Sistema de calefacción de circulación natural: diseños comunes de circuitos de agua.

La construcción de una red de calefacción autónoma de tipo gravedad se elige si no es práctico, y a veces imposible, instalar una bomba de circulación o conectarse a una fuente de alimentación centralizada.

Tal sistema es más barato de instalar y completamente independiente de la electricidad. Sin embargo, su rendimiento depende en gran medida de la precisión del diseño.

Para que el sistema de calefacción con circulación natural funcione sin problemas, es necesario calcular sus parámetros, instalar correctamente los componentes y elegir razonablemente el circuito de agua. Le ayudaremos a resolver estos problemas.

Describimos los principios principales del sistema gravitacional, brindamos consejos para elegir una tubería, describimos las reglas para ensamblar el circuito y colocar nodos de trabajo. Prestamos especial atención al diseño y funcionamiento de los circuitos de calefacción de uno y dos tubos.

Principios del proceso de circulación natural.

El proceso de movimiento del agua en el circuito de calefacción sin el uso de una bomba de circulación ocurre debido a leyes físicas naturales.

Comprender la naturaleza de estos procesos le permitirá de manera competente para diseñar un sistema de calefacción para casos típicos y no estándar.

La diferencia máxima en la presión hidrostática.

La principal propiedad física de cualquier refrigerante (agua o anticongelante), que contribuye a su movimiento a lo largo del circuito durante la circulación natural, es una disminución de la densidad con el aumento de la temperatura.

La densidad del agua caliente es menor que la fría y, por lo tanto, hay una diferencia en la presión hidrostática de la columna de líquido caliente y fría. El agua fría que fluye hacia el intercambiador de calor desplaza el agua caliente por la tubería.

La fuerza impulsora del agua en el circuito durante la circulación natural es la diferencia en la presión hidrostática entre las columnas de líquido fría y caliente.

El circuito de calefacción de la casa se puede dividir en varios fragmentos. El agua se dirige hacia arriba a lo largo de fragmentos "calientes", y hacia abajo a lo largo de fragmentos "fríos". Los límites de los fragmentos son los puntos superior e inferior del sistema de calefacción.

El principal desafío en modelado sistemas de circulación naturalel agua es para lograr la máxima diferencia posible entre la presión de la columna de líquido en los fragmentos "calientes" y "fríos".

El elemento del circuito de agua, que es clásico para la circulación natural, es el colector de aceleración (tubo ascendente principal), un tubo vertical dirigido hacia arriba desde el intercambiador de calor.

El colector de aceleración debe tener una temperatura máxima, por lo que está aislado en toda su longitud. Aunque, si la altura del colector no es grande (como en el caso de las casas de un solo piso), no puede realizar el aislamiento, ya que el agua no tendrá tiempo para enfriarse.

Típicamente, el sistema está diseñado para que el punto superior del colector de aceleración coincida con el punto superior de todo el circuito. Ellos ponen la salida a expansor de tanque abierto o una válvula de ventilación si se usa un tanque de membrana.

Entonces, la longitud del fragmento "caliente" del circuito es la mínima posible, lo que conduce a una disminución de la pérdida de calor en esta área.

También es deseable que el fragmento "caliente" del circuito no se combine con una sección larga que transporte el refrigerante enfriado. Idealmente, el punto inferior del circuito de agua coincide con el punto inferior del intercambiador de calor colocado en el dispositivo de calentamiento.

Cuanto más baja esté la caldera en el sistema de calefacción, menor será la presión hidrostática de la columna de líquido en el fragmento caliente del circuito.

Para el segmento "frío" del circuito de agua también tiene sus propias reglas que aumentan la presión del líquido:

• la mayor pérdida de calor en la sección "fría" de la red de calefacción, cuanto menor es la temperatura del agua y mayor es su densidad, por lo tanto, el funcionamiento de los sistemas con circulación natural solo es posible con una transferencia de calor significativa;
• cuanto mayor sea la distancia desde la parte inferior del circuito hasta la conexión del radiador, cuanto mayor sea la sección de la columna de agua con una temperatura mínima y una densidad máxima.

Para garantizar el cumplimiento de esta última regla, a menudo se instala una estufa o caldera en el punto más bajo de la casa, por ejemplo, en el sótano. Esta disposición de la caldera proporciona la máxima distancia posible entre el nivel inferior de los radiadores y el punto de entrada de agua en el intercambiador de calor.

Sin embargo, la altura entre los puntos inferior y superior del circuito de agua durante la circulación natural no debe ser demasiado grande (en la práctica, no más de 10 metros). En un horno o caldera, solo se calientan el intercambiador de calor y la parte inferior del colector de aceleración.

Si este fragmento es insignificante en relación con la altura total del circuito de agua, entonces la caída de presión en el fragmento "caliente" del circuito será insignificante y el proceso de circulación no comenzará.

El uso de sistemas de circulación natural para edificios de dos pisos está justificado, y se necesitará una bomba de circulación para pisos más grandes

Minimización de la resistencia al movimiento del agua.

Al diseñar un sistema con circulación natural, es necesario tener en cuenta la velocidad del refrigerante a lo largo del circuito.

En primer lugarcuanto más rápida sea la velocidad, más rápida será la transferencia de calor a través del sistema "caldera - intercambiador de calor - circuito de agua - radiadores de calefacción - sala".

En segundo lugarcuanto más rápida sea la velocidad del fluido a través del intercambiador de calor, es menos probable que hierva, lo cual es especialmente importante al calentar estufas.

Hervir agua en el sistema puede ser muy costoso: el costo de desmantelar, reparar y reinstalar el intercambiador de calor requiere mucho tiempo y dinero.

En sistemas calentamiento de circulación forzada la velocidad del agua depende principalmente de los parámetros bomba de circulación.

Con calentamiento de agua con circulación natural, la velocidad depende de los siguientes factores:

• diferencias de presión entre fragmentos del contorno en su punto más bajo;
• resistencia hidrodinámica Sistema de calefacción.

Las formas de garantizar las máximas diferencias de presión se han discutido anteriormente. La resistencia hidrodinámica de un sistema real no se puede calcular con precisión debido a un modelo matemático complejo y una gran cantidad de datos de entrada, cuya precisión es difícil de garantizar.

Sin embargo, existen reglas generales, cuyo cumplimiento reducirá la resistencia del circuito de calefacción.

Las razones principales para reducir la velocidad del movimiento del agua son la resistencia de las paredes de la tubería y la presencia de estrechamiento debido a la presencia de accesorios o válvulas. A un caudal bajo, la resistencia de la pared está prácticamente ausente.

La excepción son los tubos largos y delgados, característicos para calentar con piso cálido. Como regla, los circuitos separados con circulación forzada se distinguen por ello.

Al elegir los tipos de tuberías para un circuito con circulación natural, es necesario tener en cuenta la presencia de restricciones técnicas al instalar el sistema. Por lo tanto tubos de plastico no es deseable usarlo durante la circulación natural del agua debido a la conexión de sus accesorios con un diámetro interno significativamente menor.

Los accesorios de las tuberías de metal y plástico reducen un poco el diámetro interno y son un obstáculo serio para el flujo de agua a baja presión (+)

Reglas para la selección e instalación de tuberías.

La elección entre acero o tubos de polipropileno con cualquier circulación, se realiza según el criterio de la posibilidad de su uso para agua caliente, así como desde el punto de vista del precio, la facilidad de instalación y la vida útil.

El elevador se monta desde una tubería de metal, ya que el agua a la temperatura más alta pasa a través de él, y en el caso de calentamiento del horno o un mal funcionamiento del intercambiador de calor, es posible la opción de pasar vapor.

Con circulación natural, es necesario usar un diámetro de tubería ligeramente mayor que en el caso de una bomba de circulación. Por lo general, para calentar habitaciones de hasta 200 metros cuadrados. m, el diámetro del colector de aceleración y la tubería en la entrada del retorno al intercambiador de calor es de 2 pulgadas.

Esto se debe a una menor velocidad del agua en comparación con la opción de circulación forzada, lo que genera los siguientes problemas:

• transferencia de calor reducida por unidad de tiempo desde la fuente hasta la habitación climatizada;
• obstrucción o congestión de aire, que no puede hacer frente a una pequeña presión.

Se debe prestar especial atención cuando se usa circulación natural con un circuito de suministro inferior al problema de eliminar el aire del sistema. No se puede extraer completamente del refrigerante a través de un tanque de expansión, ya que El agua hirviendo primero ingresa a los dispositivos en una carretera ubicada más abajo que ellos.

Cuando la circulación es forzada, la presión del agua conduce el aire al colector de aire instalado en el punto más alto del sistema, un dispositivo con control automático, manual o semiautomático. Utilizando Grúas Mayevsky Básicamente, se ajusta la transferencia de calor.

En las redes de calentamiento por gravedad con una alimentación ubicada debajo de los aparatos, los grifos Mayevsky se usan directamente para purgar el aire.

Todos los radiadores de calefacción modernos tienen dispositivos de escape de aire, por lo tanto, para evitar la formación de enchufes en el circuito, puede hacer una pendiente, conduciendo el aire hacia el radiador.

El aire también se puede ventear usando salidas de aire instaladas en cada elevador o en una línea aérea paralela a las carreteras del sistema. Debido a la impresionante cantidad de dispositivos de escape de aire, los circuitos de gravedad con menor cableado son extremadamente raros.

Con baja presión, un pequeño tapón de aire puede detener completamente el sistema de calefacción. Por lo tanto, de acuerdo con SNiP 41-01-2003, no está permitido tender tuberías del sistema de calefacción sin pendiente a una velocidad del agua de menos de 0.25 m / s.

Con circulación natural, tales velocidades son inalcanzables. Por lo tanto, además de aumentar el diámetro de las tuberías, se deben observar pendientes constantes para eliminar el aire del sistema de calefacción. La pendiente está diseñada a una velocidad de 2–3 mm por 1 metro, en redes de apartamentos la pendiente alcanza los 5 mm por metro lineal de la línea horizontal.

La pendiente de alimentación se realiza en la dirección del movimiento del agua para que el aire se mueva al tanque expansor o al sistema de purga de aire ubicado en el punto superior del circuito. Aunque puede hacer un contra-sesgo, en este caso, debe establecer adicionalmente válvula de ventilación.

La pendiente de la línea de retorno se realiza, como regla, en la dirección del movimiento del agua enfriada. Luego, el punto inferior del circuito coincidirá con la entrada de la tubería de retorno al generador de calor.

La combinación más común de la pendiente de las tuberías de suministro y retorno para eliminar las esclusas de aire del circuito de circulación natural del agua.

En instalar un piso cálido En un área pequeña en el circuito con circulación natural, es necesario evitar que entre aire en las tuberías estrechas y horizontales de este sistema de calefacción. Es necesario colocar el dispositivo de extracción de aire frente al piso cálido.

Esquemas de calefacción de una y dos tuberías

Cuando se desarrolla un esquema de calefacción para una casa con circulación natural de agua, es posible diseñar uno o varios circuitos separados. Pueden diferir significativamente entre sí. Independientemente de la longitud, el número de radiadores y otros parámetros, se realizan de acuerdo con un esquema de una o dos tuberías.

Circuito de línea única

Un sistema de calefacción que usa la misma tubería para un suministro secuencial de agua a los radiadores se llama una sola tubería. La opción más simple de un solo tubo es calentar con tubos de metal sin el uso de radiadores.

Esta es la forma más barata y menos problemática de resolver la calefacción del hogar cuando se elige a favor de la circulación natural del refrigerante. El único inconveniente significativo es la aparición de tuberías voluminosas.

A lo más económico versión de tubo único Con radiadores de calefacción, el agua caliente fluye secuencialmente a través de cada dispositivo. Aquí necesita un número mínimo de tuberías y válvulas.

A medida que progresas refrigerante se enfría, por lo que los radiadores posteriores obtienen agua más fría, lo que debe tenerse en cuenta al calcular el número de secciones.

Un esquema simple de una tubería (arriba) requiere una cantidad mínima de trabajo de instalación y fondos invertidos. La opción más compleja y costosa a continuación le permite apagar los radiadores sin detener todo el sistema.

La forma más efectiva de conectar aparatos de calefacción a una red de un tubo es la opción diagonal.

De acuerdo con este esquema de circuitos de calefacción con un tipo natural de circulación, el agua caliente ingresa al radiador desde arriba, después de enfriarse se descarga a través de la tubería ubicada debajo. Al pasar de esta manera, el agua calentada emite la cantidad máxima de calor.

Con una conexión más baja a la batería, tanto la tubería de entrada como la tubería de salida, la transferencia de calor se reduce significativamente, ya que el refrigerante calentado debe durar el mayor tiempo posible. Debido al enfriamiento significativo, las baterías con una gran cantidad de secciones no se usan en tales esquemas.

"Leningradka" se caracteriza por una impresionante pérdida de calor, que debe tenerse en cuenta al calcular el sistema. Su ventaja es que cuando se usan válvulas de cierre en las boquillas de entrada y salida, los dispositivos se pueden apagar opcionalmente para repararlos sin detener el ciclo de calentamiento (+)

Los circuitos de calefacción con una conexión similar de radiadores se denominan "Leningradka". A pesar de las notables pérdidas de calor, se prefieren en la disposición de los sistemas de calefacción de apartamentos, debido a la apariencia más estética de la tubería.

Un inconveniente significativo de las redes de un solo tubo es la incapacidad de apagar una de las secciones de calefacción sin detener la circulación de agua en todo el circuito.

Por lo tanto, generalmente se aplica la modernización del esquema clásico con la instalación de "puente”Para evitar el radiador usando una rama con dos válvulas de bola o una válvula de tres vías. Esto le permite ajustar el suministro de agua al radiador, hasta su apagado completo.

Para edificios de dos o más pisos, se utilizan versiones del esquema de una tubería con elevadores verticales. En este caso, la distribución de agua caliente es más uniforme que con los elevadores horizontales. Además, los elevadores verticales están menos extendidos y se adaptan mejor al interior de la casa.

Un esquema de tubería única con cableado vertical se utiliza con éxito para calentar habitaciones de dos pisos mediante circulación natural. Se presenta la opción con la capacidad de apagar los radiadores superiores.

Opción de tubería de retorno

Cuando se usa una tubería para suministrar agua caliente a los radiadores, y la segunda para drenar el agua fría a una caldera u horno, este esquema de calefacción se llama dos tuberías. Un sistema similar en presencia de radiadores de calefacción se usa con más frecuencia que uno de una tubería.

Es más costoso, ya que requiere la instalación de una tubería adicional, pero tiene una serie de ventajas significativas:

• distribución de temperatura más uniforme portador de calor suministrado a radiadores;
• más fácil de hacer el cálculo la dependencia de los parámetros de los radiadores en el área de la habitación calentada y los valores de temperatura requeridos;
• control de calor más eficiente a cada radiador

Dependiendo de la dirección del movimiento del agua enfriada, relativamente caliente, sistemas de doble tubo subdividido en pases y puntos muertos. En los circuitos asociados, el movimiento del agua enfriada ocurre en la misma dirección que el calor, por lo tanto, la duración del ciclo para todo el circuito coincide.

En los esquemas sin salida, el agua enfriada se mueve hacia caliente, por lo tanto, para diferentes radiadores, las longitudes de los ciclos de revolución del refrigerante son diferentes. Dado que la velocidad en el sistema es pequeña, el tiempo de calentamiento puede diferir significativamente. Los radiadores en los que la duración del ciclo del agua sea más corta se calentarán más rápido.

Al elegir un callejón sin salida y los esquemas de calentamiento asociados, proceden principalmente de la conveniencia de llevar a cabo una tubería de retorno

Hay dos tipos de ubicación del delineador en relación con los radiadores: superior e inferior. Con la conexión superior, la tubería de suministro de agua caliente se encuentra por encima de los radiadores, y con la conexión inferior es más baja.

Con la conexión inferior, se puede eliminar el aire a través de los radiadores y no es necesario sostener las tuberías en la parte superior, lo cual es bueno desde la perspectiva del diseño de la habitación.

Sin embargo, sin un colector de aceleración, la caída de presión será mucho menor que cuando se usa el suministro superior. Por lo tanto, el delineador de ojos prácticamente no se usa cuando se calientan las instalaciones según el principio de circulación natural.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Organización de un esquema de un solo tubo basado en una caldera eléctrica para una casa pequeña:

El trabajo de un sistema de dos tubos para una casa de madera de un piso basado en una caldera de combustible sólido de larga combustión:

El uso de la circulación natural durante el movimiento del agua en el circuito de calefacción requiere cálculos precisos y un trabajo de instalación técnicamente competente. En estas condiciones, el sistema de calefacción calentará las habitaciones de una casa privada y aliviará a los propietarios del ruido de la bomba y la dependencia de la electricidad.

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