Verwarmingssysteem met natuurlijke circulatie: gemeenschappelijke ontwerpen van watercircuits

De constructie van een autonoom zwaartekrachtsverwarmingsnetwerk wordt gekozen als het onpraktisch en soms onmogelijk is om een ​​circulatiepomp te installeren of op een centrale voeding aan te sluiten.

Zo'n systeem is goedkoper te installeren en volledig onafhankelijk van elektriciteit. De prestaties zijn echter grotendeels afhankelijk van de nauwkeurigheid van het ontwerp.

Om het verwarmingssysteem met natuurlijke circulatie soepel te laten werken, is het noodzakelijk om de parameters te berekenen, de componenten correct te installeren en met recht het watercircuit te kiezen. We zullen helpen bij het oplossen van deze problemen.

We beschreven de belangrijkste principes van het zwaartekrachtsysteem, gaven advies bij het kiezen van een pijpleiding, schetsten de regels voor het monteren van het circuit en het plaatsen van werkknooppunten. We hebben speciale aandacht besteed aan het ontwerp en de werking van een- en tweepijps verwarmingskringen.

Principes van het natuurlijke circulatieproces

Het proces van waterbeweging in het verwarmingscircuit zonder het gebruik van een circulatiepomp vindt plaats als gevolg van natuurlijke natuurkundige wetten.

Als u de aard van deze processen begrijpt, kunt u competent zijn om een ​​verwarmingssysteem te ontwerpen voor typische en niet-standaard gevallen.

Het maximale verschil in hydrostatische druk

De belangrijkste fysieke eigenschap van elk koelmiddel (water of antivries), dat bijdraagt ​​aan de beweging langs het circuit tijdens natuurlijke circulatie, is een afname in dichtheid bij toenemende temperatuur.

De dichtheid van warm water is minder dan koud en daarom is er een verschil in de hydrostatische druk van de warme en koude vloeistofkolom. Koud water dat naar de warmtewisselaar stroomt, verplaatst warm water door de leiding.

De drijvende kracht van het water in het circuit tijdens natuurlijke circulatie is het verschil in hydrostatische druk tussen de koude en hete vloeistofkolommen

Het verwarmingscircuit van het huis kan worden onderverdeeld in verschillende fragmenten. Water wordt naar boven geleid langs "hete" fragmenten en naar beneden langs "koude" fragmenten. De grenzen van de fragmenten zijn de bovenste en onderste punten van het verwarmingssysteem.

De grootste uitdaging bij het modelleren natuurlijke circulatiesystemenwater is om een ​​zo groot mogelijk verschil te bereiken tussen de druk van de vloeistofkolom in de "warme" en "koude" fragmenten.

Het element van het watercircuit, dat klassiek is voor natuurlijke circulatie, is de acceleratiecollector (hoofdverhoger) - een verticale buis die naar boven is gericht vanaf de warmtewisselaar.

De acceleratiecollector moet een maximale temperatuur hebben en is dus over de gehele lengte geïsoleerd. Hoewel, als de hoogte van de collector niet groot is (zoals bij huizen met één verdieping), u geen isolatie kunt uitvoeren, omdat het water erin geen tijd heeft om af te koelen.

Het systeem is typisch zo ontworpen dat het bovenste punt van de acceleratiecollector samenvalt met het bovenste punt van het hele circuit. Ze zetten de uitgang op open tank expander of een ontluchtingsklep als een membraantank wordt gebruikt.

Dan is de lengte van het “hete” fragment van het circuit zo min mogelijk, wat leidt tot een afname van warmteverlies in dit gebied.

Het is ook wenselijk dat het "hete" fragment van het circuit niet wordt gecombineerd met een lange sectie die het gekoelde koelmiddel transporteert. Idealiter valt het onderste punt van het watercircuit samen met het onderste punt van de warmtewisselaar die in het verwarmingsapparaat is geplaatst.

Hoe lager de ketel zich in het verwarmingssysteem bevindt, hoe lager de hydrostatische druk van de vloeistofkolom in het hete fragment van het circuit

Voor het "koude" segment van het watercircuit heeft het ook zijn eigen regels die de druk van de vloeistof verhogen:

• hoe meer warmteverlies in het “koude” deel van het verwarmingsnetwerk, hoe lager de temperatuur van het water en hoe groter de dichtheid, daarom is het functioneren van systemen met natuurlijke circulatie alleen mogelijk met een aanzienlijke warmteoverdracht;
• hoe groter de afstand van de onderkant van het circuit tot de radiatoraansluiting, hoe groter het gedeelte van de waterkolom met een minimale temperatuur en maximale dichtheid.

Om aan de laatste regel te voldoen, wordt vaak een kachel of ketel geïnstalleerd op het laagste punt van het huis, bijvoorbeeld in de kelder. Deze opstelling van de ketel zorgt voor de maximaal mogelijke afstand tussen het lagere niveau van de radiatoren en het punt van binnenkomst van water in de warmtewisselaar.

De hoogte tussen de onderste en bovenste punten van het watercircuit tijdens natuurlijke circulatie mag echter niet te groot zijn (in de praktijk niet meer dan 10 meter). Een oven of boiler, alleen de warmtewisselaar en het onderste deel van de acceleratiecollector worden verwarmd.

Als dit fragment onbeduidend is ten opzichte van de gehele hoogte van het watercircuit, dan zal de drukval in het "hete" fragment van het circuit niet significant zijn en zal het circulatieproces niet starten.

Het gebruik van natuurlijke circulatiesystemen voor gebouwen met twee verdiepingen is gerechtvaardigd en voor grotere verdiepingen is een circulatiepomp nodig

Minimalisatie van weerstand tegen beweging van water

Bij het ontwerpen van een systeem met natuurlijke circulatie moet rekening worden gehouden met de snelheid van het koelmiddel langs het circuit.

Ten eerstehoe sneller de snelheid, des te sneller de warmteoverdracht door het systeem "ketel - warmtewisselaar - watercircuit - verwarmingsradiatoren - kamer".

Ten tweedehoe sneller de vloeistof door de warmtewisselaar stroomt, hoe kleiner de kans dat het kookt, wat vooral belangrijk is bij het verwarmen van kachels.

Kokend water in het systeem kan erg duur zijn - de kosten voor het demonteren, repareren en opnieuw installeren van de warmtewisselaar vereisen veel tijd en geld

In systemen verwarming met geforceerde circulatie watersnelheid hangt voornamelijk af van de parameters circulatiepomp.

Bij waterverwarming met natuurlijke circulatie hangt de snelheid af van de volgende factoren:

• drukverschillen tussen fragmenten van de contour op het laagste punt;
• hydrodynamische weerstand verwarming systeem.

Manieren om maximale drukverschillen te garanderen zijn hierboven besproken. De hydrodynamische weerstand van een echt systeem kan niet nauwkeurig worden berekend vanwege een complex wiskundig model en een groot aantal invoergegevens, waarvan de nauwkeurigheid moeilijk te garanderen is.

Desalniettemin zijn er algemene regels, die de weerstand van het verwarmingscircuit verminderen.

De belangrijkste redenen voor het verminderen van de snelheid van waterbeweging zijn de weerstand van de buiswanden en de aanwezigheid van vernauwing door de aanwezigheid van fittingen of kleppen. Bij een laag debiet is de wandweerstand nagenoeg afwezig.

De uitzondering zijn lange en dunne buizen, kenmerkend voor verwarming met warme vloer. In de regel worden hiervoor afzonderlijke circuits met geforceerde circulatie onderscheiden.

Bij het kiezen van de soorten buizen voor een circuit met natuurlijke circulatie, moet rekening worden gehouden met de aanwezigheid van technische beperkingen tijdens de installatie van het systeem. Daarom kunststof buizen het is ongewenst om te gebruiken tijdens natuurlijke circulatie van water vanwege de aansluiting van hun fittingen met een aanzienlijk kleinere binnendiameter.

Fittingen van metaal-plastic buizen verkleinen de binnendiameter enigszins en vormen een ernstig obstakel voor de waterstroom bij lage druk (+)

Regels voor de selectie en installatie van buizen

De keuze tussen staal of polypropyleen buizen bij elke circulatie vindt het plaats volgens het criterium van de mogelijkheid van hun gebruik voor warm water, evenals vanuit het oogpunt van prijs, installatiegemak en levensduur.

De stijgbuis is gemonteerd op een metalen buis, omdat het water met de hoogste temperatuur er doorheen gaat, en in het geval van ovenverwarming of een storing in de warmtewisselaar, is de mogelijkheid om stoom door te laten mogelijk.

Bij natuurlijke circulatie is het nodig om een ​​iets grotere leidingdiameter te gebruiken dan bij een circulatiepomp. Meestal voor het verwarmen van ruimtes tot 200 vierkante meter. m, de diameter van de acceleratiecollector en de buis bij de inlaat van de retour naar de warmtewisselaar is 2 inch.

Dit wordt veroorzaakt door een lagere watersnelheid in vergelijking met de optie voor geforceerde circulatie, wat tot de volgende problemen leidt:

• verminderde warmteoverdracht per tijdseenheid van de bron tot de verwarmde kamer;
• verstopping of luchtcongestie, die een kleine druk niet aankan.

Bij het gebruik van natuurlijke circulatie met een lager toevoercircuit moet bijzondere aandacht worden besteed aan het probleem van het verwijderen van lucht uit het systeem. Het kan niet volledig uit het koelmiddel worden verwijderd via een expansievat, zoals kokend water komt eerst de apparaten binnen op een snelweg die lager ligt dan zijzelf.

Bij geforceerde circulatie drijft de waterdruk de lucht naar de luchtverzamelaar die op het hoogste punt van het systeem is geïnstalleerd - een apparaat met automatische, handmatige of halfautomatische bediening. Gebruiken Mayevsky kranen In principe wordt de warmteoverdracht aangepast.

In zwaartekrachtverwarmingsnetwerken met een toevoer onder de apparaten worden Mayevsky-kranen direct gebruikt voor het ontluchten van lucht.

Alle moderne verwarmingsradiatoren hebben luchtuitlaatapparaten, dus om de vorming van pluggen in het circuit te voorkomen, kunt u een helling maken en de lucht naar de radiator drijven

Lucht kan ook worden afgevoerd met behulp van ventilatieopeningen op elke stijgleiding of op een bovenleiding die parallel loopt aan de snelwegen van het systeem. Vanwege het indrukwekkende aantal luchtuitlaatapparaten zijn zwaartekrachtcircuits met lagere bedrading uiterst zeldzaam.

Bij lage druk kan een kleine luchtplug het verwarmingssysteem volledig stoppen. Het is dus volgens SNiP 41-01-2003 niet toegestaan ​​om verwarmingsleidingen van leidingen zonder helling te leggen bij een watersnelheid van minder dan 0,25 m / s.

Met natuurlijke circulatie zijn dergelijke snelheden onbereikbaar. Daarom moeten, naast het vergroten van de diameter van de buizen, constante hellingen worden waargenomen om lucht uit het verwarmingssysteem te verwijderen. De helling is ontworpen met een snelheid van 2-3 mm per 1 meter, in appartementsnetwerken bereikt de helling 5 mm per lineaire meter van de horizontale lijn.

De toevoerhelling is gemaakt in de bewegingsrichting van het water, zodat de lucht naar de expansietank of het ontluchtingssysteem op het bovenste punt van het circuit beweegt. Hoewel u een tegenvooroordeel kunt maken, moet u in dit geval een extra instelling instellen ontluchtingsklep.

De helling van de retourleiding wordt in de regel gemaakt in de richting van de beweging van gekoeld water. Dan valt het onderste punt van het circuit samen met de inlaat van de retourleiding naar de warmtegenerator.

De meest voorkomende combinatie van de helling van de toevoer- en retourleidingen om luchtsluizen uit het natuurlijke circulatiewatercircuit te verwijderen

Op een warme vloer plaatsen een klein gebied in het circuit met natuurlijke circulatie, moet worden voorkomen dat lucht de smalle en horizontale leidingen van dit verwarmingssysteem binnendringt. Het is noodzakelijk om het luchtafvoerapparaat voor de warme vloer te plaatsen.

Eenpijps- en tweepijps verwarmingsschema's

Bij het ontwikkelen van een verwarmingsschema voor een huis met natuurlijke watercirculatie, is het mogelijk om zowel een als meerdere afzonderlijke circuits te ontwerpen. Ze kunnen aanzienlijk van elkaar verschillen. Ongeacht de lengte, het aantal radiatoren en andere parameters, ze worden uitgevoerd volgens een eenpijps- of tweepijpsschema.

Single line circuit

Een verwarmingssysteem dat dezelfde leiding gebruikt voor een opeenvolgende toevoer van water naar radiatoren, wordt een enkele leiding genoemd. De eenvoudigste optie met één buis is verwarming met metalen buizen zonder het gebruik van radiatoren.

Dit is de goedkoopste en minst problematische manier om huisverwarming op te lossen wanneer u kiest voor de natuurlijke circulatie van het koelmiddel. Het enige belangrijke minpuntje is het uiterlijk van dikke buizen.

Op zijn voordeligst enkele buis versie met verwarmingsradiatoren stroomt warm water opeenvolgend door elk apparaat. Hier heb je een minimum aantal buizen en kleppen nodig.

Naarmate je vordert koelvloeistof koelt af, zodat volgende radiatoren kouder water krijgen, waarmee rekening moet worden gehouden bij het berekenen van het aantal secties.

Een eenvoudig éénpijpsschema (hierboven) vereist een minimale hoeveelheid installatiewerk en geïnvesteerd geld. Met de meer complexe en dure optie hieronder kunt u de radiatoren uitschakelen zonder het hele systeem te stoppen.

De meest effectieve manier om verwarmingsapparaten aan te sluiten op een éénpijpsnetwerk is de diagonale optie.

Volgens dit schema van verwarmingscircuits met een natuurlijke vorm van circulatie, komt warm water van bovenaf de radiator binnen, na afkoeling wordt het afgevoerd via de buis eronder. Op deze manier geeft verwarmd water de maximale hoeveelheid warmte af.

Met een lagere aansluiting op de accu, zowel de invoerleiding als de uitvoerleiding, wordt de warmteoverdracht aanzienlijk verminderd, omdat het verwarmde koelmiddel zo lang mogelijk moet meegaan. Vanwege aanzienlijke koeling worden batterijen met een groot aantal secties niet gebruikt in dergelijke schema's.

"Leningradka" wordt gekenmerkt door een indrukwekkend warmteverlies, waarmee bij de berekening van het systeem rekening moet worden gehouden. Het voordeel is dat bij gebruik van afsluiters op de inlaat- en uitlaatmondstukken, de apparaten optioneel kunnen worden uitgeschakeld voor reparatie zonder de verwarmingscyclus te stoppen (+)

Verwarmingscircuits met een vergelijkbare aansluiting van radiatoren worden genoemd “Leningradka'. Ondanks de bekende warmteverliezen, hebben ze de voorkeur bij de opstelling van appartementsverwarmingssystemen, wat te wijten is aan het meer esthetische uiterlijk van de pijpleiding.

Een belangrijk nadeel van enkelpijpsnetwerken is het onvermogen om een ​​van de verwarmingssecties uit te schakelen zonder de circulatie van water door het circuit te stoppen.

Pas daarom meestal de modernisering van het klassieke schema toe met de installatie van "omzeilen”Om de radiator te omzeilen met een aftakking met twee kogelkranen of een driewegklep. Hierdoor kunt u de watertoevoer naar de radiator aanpassen, tot aan de volledige uitschakeling.

Voor gebouwen met twee of meer verdiepingen worden versies van het éénpijpsschema met verticale risers gebruikt. In dit geval is de verdeling van warm water uniformer dan bij horizontale stijgbuizen. Daarnaast zijn de verticale risers minder uitgeschoven en passen ze beter in het interieur van de woning.

Een enkelpijps schema met verticale bedrading wordt met succes gebruikt voor het verwarmen van kamers met twee verdiepingen met behulp van natuurlijke circulatie. De optie met de mogelijkheid om de bovenste radiatoren uit te schakelen, wordt gepresenteerd.

Optie retourleiding

Wanneer één buis wordt gebruikt om warm water aan radiatoren te leveren en de tweede om gekoeld af te voeren naar een ketel of oven, wordt dit verwarmingsschema een tweepijps genoemd. Een vergelijkbaar systeem in aanwezigheid van verwarmingsradiatoren wordt vaker gebruikt dan een eenpijps.

Het is duurder omdat het de installatie van een extra buis vereist, maar heeft een aantal belangrijke voordelen:

• gelijkmatigere temperatuurverdeling warmtedrager geleverd aan radiatoren;
• gemakkelijker om de berekening uit te voeren de afhankelijkheid van de parameters van radiatoren van het gebied van de verwarmde kamer en de vereiste temperatuurwaarden;
• efficiëntere warmteregeling aan elke radiator.

Afhankelijk van de bewegingsrichting van het gekoelde water, relatief heet, dubbele leidingsystemen onderverdeeld in passeren en impasses. In bijbehorende circuits vindt de beweging van gekoeld water plaats in dezelfde richting als heet, daarom valt de cycluslengte voor het hele circuit samen.

In doodlopende schema's beweegt gekoeld water naar heet, daarom zijn voor verschillende radiatoren de lengtes van de cycli van koelmiddelomwentelingen verschillend. Omdat de snelheid in het systeem klein is, kan de verwarmingstijd aanzienlijk verschillen. Radiatoren waarbij de cycluslengte van de waterkringloop korter is, worden sneller opgewarmd.

Bij het kiezen van een doodlopende weg en bijbehorende verwarmingsschema's gaan ze voornamelijk uit van het gemak van het uitvoeren van een retourleiding

Er zijn twee soorten locaties van de eyeliner ten opzichte van de verwarmingsradiatoren: boven en onder. Bij de bovenste aansluiting zit de warmwatertoevoerleiding boven de radiatoren en bij de onderste aansluiting lager.

Met de onderste aansluiting kan lucht via radiatoren worden afgevoerd en is het niet nodig om pijpen bovenaan vast te houden, wat goed is vanuit het perspectief van het ontwerp van de kamer.

Zonder acceleratiecollector zal het drukverlies echter veel kleiner zijn dan bij gebruik van de bovenste toevoer. Daarom wordt de onderste eyeliner praktisch niet gebruikt bij het verwarmen van het pand door het principe van natuurlijke circulatie.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Organisatie van een schema met één buis op basis van een elektrische ketel voor een klein huis:

Het werk van een tweepijpssysteem voor een houten huis met één verdieping op basis van een ketel op vaste brandstof die lang brandt:

Het gebruik van natuurlijke circulatie tijdens de beweging van water in het verwarmingscircuit vereist nauwkeurige berekeningen en technisch bekwame installatiewerkzaamheden. Onder deze omstandigheden verwarmt het verwarmingssysteem de kamers van een woonhuis en ontlast het de eigenaren van het geluid van de pomp en de afhankelijkheid van elektriciteit.

Als je vragen hebt over het onderwerp of als je persoonlijke ervaringen wilt delen met het organiseren en bedienen van een zwaartekrachtverwarmingssysteem, laat dan een reactie achter op dit artikel. Het feedbackvenster bevindt zich hieronder.