Tyngdekraftsvarmesystemer med naturlig sirkulasjon av varmebæreren

FRADet er en oppfatning at gravitasjonsoppvarming er en anakronisme i vår datatid. Men hva om du bygde et hus i et område der det ikke er strøm ennå eller strømforsyningen er veldig intermitterende? I dette tilfellet må du huske den gammeldagse måten å organisere oppvarming på. Slik organiserer du gravitasjonsoppvarming, og vi snakker i denne artikkelen.

Gravity oppvarmingssystem

Gravitasjonsoppvarmingssystemet ble oppfunnet i 1777 av den franske fysikeren Bonneman og ble designet for å varme opp en inkubator.

Men bare siden 1818 har gravitasjonsoppvarmingssystemet blitt allestedsnærværende i Europa, men så langt bare for drivhus og drivhus. I 1841 utviklet engelskmannen Hood en metode for termisk og hydraulisk beregning av naturlige sirkulasjonssystemer. Han var i stand til å teoretisk bevise proporsjonaliteten av sirkulasjonshastighetene til kjølevæsken til kvadratrøttene til forskjellen i høyden på oppvarmingssenteret og kjølesenteret, det vil si høydeforskjellen mellom kjelen og radiatoren. Den naturlige sirkulasjonen av kjølevæsken i varmesystemer har blitt studert godt og hadde et kraftig teoretisk fundament.

Men med fremveksten av pumpevarmesystemer har forskernes interesse for tyngdekraftsvarmesystemet stadig forsvunnet. For tiden er tyngdevarme overfladisk belyst i instituttkurs, noe som har ført til analfabetisme av spesialister som installerer dette varmesystemet. Det er synd å si, men installatører som bygger gravitasjonsoppvarming, bruker hovedsakelig råd fra "erfarne" og de magre kravene som er beskrevet i forskriftsdokumentene. Det er verdt å huske at forskriftsdokumenter bare dikterer krav og ikke gir en forklaring på årsakene til utseendet til et bestemt fenomen. I denne forbindelse er det blant spesialister et tilstrekkelig antall misforståelser, som jeg vil fjerne litt.

Fordeler og ulemper

Selv om denne ordningen er populær, har den visse ulemper. Først og fremst er dette lengden på rørledningene, som ikke er i stand til å fordele væsketrykket jevnt. Derfor, i gravitasjonssystemer, er 30 meter horisontalt grensen. Det gir ingen mening å trekke rørledningene lenger. Jo lenger fra kjelen, jo lavere er trykket.

Vi noterer oss også de høye startkostnadene. Eksperter forsikrer at kostnaden for slik oppvarming er opptil 7% av kostnaden for selve bygningen. Dette skyldes at det her er behov for rør med stor diameter for å skape det nødvendige trykket med et stort volum kjølevæske.

En annen ulempe er langsom oppvarming av varmeenheter. Dette avhenger igjen av en betydelig mengde vann. Det tar en viss tid å varme den opp. I tillegg er det stor sannsynlighet for frysing av kjølevæsken i rør som går gjennom uoppvarmede rom.

Verdighet

Fordelene med et slikt system er imidlertid heller ikke så små:

• Enkelhet i design, installasjon og drift.
• Energiuavhengighet.
• Mangel på sirkulasjonspumper, noe som garanterer stillhet og eliminerer vibrasjoner.
• Langvarig drift opptil 40 år.
• Pålitelighet - i dag er det den mest pålitelige oppvarmingen når det gjelder kvantitativ selvregulering.

Hvorfor avhenger termisk pålitelighet av kvantitativ selvregulering? Og generelt, hva betyr dette?

Når temperaturen på vannet endres i en eller annen retning, endres også kjølevæskens strømningshastighet. Det er en endring i dens tetthet, som påvirker varmeoverføringen. Jo mer vann, jo høyere er varmeoverføringen. Alt dette samhandler med varmetapet i rommet der varmeren er installert. Disse to indikatorene henger også sammen. Varmetap øker - varmeoverføring øker.

Diagram over et gjennomstrømningsvarmesystem

Binding av kretsen er også viktig. I et to-rørssystem er alt enklere, fordi sirkulasjonsringen bestemmes av bare en enhet. Derfor skjer termisk selvregulering i en forkortet versjon. Og dette påvirker kvaliteten på varmeoverføringen fra radiatoren. Jo kortere ringen er, desto bedre fungerer den totale oppvarmingen.

Det er vanskeligere med et enkeltrørskryss, fordi flere varmeenheter går inn i en sirkulasjonsring, og varmefordelingen kan være ujevn. I dette tilfellet sparer du selvfølgelig sirkulasjonspumpen. Men dette er ikke lenger gravitasjonsoppvarmingssystemer.

Så et to-rørskryss vil være det beste alternativet når du bruker et system med naturlig sirkulasjon av kjølevæsken. Imidlertid vil vertikale enkeltrørskoblinger øke hastigheten på vannbevegelsen, og dette vil direkte påvirke økningen i varmeoverføring og jevn fordeling av kjølevæsken. Jo høyere vannhastigheten i varmeledningene er, desto jevnere fordeles den gjennom hele kretsen. I dette tilfellet vil det være mulig å plassere varmeenhetene under kjelen.

En slik ordning brukes ofte hvis det er nødvendig å varme opp kjelleren i et hus.

Klassisk to-rør tyngdekraft oppvarming

For å forstå prinsippet om drift av et gravitasjonsvarmesystem, kan du vurdere et eksempel på et klassisk to-rørs gravitasjonssystem med følgende innledende data:

• det opprinnelige volumet av kjølevæsken i systemet er 100 liter;
• høyde fra midten av kjelen til overflaten av det oppvarmede kjølevæsken i tanken H = 7 m;
• avstand fra overflaten av det oppvarmede kjølevæsken i tanken til sentrum av radiatoren til det andre nivået h1 = 3 m,
• avstand til sentrum av radiatoren til det første nivået h2 = 6 m.
• Temperaturen ved utløpet fra kjelen er 90 ° C, ved innløpet til kjelen - 70 ° C.

Det effektive sirkulasjonstrykket for radiatoren i andre trinn kan bestemmes av formelen:

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

For radiatoren til det første nivået vil det være:

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

For å gjøre beregningen mer nøyaktig, er det nødvendig å ta hensyn til kjøling av vann i rørledningene.

Rør for tyngdekraftoppvarming

Mange eksperter mener at rørledningen bør legges med en skråning i kjølemediets bevegelsesretning. Jeg argumenterer ikke for at det ideelt sett burde være slik, men i praksis blir ikke dette kravet oppfylt. Et eller annet sted kommer bjelken i veien, et sted er takene laget på forskjellige nivåer. Hva vil skje hvis du installerer tilførselsrørledningen med omvendt skråning?

Jeg er sikker på at ingenting forferdelig vil skje. Kjølevæskets sirkulasjonstrykk, hvis det synker, med ganske liten mengde (noen få pascal). Dette vil skje på grunn av den parasittiske påvirkningen som avkjøles i den øvre fyllingen av kjølevæsken. Med denne utformingen må luften fra systemet fjernes ved hjelp av en gjennomstrømningsluftsamler og en luftventil. En slik innretning er vist i figuren. Her er avløpsventilen designet for å frigjøre luft når systemet fylles med kjølevæske. I driftsmodus må denne ventilen være lukket. Et slikt system vil forbli fullt funksjonelt.

Typer av oppvarmingssystemer for tyngdekraft

Til tross for den enkle utformingen av et vannoppvarmingssystem med selvsirkulasjon av kjølevæsken, er det minst fire populære installasjonsordninger.Valget av type ledninger avhenger av egenskapene til selve bygningen og forventet ytelse.

For å bestemme hvilken ordning som vil fungere, er det i hvert enkelt tilfelle nødvendig å utføre en hydraulisk beregning av systemet, ta hensyn til egenskapene til oppvarmingsenheten, beregne rørdiameteren etc. Profesjonell hjelp kan være nødvendig når du utfører beregninger.

Lukket system med tyngdekraftssirkulasjon

I EU-landene er lukkede systemer de mest populære blant andre løsninger. I Russland har ordningen ennå ikke blitt brukt mye. Prinsippene for drift av et lukket vannoppvarmingssystem med en pumpeløs sirkulasjon er som følger:

• Ved oppvarming ekspanderer kjølevæsken, vann fortrenges fra varmekretsen.
• Under trykk kommer væsken inn i den lukkede membranekspansjonstanken. Beholderens utforming er et hulrom delt i to deler av en membran. Halvparten av reservoaret er fylt med gass (de fleste modeller bruker nitrogen). Den andre delen forblir tom for fylling med kjølevæske.
• Når væsken oppvarmes, opprettes det nok trykk for å skyve membranen og komprimere nitrogenet. Etter nedkjøling finner den omvendte prosessen sted, og gassen klemmer vannet ut av tanken.

Ellers fungerer lukkede systemer som andre oppvarmingsordninger for naturlig sirkulasjon. Ulempene er avhengigheten av volumet til ekspansjonstanken. For rom med et stort oppvarmet område, må du installere en romslig container, noe som ikke alltid er tilrådelig.

Åpent system med gravitasjonssirkulasjon

Det åpne varmesystemet skiller seg bare fra den forrige typen når det gjelder utformingen av ekspansjonstanken. Denne ordningen ble oftest brukt i eldre bygninger. Fordelene med et åpent system er evnen til å produsere containere uavhengig av skrapmaterialer. Tanken har vanligvis en beskjeden størrelse og er installert på taket eller under taket i stuen.

Den største ulempen ved åpne strukturer er inntrengning av luft i rør og varmeapparater, noe som fører til økt korrosjon og rask svikt i varmeelementene. Å sende systemet er også en hyppig "gjest" i kretser med åpen type. Derfor er radiatorer installert i en vinkel; Mayevsky-kraner kreves for å blø luft.

Ettrørssystem med selvsirkulasjon

Denne løsningen har flere fordeler:

1. Det er ingen parrør under taket og over gulvnivået.
2. Midler spares på installasjonen av systemet.

Ulempene med denne løsningen er åpenbare. Varmeoverføringen til oppvarmingsradiatorer og intensiteten på oppvarmingen avtar med avstanden fra kjelen. Som praksis viser, endres ofte et ett-rørs varmesystem i et to-etasjes hus med naturlig sirkulasjon, selv om alle skråninger blir observert og riktig rørdiameter er valgt (ved å installere pumpeutstyr).

Selv-sirkulasjon to-rør system

To-rør varmesystemet i et privat hus med naturlig sirkulasjon har følgende designfunksjoner:

1. Tilførsel og retur går gjennom forskjellige rør.
2. Forsyningsledningen er koblet til hver radiator gjennom en innløpsgren.
3. Den andre linjen kobler batteriet til returledningen.

Som et resultat har et to-rørs radiator-system følgende fordeler:

1. Jevn fordeling av varme.
2. Ingen grunn til å legge til radiatorseksjoner for bedre oppvarming.
3. Det er lettere å justere systemet.
4. Diameteren på vannkretsen er minst en størrelse mindre enn i enkeltrørskretser.
5. Mangel på strenge regler for installasjon av et to-rørssystem. Små avvik med hensyn til bakker er tillatt.

Den største fordelen med et to-rørs oppvarmingssystem med nedre og øvre ledninger er enkelhet og samtidig effektivitet i designet, som gjør det mulig å nøytralisere feil som er gjort i beregningene eller under installasjonsarbeidet.

Bevegelsen til den avkjølte varmebæreren

En av misforståelsene er at i et system med naturlig sirkulasjon kan ikke den avkjølte kjølevæsken bevege seg oppover. Jeg er også uenig i disse. For et sirkulerende system er begrepet opp og ned veldig betinget. I praksis, hvis returledningen stiger i en del, så faller den et sted til samme høyde. I dette tilfellet er gravitasjonskreftene balansert. Den eneste vanskeligheten er å overvinne lokal motstand ved bøyninger og lineære seksjoner av rørledningen. Alt dette, så vel som mulig kjøling av kjølevæsken i seksjonene av økningen, bør tas i betraktning i beregningene. Hvis systemet er korrekt beregnet, har diagrammet vist i figuren nedenfor rett til å eksistere. Forresten, på begynnelsen av forrige århundre, ble slike ordninger mye brukt, til tross for deres svake hydrauliske stabilitet.

Typer av oppvarmingssystemer for tyngdekraft

Til tross for den enkle utformingen av et vannoppvarmingssystem med selvsirkulasjon av kjølevæsken, er det minst fire populære installasjonsordninger. Valget av type ledninger avhenger av egenskapene til selve bygningen og forventet ytelse.

For å bestemme hvilken ordning som vil fungere, er det i hvert enkelt tilfelle nødvendig å utføre en hydraulisk beregning av systemet, ta hensyn til egenskapene til oppvarmingsenheten, beregne rørdiameteren etc. Profesjonell hjelp kan være nødvendig når du utfører beregninger.

Lukket system med tyngdekraftssirkulasjon

I EU-landene er lukkede systemer de mest populære blant andre løsninger. I Russland har ordningen ennå ikke blitt brukt mye. Prinsippene for drift av et lukket vannoppvarmingssystem med en pumpeløs sirkulasjon er som følger:

• Ved oppvarming ekspanderer kjølevæsken, vann fortrenges fra varmekretsen.
• Under trykk kommer væsken inn i den lukkede membranekspansjonstanken. Beholderens utforming er et hulrom delt i to deler av en membran. Halvparten av reservoaret er fylt med gass (de fleste modeller bruker nitrogen). Den andre delen forblir tom for fylling med kjølevæske.
• Når væsken oppvarmes, opprettes det nok trykk for å skyve membranen og komprimere nitrogenet. Etter nedkjøling finner den omvendte prosessen sted, og gassen klemmer vannet ut av tanken.

Ellers fungerer lukkede systemer som andre oppvarmingsordninger for naturlig sirkulasjon. Ulempene er avhengigheten av volumet til ekspansjonstanken. For rom med et stort oppvarmet område, må du installere en romslig container, noe som ikke alltid er tilrådelig.

Åpent system med gravitasjonssirkulasjon

Det åpne varmesystemet skiller seg bare fra den forrige typen når det gjelder utformingen av ekspansjonstanken. Denne ordningen ble oftest brukt i eldre bygninger. Fordelene med et åpent system er evnen til å produsere containere uavhengig av skrapmaterialer. Tanken har vanligvis en beskjeden størrelse og er installert på taket eller under taket i stuen.

Den største ulempen ved åpne strukturer er inntrengning av luft i rør og varmeapparater, noe som fører til økt korrosjon og rask svikt i varmeelementene. Å sende systemet er også en hyppig "gjest" i kretser med åpen type. Derfor er radiatorer installert i en vinkel; Mayevsky-kraner kreves for å blø luft.

Ettrørssystem med selvsirkulasjon

Et enkeltrørs horisontalt system med naturlig sirkulasjon har lav termisk effektivitet, derfor brukes det ekstremt sjelden.Essensen av ordningen er at tilførselsrøret er koblet i serie til radiatorene. Det oppvarmede kjølevæsken kommer inn i det øvre grenrøret på batteriet og slippes ut gjennom den nedre grenen. Etter det går varmen til neste varmeenhet og så videre til siste punkt. Returstrøm returneres fra ekstreme batteriet til kjelen.
Denne løsningen har flere fordeler:

1. Det er ingen parrør under taket og over gulvnivået.
2. Midler spares på installasjonen av systemet.

Ulempene med denne løsningen er åpenbare. Varmeoverføringen til oppvarmingsradiatorer og intensiteten på oppvarmingen avtar med avstanden fra kjelen. Som praksis viser, endres ofte et ett-rørs varmesystem i et to-etasjes hus med naturlig sirkulasjon, selv om alle skråninger blir observert og riktig rørdiameter er valgt (ved å installere pumpeutstyr).

Selv-sirkulasjon to-rør system

To-rør varmesystemet i et privat hus med naturlig sirkulasjon har følgende designfunksjoner:

1. Tilførsel og retur går gjennom forskjellige rør.
2. Forsyningsledningen er koblet til hver radiator gjennom en innløpsgren.
3. Den andre linjen kobler batteriet til returledningen.

Som et resultat har et to-rørs radiator-system følgende fordeler:

1. Jevn fordeling av varme.
2. Ingen grunn til å legge til radiatorseksjoner for bedre oppvarming.
3. Det er lettere å justere systemet.
4. Diameteren på vannkretsen er minst en størrelse mindre enn i enkeltrørskretser.
5. Mangel på strenge regler for installasjon av et to-rørssystem. Små avvik med hensyn til bakker er tillatt.

Den største fordelen med et to-rørs oppvarmingssystem med nedre og øvre ledninger er enkelhet og samtidig effektivitet i designet, som gjør det mulig å nøytralisere feil som er gjort i beregningene eller under installasjonsarbeidet.

Plassering av radiatorer

De sier at med den naturlige sirkulasjonen av kjølevæsken, må radiatorene uten feil være plassert over kjelen. Denne påstanden gjelder bare når varmeenhetene er plassert i ett nivå. Hvis antall nivåer er to eller flere, kan radiatorene til det nedre nivået være plassert under kjelen, som må kontrolleres ved hydraulisk beregning.

Spesielt, for eksemplet vist i figuren nedenfor, med H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, vil det effektive sirkulasjonstrykket være:

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

Her:

ρ1 = 965 kg / m3 er tettheten av vann ved 90 ° C;

ρ2 = 977 kg / m3 er tettheten av vann ved 70 ° C;

ρ3 = 973 kg / m3 er tettheten av vann ved 80 ° C.

Det resulterende sirkulasjonstrykket er tilstrekkelig for at det reduserte systemet skal fungere.

Tyngdekraftoppvarming - erstatter vann med frostvæske

Jeg leste et sted at gravitasjonsoppvarming, designet for vann, kan overføres smertefritt til frostvæske. Jeg vil advare deg mot slike handlinger, siden en slik erstatning uten riktig beregning kan føre til fullstendig feil i varmesystemet. Faktum er at glykolbaserte løsninger har betydelig høyere viskositet enn vann. I tillegg er den spesifikke varmekapasiteten til disse væskene lavere enn vann, noe som, alt annet likt, vil kreve en økning i sirkulasjonshastigheten til kjølevæsken. Disse omstendighetene øker den hydrauliske motstandsdyktigheten i systemet betydelig fylt med kjølevæsker med lavt frysepunkt.

Hva det er

I ethvert vannoppvarmingssystem blir fordelingen og funksjonen til å overføre varme gjennom varmeenheter laget av varmebæreren - et flytende stoff med høy spesifikk varmekapasitet.

Vanlig vann spiller denne rollen mye oftere; men i slike tilfeller brukes det ofte væsker med lavere faseovergangstemperaturer på et tidspunkt når det er kaldt om vinteren.

Uansett hvilken type kjølevæske, må den tvinges til å bevege seg, overføre varme.

Det er ikke mange måter å gjøre dette på.

• I sentralvarmesystemer blir sirkulasjonsinduseringsfunksjonen laget av trykkdifferansen mellom tilførsels- og returrørledningen til varmeledningen.

• Autonome systemer med tvungen sirkulasjon for dette formålet er utstyrt med sirkulasjonspumper.
• Til slutt beveger kjølevæsken i gravitasjonssystemer (tyngdekraft) bare på grunn av transformasjonen av dens egen tetthet under oppvarming.

Bruk en åpen ekspansjonstank

Praksis viser at det er nødvendig å kontinuerlig fylle på kjølevæsken i en åpen ekspansjonstank når den fordamper. Jeg er enig i at dette virkelig er en stor ulempe, men det kan lett elimineres. For å gjøre dette kan du bruke et luftslange og en hydraulisk tetning, installert nærmere det laveste punktet i systemet, ved siden av kjelen. Dette røret fungerer som et luftspjeld mellom den hydrauliske tetningen og kjølevæskenivået i tanken. Derfor, jo større diameteren er, desto lavere vil nivået på svingninger i vanntetningen være. Spesielt avanserte håndverkere klarer å pumpe nitrogen eller inerte gasser inn i luftrøret, og beskytter dermed systemet mot luftinntrengning.

Utstyr

Et gravitasjonssystem kan enten være et lukket system som ikke kommuniserer med atmosfærisk luft, eller åpner ut i atmosfæren. Systemtypen avhenger av utstyrssettet det trenger.

Åpen

Egentlig er det eneste nødvendige elementet en åpen ekspansjonstank.

Stål åpen ekspansjonstank.

Den kombinerer flere funksjoner:

• Holder overflødig vann når det er overopphetet.
• Det fjerner luft og damp som genereres under koking av vann i kretsen og ut i atmosfæren.
• Serverer for å fylle på vann for å kompensere for lekkasje og fordampning.

I tilfeller der radiatorer er plassert over den i noen områder av fyllingen, er de øvre pluggene utstyrt med luftventiler. Denne rollen kan spilles av både Mayevsky-kraner og konvensjonelle vannkraner.

For å tilbakestille systemet suppleres det vanligvis med en gren som fører til kloakken eller rett utenfor huset.

Lukket

I et lukket tyngdekraftssystem fordeles funksjonene til en åpen tank over flere uavhengige enheter.

• Membranekspansjonstanken til varmesystemet gir mulighet for utvidelse av kjølevæsken under oppvarming. Som regel blir volumet tatt lik 10% av det totale systemvolumet.
• Trykkavlastningsventilen avlaster overtrykk når tanken er overfylt.
• En manuell lufteventil (for eksempel den samme Mayevsky-ventilen) eller en automatisk lufteventil er ansvarlig for lufteventilasjonen.
• Manometeret viser trykk.

De tre siste enhetene selges ofte som en enhet.

Viktig: i et gravitasjonssystem må minst en luftventil være til stede på toppunktet. I motsetning til ordningen for tvungen sirkulasjon, vil her luftsloten rett og slett ikke la kjølevæsken bevege seg.

I tillegg til det ovennevnte er et lukket system vanligvis utstyrt med en genser med kaldtvannssystem, som gjør det mulig å fylle det etter utslipp eller kompensere for vannlekkasje.

Bruke en sirkulasjonspumpe ved tyngdekraftoppvarming

I en samtale med en installatør hørte jeg at en pumpe installert på bypass av stigerøret ikke kan skape sirkulasjonseffekt, siden installasjon av stengeventiler på hovedstigerøret mellom kjelen og ekspansjonstanken er forbudt. Derfor kan du sette pumpen på omkjøringsveien til returledningen, og installere en kuleventil mellom pumpeinntakene. Denne løsningen er ikke veldig praktisk, siden du må huske å skru av kranen hver gang før du slår på pumpen, og etter å ha slått av pumpen, må du åpne den.I dette tilfellet er installasjonen av en tilbakeslagsventil umulig på grunn av dens betydelige hydrauliske motstand. For å komme ut av denne situasjonen prøver håndverkerne å gjøre om tilbakeslagsventilen til en normalt åpen. Slike "moderniserte" ventiler vil skape lydeffekter i systemet på grunn av konstant "squelking" med en periode proporsjonal med hastigheten på kjølevæsken. Jeg kan foreslå en annen løsning. En flottørventil for tyngdekraftsystemer er installert på hovedstigerøret mellom bypassinntakene. Ventilen som flyter i naturlig sirkulasjon er åpen og forstyrrer ikke bevegelsen av kjølevæsken. Når pumpen er slått på i bypass, slår ventilen av hovedstigerøret, og leder all strøm gjennom bypass med pumpen.

I denne artikkelen har jeg vurdert langt fra alle misforståelsene som eksisterer blant spesialister som installerer tyngdekraftvarme. Hvis du likte artikkelen, er jeg klar til å fortsette den med svar på spørsmålene dine.

I neste artikkel vil jeg snakke om byggematerialer.

ANBEFALER Å LES MER: