Система отопления с естественной циркуляцией для частного дома: закрытая схема и однотрубная

Система отопления с естественной циркуляцией на сегодняшний день считается самой простой и популярной среди владельцев квартир и одноэтажных частных домов. Очевидным преимуществом является длительный срок службы: при правильной эксплуатации долговечность достигает 40 лет без необходимости ремонта. Кроме того, есть возможность установить ее своими руками, прибегнув к уже существующим схемам.

Какое топливо удобнее?

В случае если в качестве топлива используется газ, то отопление с естественной циркуляцией основано на принципе отбора воздуха из помещения в открытую горелку и отвода продукта сгорания в вентиляционные ходы. В данном случае для котла понадобится помещение от 4м2 с хорошей вентиляцией (окнами и дверью).

Поэтому такая схема не слишком удобна. Намного чаще применяется закрытая или открытая система водяного отопления с естественной циркуляцией, которую можно провести своими руками.

В многоэтажных домах часто используется однотрубная система.  В основном используется схема с замыкающими участками, когда из стояка часть воды идет вверх, часть – вниз, благодаря замыкающему участку, что обеспечивает баланс температур между нижними и верхними этажами. Система работает благодаря разнице в диаметре труб подключения и трубы замыкающего участка (на размер меньше). Двухтрубная система в сравнении с однотрубной – менее компактна и удобна в монтаже.

Недостатки

Во-первых, сокращенный радиус: он составляет не больше 30 м относительно горизонтали. Недостаток вызван такими факторами, как низкое давление циркуляционного типа и медленный старт. Последний обусловлен высокой тепловой ёмкостью жидкости и приведенными силами давления. Второй недостаток — вероятность замерзания воды в расширительном бачке.
Системы отопления с естественной циркуляцией не подходят для площадей более 100 м2: не все пространство будет прогреваться должным образом. Поэтому чаще всего она используется для небольшого одноэтажного дома, дачи.

Схема действия

В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, расширительный бачок и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.

Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.

Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.

Защитные механизмы

Уклон труб позволяет отводить из системы воздух в сторону расширительного бачка: попадает в атмосферу, не задерживаясь в трубах и не мешая движению воды.

Важна работа защитных механизмов. Так, обратный гравитационный клапан позволяет избежать циркуляции потока воды в неправильном направлении, что очень необходимо двухтрубным и однотрубным системам с верхней разводкой при нескольких контурах.

Использование бака

Расширительный бак выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.

Процессы в трубопроводах

Процессы в трубах в естественной циркуляции связаны с движением воды. Так, подъём жидкости происходит посредством расширения из-за нагрева и гравитационного давления. Гравитационное давление нужно для преодоления водой трения о трубопровод, которое мешает ее движению. Циркулировать вода начинает благодаря разной плотности холодной и горячей воды: она движется вверх по подающему и вниз по обратному стояку.

Величина гравитационного давления напрямую зависит от возникающих сопротивлений. Чем больше их появляется на пути теплоносителя, тем выше должен быть показатель. Также необходимо предпринять меры, чтобы свести сопротивления к минимуму. Так, трение можно снизить путём применения труб с большим диаметром.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Показатели напора

Для создания циркуляционного напора центры радиаторов ставятся выше центральной части котла. Именно эта высота считается основным фактором напора циркуляции. Уклон труб и «обратки» тоже влияют на данный процесс: благодаря им вода лучше преодолевает сопротивления местного типа.

Увеличение температур

Другой фактор заключается в разнице между плотностью холодной и горячей воды. Отметим следующий факт – отопление с естественной циркуляцией относится к саморегулирующемуся типу. Таким образом, если увеличить температуру нагрева воды, то меняется ее расход и становится выше циркуляционный напор.

Сильный прогрев жидкости в немалой степени способствует более быстрой циркуляции. Но так происходит только в холодном помещении: когда температура воздуха в них достигнет определённой отметки, батареи будут остывать гораздо медленнее.

Плотность, как прогретой в котле, так и уже попавшей в радиаторы воды практически сравняется. Напор снизится, быстрое обращение воды сменится размеренной циркуляцией внутри системы.

Как только температура помещений частного дома вновь опустится до определённого уровня, это послужит сигналом для увеличения напора. Система попытается выровнять температурные условия. Для этого придётся заново запустить процесс быстрой циркуляции. Отсюда и происходит способность к самостоятельной регуляции.

Вкратце правило следующее – одномоментная смена температуры и объёма воды позволяет получить нужную тепловую отдачу от батарей для отопления помещений.

Как результат, поддерживаются комфортные температурные условия.

Куда ставить котёл?

В частном доме, в помещении одноэтажного дома отопительные котлы лучше всего монтировать ниже уровня приборов для прогрева помещений. В квартирах ситуация обстоит несколько иначе. Здесь котлы часто ставятся на одном уровне с радиаторами, что не совсем эффективно. Поэтому монтаж лучше произвести как бы в яму, то есть поставить оборудование на перекрывающие плиты.

Для этого вокруг котла обычно выпиливается пол. «Яму» следует делать, соблюдая правила противопожарной безопасности. Они предполагают разравнивание основания тонкой стяжкой и укладку листов, изготовленных из железа и асбеста. Котёл в «яме» нагоняет лучший циркуляционный напор.

Выбор труб

Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:

• диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
• диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
• диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.

В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2  нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.

Системы отопления с принудительной и естественной циркуляцией

Главная » Отопление

Отопление

Автор admin На чтение 3 мин.

Системы отопления классифицируются по многим признакам. Рассмотрим, как они различаются по принципу побуждения циркуляции, и в каком случае какой вариант выгоднее.

Для нормальной работы отопительной системы необходим постоянный поток воды (или другого теплоносителя) по трубопроводам. Схема построения трубопроводов ориентирована на один из двух способов создания данного движения:

1. с естественной циркуляцией;
2. с принудительной циркуляцией.

Содержание

1. Чем они различаются?
2. Системы отопления с естественной циркуляцией
3. Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя
4. Выбор способа циркуляции

Чем они различаются?

Различие двух этих схем заключается в способе перемещения теплоносителя: если в первом случае он перемещается за счет естественной конвекции, то во втором варианте схема включает в себя насос для перекачки воды. Разберем подробно оба варианта.

Системы отопления с естественной циркуляцией

В системе с естественной циркуляцией используется принцип перемещения теплоносителя под влиянием конвекции. Чем больше температура, тем меньше плотность среды, и под влиянием сил, объясняемых законом Архимеда, нагретый теплоноситель перемещается в верхние точки схемы отопления, а остыв опускается вниз.

Подобная схема не требует дополнительных затрат энергии на создание циркуляции и может работать только за счет тепла вырабатываемого котлом, или другой теплогенерирующей установкой.

Подобные схемы требуют тщательного гидравлического расчета и несколько большего диаметра труб разводки. Также такие системы требовательны к соблюдению уклонов при монтаже.

Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя

Для данной схемы обязательно используются насосы или другие устройства (инжекторы и т. п.), для принудительной перекачки воды (теплоносителя). Возможность самостоятельной циркуляции в данном случае почти не важна. Это несколько усложняет конструкцию, но позволяет добиться и определенных преимуществ.

К достоинствам можно отнести:

1. возможность упростить гидравлический расчет;
2. возможность использовать трубы и арматуру меньших диаметров, делая отопление менее материалоемким;
3. если здание имеет большую высоту, то единственный способ подать теплоноситель на верхние этажи – использование насосов. Например, в 10 этажном здании статическое давление воды в системе составляет порядка 3-4 атмосфер, а отопление с естественной циркуляцией чаще всего не может создать напор более 1,5 – 2 бар.
4. для данной схемы не важна протяженность труб, так как не может из-за срыва конвекции сложится такая ситуация, что теплоноситель прекратит движение;
5. при монтаже необязательно точно выдерживать уклоны – если конструкция здания требует, то можно расположить переходы со значительным перепадом по уровню;
6. можно значительно повышать давление в системе, повышая КПД и эффективность работы котлов.

Выбор способа циркуляции

Разберем случаи, когда имеет смысл проектировать схемы с естественным движением теплоносителя (воды):

1. если отопление монтируется для небольшого помещения;
2. если принудительная система циркуляции с электронасосами не может быть обустроена из-за отсутствия электроснабжения;
3. если возможны длительные перебои с подачей электроэнергии, которые при реализации схемы с принудительной циркуляцией могут вызвать остановку обращения воды и разморозку труб и радиаторов.

Если требуется создание высокого давления, повышение эффективности использования котельного оборудования, более интенсивная циркуляция теплоносителя (воды), то следует отказываться от естественной схемы движения потоков в пользу принудительной.

Часто как аргумент в пользу отказа от принудительной системы отопления приводят дополнительные затраты энергии на питание электронасосов. Но это неверно – по эффективности использования энергоресурсов, система отопления с принудительной циркуляцией значительно превосходит оппонента.

В заключении нужно заметить – даже при затруднении с электроснабжением можно не отказываться от преимуществ системы с использованием циркуляционного насоса.

Для этого стоит обратить внимание на современные энергонезависимые котлы, которые имеют встроенный электрогенератор и насос.

Подобное оборудование позволяет  реализовать все преимущества систем с принудительной циркуляцией без необходимости подключения внешнего питания. Но есть один минус – подобные установки чаще всего рассчитаны только на газ или жидкое топливо.

SCIRP Открытый доступ

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по тематике  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикация у нас

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

• Предварительное исследование эффективности хищничества жука-убийцы Rhynocoris rapax Stal (Heteroptra: Reduviidae) на травяной совке Spodoptera frugiperda Smith (Lepidoptera: Noctuidae), крупный вредитель кукурузы ()

  Ассенен Оверсе Н’Гессан, Брис Сидоин Эссис, Ачи Лоран Н’чо, Хью Аннисет Н’да, Куаме Жан-Ноэль Конан, Н’Гессан Альфонс Куасси

  Достижения в энтомологии Том 11 №1, 6 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/ae.2023.111002 28 загрузок  227 просмотров

• Принятие двух доз вакцины против ВПЧ в округе Накуру, Кения: пример округов Ронгай и Западный Накуру()

  Табита Чепкемой, Филис Джеротич

  Journal of Biosciences and Medicines Vol.11 No.1, 6 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/jbm.2023.111001 14 загрузок  91 просмотр

• Критический анализ дисциплинарных вмешательств в «управлении классом, которое работает»: два десятилетия спустя ()

  Туани Робертс, Глория Дэниелс, Джордан Левел, Трениша Мюррелл, Джанель Рассел

  Журнал библиотеки открытого доступа Том 10 №1, 6 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/oalib.1109555 13 загрузок  85 просмотров

• Уровень знаний о раке молочной железы среди женщин в коммуне Параку в 2021 году()

  Люк Валер Коджо Брун, Йесито Корин Надеж Уэхану-Сону, Нукунте Давид Лайонел Тогбенон, Мари-Клер Ассомпшн Олуфуди Балле Поньон, Людвин Гислен Фифаме Падону, Фалилат Сейду, Кабибу Салифу, Мария Тереза ​​Акеле Акпо

  Успехи в исследованиях рака молочной железы Том 12 № 1, 6 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/abcr.2023.121001 16 загрузок  111 просмотров

• Микроальбуминурия и ассоциированные факторы при диабете в CNHU-HKM Котону ()

  Аннели Кереку Ход, Юбер Деджан, Дуселин д’Алмейда

  Журнал сахарного диабета Том 13 № 1, 6 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/jdm.2023.131001 8 загрузок  65 просмотров

• Аналитический анализ смешанного обучения иностранных студентов в Китае из открытых источников ()

  Юаньбо Ци, Иджун Мэн, Юсин Луо, Цзяян Чен

  Китайские исследования Том 12 №1, 5 января 2023 г.

  DOI: 10.4236/chnstd.2023.121001 21 загрузка  189 просмотров

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp.org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Бесплатные информационные бюллетени SCIRP

Copyright © 2006-2023 Scientific Research Publishing Inc. Все права защищены.

Верхняя

ЧТО ТАКОЕ СИСТЕМА ГРАВИТАЦИОННОГО ОТОПЛЕНИЯ? – Новый взгляд на гравитационное конвекционное отопление

Что такое гравитационная система отопления? Столетие назад все водные системы водяного отопления (горячая вода и пар) использовали свойства естественной гравитационной конвекции нагретой воды и водяного пара (пара) для распределения энергии. НЕ ТРЕБУЕТСЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ! По сути, это были однозонные системы, которые можно было регулировать только путем изменения подводимой энергии котла и выходного излучения с помощью регистровых заслонок или вентиляционных отверстий парового радиатора соответственно.

Вот пример: На следующем фото изображена оригинальная домашняя гравитационная система водяного отопления, установленная в 1890 году и до сих пор обеспечивающая стабильное и равномерное отопление в каждом уголке этого многоэтажного дома. Первоначально он работал на угле, но где-то в середине 20 века он был переведен на мазут, и с тех пор на нем было установлено несколько масляных горелок. Обратите внимание на «Систему управления», состоящую из термостата наверху, масляной горелки и необходимого аквастата верхнего предела, прикрепленного к левой трубе гравитационного стояка. Вот и все! Владелец в настоящее время «рассматривает» модернизацию котла для очевидного повышения эффективности использования топлива.

Тремя (3) основными элементами любой системы водяного отопления являются производство тепла (котел), распределение энергии (насосы) и преобразование в тепло помещения (излучение). Из этих гидравлических распределений, как правило, меньше всего понимают, как правило, применяют неправильно и отчаянно нуждаются в пересмотре!

Внедрение электрических циркуляционных насосов в конце 1920-х годов сделало возможным принудительное водяное отопление (FHW) и навсегда изменило гидравлическое распределение. Исчезли более крупные скошенные трубы (см. пример) и радиаторы, замененные зональным отоплением и оребренным излучением. Таким образом, в то время как естественная (гравитационная) конвекция лежит в основе всего гидронического распределения, ее преимущества никогда не учитываются в современной практике. Поэтому устанавливается обратный клапан, чтобы свести на нет его теперь нежелательные эффекты. Таким образом, теряется теоретически очень полезная «свободная» естественная гравитационная конвекция.

Ранние электрические циркуляционные насосы (циркуляционные насосы) были большими, энергоемкими и состояли из отдельных компонентов, т. е. от двигателя к соединению с насосом. Мы, «старожилы», живо помним вышедшие из строя муфты разных типов, заклинившие и негерметичные насосы, дымящие моторы. Появление циркуляционных насосов с мокрым ротором было похоже на манну небесную: они уменьшили проблемы с циркуляционными насосами за счет увеличения срока службы и снижения энергопотребления.

Внедрение циркуляционных насосов Delta-T ECM вывело управление гидравлическим распределением на совершенно новый уровень сложности. Встроенные функции контрольно-измерительных приборов и отображение рабочих данных циркуляционных насосов delta-t обеспечивают нам идентификацию с конечными атрибутами и управление приложениями.

Наша работа была направлена ​​на оптимизацию этого врожденного, подавленного вклада естественной гравитационной конвекции как в экономию энергии при распределении, так и в функцию выборочного аварийного режима в водяном отоплении. Таким образом, циркуляционный насос Delta-T ECM был решающим инструментом в разработке нашего «Neo-Gravity Delta-T ECM Hydronic (FHW) Heating Appliance™» (патент США 10,69).0 356, Канада подала 2 964 131). Мы заявляем об оптимизации естественной самотечной конвекции в нашем котле, примыкающих к котлу распределительных трубопроводах с учетом требований к распределению энергии с использованием одного специального циркуляционного устройства Delta-T ECM Appliance Circulator. Ссылаясь на автомобильную аналогию, мы называем это «установкой автоматической коробки передач на котле™». Этот интеллектуальный циркуляционный насос с регулируемой скоростью на практике фактически представляет собой гидравлическую трансмиссию с регулируемой скоростью.

Теперь давайте вернемся к старой самотечной системе водяного отопления столетней давности. Для сравнения, современные водяные системы отопления имеют меньший размер трубопровода с несколькими зонами для гибкости нагрева. В старых «гравитациях» использовались массивные чугунные котлы с трубами большего размера для регулирования подачи тепла, в противном случае управление было особенно затруднено при использовании твердого топлива, такого как дрова или уголь. Щедрый размер котла, размеры распределительных трубопроводов и радиационных элементов, гравитационная конвекция работали довольно хорошо, и снова без требований к мощности распределения!

Правильная обвязка современной системы FHW с использованием специального «Delta-T Moded Circulator» с дополнительными низкоэнергетическими шаровыми зональными клапанами дает отличные результаты! Переместите его на старую компоновку гравитационной системы, и вы функционально имитируете его работу, как показано на следующих рисунках.

Основное преимущество заключается в применении естественной гравитационной циркуляции (также известной как «свободная энергия») для современной модернизации. Похоже, мы утратили все другие навыки торговли в управлении гравитационной конвекцией или ее усилении. Никогда не уделяется внимание размещению, уплотнению и минимизации распределительных трубопроводов, в частности, в интересах «Матери-природы». Дополнительные преимущества доступны в схеме излучения за счет использования правильно подобранных и сконфигурированных рядов периметра и/или разделенных контуров излучения. Например, коленчатый фитинг 45° экономит 30 % трубопровода и значительно снижает давление напора по сравнению с 9Разгон локтя 0°. Весь увеличенный объем труб и фитингов и давление напора снижает эффект естественной гравитационной конвекции, не говоря уже о значительном увеличении материалов, рабочей силы и энергии в течение всего срока службы, а также эксплуатационных затрат на обслуживание системы.

Наш циркуляционный насос с режимом Delta-T хорошо измеряет эффект напора с помощью индикатора мощности. Все наши отдельные специализированные системные циркуляторы Beta Site (в настоящее время до конструкций площадью 3000 кв. футов) демонстрируют потребляемую мощность распределения от 8 до 13 Вт при типичном расходе 4 галлона в минуту при дельта-t (регулируемом) дифференциальном достижении 20°. Сравните это с минимальной мощностью 80 Вт для каждого современного циркуляционного насоса с фиксированной скоростью. При установленной стабилизации дельта-t вы наблюдаете, как мощность циркуляции неуклонно снижается до половины или меньше, поскольку способствует естественная конвекция. Мы относимся к этому эффекту как к «гребле на каноэ по течению». Требуется гораздо меньше усилий….. и энергии!

Вторичный эффект дельта-управляемой гравитационной конвекции ра изменение профиля нагрева, сглаживание колебаний амплитуды потребности и повышение комфорта. Некоторая наблюдаемая нами расширенная экономия топлива и заявления производителей о дельта-t, по-видимому, в значительной степени связаны с этим эффектом профилирования излучения. Еще одним фактором является более низкая рабочая температура системы при использовании чугунного котла очень большой массы по сравнению с современными установками с малой массой. Циклы работы горелки значительно реже, чем системы, которые они заменяют, что увеличивает срок службы компонентов и снижает затраты на техническое обслуживание.

Личное наблюдение за чугунным котлом: этот автор никогда не заменял “холодный выстрел” чугунный котел с трещинами или поврежденным магнетитом за более чем шестьдесят пять лет эксплуатации водяных и паровых установок! Возможно, обсуждение на другой день, но мы также «выплеснули ребенка (чугунный котел) вместе с водой из ванны», цитируя старую пословицу? Наш комментарий к недавнему Годовому отчету о котлах за 2019 год, похоже, подтверждает наше утверждение. Прочтите наш блог «Чтение между строк» ​​об этом отчете.

Наконец, сочетание более высокой тепловой массы котла с усиленной самотечной конвекцией существенно увеличивает непрерывность нагрева в режиме селективного отказа. Недавно и за четыре года до этого на нашем бета-сайте № 3 произошел аварийный сбой циркуляционного насоса. Последнее состояние перегрузки по току от скачка напряжения «защитило» его работу. В обоих случаях состояние не обнаруживалось в течение примерно 2-3 дней, несмотря на значительную потребность в отоплении. Ни отопление жилых помещений, ни косвенное производство ГВС не пострадали. В конечном итоге было отмечено снижение нагрева второго уровня, как и ранее. Клиент позвонил, и мы сбросили выключатель питания по телефону, чтобы решить проблему. Также следует отметить, что у нас не было обращений в службу поддержки, связанной с системой, за более чем пятьдесят пять (55) совокупных лет эксплуатации и 200 000 часов работы на наших контролируемых бета-сайтах устройств!

В заключение, современные излишества и неправильное применение гидронного распределения очень беспокоят автора.