Systém vytápění s přirozeným oběhem: běžná schémata vodního okruhu

Konstrukce autonomní gravitační topné sítě se volí, pokud je nepraktické a někdy nemožné instalovat oběhové čerpadlo nebo se připojit k centralizovanému napájení.

Takový systém je levnější na instalaci a je zcela nezávislý na elektřině. Jeho výkon však do značné míry závisí na přesnosti návrhu.

Aby mohl otopný systém s přirozenou cirkulací bezproblémově fungovat, je nutné vypočítat jeho parametry, správně nainstalovat komponenty a rozumně zvolit návrh vodního okruhu. Pomůžeme vám s řešením těchto problémů.

Popsali jsme hlavní principy fungování gravitačního systému, poskytli rady při výběru potrubí a nastínili pravidla pro sestavení okruhu a umístění pracovních jednotek. Zvláštní pozornost jsme věnovali konstrukčním a provozním vlastnostem jedno- a dvoutrubkových topných schémat.

Principy procesu přirozené cirkulace

K procesu pohybu vody v topném okruhu bez použití oběhového čerpadla dochází díky přírodním fyzikálním zákonům.

Pochopení povahy těchto procesů umožní kompetentní vypracovat projekt topného systému pro standardní i nestandardní případy.

Maximální rozdíl hydrostatického tlaku

Hlavní fyzikální vlastností jakékoli chladicí kapaliny (vody nebo nemrznoucí kapaliny), která usnadňuje její pohyb po okruhu při přirozené cirkulaci, je snižování hustoty s rostoucí teplotou.

Hustota horké vody je menší než hustota studené vody, a proto existuje rozdíl v hydrostatickém tlaku teplého a studeného sloupce kapaliny. Studená voda proudící do výměníku tepla vytlačuje horkou vodu potrubím.

Hnací silou vody v okruhu při přirozené cirkulaci je rozdíl hydrostatického tlaku mezi studeným a horkým sloupcem kapaliny

Topný okruh domu lze rozdělit na několik částí. Voda je směrována nahoru podél „horkých“ úlomků a dolů podél „studených“ úlomků.Hranice fragmentů jsou horní a dolní body topného systému.

Hlavní úkol v modelování systémy přirozeného oběhuvody je dosáhnout maximálního možného rozdílu mezi tlakem sloupce kapaliny v „horkých“ a „studených“ úlomcích.

Klasickým prvkem vodního okruhu pro přirozenou cirkulaci je zrychlovací rozdělovač (hlavní stoupačka) - vertikální potrubí směřující vzhůru od výměníku tepla.

Akcelerační potrubí musí mít maximální teplotu, proto je po celé délce izolováno. I když, pokud výška kolektoru není vysoká (jako u jednopatrových domů), izolace nemusí být provedena, protože voda v ní nebude mít čas vychladnout.

Typicky je systém navržen tak, že horní bod kolektoru zrychlení se shoduje s horním bodem celého okruhu. Je zde východ do otevřená expanzní nádoba nebo odvzdušňovací ventil, pokud používáte membránovou nádrž.

Pak je délka fragmentu „horkého“ okruhu minimální možná, což vede ke snížení tepelných ztrát v této oblasti.

Je také žádoucí, aby „horká“ část okruhu nebyla kombinována s dlouhodobým úsekem přepravujícím chlazené chladivo. V ideálním případě se nejnižší bod vodního okruhu shoduje s nejnižším bodem výměníku tepla umístěného v topném zařízení.

Čím níže je kotel umístěn v topném systému, tím nižší je hydrostatický tlak sloupce kapaliny v horké části okruhu.

„Studený“ segment vodního okruhu má také svá vlastní pravidla, která zvyšují tlak tekutiny:

• tím větší jsou tepelné ztráty v „studené“ části topné sítě, čím nižší je teplota vody a tím větší je její hustota, proto je provoz systémů s přirozenou cirkulací možný pouze s významným přenosem tepla;
• tím větší je vzdálenost od spodního bodu okruhu k připojení radiátoru, čím větší je plocha vodního sloupce s minimální teplotou a maximální hustotou.

Aby bylo zajištěno dodržování tohoto posledního pravidla, je pec nebo kotel často instalován v nejnižším bodě domu, jako je suterén. Toto umístění kotle zajišťuje maximální možnou vzdálenost mezi spodní úrovní radiátorů a místem vstupu vody do výměníku.

Výška mezi spodním a horním bodem vodního okruhu při přirozené cirkulaci by však neměla být příliš vysoká (v praxi ne více než 10 metrů). Pec nebo kotel ohřívá pouze výměník tepla a spodní část rozdělovače zrychlení.

Pokud je tento fragment nevýznamný vzhledem k celé výšce vodního okruhu, pak bude pokles tlaku v „horkém“ fragmentu okruhu nevýznamný a cirkulační proces se nespustí.

Použití systémů přirozené cirkulace pro dvoupodlažní budovy je zcela oprávněné, ale pro větší budovy bude zapotřebí oběhové čerpadlo

Minimalizace odporu vůči pohybu vody

Při návrhu systému s přirozenou cirkulací je nutné vzít v úvahu rychlost pohybu chladicí kapaliny po okruhu.

Za prvé, čím vyšší rychlost, tím rychlejší bude přenos tepla systémem „kotel - výměník - vodní okruh - radiátory - místnost“.

Za druhé, čím vyšší je rychlost kapaliny procházející výměníkem tepla, tím menší je pravděpodobnost varu, což je zvláště důležité pro topení v kamnech.

Vaření vody v systému může být velmi drahé - náklady na demontáž, opravu a opětovnou instalaci výměníku tepla vyžadují spoustu času a peněz

V systémech vytápění s nuceným oběhem rychlost pohybu vody závisí především na parametrech oběhové čerpadlo.

U ohřevu vody s přirozenou cirkulací závisí rychlost na následujících faktorech:

• tlakový rozdíl mezi fragmenty obrysu v jeho spodním bodě;
• hydrodynamický odpor topení.

Metody pro zajištění maximálního tlakového rozdílu byly diskutovány výše. Hydrodynamický odpor reálného systému nelze přesně vypočítat kvůli složitému matematickému modelu a velkému množství vstupních dat, jejichž přesnost je obtížné zaručit.

Existují však obecná pravidla, která při dodržení sníží odpor topného okruhu.

Hlavními důvody pro snížení rychlosti pohybu vody jsou odpor stěn potrubí a přítomnost zúžení v důsledku přítomnosti armatur nebo uzavíracích ventilů. Při nízkém průtoku nevzniká prakticky žádný odpor stěny.

Výjimkou jsou dlouhé a tenké trubky, typické pro vytápění s vyhřívaná podlaha. Zpravidla jsou pro něj přiděleny samostatné okruhy s nuceným oběhem.

Při výběru typů potrubí pro okruh s přirozenou cirkulací budete muset při instalaci systému vzít v úvahu přítomnost technických omezení. Proto kov-plastové trubky Je nežádoucí je používat s přirozenou cirkulací vody, protože jsou spojeny s armaturami s výrazně menším vnitřním průměrem.

Tvarovky pro kovoplastové trubky poněkud zužují vnitřní průměr a jsou vážnou překážkou pro vodu s nízkým tlakem (+)

Pravidla pro výběr a instalaci potrubí

Volba mezi ocelovou popř polypropylenové trubky pro jakoukoli cirkulaci se to děje podle kritéria možnosti jejich použití pro teplou vodu, jakož i z hlediska ceny, snadnosti instalace a životnosti.

Přívodní stoupačka je namontována z kovové trubky, protože jí prochází voda o nejvyšší teplotě a v případě ohřevu kamen nebo poruchy výměníku tepla může procházet pára.

Při přirozené cirkulaci je nutné použít průměr potrubí o něco větší než při použití oběhového čerpadla. Obvykle pro vytápění místností do 200 metrů čtverečních. m, průměr rozdělovače zrychlení a potrubí na zpětném vstupu do výměníku tepla je 2 palce.

To je způsobeno nižší rychlostí vody ve srovnání s možností nuceného oběhu, což vede k následujícím problémům:

• snížení množství přenášeného tepla za jednotku času ze zdroje do vytápěné místnosti;
• vzhled blokád nebo vzduchových kapes, kterou malý tlak nezvládne.

Při použití přirozené cirkulace se spodním napájecím okruhem je třeba věnovat zvláštní pozornost problému odstraňování vzduchu ze systému. Nelze ji zcela odstranit z chladicí kapaliny přes expanzní nádrž, protože Vroucí voda vstupuje do zařízení nejprve potrubím umístěným níže, než jsou ona sama.

Při nuceném oběhu tlak vody žene vzduch do vzduchového kolektoru instalovaného v nejvyšším bodě systému - zařízení s automatickým, ručním nebo poloautomatickým ovládáním. Používáním Mayevského jeřáby V zásadě se upravuje přenos tepla.

V gravitačních topných sítích s přívodem umístěným pod zařízeními se Mayevského kohoutky používají přímo k odvzdušňování.

Všechny moderní topné radiátory mají zařízení pro vypouštění vzduchu, proto, abyste zabránili tvorbě zátek v okruhu, můžete vytvořit svah, který přivádí vzduch k radiátoru

Vzduch lze také odstranit pomocí větracích otvorů nainstalovaných na každé stoupačce nebo na nadzemním vedení položeném paralelně k síti systému. Vzhledem k působivému počtu zařízení na odsávání vzduchu se gravitační okruhy se spodním zapojením používají velmi zřídka.

Při nízkém tlaku může malý vzduchový uzávěr zcela zastavit topný systém. Podle SNiP 41-01-2003 tedy není dovoleno pokládat potrubí topného systému bez sklonu při rychlosti vody menší než 0,25 m/s.

Při přirozené cirkulaci jsou takové rychlosti nedosažitelné. Proto je kromě zvětšení průměru potrubí nutné udržovat konstantní sklony, aby se odstranil vzduch z topného systému. Sklon je navržen v poměru 2-3 mm na 1 metr, v bytových sítích dosahuje sklon 5 mm na běžný metr vodorovné čáry.

Spád přívodu je proveden ve směru pohybu vody tak, aby se vzduch pohyboval do expanzní nádrže nebo odvzdušňovacího systému umístěného v horním bodě okruhu. I když je možné provést protispád, v tomto případě je nutné dodatečně instalovat odvzdušňovací ventil.

Sklon vratného potrubí se obvykle provádí ve směru pohybu chlazené vody. Potom se nejnižší bod okruhu bude shodovat se vstupem zpětného potrubí do generátoru tepla.

Nejběžnější kombinace směrů sklonu přívodního a vratného potrubí pro odstranění vzduchových kapes z vodního okruhu s přirozenou cirkulací

Na instalace vyhřívaných podlah malá plocha v okruhu s přirozenou cirkulací, je nutné zabránit vnikání vzduchu do úzkých a vodorovně umístěných potrubí tohoto topného systému.Před vytápěnou podlahou je nutné nainstalovat zařízení pro odvod vzduchu.

Jednotrubková a dvoutrubková schémata vytápění

Při vývoji schématu vytápění pro dům s přirozenou cirkulací vody je možné navrhnout jeden nebo několik samostatných okruhů. Mohou se od sebe výrazně lišit. Bez ohledu na délku, počet radiátorů a další parametry jsou vyrobeny podle jednotrubkového nebo dvoutrubkového schématu.

Obvod pomocí jednoho vedení

Topný systém využívající stejné potrubí pro sekvenční přívod vody do radiátorů se nazývá jednotrubkový. Nejjednodušší jednotrubkovou možností je vytápění kovovými trubkami bez použití radiátorů.

Jedná se o nejlevnější a nejméně problematický způsob vytápění domu při volbě přirozené cirkulace chladicí kapaliny. Jedinou významnou nevýhodou je vzhled objemných trubek.

Nanejvýš ekonomické jednotrubková verze U topných radiátorů protéká teplá voda postupně každým zařízením. Zde je vyžadován minimální počet potrubí a uzavíracích ventilů.

Jak půjdeš chladicí kapalina ochlazuje, takže následná otopná tělesa dostávají chladnější vodu, což je třeba vzít v úvahu při výpočtu počtu sekcí.

Jednoduchý jednotrubkový obvod (výše) vyžaduje minimální množství instalačních prací a investic. Složitější a dražší možnost níže umožňuje vypnout radiátory bez zastavení celého systému

Nejúčinnější způsob připojení topných zařízení k jednotrubkové síti je považován za diagonální možnost.

Podle tohoto schématu topných okruhů s přirozenou cirkulací vstupuje horká voda do radiátoru shora a po ochlazení je vypouštěna potrubím umístěným níže.Při tomto průchodu vydá ohřátá voda maximum tepla.

Při připojení vstupního i výstupního potrubí k baterii ve spodní části je přenos tepla výrazně omezen, protože ohřátá chladicí kapalina musí urazit co nejdelší dráhu. Kvůli výraznému chlazení se v takových obvodech nepoužívají baterie s velkým počtem sekcí.

„Leningradka“ se vyznačuje působivými tepelnými ztrátami, které je třeba vzít v úvahu při výpočtu systému. Jeho výhodou je, že při použití uzavíracích ventilů na přívodním a výstupním potrubí lze zařízení selektivně vypnout pro opravy bez zastavení topného cyklu (+)

Topné okruhy s podobným zapojením radiátorů se nazývají „Leningradka". Navzdory uvedeným tepelným ztrátám jsou preferovány při uspořádání bytových topných systémů, což je způsobeno estetičtějším vzhledem potrubí.

Významnou nevýhodou jednotrubkových sítí je nemožnost vypnutí jedné z topných sekcí bez zastavení cirkulace vody v celém okruhu.

Obvykle proto používají modernizaci klasického schématu s instalací “bypass» obtok radiátoru pomocí odbočky se dvěma kulovými kohouty nebo třícestným ventilem. To umožňuje regulovat přívod vody do radiátoru, dokonce jej úplně vypnout.

U dvou a vícepodlažních budov se používají varianty jednotrubkového schématu s vertikálními stoupačkami. V tomto případě je rozvod teplé vody rovnoměrnější než u horizontálních stoupaček. Vertikální stoupačky jsou navíc kratší a lépe zapadají do interiéru domu.

Jednotrubkové schéma s vertikálním zapojením se úspěšně používá při vytápění dvoupodlažních místností pomocí přirozené cirkulace. Byla předložena možnost s možností deaktivace horních radiátorů

Možnost použití zpětného potrubí

Pokud se jedna trubka používá k přívodu horké vody do radiátorů a druhá k odvádění ochlazené vody do kotle nebo pece, nazývá se toto schéma vytápění dvoutrubkový topný systém. V přítomnosti topných radiátorů se takový systém používá častěji než jednotrubkový systém.

Je to dražší, protože vyžaduje instalaci další trubky, ale má řadu významných výhod:

• rovnoměrnější rozložení teploty chladicí kapalina dodávaná do radiátorů;
• snadněji vypočítat závislost parametrů radiátoru na ploše vytápěné místnosti a požadovaných hodnotách teploty;
• efektivnější regulace tepla ke každému radiátoru.

V závislosti na směru pohybu chlazené vody vzhledem k horké vodě, dvoutrubkové systémy rozdělena na průchozí a slepou. V přidružených okruzích probíhá pohyb chlazené vody ve stejném směru jako teplá voda, takže délka cyklu pro celý okruh je stejná.

Ve slepých okruzích se ochlazená voda pohybuje směrem k horké vodě, takže u různých radiátorů se délky cyklů cirkulace chladicí kapaliny liší. Protože je rychlost v systému nízká, může se doba ohřevu výrazně lišit. Ty radiátory, jejichž délka vodního cyklu je kratší, se zahřejí rychleji.

Při výběru slepých a souvisejících schémat vytápění vycházejí především z pohodlí instalace zpětného potrubí

Existují dva typy umístění vložky vzhledem k topným radiátorům: horní a spodní.U horního připojení je potrubí přivádějící teplou vodu umístěno nad radiátory a u spodního připojení níže.

Při spodním připojení je možné odvádět vzduch přes radiátory a odpadá nutnost vedení potrubí shora, což je z hlediska řešení místnosti dobré.

Bez akceleračního potrubí však bude pokles tlaku mnohem menší než při použití horní řady. Proto se spodní vložka prakticky nepoužívá při vytápění prostor podle principu přirozené cirkulace.

Závěry a užitečné video k tématu

Organizace jednotrubkového okruhu založeného na elektrickém kotli pro malý dům:

Provoz dvoutrubkového systému pro jednopatrový dřevěný dům na bázi kotle na tuhá paliva s dlouhým spalováním:

Použití přirozené cirkulace během pohybu vody v topném okruhu vyžaduje přesné výpočty a technicky způsobilé instalační práce. Pokud jsou tyto podmínky splněny, topný systém efektivně vytápí prostory soukromého domu a zbaví majitele hluku čerpadla a závislosti na elektřině.

Máte-li jakékoli dotazy k tématu nebo byste se chtěli podělit o své osobní zkušenosti s organizací a provozem samotížného topného systému, zanechte prosím komentáře k tomuto článku. Blok zpětné vazby je umístěn níže.