необходими тръби с голям диаметър, за да се създаде необходимото налягане с голям обем охлаждаща течност.

Друг недостатък е бавното загряване на отоплителните устройства. Това отново зависи от значително количество вода. Отнема известно време, за да го загреете. Освен това има голяма вероятност от замръзване на охлаждащата течност в тръби, които минават през неотопляеми помещения.

Достойнство

Предимствата на такава система обаче също не са толкова малки:

Простота на проектиране, монтаж и експлоатация.
Енергийна независимост.
Липса на циркулационни помпи, което гарантира тишина и елиминира вибрациите.
Дългосрочна експлоатация до 40 години.
Надеждност - днес това е най-надеждното отопление по отношение на количествената саморегулация.

Защо термичната надеждност зависи от количествената саморегулация? И като цяло, какво означава това?

Когато температурата на водата се промени в една или друга посока, дебитът на охлаждащата течност също се променя. Налице е промяна в плътността му, което влияе върху преноса на топлина. Колкото повече вода, толкова по-висок е нейният топлообмен. Всичко това взаимодейства с топлинните загуби на помещението, където е инсталиран нагревателят. Тези два показателя също са взаимосвързани. Загубите на топлина се увеличават - преносът на топлина се увеличава.

Схема на поточна отоплителна система

Обвързването на веригата също е важно. В двутръбна система всичко е по-просто, тъй като циркулационният пръстен се определя само от едно устройство. Следователно термичната саморегулация се случва в съкратен вариант. И това се отразява на качеството на топлопредаването от радиатора. Колкото по-къс е пръстенът, толкова по-добре работи цялостното отопление.

По-трудно е с еднотръбна връзка, тъй като няколко нагревателни устройства влизат в един циркулационен пръстен и разпределението на топлината може да бъде неравномерно. Разбира се, в този случай циркулационната помпа спестява. Но това вече не са гравитационни отоплителни системи.

Така че двутръбното кръстовище ще бъде най-добрият вариант при използване на система с естествена циркулация на охлаждащата течност. Вертикалното еднотръбно окабеляване обаче ще увеличи скоростта на движение на водата и това директно ще повлияе на увеличаването на топлопреминаването и равномерното разпределение на охлаждащата течност. Колкото по-висока е скоростта на водата в отоплителните тръбопроводи, толкова по-равномерно тя се разпределя по цялата верига. В този случай ще бъде възможно да се поставят отоплителните устройства под котела.

Такава схема често се използва, ако е необходимо да се затопли мазето на къща.

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 втори радиатор 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:

Прочетете също: Организация на наклона на тръбите в отоплителната система

Δp1 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9.8 (7 - 6) = 117.6 Pa.

За да направите изчислението по-точно, е необходимо да се вземе предвид охлаждането на водата в тръбопроводите.

Тръби 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 се понижи, 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 поточен въздухосборник и отдушник. Такова устройство е показано на фигурата. Тук дренажният клапан е проектиран да изпуска въздух в момента, в който системата се напълни с охлаждаща течност. В работен режим този клапан трябва да бъде затворен. Такава система ще остане напълно функционална.

Видове отоплителни системи с гравитационна циркулация

Въпреки опростения дизайн на водна отоплителна система със самоциркулация на охлаждащата течност, има поне четири популярни схеми за монтаж.Изборът на вида на окабеляването зависи от характеристиките на самата сграда и очакваното изпълнение.

За да се определи коя схема ще работи, във всеки отделен случай се изисква да се извърши хидравлично изчисление на системата, да се вземат предвид характеристиките на отоплителния блок, да се изчисли диаметърът на тръбата и т.н. При извършване на изчисления може да се наложи професионална помощ.

Затворена система с гравитационна циркулация

В страните от ЕС затворените системи са най-популярни сред другите решения. В Руската федерация схемата все още не е широко използвана. Принципите на работа на водна отоплителна система от затворен тип с циркулация без помпа са както следва:

При нагряване охлаждащата течност се разширява, водата се измества от отоплителния кръг.
Под налягане течността попада в затворения разширителен резервоар на мембраната. Дизайнът на контейнера представлява кухина, разделена на две части с мембрана. Половината от резервоара е пълна с газ (повечето модели използват азот). Втората част остава празна за пълнене с охлаждаща течност.
Когато течността се нагрява, се създава достатъчно налягане, което да изтласка мембраната и да компресира азота. След охлаждане протича обратният процес и газът изцежда водата от резервоара.

В противен случай системите от затворен тип работят като другите схеми за отопление с естествена циркулация. Недостатъците са зависимостта от обема на разширителния резервоар. За стаи с голяма отопляема площ ще трябва да инсталирате просторен контейнер, което не винаги е препоръчително.

Отворена система с гравитационна циркулация

Отоплителната система от отворен тип се различава от предишния тип само по дизайна на разширителния резервоар. Тази схема се използва най-често в по-стари сгради. Предимствата на отворената система са възможността за самостоятелно производство на контейнери от скрап. Резервоарът обикновено има скромни размери и е инсталиран на покрива или под тавана на хола.

Основният недостатък на отворените конструкции е навлизането на въздух в тръбите и отоплителните радиатори, което води до повишена корозия и бърз отказ на нагревателните елементи. Излъчването на системата също е чест "гост" в схеми от отворен тип. Следователно радиаторите са монтирани под ъгъл; крановете на Маевски са необходими за обезвъздушаване.

Еднотръбна система със самоциркулация

Това решение има няколко предимства:

Под тавана и над нивото на пода няма двойни тръбопроводи.
Средствата се спестяват при инсталирането на системата.

Недостатъците на това решение са очевидни. Топлопредаването на отоплителните радиатори и интензивността на отоплението им намаляват с отдалечаване от котела. Както показва практиката, еднотръбна отоплителна система на двуетажна къща с естествена циркулация, дори ако се наблюдават всички наклони и е избран правилният диаметър на тръбата, често се променя (чрез инсталиране на помпено оборудване).

Самоциркулационна двутръбна система

Двутръбната отоплителна система в частна къща с естествена циркулация има следните конструктивни характеристики:

Подаването и връщането преминават през различни тръби.
Захранващата линия е свързана към всеки радиатор чрез входящ клон.
Втората линия свързва батерията с връщащата линия.

В резултат на това двутръбната радиаторна система предлага следните предимства:

Прочетете също: Какво представлява обвивката на тръбата и как се използва за изолация?

Равномерно разпределение на топлината.
Няма нужда да добавяте радиаторни секции за по-добро отопление.
По-лесно е да настроите системата.
Диаметърът на водната верига е поне с един размер по-малък, отколкото в еднотръбните вериги.
Липса на строги правила за инсталиране на двутръбна система. Допускат се малки отклонения по отношение на наклоните.

Основното предимство на двутръбната отоплителна система с долно и горно окабеляване е простотата и в същото време ефективността на дизайна, което прави възможно неутрализирането на грешките, направени при изчисления или по време на монтажните работи.

Движението на охладения топлоносител

Едно от погрешните схващания е, че в система с естествена циркулация охладената охлаждаща течност не може да се движи нагоре. Аз също не съм съгласен с тях. За циркулираща 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 бъдат взети 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.

Видове отоплителни системи с гравитационна циркулация

Въпреки опростения дизайн на водна отоплителна система със самоциркулация на охлаждащата течност, има поне четири популярни схеми за монтаж. Изборът на вида на окабеляването зависи от характеристиките на самата сграда и очакваното изпълнение.

Затворена система с гравитационна циркулация

При нагряване охлаждащата течност се разширява, водата се измества от отоплителния кръг.
Под налягане течността попада в затворения разширителен резервоар на мембраната. Дизайнът на контейнера представлява кухина, разделена на две части с мембрана. Половината от резервоара е пълна с газ (повечето модели използват азот). Втората част остава празна за пълнене с охлаждаща течност.
Когато течността се нагрява, се създава достатъчно налягане, което да изтласка мембраната и да компресира азота. След охлаждане протича обратният процес и газът изцежда водата от резервоара.

Отворена система с гравитационна циркулация

Еднотръбна система със самоциркулация

Еднотръбна хоризонтална система с естествена циркулация има ниска топлинна ефективност, поради което се използва изключително рядко.Същността на схемата е, че захранващата тръба е свързана последователно към радиаторите. Нагрятата охлаждаща течност влиза в горния разклонителен тръбопровод на батерията и се извежда през долния разклонител. След това топлината преминава към следващата отоплителна единица и така до последната точка. Обратният поток се връща от крайната батерия към котела.
Това решение има няколко предимства:

Под тавана и над нивото на пода няма двойни тръбопроводи.
Средствата се спестяват при инсталирането на системата.

Самоциркулационна двутръбна система

Подаването и връщането преминават през различни тръби.
Захранващата линия е свързана към всеки радиатор чрез входящ клон.
Втората линия свързва батерията с връщащата линия.

В резултат на това двутръбната радиаторна система предлага следните предимства:

Равномерно разпределение на топлината.
Няма нужда да добавяте радиаторни секции за по-добро отопление.
По-лесно е да настроите системата.
Диаметърът на водната верига е поне с един размер по-малък, отколкото в еднотръбните вериги.
Липса на строги правила за инсталиране на двутръбна система. Допускат се малки отклонения по отношение на наклоните.

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 прехвърли в 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.

Какво е

Във всяка система за отопление на водата разпределението и функцията за пренос на топлина през нагревателни устройства се извършва от топлоносителя - течно вещество с висока специфична топлинна мощност.

Обикновената вода играе тази роля много по-често; но в тези случаи, във време, когато през зимния студ къщата може да остане без отопление, често се използват течности с по-ниски температури на фазовия преход.

Независимо от вида на охлаждащата течност, тя трябва да бъде принудена да се движи, да предава топлина.

Прочетете също: Какво представляват композитните панели. Направи си сам монтаж на панел

Няма много начини да направите това.

В системите за централно отопление функцията за стимулиране на циркулацията се осъществява чрез разликата в налягането между захранващия и връщащия тръбопровод на отоплителната мрежа.

Автономните системи с принудителна циркулация за тази цел са оборудвани с циркулационни помпи.
И накрая, охлаждащата течност в гравитационните (гравитационни) системи се движи само поради трансформацията на собствената си плътност по време на нагряване.

Използване на отворен разширителен резервоар

Практиката показва, че е необходимо постоянно да доливате 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 може да бъде или затворена система, която не комуникира с атмосферния въздух, или отворена в атмосферата. Типът система зависи от комплекта оборудване, от което се нуждае.

Отворете

Всъщност единственият необходим елемент е отворен разширителен резервоар.

Стоманен отворен разширителен резервоар.

Той съчетава няколко функции:

Задържа излишната вода при прегряване.
Той премахва въздуха и парата, генерирани по време на кипенето на водата във веригата в атмосферата.
Служи за доливане на вода, за да компенсира изтичането и изпарението.

В случаите, когато радиаторите са разположени над него в някои области на пълнежа, горните им щепсели са оборудвани с отвори за въздух. Тази роля може да се играе както от кранове на Маевски, така и от конвенционални кранове за вода.

За да нулирате системата, тя обикновено се допълва с клон, водещ към канализацията или просто извън къщата.

Затворено

В затворена гравитационна система функциите на отворен резервоар са разпределени в няколко независими устройства.

Мембранният разширителен резервоар на отоплителната система осигурява възможност за разширяване на охлаждащата течност по време на отопление. Като правило неговият обем 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 автоматичен отвор за въздух е отговорен за обезвъздушаването.
Манометърът показва налягане.

Последните три устройства често се продават като една единица.

Важно: в гравитационна система в горната си точка трябва да има поне един отвор за въздух. За разлика от схемата за принудителна циркулация, тук въздушният шлюз просто няма да позволи на охлаждащата течност да се движи.

В допълнение към горното, затворената система обикновено е снабдена с джъмпер със система за студена вода, която позволява да се напълни след изпускане 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 е забранено монтирането на спирателни кранове на основния щранг между котела и разширителния резервоар. 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 изключите 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 главния 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: