FRÅNDet finns en uppfattning att gravitationell uppvärmning är en anakronism i vår datorålder. Men tänk om du byggde ett hus i ett område där det inte finns någon elektricitet ännu eller strömförsörjningen är mycket intermittent? I det här fallet måste du komma ihåg det gammaldags sättet att organisera uppvärmning. Så här organiserar du gravitationsuppvärmning, och vi pratar i den här artikeln.
Gravity värmesystem
Gravitationssystemet uppfanns 1777 av den franska fysikern Bonneman och var utformad för att värma en inkubator.
Men först sedan 1818 har gravitationsuppvärmningssystemet blivit allestädes närvarande i Europa, men hittills endast för växthus och växthus. 1841 utvecklade engelsmannen Hood en metod för termisk och hydraulisk beräkning av naturliga cirkulationssystem. Han kunde teoretiskt bevisa proportionaliteten mellan kylvätskans cirkulationshastigheter och kvadratrötterna av skillnaden i värmecentrets höjder och kylcentret, det vill säga höjdskillnaden mellan pannan och kylaren. Kylvätskans naturliga cirkulation i värmesystem har studerats väl och hade en kraftfull teoretisk grund.
Men med tillkomsten av pumpade värmesystem har forskarnas intresse för gravitationsvärmesystemet stadigt försvunnit. För närvarande belyses tyngduppvärmning ytligt i institutkurser, vilket har lett till analfabetism hos specialister som installerar detta värmesystem. Det är synd att säga, men installatörer som bygger gravitationell uppvärmning använder huvudsakligen råd från "erfarna" och de magra krav som anges i regleringsdokumenten. Det är värt att komma ihåg att regleringsdokument endast dikterar krav och inte ger en förklaring till orsakerna till ett visst fenomen. I detta avseende finns det bland specialisterna ett tillräckligt antal missuppfattningar, som jag vill skingra lite.
Fördelar och nackdelar
Även om detta system är populärt har det vissa nackdelar. Först och främst är detta längden på rörledningarna, som inte kan jämnt fördela vätsketrycket inuti. I gravitationssystem är 30 meter horisontellt gränsen. Det är ingen mening att dra i rörledningarna längre. Ju längre bort från pannan desto lägre är trycket.
Vi noterar också den höga initialkostnaden. Experter försäkrar att kostnaden för sådan uppvärmning är upp till 7% av kostnaden för själva byggnaden. Detta beror på att det behövs rör med stor diameter här för att skapa det nödvändiga trycket med en stor volym kylvätska.
En annan nackdel är den långsamma uppvärmningen av värmeenheter. Detta beror återigen på en betydande mängd vatten. Det tar en viss tid att värma upp det. Dessutom finns det stor sannolikhet för att kylvätskan fryser i rör som passerar genom ouppvärmda rum.
Värdighet
Fördelarna med ett sådant system är dock inte så små:
- Enkelhet i design, installation och drift.
- Energioberoende.
- Brist på cirkulationspumpar, vilket garanterar tystnad och eliminerar vibrationer.
- Långvarig drift upp till 40 år.
- Pålitlighet - idag är det den mest pålitliga uppvärmningen när det gäller kvantitativ självreglering.
Varför beror termisk tillförlitlighet på kvantitativ självreglering? Och i allmänhet, vad betyder detta?
När vattentemperaturen ändras i en eller annan riktning ändras också kylvätskans flödeshastighet. Det finns en förändring i densiteten, vilket påverkar värmeöverföringen. Ju mer vatten desto högre värmeöverföring. Allt detta samverkar med värmeförlusten i rummet där värmaren är installerad. Dessa två indikatorer är också inbördes relaterade. Värmeförlusten ökar - värmeöverföringen ökar.
Diagram över ett genomströmningsvärmesystem
Bindningen av kretsen är också viktig. I ett tvårörssystem är allt enklare, eftersom cirkulationsringen bestäms av endast en enhet. Därför sker termisk självreglering i en förkortad version. Och detta påverkar kvaliteten på värmeöverföringen från kylaren. Ju kortare ringen desto bättre fungerar den totala uppvärmningen.
Det är svårare med en enda rörförbindelse, eftersom flera värmeenheter tränger in i en cirkulationsring och värmefördelningen kan vara ojämn. Naturligtvis sparar cirkulationspumpen i det här fallet. Men det här är inte längre gravitationella värmesystem.
Så en tvårörskorsning är det bästa alternativet när du använder ett system med naturlig cirkulation av kylvätskan. Vertikala ledningar med en rörledning kommer dock att öka vattenrörelsens hastighet, och detta kommer direkt att påverka ökningen av värmeöverföring och jämn fördelning av kylvätskan. Ju högre vattenhastighet inuti värmerörledningarna desto jämnare fördelas det genom hela kretsen. I detta fall är det möjligt att placera värmeenheterna under pannan.
Ett sådant system används ofta om det är nödvändigt att värma ett hus i källaren.
Klassisk tvårörs gravitation
För att förstå driftsprincipen för ett gravitationellt värmesystem, överväga ett exempel på ett klassiskt gravyrsystem med två rör, med följande initiala data:
- den ursprungliga volymen på kylvätskan i systemet är 100 liter;
- höjd från pannans centrum till ytan på det uppvärmda kylmediet i tanken H = 7 m;
- avstånd från ytan på det uppvärmda kylmediet i tanken till mitten av kylaren för det andra nivån h1 = 3 m,
- avstånd till mitten av radiatorn för det första nivån h2 = 6 m.
- Temperaturen vid utloppet från pannan är 90 ° C, vid inloppet till pannan - 70 ° C.
Det effektiva cirkulationstrycket för den andra nivån kylaren kan bestämmas med formeln:
Δp2 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7 - 3) = 470,4 Pa.
För radiatorn för det första nivån blir det:
Δp1 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7-6) = 117,6 Pa.
För att göra beräkningen mer exakt är det nödvändigt att ta hänsyn till kylningen av vatten i rörledningarna.
Rörledningar för tyngdkraftsuppvärmning
Många experter anser att rörledningen bör läggas med en lutning i kylvätskans rörelse. Jag argumenterar inte för att det helst borde vara så, men i praktiken uppfylls inte detta krav alltid. Någonstans strålen kommer i vägen, någonstans är taken gjorda på olika nivåer. Vad händer om du installerar försörjningsledningen med en omvänd lutning?
Jag är säker på att inget hemskt kommer att hända. Kylvätskans cirkulationstryck, om det minskar, med en ganska liten mängd (några pascal). Detta kommer att hända på grund av det parasitiska inflytandet som svalnar i kylvätskans övre fyllning. Med denna konstruktion måste luften från systemet avlägsnas med en genomströmningsluftsamlare och en luftventil. En sådan anordning visas i figuren. Här är dräneringsventilen konstruerad för att släppa ut luft när systemet fylls med kylvätska. I driftläge måste denna ventil vara stängd. Ett sådant system kommer att förbli fullt fungerande.
Typer av uppvärmningssystem för gravitation
Trots den enkla designen av ett vattenvärmesystem med självcirkulation av kylvätskan finns det minst fyra populära installationsscheman.Valet av typ av ledningar beror på byggnadens egenskaper och förväntad prestanda.
För att bestämma vilket schema som ska fungera är det i varje enskilt fall nödvändigt att utföra en hydraulisk beräkning av systemet, ta hänsyn till egenskaperna hos värmeenheten, beräkna rördiametern etc. Professionell hjälp kan krävas vid beräkningar.
Stängt system med tyngdkraftscirkulation
I EU-länderna är slutna system de mest populära bland andra lösningar. I Ryska federationen har systemet ännu inte fått omfattande användning. Principerna för drift av ett sluten vattenuppvärmningssystem med en pumplös cirkulation är följande:
- Vid uppvärmning expanderar kylvätskan, vatten förskjuts från värmekretsen.
- Under tryck kommer vätskan in i den stängda membranexpansionsbehållaren. Behållarens konstruktion är ett hålrum uppdelat i två delar av ett membran. Halva reservoaren är fylld med gas (de flesta modeller använder kväve). Den andra delen förblir tom för fyllning med kylvätska.
- När vätskan värms upp skapas tillräckligt med tryck för att skjuta membranet och komprimera kvävet. Efter kylning sker den omvända processen och gasen pressar ut vatten ur tanken.
Annars fungerar slutna system som andra system för uppvärmning av naturlig cirkulation. Nackdelarna är beroendet av expansionstankens volym. För rum med ett stort uppvärmt område måste du installera en rymlig behållare, vilket inte alltid är tillrådligt.
Öppet system med tyngdkraftscirkulation
Det öppna uppvärmningssystemet skiljer sig från den tidigare typen endast i utformningen av expansionstanken. Detta system användes oftast i äldre byggnader. Fördelarna med ett öppet system är förmågan att självständigt tillverka behållare av skrotmaterial. Tanken har vanligtvis en blygsam storlek och installeras på taket eller under taket i vardagsrummet.
Den största nackdelen med öppna strukturer är att luft tränger in i rör och värmeelement, vilket leder till ökad korrosion och snabbt fel i värmeelement. Att sända systemet är också en frekvent "gäst" i kretsar av öppen typ. Därför är radiatorer installerade i en vinkel; Mayevsky-kranar krävs för att lufta.
Enrörssystem med självcirkulation
Denna lösning har flera fördelar:
- Det finns inga parrör under taket och över golvnivån.
- Pengar sparas vid installationen av systemet.
Nackdelarna med denna lösning är uppenbara. Värmeöverföringen från värmeelementen och intensiteten för deras uppvärmning minskar med avståndet från pannan. Som praxis visar ändras ofta ett enrörs uppvärmningssystem i ett våningshus med naturlig cirkulation, även om alla sluttningar observeras och rätt rördiameter väljs (genom att installera pumputrustning).
Tvåcirkelsystem med självcirkulation
Två-rörs värmesystemet i ett privat hus med naturlig cirkulation har följande designfunktioner:
- Tillförsel och retur passerar genom olika rör.
- Matningsledningen är ansluten till varje radiator genom en inloppsgren.
- Den andra raden ansluter batteriet till returledningen.
Som ett resultat erbjuder ett två-rörs radiator-system följande fördelar:
- Jämn fördelning av värme.
- Du behöver inte lägga till kylarsektioner för bättre uppvärmning.
- Det är lättare att justera systemet.
- Vattenkretsens diameter är minst en storlek mindre än i kretsar med en rör.
- Brist på strikta regler för installation av ett tvårörssystem. Små avvikelser med avseende på backar är tillåtna.
Den största fördelen med ett tvårörs värmesystem med nedre och övre ledningar är enkelhet och samtidigt effektivitet i konstruktionen, vilket gör det möjligt att neutralisera fel som görs i beräkningarna eller under installationsarbetet.
Rörelsen av den kylda värmebäraren
En av missuppfattningarna är att i ett system med naturlig cirkulation kan det kylda kylmediet inte röra sig uppåt. Jag håller inte med dessa. För ett cirkulerande system är begreppet upp och ner mycket villkorat. I praktiken, om returledningen stiger i någon del, faller den någonstans till samma höjd. I detta fall är gravitationskrafterna balanserade. Den enda svårigheten är att övervinna lokalt motstånd vid böjningar och linjära delar av rörledningen. Allt detta, liksom den eventuella kylningen av kylvätskan i uppgångssektionerna, bör beaktas i beräkningarna. Om systemet är korrekt beräknat har diagrammet som visas i bilden nedan rätt att existera. Förresten, i början av förra seklet användes sådana system i stor utsträckning, trots deras svaga hydrauliska stabilitet.
Typer av uppvärmningssystem för gravitation
Trots den enkla designen av ett vattenvärmesystem med självcirkulation av kylvätskan finns det minst fyra populära installationsscheman. Valet av typ av ledningar beror på byggnadens egenskaper och förväntad prestanda.
För att bestämma vilket schema som ska fungera är det i varje enskilt fall nödvändigt att utföra en hydraulisk beräkning av systemet, ta hänsyn till egenskaperna hos värmeenheten, beräkna rördiametern etc. Professionell hjälp kan krävas vid beräkningar.
Stängt system med tyngdkraftscirkulation
I EU-länderna är slutna system de mest populära bland andra lösningar. I Ryska federationen har systemet ännu inte fått omfattande användning. Principerna för drift av ett sluten vattenuppvärmningssystem med en pumplös cirkulation är följande:
- Vid uppvärmning expanderar kylvätskan, vatten förskjuts från värmekretsen.
- Under tryck kommer vätskan in i den stängda membranexpansionsbehållaren. Behållarens konstruktion är ett hålrum uppdelat i två delar av ett membran. Halva reservoaren är fylld med gas (de flesta modeller använder kväve). Den andra delen förblir tom för fyllning med kylvätska.
- När vätskan värms upp skapas tillräckligt med tryck för att skjuta membranet och komprimera kvävet. Efter kylning sker den omvända processen och gasen pressar ut vatten ur tanken.
Annars fungerar slutna system som andra system för uppvärmning av naturlig cirkulation. Nackdelarna är beroendet av expansionstankens volym. För rum med ett stort uppvärmt område måste du installera en rymlig behållare, vilket inte alltid är tillrådligt.
Öppet system med tyngdkraftscirkulation
Det öppna uppvärmningssystemet skiljer sig från den tidigare typen endast i utformningen av expansionstanken. Detta system användes oftast i äldre byggnader. Fördelarna med ett öppet system är förmågan att självständigt tillverka behållare av skrotmaterial. Tanken har vanligtvis en blygsam storlek och installeras på taket eller under taket i vardagsrummet.
Den största nackdelen med öppna strukturer är att luft tränger in i rör och värmeelement, vilket leder till ökad korrosion och snabbt fel i värmeelement. Att sända systemet är också en frekvent "gäst" i kretsar av öppen typ. Därför är radiatorer installerade i en vinkel; Mayevsky-kranar krävs för att lufta.
Enrörssystem med självcirkulation
Ett horisontellt system med en rör med naturlig cirkulation har låg värmeeffektivitet, därför används det extremt sällan.Kärnan i systemet är att matarledningen är seriekopplad till radiatorerna. Det uppvärmda kylvätskan kommer in i batteriets övre grenrör och släpps ut genom den nedre grenen. Därefter går värmen till nästa värmenhet och så vidare till sista punkten. Returflödet returneras från det extrema batteriet till pannan.
Denna lösning har flera fördelar:
- Det finns inga parrör under taket och över golvnivån.
- Pengar sparas vid installationen av systemet.
Nackdelarna med denna lösning är uppenbara. Värmeöverföringen från värmeelementen och intensiteten för deras uppvärmning minskar med avståndet från pannan. Som praxis visar ändras ofta ett enrörs uppvärmningssystem i ett våningshus med naturlig cirkulation, även om alla sluttningar observeras och rätt rördiameter väljs (genom att installera pumputrustning).
Tvåcirkelsystem med självcirkulation
Två-rörs värmesystemet i ett privat hus med naturlig cirkulation har följande designfunktioner:
- Tillförsel och retur passerar genom olika rör.
- Matningsledningen är ansluten till varje radiator genom en inloppsgren.
- Den andra raden ansluter batteriet till returledningen.
Som ett resultat erbjuder ett två-rörs radiator-system följande fördelar:
- Jämn fördelning av värme.
- Du behöver inte lägga till kylarsektioner för bättre uppvärmning.
- Det är lättare att justera systemet.
- Vattenkretsens diameter är minst en storlek mindre än i kretsar med en rör.
- Brist på strikta regler för installation av ett tvårörssystem. Små avvikelser med avseende på backar är tillåtna.
Den största fördelen med ett tvårörs värmesystem med nedre och övre ledningar är enkelhet och samtidigt effektivitet i konstruktionen, vilket gör det möjligt att neutralisera fel som görs i beräkningarna eller under installationsarbetet.
Radiatorernas placering
De säger att med den naturliga cirkulationen av kylvätskan måste radiatorerna utan att misslyckas placeras ovanför pannan. Detta uttalande gäller endast när värmeenheterna är placerade i ett nivå. Om antalet nivåer är två eller fler kan radiatorerna i det undre nivån placeras under pannan, vilket måste kontrolleras med hydraulisk beräkning.
I synnerhet, för exemplet som visas i figuren nedan, med H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, blir det effektiva cirkulationstrycket:
g · = 9,9 · [7 · (977 - 965) - 3 · (973 - 965) - 6 · (977 - 973)] = 352,8 Pa.
Här:
ρ1 = 965 kg / m3 är vattentätheten vid 90 ° C;
ρ2 = 977 kg / m3 är vattentätheten vid 70 ° C;
ρ3 = 973 kg / m3 är vattentätheten vid 80 ° C.
Det resulterande cirkulationstrycket är tillräckligt för att det reducerade systemet ska fungera.
Gravitation uppvärmning - ersätter vatten med frostskyddsmedel
Jag läste någonstans att gravitationell uppvärmning, designad för vatten, kan smärtfritt överföras till frostskyddsmedel. Jag vill varna dig för sådana åtgärder, eftersom utan en korrekt beräkning kan en sådan ersättning leda till ett helt fel i värmesystemet. Faktum är att glykolbaserade lösningar har en betydligt högre viskositet än vatten. Dessutom är den specifika värmekapaciteten för dessa vätskor lägre än för vatten, vilket, allt annat lika, kommer att kräva en ökning av kylvätskans cirkulationshastighet. Dessa förhållanden ökar avsevärt det hydrauliska motståndet hos systemet fyllt med kylvätskor med låg fryspunkt.
Vad det är
I alla vattenuppvärmningssystem görs fördelningen och funktionen för överföring av värme genom uppvärmningsanordningar av värmebäraren - ett flytande ämne med hög specifik värmekapacitet.
Vanligt vatten spelar denna roll mycket oftare; men i sådana fall, vid en tidpunkt när det är kallt på vintern kan huset lämnas utan uppvärmning, används ofta vätskor med lägre fasövergångstemperaturer.
Oavsett typ av kylvätska måste det tvingas röra sig, överföra värme.
Det finns inte många sätt att göra detta.
- I centralvärmesystem skapas cirkulationsinduceringsfunktionen av tryckdifferensen mellan tillförsel- och returledningarna för värmeledningen.
- Autonoma system med tvångscirkulation för detta ändamål är utrustade med cirkulationspumpar.
- Slutligen rör sig kylvätskan i gravitationssystem (gravitation) endast på grund av omvandlingen av sin egen densitet under uppvärmningen.
Använd en öppen expansionsbehållare
Övning visar att det är nödvändigt att ständigt fylla på kylvätskan i en öppen expansionsbehållare då den förångas. Jag håller med om att detta verkligen är ett stort besvär, men det kan lätt elimineras. För att göra detta kan du använda ett luftslang och en hydraulisk tätning, installerad närmare systemets lägsta punkt, bredvid pannan. Detta rör fungerar som ett luftspjäll mellan den hydrauliska tätningen och kylvätskenivån i tanken. Ju större dess diameter är, desto lägre blir nivån på fluktuationerna i vattentätningen. Särskilt avancerade hantverkare lyckas pumpa kväve eller inerta gaser i luftröret och skyddar därmed systemet från luftgenomträngning.
Utrustning
Ett gravitationssystem kan antingen vara ett slutet system som inte kommunicerar med atmosfärisk luft eller öppnar sig ut i atmosfären. Vilken typ av system beror på vilken utrustning det behöver.
Öppna
Egentligen är det enda nödvändiga elementet en öppen expansionstank.
Stål öppen expansionsbehållare.
Den kombinerar flera funktioner:
- Håller överflödigt vatten vid överhettning.
- Det tar bort luft och ånga som genereras vid kokning av vatten i kretsen till atmosfären.
- Serverar för att fylla på vatten för att kompensera för läckage och avdunstning.
I de fall radiatorer är placerade ovanför det i vissa delar av påfyllningen är deras övre pluggar utrustade med luftventiler. Denna roll kan spelas av både Mayevsky-kranar och konventionella vattenkranar.
För att återställa systemet kompletteras det vanligtvis med en gren som leder till avloppet eller helt enkelt utanför huset.
Stängd
I ett slutet tyngdkraftssystem fördelas funktionerna hos en öppen tank över flera oberoende enheter.
- Värmesystemets membranexpansionsbehållare ger möjlighet till expansion av kylvätskan under uppvärmningen. Som regel tas dess volym lika med 10% av den totala systemvolymen.
- Övertrycksventilen lindrar övertrycket när tanken är överfylld.
- En manuell luftning (till exempel samma Mayevsky-ventil) eller en automatisk luftventil är ansvarig för luftning.
- Manometern visar tryck.
De sista tre enheterna säljs ofta som ett paket.
Viktigt: i ett gravitationssystem måste minst en luftventil vara närvarande vid dess toppunkt. Till skillnad från systemet med tvångscirkulation, låter luftspärren helt enkelt inte kylvätskan röra sig.
Förutom ovanstående är ett slutet system vanligtvis utrustat med en bygel med ett kallvattensystem, vilket gör att det kan fyllas efter urladdning eller för att kompensera för vattenläckage.
Använda en cirkulationspump vid gravitation
I ett samtal med en installatör hörde jag att en pump installerad vid huvudstegets förbikoppling inte kan skapa en cirkulationseffekt, eftersom installation av avstängningsventiler på huvudsteget mellan pannan och expansionstanken är förbjuden. Därför kan du sätta pumpen på bypass av returledningen och installera en kulventil mellan pumpinloppen. Denna lösning är inte särskilt bekväm, eftersom du måste komma ihåg att stänga av kranen varje gång innan du slår på pumpen och öppna den efter att du stängt av pumpen.I detta fall är installationen av en backventil omöjlig på grund av dess betydande hydrauliska motstånd. För att komma ur denna situation försöker hantverkarna göra om backventilen till en normalt öppen. Sådana "moderniserade" ventiler kommer att skapa ljudeffekter i systemet på grund av konstant "krångel" med en period som är proportionell mot kylvätskans hastighet. Jag kan föreslå en annan lösning. En flottörventil för tyngdkraftssystem är installerad på huvudstaget mellan bypassinloppen. Ventilen som flyter i naturlig cirkulation är öppen och stör inte kylvätskans rörelse. När pumpen slås på i förbikopplingen stänger ventilen av huvudsteget och leder allt flöde genom förbikopplingen med pumpen.
I den här artikeln har jag övervägt långt ifrån alla missuppfattningar som finns bland specialister som installerar gravitation. Om du gillade artikeln är jag redo att fortsätta med svar på dina frågor.
I nästa artikel kommer jag att prata om byggmaterial.
REKOMMENDERA ATT LÄSA MER:
