Naturligt cirkulationsvärmesystem: vanliga vattenkretsscheman

Konstruktionen av ett autonomt värmenätverk av gravitationstyp väljs om det är opraktiskt, och ibland omöjligt, att installera en cirkulationspump eller ansluta till en centraliserad strömförsörjning.

Ett sådant system är billigare att installera och är helt oberoende av el. Dess prestanda beror dock till stor del på designens noggrannhet.

För att ett värmesystem med naturlig cirkulation ska fungera smidigt är det nödvändigt att beräkna dess parametrar, korrekt installera komponenterna och rimligtvis välja vattenkretsdesign. Vi hjälper till att lösa dessa problem.

Vi beskrev huvudprinciperna för driften av gravitationssystemet, gav råd om val av rörledning och beskrev reglerna för montering av kretsen och placering av arbetsenheter. Vi ägnade särskild uppmärksamhet åt design- och funktionsegenskaperna för ett- och tvårörsuppvärmningssystem.

Principer för den naturliga cirkulationsprocessen

Processen med vattenrörelse i värmekretsen utan användning av en cirkulationspump uppstår på grund av naturliga fysiska lagar.

Att förstå karaktären av dessa processer kommer att möjliggöra kompetent utveckla ett värmesystemprojekt för vanliga och icke-standardiserade fall.

Maximal hydrostatisk tryckskillnad

Den huvudsakliga fysiska egenskapen hos något kylmedel (vatten eller frostskyddsmedel), som underlättar dess rörelse längs kretsen under naturlig cirkulation, är en minskning av densiteten med ökande temperatur.

Densiteten för varmt vatten är mindre än för kallt vatten och därför finns det en skillnad i det hydrostatiska trycket för de varma och kalla vätskekolonnerna. Kallt vatten, som strömmar till värmeväxlaren, tränger ut varmt vatten upp i röret.

Drivkraften för vatten i kretsen under naturlig cirkulation är skillnaden i hydrostatiskt tryck mellan de kalla och varma vätskekolonnerna

Värmekretsen i ett hus kan delas upp i flera fragment. Vatten riktas uppåt längs de "heta" fragmenten och nedåt längs de "kalla" fragmenten.Gränserna för fragmenten är de övre och nedre punkterna i värmesystemet.

Huvuduppgiften inom modellering naturliga cirkulationssystemvatten är för att uppnå största möjliga skillnad mellan trycket i vätskekolonnen i de "heta" och "kalla" fragmenten.

Ett klassiskt element i vattenkretsen för naturlig cirkulation är accelerationsgrenröret (huvudstigare) - ett vertikalt rör riktat uppåt från värmeväxlaren.

Accelerationsgrenröret måste ha en maximal temperatur, så det är isolerat längs hela sin längd. Även om höjden på samlaren inte är hög (som för envåningshus), kan isolering inte utföras, eftersom vattnet i den inte kommer att hinna svalna.

Typiskt är systemet utformat på ett sådant sätt att accelerationskollektorns topppunkt sammanfaller med topppunkten för hela kretsen. Det finns en utgång till öppna expansionskärlet eller en luftventil om man använder en membrantank.

Då är längden på det "heta" kretsfragmentet minsta möjliga, vilket leder till en minskning av värmeförlusten i detta område.

Det är också önskvärt att den "heta" delen av kretsen inte kombineras med en långvarig sektion som transporterar kyld kylvätska. Helst sammanfaller den lägsta punkten i vattenkretsen med den lägsta punkten på värmeväxlaren placerad i värmeanordningen.

Ju lägre pannan är placerad i värmesystemet, desto lägre är det hydrostatiska trycket i vätskekolonnen i den varma delen av kretsen

Det "kalla" segmentet av vattenkretsen har också sina egna regler som ökar vätsketrycket:

• desto större värmeförlust i den "kalla" delen av värmenätet, ju lägre temperaturen på vattnet är och desto större dess densitet, därför är driften av system med naturlig cirkulation endast möjlig med betydande värmeöverföring;
• desto större avstånd från kretsens bottenpunkt till radiatoranslutningen, desto större area av vattenpelaren med lägsta temperatur och maximal densitet.

För att säkerställa överensstämmelse med denna sista regel installeras ofta ugnen eller pannan i husets lägsta punkt, såsom källaren. Denna placering av pannan säkerställer det största möjliga avståndet mellan radiatorernas nedre nivå och punkten där vattnet kommer in i värmeväxlaren.

Höjden mellan vattenkretsens nedre och övre punkt under naturlig cirkulation bör dock inte vara för hög (i praktiken inte mer än 10 meter). Ugnen eller pannan värmer endast värmeväxlaren och den nedre delen av accelerationsgrenröret.

Om detta fragment är obetydligt i förhållande till hela höjden av vattenkretsen, kommer tryckfallet i det "heta" fragmentet av kretsen att vara obetydligt och cirkulationsprocessen kommer inte att starta.

Användningen av naturliga cirkulationssystem för tvåvåningsbyggnader är ganska motiverad, men för större byggnader kommer en cirkulationspump att behövas

Minimerar motståndet mot vattenrörelser

Vid utformning av ett system med naturlig cirkulation är det nödvändigt att ta hänsyn till kylvätskans rörelsehastighet längs kretsen.

för det första, ju snabbare hastighet, desto snabbare kommer värmeöverföringen att ske genom systemet "panna - värmeväxlare - vattenkrets - värmeradiatorer - rum".

För det andra, ju snabbare vätskans hastighet genom värmeväxlaren, desto mindre sannolikt är det att koka, vilket är särskilt viktigt för spisuppvärmning.

Att koka vatten i systemet kan vara mycket dyrt - kostnaden för demontering, reparation och återinstallation av värmeväxlaren kräver mycket tid och pengar

I system forcerad cirkulationsuppvärmning hastigheten på vattnets rörelse beror huvudsakligen på parametrarna cirkulationspump.

Med vattenuppvärmning med naturlig cirkulation beror hastigheten på följande faktorer:

• tryckskillnad mellan fragment av konturen vid dess nedre punkt;
• hydrodynamiskt motstånd värmesystem.

Metoder för att säkerställa maximal tryckskillnad diskuterades ovan. Den hydrodynamiska resistansen hos ett verkligt system kan inte beräknas exakt på grund av den komplexa matematiska modellen och det stora antalet indata, vars noggrannhet är svår att garantera.

Det finns dock allmänna regler som, om de följs, kommer att minska värmekretsens motstånd.

Huvudorsakerna till minskningen av vattenrörelsens hastighet är motståndet hos rörväggarna och närvaron av förträngningar på grund av närvaron av beslag eller avstängningsventiler. Vid låga flödeshastigheter finns det praktiskt taget inget väggmotstånd.

Undantaget är långa och tunna rör, typiska för uppvärmning med golvvärme. Som regel tilldelas separata kretsar med tvångscirkulation för det.

När du väljer typer av rör för en naturlig cirkulationskrets måste du ta hänsyn till förekomsten av tekniska begränsningar när du installerar systemet. Det är därför metall-plaströr Det är oönskat att använda dem med naturlig vattencirkulation eftersom de är anslutna till beslag med en betydligt mindre inre diameter.

Beslag för metall-plaströr minskar den inre diametern något och utgör ett allvarligt hinder för vatten med lågt tryck (+)

Regler för val och installation av rör

Val mellan stål eller polypropenrör för varje cirkulation sker enligt kriteriet om möjligheten att använda dem för varmvatten, såväl som ur prissynpunkt, enkel installation och livslängd.

Tillförselstigaren är monterad från ett metallrör, eftersom vatten med högsta temperatur passerar genom det, och i fallet med spisuppvärmning eller ett fel på värmeväxlaren kan ånga passera igenom.

Med naturlig cirkulation är det nödvändigt att använda en rördiameter som är något större än när du använder en cirkulationspump. Vanligtvis för uppvärmning av rum upp till 200 kvadratmeter. m, diametern på accelerationsgrenröret och röret vid returinloppet till värmeväxlaren är 2 tum.

Detta orsakas av en lägre vattenhastighet jämfört med alternativet med forcerad cirkulation, vilket leder till följande problem:

• minskning av mängden värme som överförs per tidsenhet från källan till det uppvärmda rummet;
• uppkomsten av blockeringar eller luftfickor, som lite tryck inte klarar av.

Vid användning av naturlig cirkulation med en bottenmatningskrets måste särskild uppmärksamhet ägnas åt problemet med att avlägsna luft från systemet. Det kan inte tas bort helt från kylvätskan genom expansionstanken, eftersom Kokande vatten kommer först in i enheterna genom en linje som ligger lägre än dem själva.

Med forcerad cirkulation driver vattentrycket luft till en luftkollektor installerad på systemets högsta punkt - en enhet med automatisk, manuell eller halvautomatisk styrning. Genom att använda Mayevsky kranar I grund och botten är värmeöverföringen justerad.

I gravitationsvärmenätverk med en försörjning placerad under enheterna används Mayevsky kranar direkt för att blöda luft.

Alla moderna värmeradiatorer har anordningar för att släppa ut luft, därför, för att förhindra bildandet av pluggar i kretsen, kan du göra en lutning och driva luft till radiatorn

Luft kan också avlägsnas med hjälp av luftventiler installerade på varje stigrör eller på en luftledning parallell med systemets elnät. På grund av det imponerande antalet luftutblåsningsanordningar används gravitationskretsar med bottenledningar extremt sällan.

Med lågt tryck kan ett litet luftsluss helt stoppa värmesystemet. Enligt SNiP 41-01-2003 är det således inte tillåtet att lägga värmesystemrörledningar utan lutning med en vattenhastighet på mindre än 0,25 m/s.

Med naturlig cirkulation är sådana hastigheter ouppnåeliga. Därför, förutom att öka diametern på rören, är det nödvändigt att upprätthålla konstanta sluttningar för att avlägsna luft från värmesystemet. Lutningen är utformad med en hastighet av 2-3 mm per 1 meter; i lägenhetsnätverk når lutningen 5 mm per linjär meter av den horisontella linjen.

Tillförsellutningen är gjord i vattnets rörelseriktning så att luften rör sig till expansionstanken eller luftavluftningssystemet som är placerat vid kretsens topppunkt. Även om det är möjligt att göra en motlutning, är det i det här fallet nödvändigt att installera ytterligare avluftningsventil.

Returledningens lutning görs vanligtvis i det kylda vattnets rörelseriktning. Då kommer den lägsta punkten i kretsen att sammanfalla med ingången av returröret till värmegeneratorn.

Den vanligaste kombinationen av tillopps- och returledningslutningsriktningar för att avlägsna luftfickor från en naturlig cirkulationsvattenkrets

På lägga upp golvvärme ett litet område i en krets med naturlig cirkulation, är det nödvändigt att förhindra luft från att komma in i de smala och horisontellt placerade rören i detta värmesystem.Det är nödvändigt att installera en luftborttagningsanordning framför det uppvärmda golvet.

Enkelrörs- och tvårörsuppvärmningssystem

När man utvecklar ett värmeschema för ett hus med naturlig vattencirkulation är det möjligt att designa en eller flera separata kretsar. De kan skilja sig väsentligt från varandra. Oavsett längden, antalet radiatorer och andra parametrar är de gjorda enligt ett enkelrörs- eller tvårörsschema.

Krets med en linje

Ett värmesystem som använder samma rör för sekventiell tillförsel av vatten till radiatorerna kallas enkelrör. Det enklaste enrörsalternativet är uppvärmning med metallrör utan användning av radiatorer.

Detta är det billigaste och minst problematiska sättet att värma ett hus när man väljer naturlig kylvätskecirkulation. Den enda betydande nackdelen är utseendet på skrymmande rör.

Som mest ekonomiskt enkelrörsversion Med värmeradiatorer strömmar varmvatten sekventiellt genom varje enhet. Här krävs ett minsta antal rör och avstängningsventiler.

Allt efter som kylvätska kyls ner, så efterföljande radiatorer får kallare vatten, vilket måste beaktas vid beräkning av antalet sektioner.

En enkel enrörskrets (ovan) kräver ett minimum av installationsarbete och investeringar. Det mer komplexa och dyra alternativet nedan låter dig stänga av radiatorer utan att stoppa hela systemet

Det mest effektiva sättet att ansluta värmeenheter till ett enrörsnät anses vara det diagonala alternativet.

Enligt detta schema för värmekretsar med en naturlig cirkulationstyp kommer varmt vatten in i radiatorn ovanifrån, och efter kylning släpps det ut genom röret nedanför.När man passerar på detta sätt avger uppvärmt vatten maximal värmemängd.

När både inlopps- och utloppsrören är anslutna till batteriet i botten minskar värmeöverföringen avsevärt, eftersom den uppvärmda kylvätskan måste gå längst möjliga väg. På grund av betydande kylning används inte batterier med ett stort antal sektioner i sådana kretsar.

"Leningradka" kännetecknas av imponerande värmeförluster, som måste beaktas vid beräkning av systemet. Dess fördel är att när man använder avstängningsventiler på inlopps- och utloppsrören kan enheter selektivt stängas av för reparationer utan att stoppa uppvärmningscykeln (+)

Värmekretsar med liknande anslutning av radiatorer kallas "Leningradka". Trots de noterade värmeförlusterna föredras de i arrangemanget av uppvärmningssystem för bostäder, vilket beror på rörledningens mer estetiska utseende.

En betydande nackdel med enkelrörsnät är oförmågan att stänga av en av värmesektionerna utan att stoppa vattencirkulationen genom hela kretsen.

Därför använder de vanligtvis en modernisering av det klassiska schemat med installationen "gå förbi» för att kringgå radiatorn med en gren med två kulventiler eller en trevägsventil. Detta gör att du kan reglera vattentillförseln till radiatorn, till och med stänga av den helt.

För två eller fler våningsbyggnader används varianter av ett enrörsschema med vertikala stigare. I detta fall är fördelningen av varmvatten mer enhetlig än med horisontella stigare. Dessutom är vertikala stigare kortare och passar bättre in i husets inre.

Ett enkelrörsschema med vertikala ledningar används framgångsrikt vid uppvärmning av tvåvåningsrum med naturlig cirkulation. Ett alternativ har presenterats med möjligheten att stänga av de övre radiatorerna

Alternativ med returrör

När ett rör används för att leverera varmvatten till radiatorer och det andra för att dränera kylt vatten till en panna eller ugn, kallas detta uppvärmningssystem ett tvårörsvärmesystem. I närvaro av värmeradiatorer används ett sådant system oftare än ett enrörssystem.

Det är dyrare, eftersom det kräver installation av ett extra rör, men har ett antal betydande fördelar:

• jämnare temperaturfördelning kylvätska som tillförs radiatorerna;
• lättare att beräkna beroende av radiatorparametrar på området för det uppvärmda rummet och de erforderliga temperaturvärdena;
• effektivare värmereglering till varje radiator.

Beroende på rörelseriktningen för kylt vatten i förhållande till varmvatten, tvårörssystem uppdelad i passerande och återvändsgränd. I tillhörande kretsar sker rörelsen av kylt vatten i samma riktning som varmvatten, så cykellängden för hela kretsen är densamma.

I återvändsgränder rör sig kylt vatten mot varmt vatten, så för olika radiatorer skiljer sig längderna på kylvätskecirkulationscyklerna. Eftersom hastigheten i systemet är låg kan uppvärmningstiden variera kraftigt. De radiatorer vars vattencykel är kortare kommer att värmas upp snabbare.

När man väljer återvändsgränd och tillhörande uppvärmningssystem, utgår de främst från bekvämligheten med att installera returröret

Det finns två typer av placering av fodret i förhållande till värmeradiatorerna: övre och nedre.Med den övre anslutningen är röret som levererar varmvatten placerat ovanför värmeradiatorerna och med den nedre anslutningen är det under.

Med en bottenanslutning är det möjligt att avlägsna luft genom radiatorer och man behöver inte dra rör uppifrån, vilket är bra ur rumsdesignsynpunkt.

Men utan ett accelerationsrör blir tryckfallet mycket mindre än när man använder toppledningen. Därför används bottenfodret praktiskt taget inte vid uppvärmning av lokaler enligt principen om naturlig cirkulation.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Organisation av en enrörskrets baserad på en elektrisk panna för ett litet hus:

Drift av ett tvårörssystem för ett envånings trähus baserat på en långbrännande fastbränslepanna:

Användningen av naturlig cirkulation under rörelsen av vatten i värmekretsen kräver noggranna beräkningar och tekniskt kompetent installationsarbete. Om dessa villkor är uppfyllda kommer värmesystemet att effektivt värma upp lokalerna i ett privat hus och befria ägarna från pumpljud och beroende av el.

Om du har några frågor om ämnet eller vill dela med dig av din personliga erfarenhet av att organisera och driva ett värmesystem av gravitationstyp, vänligen lämna kommentarer om den här artikeln. Feedbackblocket finns nedan.