Гравитационна отоплителна система: елементи, принцип на действие и електрически схеми

Какъв е принципът на гравитационната отоплителна система

Гравитационното отопление се нарича още система с естествена циркулация. Използва се за отопление на къщи от средата на миналия век. Отначало обикновеното население не се доверяваше на този метод, но виждайки неговата безопасност и практичност, те постепенно започнаха да заменят тухлените печки с водно отопление.

След това, с появата на котли на твърдо гориво, необходимостта от обемисти пещи изчезна напълно. Гравитационната отоплителна система работи на прост принцип. Водата в котела се загрява и специфичното му тегло става по-малко студено. В резултат на това той се издига по вертикалния щранг до върха на системата. След това охлаждащата вода започва своето движение надолу и колкото повече се охлажда, толкова по-голяма е скоростта на нейното движение. Това създава поток в тръбата към най-ниската точка. Тази точка е връщащата тръба, монтирана в котела.

Докато се движи отгоре надолу, водата преминава през отоплителните радиатори, оставяйки част от топлината си в стаята. Циркулационната помпа не участва в движението на охлаждащата течност, което прави тази система независима. Следователно тя не се страхува от спиране на тока.

Изчисляването на гравитационната отоплителна система се извършва, като се вземат предвид топлинните загуби на къщата. Изчислява се необходимата мощност на отоплителните устройства и на тази база се избира котелът. Трябва да има резерв на мощност един и половина пъти.

Нагревателен кръг с естествена циркулация

Схемите за отопление с естествена циркулация на охлаждащата течност днес не са особено популярни поради тяхната „морална старост“, ниска ефективност, обемност, висока цена на материалите и монтажа, невъзможността за диференциран контрол на температурата в отделните радиатори и т.н.

Но те са незаменими в онези къщи, където няма електричество, тъй като такива системи, оборудвани с котел на твърдо гориво, могат да работят автономно (разбира се, с периодично присъствие на човек).

Принципът на работа на отоплителна система с естествена циркулация (нарича се още гравитация) е да се създаде температурна разлика между охлаждащата течност на изхода от котела и входа му. Поради различната плътност на охлаждащата течност при различни температури, тя се движи през тръбите гравитационно, без да се използва циркулационна помпа, тоест топлата вода се издига нагоре, а вече охладената вода „идва“ от връщащата тръба на нейно място. Когато преминава през радиаторите, охлаждащата течност понижава температурата си, отдавайки топлина на околната среда и след „пълен кръг“ и връщайки се към топлообменника на котела, тя отново се загрява и цикълът се повтаря.

Обемът на охлаждащата течност в такива системи е доста голям и зависи от диаметъра на тръбите и дължината на системата. Средно обемът на водата ще бъде 3 пъти повече в естествена циркулационна система, отколкото в система с принудителна циркулация. И това е с еднаква площ на отопляеми помещения.

Голямо количество охлаждаща течност в системата увеличава нейната инерция. В това има и положителен момент, ако котелът „изгасне“, топлината в системата ще остане известно време. И в случай на използване на антифриз в отоплителната система, вие просто плащате за допълнителни десетки литри от това вещество.

Последователното преминаване на охлаждащата течност през отоплителните радиатори води до нейното охлаждане.По този начин тези радиатори, разположени в началото на системата (от централния щранг), ще се нагряват повече от тези, разположени в края на отоплителната мрежа (пред котела). Практически е невъзможно да се регулира степента на нагряване на радиаторите с такава връзка.

Друга характеристика на такава система е нейната "придирчивост" към материала на използваните тръби. Те непременно трябва да са метални - обикновено стоманени. Полимерните тръби просто не могат да издържат на високите температури, които могат да възникнат в системата при прегряване на охлаждащата течност в котела. Последиците от подобно "ограничение" при избора на материали са ниската ефективност на цялата система като цяло, високата цена на монтажа и обезсилването на естетиката на съвременните отоплителни уреди с голям диаметър на стоманените тръби и тромавостта на цялата система като цяло.

Задължителен елемент на такава отоплителна система е, който трябва да бъде в горната част на системата. Обемът му трябва да бъде приблизително 1/10 от обема на охлаждащата течност в системата. Например, ако обемът на охлаждащата течност в системата е 200 литра, капацитетът на резервоара трябва да бъде 15-20 литра. Типът с отворен резервоар предполага, че системата е постоянно в контакт с атмосферното налягане. Това също е предпоставка за съществуването на системата.

Обобщаване на резултатите.

Гравитационният поток има следните предимства:

• възможността за автономно използване;
• достатъчно висока топлинна инерция.

Недостатъци:

• голям обем охлаждаща течност (антифриз);
• неестетична "обемност";
• ниска ефективност;
• скъпа (трудна за самоизпълнение) инсталация;
• доста висока цена;
• липса на възможност за регулиране на температурата.

Паралелна двутръбна версия на отоплителната система на частна къща

В системата, диаграмата на която е показана на фигурата, температурата на отделните радиатори вече няма да зависи силно от местоположението, вече е възможно да се регулира температурата на отделните радиатори, но не всички! Необходим е също наклонът на хоризонталните тръби (щрангове) и техният достатъчно голям диаметър.

Нека да преминем към следващата диаграма на отоплителната система.

Описание на веригата

За да може такова отопление да работи, съотношенията на тръбите, техните диаметри и ъгли на наклон трябва да бъдат правилно избрани. Освен това в тази система не се използват някои видове радиатори.

Помислете от какви елементи се състои цялата структура:

1. Котел на твърдо гориво. Влизането на вода в него трябва да бъде в най-ниската точка на системата. Теоретично котелът може да бъде и електрически или газов, но на практика те не се използват за такива системи.
2. Вертикален щранг. Дъното му е свързано с подаването на котела, а горната вилица. Едната част е свързана към захранващата тръба, а втората е свързана към разширителния резервоар.
3. Разширителен резервоар. В него се излива излишната вода, която се образува при разширяване от нагряване.
4. Захранващ тръбопровод. За да може гравитационната отоплителна система за топла вода да работи ефективно, тръбопроводът трябва да има по-малък наклон. Стойността му е 1-3%. Тоест за 1 метър тръба разликата трябва да бъде 1-3 сантиметра. Освен това диаметърът на тръбопровода трябва да намалява с разстоянието от котела. За това се използват тръби от различни секции.
5. Нагревателни устройства. Като тях се монтират или тръби с голям диаметър, или чугунени радиатори M 140. Не се препоръчва да се инсталират модерни биметални и алуминиеви радиатори. Те имат малка площ на потока. И тъй като налягането в гравитационната отоплителна система е ниско, е по-трудно да се прокара охлаждащата течност през такива отоплителни устройства. Дебитът ще намалее.
6. Тръбопровод за връщане. Подобно на захранващата тръба, тя има наклон, който позволява на водата да тече свободно към котела.
7. Кранове за отводняване и прием на вода.Изпускателният кран е монтиран в най-ниската точка, непосредствено до котела. Кранът за прием на вода се прави навсякъде, където е удобно. Най-често това е място близо до тръбопровода, което се свързва със системата.

Видове системи

Гравитационна система

Както вече споменахме, не трябва да има разлика във височината в гравитационната отоплителна система, в противен случай тя просто няма да работи. Поради тази причина могат да се направят множество контури.

Едно верига

Схема на свързване с естествена циркулация

Тук всичко е много ясно - едната тръба минава от котела, а другата към него и батериите са свързани между тях. Представената диаграма ще ви помогне да разберете.

Едноконтурната система може да бъде еднотръбна, само в този случай е необходимо да се вземе предвид факторът, че всяка следваща батерия в гравитационна система ще бъде чувствително по-студена от предишната.

Двойна верига

Двойно-верижна система

Двуконтурните системи могат да се различават в посоката на движение на охлаждащата течност:

1. С насрещното движение.
2. С преминаващ трафик.

Изборът на метода за инсталиране на тръби, като се вземе предвид посоката на движение на охлаждащата течност, зависи главно от това къде се намират вратите в помещението или има други нюанси, поради които инсталирането на връщащата тръба на това място е невъзможно .

Независимо от избраната система, ъгълът на наклона на тръбата не се променя.

недостатъци

Привържениците на затворените системи цитират много недостатъци на гравитационното отопление. Много от тях изглеждат пресилено, но все пак ги изброяваме:

1. Грозен външен вид. Доставящите тръби с голям диаметър минават под тавана, нарушавайки естетиката на помещението.
2. Трудност при монтажа. Тук говорим за факта, че захранващите и връщащите тръби променят диаметъра си стъпка в зависимост от броя на отоплителните устройства. В допълнение, гравитационната отоплителна система на частна къща е направена от стоманени тръби и те са по-трудни за инсталиране.
3. Ниска ефективност. Смята се, че затвореното отопление е по-икономично, но има добре проектирани системи за естествена циркулация, които работят не по-зле.
4. Ограничена площ за отопление. Гравитационната система работи добре в зони до 200 кв. метри.
5. Ограничен брой етажи. Такова отопление не е инсталирано в къщи по-високи от два етажа.

   

В допълнение към горното, гравитационното топлоснабдяване има максимум 2 вериги, докато в съвременните къщи често се правят няколко вериги.

Двутръбна отоплителна система

Има две възможности за свързване на радиатори към отоплителната система:

Единственият плюс на еднотръбната система е спестяването на тръби. Но минусът е значителен - радиаторът, който е най-близо до котела, е най-горещ, а най-отдалеченият е най-студен. И също така е проблематично да изключите някакъв радиатор - всички те са в една и съща верига. Ако това не е критично, защо да не използвате тази опция? Това е напълно нормална схема.

Схемата с две тръби е по-гъвкава:

• Всички радиатори са в почти еднакви условия. Всяка вода се доставя при същата температура;
• Можете да зададете собствена температура на всеки радиатор, като регулирате потока вода през него;
• Можете безболезнено да изключите подаването на вода към всеки радиатор, например, когато е горещо или трябва да промиете радиатора;
• По-удобно за увеличаване на броя на радиаторите.

За справедливост трябва да се каже, че при двутръбната версия последният радиатор е донякъде "обиден", получава по-малко топлина. Причината е, че при него разликата в налягането между подаване и връщане е практически нула и водният поток е минимален.

И така, какъв избор направих?

Това е всичко за днес. В следващите статии ще предложа на вашето внимание газова отоплителна система, подово отопление, инфрачервено отопление. Коментирайте, задавайте въпроси. Благодаря, до нови срещи!

Централизираната отоплителна система не винаги се справя с възложените й задачи.Поради това мнозина се стремят към енергийна независимост и се притесняват от устройството за автономно отопление. Това е особено търсено в частни къщи, където често просто няма централизирана отоплителна система. Има различни схеми за отопление за частна къща, но просто трябва да изберете тази, която отговаря на специфичните условия на вашия дом.

Различия в работата на котел на твърдо гориво

Сърцето на всяка отоплителна система е котелът. Въпреки че е възможно да се инсталират едни и същи модели, работата с различни видове отопление ще се различава. За нормална работа на котела температурата на водната риза трябва да бъде най-малко 55 ° C. Ако температурата е по-ниска, тогава в този случай котелът вътре ще бъде покрит с катран и сажди, в резултат на което ефективността му ще намалее. Ще трябва постоянно да се почиства.

За да се предотврати това, в затворена система на изхода на котела е монтиран трипътен клапан, който задвижва охлаждащата течност в малък кръг, заобикаляйки отоплителните устройства, докато котелът се нагрее. Ако температурата започне да надвишава 55 ° C, тогава в този случай клапанът се отваря и водата се добавя към големия кръг.

За гравитационната отоплителна система не е необходим трипътен клапан. Факт е, че тук циркулацията не възниква поради помпата, а поради нагряването на водата и докато тя се нагрее до висока температура, движението не започва. В този случай пещта на котела остава постоянно чиста. Не се изисква трипътният клапан, което прави системата по-евтина и опростена и добавя плюсове към нейните достойнства.

Същността на системата

Как възниква циркулационното налягане?

Движението на потока през тръбите на топлоносителя се дължи на факта, че с намаляване и повишаване на температурата му се променя неговата плътност и маса.

Промяната в температурата на охлаждащата течност възниква поради нагряването на котела.

В отоплителните тръби има по-студена течност, която е отдала топлината си на радиаторите, следователно нейната плътност и маса са по-големи. Под въздействието на гравитационните сили в радиатора студената охлаждаща течност се заменя с горещата.

С други думи, след достигане на горната точка, горещата вода (може да е антифриз) започва да се разпределя равномерно по радиаторите, измествайки студената вода от тях. Охладената течност започва да се спуска в долната част на батерията, след което тя напълно преминава през тръбите в котела (тя се измества от горещата вода, идваща от котела).

Веднага след като горещата охлаждаща течност влезе в радиатора, започва процесът на топлообмен. Стените на радиатора постепенно се нагряват и след това пренасят топлина в самата стая.

Охлаждащата течност ще циркулира в системата, докато котелът работи.

Безопасност на отоплението

Както бе споменато по-горе, налягането в затворена система е по-голямо, отколкото в гравитационната. Затова те възприемат различен подход към сигурността. При затворено отопление разширяването на отоплителната среда се компенсира в разширителен съд с мембрана.

Той е напълно запечатан и регулируем. След превишаване на максимално допустимото налягане в системата, излишният охлаждащ агент, преодолявайки съпротивлението на мембраната, отива в резервоара.

Гравитационното отопление се нарича отворено поради течащ разширителен резервоар. Можете да инсталирате мембранен тип резервоар и да направите затворена гравитационна отоплителна система, но ефективността му ще бъде много по-ниска, тъй като хидравличното съпротивление ще се увеличи.

Обемът на разширителния резервоар зависи от количеството вода. За изчислението се взема неговият обем и се умножава по коефициента на разширение, който зависи от температурата. Добавете 30% към резултата.

Коефициентът се избира според максималната температура, която водата достига.

Характеристики на проектиране и монтаж

Основните възли на гравитационната система включват:

• отоплителен котел, в който се загрява вода или антифриз;
• тръбопровод (двоен или единичен);
• отоплителни батерии;
• разширителен резервоар.

При проектирането, както и директно по време на монтажа на системата, е много важно да се спази една предпоставка: тръбата, през която ще се движи охлаждащата течност, трябва да бъде наклонена към отоплителния котел. Наклонът трябва да бъде най-малко 0,005 m

един метър работеща тръба.

Като цяло, ако котелът и радиаторът са разположени на един и същ етаж, тогава входът към тръбата на радиатора трябва да е малко по-висок.

Диаграма на гравитационна система с наклон на тръбите

Наличието на това пристрастие се обяснява със следните фактори:

• студената охлаждаща течност ще навлезе по-бързо в котела през наклонената тръба;
• наличието на наклон също е необходимо, за да могат въздушните мехурчета, появили се по време на нагряването на охлаждащата течност, да се издигат по-ефективно в разширителния резервоар, от който те се изпаряват в атмосферата.

Разширителният резервоар създава допълнително налягане, което има благоприятен ефект върху скоростта на движение на водата през тръбите.

Скоростта на движение на работната течност директно зависи от разликата в количества като маса, плътност и обем на охлаждащата течност в студено и горещо състояние. Дебитът се влияе и от нивото на радиаторите спрямо котела.

Гравитационното налягане в отоплителната система се консумира до известна степен, за да се преодолее съпротивлението на тръбопровода. Завоите и разклоненията в системата, допълнителните радиатори действат като допълнителни препятствия.

Следователно, за да се увеличи максимално отоплението на помещението, при проектирането на гравитационна система е необходимо да се гарантира, че такива препятствия са възможно най-малко.

Задръстванията и как да се справите с тях

За нормална работа на отоплението е необходимо системата да е напълно напълнена с охлаждаща течност. Наличието на въздух е строго забранено. Той може да създаде запушване, което предотвратява преминаването на вода. В този случай температурата на водната риза на котела ще бъде много различна от температурата на нагревателите. За отстраняване на въздуха са инсталирани въздушни клапани и кранове на Маевски. Те са инсталирани в горната част на нагревателите, както и в горната част на системата.

Ако обаче гравитационното отопление има правилните наклони на захранващите и връщащите тръби, тогава не са необходими клапани. Въздухът в наклонения тръбопровод ще се издига свободно до горната точка на системата и там, както знаете, има отворен разширителен резервоар. Той също така добавя предимството на открито отопление, като намалява ненужните елементи.

Възможно ли е да се монтира система от полипропиленови тръби

Хората, които правят отопление сами, често се замислят дали е възможно да се направи гравитационна отоплителна система от полипропилен. В края на краищата пластмасовите тръби са по-лесни за инсталиране. Тук няма скъпи заваръчни работи или стоманени тръби, а полипропиленът може да издържа на високи температури. Можете да отговорите, че такова отопление ще работи. Поне за известно време. Тогава ефективността ще започне да намалява. Каква е причината? Въпросът е в склоновете на захранващите и изходните тръби, които осигуряват гравитацията на водата.

Полипропиленът има по-голямо линейно разширение от стоманената тръба. След многократни цикли на отопление с гореща вода, пластмасовите тръби ще започнат да увисват, нарушавайки необходимия наклон. В резултат на това дебитът, ако не бъде спрян, значително ще намалее и ще трябва да помислите за инсталиране на циркулационна помпа.

Трудности при инсталирането на гравитационна система в двуетажна къща

Гравитационната отоплителна система на двуетажна къща също може да работи ефективно. Но инсталирането му е много по-трудно, отколкото за едноетажна. Това се дължи на факта, че покривите от тавански тип не винаги се правят.Ако вторият етаж е таванско помещение, тогава възниква въпросът: какво да правим с разширителния резервоар, защото той трябва да е на самия връх?

Вторият проблем, с който ще трябва да се сблъскате, е, че прозорците на първия и втория етаж не винаги са на една и съща ос, следователно горните батерии не могат да бъдат свързани с долните, като полагат тръби по най-краткия начин. Това означава, че ще трябва да правите допълнителни завои и завои, което ще увеличи хидравличното съпротивление в системата.

Третият проблем е кривината на покрива, което може да затрудни поддържането на правилни наклони.

Основни схеми за отоплителни системи на къщи

Частна къща отоплителна система

Въпреки факта, че отоплителните системи се различават по вида на използвания енергиен източник, те имат само две основни схеми. Правилните измервания на къщата и околната зона ще помогнат да се определи изборът на отоплителна схема. Размерът на сградата е основният показател, който определя избора на схемата. Помислете за тези схеми:

• Схема, използваща гравитацията на охлаждащата течност;
• Верига, работеща с принудителна циркулация на охлаждащата течност.

Какви са основните разлики между тези схеми - ще се опитаме да разберем. Веднага трябва да се отбележи, че и двете отоплителни схеми могат да имат еднотръбен и двутръбен дизайн. По отношение на гравитационните системи можем да кажем, че те имат редица недостатъци и поради това се използват много по-рядко от отоплителните системи с принудителна циркулация. Това са недостатъците:

• Висока цена на системата. Като се вземе предвид фактът, че захранващият тръбопровод е далеч от връщащата линия на охладената вода и всичко се случва под въздействието на гравитацията на охлаждащата течност, е необходимо да има тръбопровод с достатъчна дължина.
• Сложността на инсталацията, свързана с необходимостта стриктно да се придържат към стойностите на ъгъла на наклон, за да се осигури естественият поток на охлаждащата течност в двете посоки.
• Не е естетичен външен вид на системата, поради факта, че не винаги е възможно да се използват съвременни материали, тъй като температурата на водата в системата може да достигне достатъчно високи температури, до точката на кипене.
• Сложността на регулиране на температурата на отделните отоплителни устройства.
• Ниска ефективност поради големи загуби, произтичащи от голямата дължина на системата.
• Голям обем на използвания топлоносител.

Сред предимствата на гравитационната схема за отопление могат да се отбележат два факта. Първо, такава система може да работи без захранване, въпреки че рядко се намира район, в който все още няма електричество. На второ място, системата има висока инерция, тоест топлината се разпределя равномерно и външните фактори имат малък ефект върху състоянието на охлаждащата течност.

Съвети за инсталиране на гравитационно отопление в двуетажна къща

Повечето от тези проблеми могат да бъдат решени по време на фазата на проектиране на къщата. Има и малка тайна за това как да увеличите ефективността на отоплението на двуетажна къща. Необходимо е да се свържат изходните тръби на радиаторите, монтирани на втория етаж, директно към връщащата тръба на първия етаж, а не да се прави връщащата тръба на втория.

Друг трик е да се направят захранващите и връщащите тръбопроводи от тръби с голям диаметър. Не по-малко от 50 mm.

Необходима ли е помпа в гравитационна отоплителна система?

Понякога възниква опция, когато отоплението е неправилно инсталирано и разликата между температурата на кожуха на котела и връщането е много голяма. Горещата охлаждаща течност, като няма достатъчно налягане в тръбите, се охлажда, преди да достигне до последните нагревателни устройства. Пренареждането на всичко е трудоемка работа. Как да решим проблема с минимални разходи? Инсталирането на циркулационна помпа в гравитационна отоплителна система може да помогне. За тези цели се прави байпас, в който е вградена помпа с ниска мощност.

Не се изисква голяма мощност, тъй като при отворена система се създава допълнителна глава в щранга, напускащ котела.Байпасът е необходим, за да се остави възможността за работа без електричество. Монтира се на връщащата линия пред котела.

Опция за окабеляване на отоплителна батерия

Схемата на свързване на радиатора, която е относително проста и надеждна, може да бъде следната:

1. В края на ускорителния колектор в таванското помещение е инсталиран разширителен резервоар, от който на свой ред трябва да започне пълненето с диаметър от 40 до 50 mm, протичащо при постоянен наклон.
2. Обратната верига е разположена по целия периметър на пода на приземния етаж. Въпреки факта, че за по-голяма ефективност на оборудването, експертите препоръчват инсталирането на долния пълнеж в мазето, въпреки това, това трябва да се прави само когато със сигурност се знае, че температурата на това място не пада под 0 °, дори ако котелът не работи. Ако обаче охлаждащата течност съдържа елементи като например антифриз или антифриз, тогава няма от какво да се притеснявате.
3. Ако има реална възможност да се определят разливите на тавана и в мазето, то това определено ще отговаря на естетическите норми, тъй като, както знаете, масивна и дебела тръба е малко вероятно да може да украси дом и хармонично се вписват в интериора му.

По този начин можем да кажем, че инсталирането на гравитационна система за топлоснабдяване не включва прекомерни трудности и може да бъде направено сами.

Въпреки това, в случай на проблеми или за извършване на изчисление на мощността, все още се препоръчва да се потърси съвет от специалисти, които могат да окажат необходимото съдействие при ремонта на оборудването, както и да предоставят различни снимки на проби от устройството на такива системи и подробни видеоклипове за правилната им връзка.

Пример за устройство за гравитационно отопление във видеото:

Как да подобрим допълнително ефективността

Изглежда, че система с естествена циркулация вече е доведена до съвършенство и е невъзможно да се излезе с нещо, което повишава ефективността, но това не е така. Удобството при използването му може да бъде значително подобрено чрез увеличаване на времето между котловите пещи. За да направите това, трябва да инсталирате котел с по-голяма мощност, отколкото е необходима за отопление, и да отстраните излишната топлина в топлинен акумулатор.

Този метод работи дори без да се използва циркулационна помпа. В края на краищата горещата охлаждаща течност може също да се издигне нагоре от щранга от топлинния акумулатор, в момент, когато дървата за огрев в котела изгоряха.