Système de chauffage à circulation naturelle: conceptions de circuits d'eau communs

La construction d'un réseau de chauffage autonome par gravité est choisie s'il n'est pas pratique et parfois impossible d'installer une pompe de circulation ou de se connecter à une alimentation centralisée.

Un tel système est moins cher à installer et totalement indépendant de l'électricité. Cependant, ses performances dépendent largement de la précision de la conception.

Pour que le système de chauffage à circulation naturelle fonctionne correctement, il est nécessaire de calculer ses paramètres, d'installer correctement les composants et de choisir raisonnablement le circuit d'eau. Nous vous aiderons à résoudre ces problèmes.

Nous avons décrit les principaux principes du système gravitationnel, donné des conseils sur le choix d'un pipeline, décrit les règles d'assemblage du circuit et de placement des nœuds de travail. Nous avons accordé une attention particulière à la conception et au fonctionnement des circuits de chauffage monotube et bitube.

Principes du processus de circulation naturelle

Le processus de mouvement de l'eau dans le circuit de chauffage sans l'utilisation d'une pompe de circulation se produit en raison des lois physiques naturelles.

Comprendre la nature de ces processus vous permettra de concevoir un système de chauffage pour les cas typiques et non standard.

La différence maximale de pression hydrostatique

La principale propriété physique de tout liquide de refroidissement (eau ou antigel), qui contribue à son mouvement le long du circuit pendant la circulation naturelle, est une diminution de la densité avec l'augmentation de la température.

La densité de l'eau chaude est inférieure à celle du froid et il y a donc une différence de pression hydrostatique de la colonne de liquide chaud et froid. L'eau froide s'écoulant vers l'échangeur de chaleur déplace l'eau chaude dans le tuyau.

La force motrice de l'eau dans le circuit pendant la circulation naturelle est la différence de pression hydrostatique entre les colonnes froide et chaude de liquide

Le circuit de chauffage de la maison peut être divisé en plusieurs fragments. L'eau est dirigée vers le haut le long de fragments «chauds» et vers le bas le long de fragments «froids». Les limites des fragments sont les points supérieurs et inférieurs du système de chauffage.

Le principal défi de la modélisation systèmes de circulation naturellel'eau doit atteindre la différence maximale possible entre la pression de la colonne de liquide dans les fragments "chauds" et "froids".

L'élément du circuit d'eau qui est classique pour la circulation naturelle est le collecteur d'accélération (colonne montante principale) - un tuyau vertical dirigé vers le haut depuis l'échangeur de chaleur.

Le collecteur d'accélération doit avoir une température maximale, il est donc isolé sur toute sa longueur. Bien que, si la hauteur du collecteur n'est pas grande (comme pour les maisons à un étage), vous ne pouvez pas conduire d'isolation, car l'eau à l'intérieur n'aura pas le temps de se refroidir.

Généralement, le système est conçu pour que le point haut du collecteur d'accélération coïncide avec le point haut de l'ensemble du circuit. Ils ont défini la sortie sur extenseur de réservoir ouvert ou une soupape de purge si un réservoir à membrane est utilisé.

Alors la longueur du fragment "chaud" du circuit est le minimum possible, ce qui conduit à une diminution des pertes de chaleur dans cette zone.

Il est également souhaitable que le fragment "chaud" du circuit ne soit pas associé à une longue section transportant le liquide de refroidissement refroidi. Idéalement, le point inférieur du circuit d'eau coïncide avec le point inférieur de l'échangeur de chaleur placé dans le dispositif de chauffage.

Plus la chaudière est située dans le système de chauffage, plus la pression hydrostatique de la colonne de liquide dans le fragment chaud du circuit est basse

Pour le segment «froid» du circuit d'eau a également ses propres règles qui augmentent la pression du liquide:

• plus de pertes de chaleur dans la partie «froide» du réseau de chauffage, plus la température de l'eau est basse et plus sa densité est élevée, le fonctionnement des systèmes à circulation naturelle n'est donc possible qu'avec un transfert de chaleur important;
• plus la distance entre le bas du circuit et la connexion du radiateur est grande, plus la section de la colonne d'eau est grande avec une température minimale et une densité maximale.

Pour garantir le respect de cette dernière règle, un poêle ou une chaudière est souvent installé au point le plus bas de la maison, par exemple au sous-sol. Cette disposition de la chaudière fournit la distance maximale possible entre le niveau inférieur des radiateurs et le point d'entrée de l'eau dans l'échangeur de chaleur.

Cependant, la hauteur entre les points inférieur et supérieur du circuit d'eau pendant la circulation naturelle ne doit pas être trop grande (en pratique, pas plus de 10 mètres). Un four ou une chaudière, seuls l'échangeur de chaleur et la partie inférieure du collecteur d'accélération sont chauffés.

Si ce fragment est insignifiant par rapport à toute la hauteur du circuit d'eau, alors la chute de pression dans le fragment "chaud" du circuit sera insignifiante et le processus de circulation ne démarrera pas.

L'utilisation de systèmes de circulation naturelle pour les bâtiments à deux étages est justifiée et une pompe de circulation sera nécessaire pour les étages supérieurs

Minimisation de la résistance au mouvement de l'eau

Lors de la conception d'un système à circulation naturelle, il est nécessaire de prendre en compte la vitesse du liquide de refroidissement le long du circuit.

Tout d'abordplus la vitesse est rapide, plus le transfert de chaleur à travers le système est rapide "chaudière - échangeur de chaleur - circuit d'eau - radiateurs de chauffage - pièce".

Deuxièmementplus la vitesse du fluide à travers l'échangeur de chaleur est rapide, moins il est susceptible de bouillir, ce qui est particulièrement important lors du chauffage des poêles.

Faire bouillir l'eau dans le système peut être très coûteux - le coût du démontage, de la réparation et de la réinstallation de l'échangeur de chaleur nécessite beaucoup de temps et d'argent

Dans les systèmes chauffage à circulation forcée la vitesse de l'eau dépend principalement des paramètres pompe de circulation.

Avec le chauffage de l'eau à circulation naturelle, la vitesse dépend des facteurs suivants:

• différences de pression entre les fragments du contour à son point inférieur;
• résistance hydrodynamique système de chauffage.

Les moyens d'assurer des différences de pression maximales ont été discutés ci-dessus. La résistance hydrodynamique d'un système réel ne peut pas être calculée avec précision en raison d'un modèle mathématique complexe et d'un grand nombre de données d'entrée, dont la précision est difficile à garantir.

Néanmoins, il existe des règles générales dont le respect réduira la résistance du circuit de chauffage.

Les principales raisons de réduire la vitesse de circulation de l'eau sont la résistance des parois des tuyaux et la présence de rétrécissement dû à la présence de raccords ou de vannes. À faible débit, la résistance de la paroi est pratiquement absente.

La seule exception concerne les tuyaux longs et minces, caractéristiques du chauffage avec plancher chaud. En règle générale, des circuits séparés à circulation forcée se distinguent pour cela.

Lors du choix des types de tuyaux pour un circuit à circulation naturelle, il est nécessaire de prendre en compte la présence de restrictions techniques lors de l'installation du système. Par conséquent tuyaux en plastique il n'est pas souhaitable d'utiliser pendant la circulation naturelle de l'eau en raison de la connexion de leurs raccords avec un diamètre intérieur nettement plus petit.

Les raccords de tuyaux métal-plastique rétrécissent quelque peu le diamètre intérieur et constituent un sérieux obstacle à l'écoulement de l'eau à basse pression (+)

Règles de sélection et d'installation des tuyaux

Le choix entre l'acier ou tuyaux en polypropylène à toute circulation, elle se déroule selon le critère de la possibilité de leur utilisation pour l'eau chaude, ainsi que du point de vue du prix, de la facilité d'installation et de la durée de vie.

La colonne montante est montée à partir d'un tuyau métallique, car l'eau la plus élevée la traverse, et dans le cas du chauffage du four ou d'un dysfonctionnement de l'échangeur de chaleur, l'option de passage de vapeur est possible.

Avec une circulation naturelle, il est nécessaire d'utiliser un diamètre de tuyau légèrement plus grand que dans le cas d'une pompe de circulation. Habituellement, pour chauffer des pièces jusqu'à 200 mètres carrés. m, le diamètre du collecteur d'accélération et du tuyau à l'entrée du retour à l'échangeur de chaleur est de 2 pouces.

Cela est dû à une vitesse d'eau inférieure à celle de l'option de circulation forcée, ce qui entraîne les problèmes suivants:

• transfert de chaleur réduit par unité de temps de la source à la pièce chauffée;
• colmatage ou congestion de l'air, qui ne peut pas faire face à une petite pression.

Une attention particulière lors de l'utilisation de la circulation naturelle avec un circuit d'alimentation inférieur doit être accordée au problème de l'élimination de l'air du système. Il ne peut pas être complètement retiré du liquide de refroidissement à travers un vase d'expansion, car l'eau bouillante pénètre d'abord dans les appareils sur une autoroute située plus bas qu'eux.

En cas de circulation forcée, la pression de l'eau entraîne l'air vers le collecteur d'air installé au point le plus élevé du système - un appareil à commande automatique, manuelle ou semi-automatique. En utilisant Grues Mayevsky Fondamentalement, le transfert de chaleur est ajusté.

Dans les réseaux de chauffage par gravité avec une alimentation située sous les appareils, les robinets Mayevsky sont utilisés directement pour purger l'air.

Tous les radiateurs de chauffage modernes ont des dispositifs d'échappement d'air, par conséquent, pour empêcher la formation de bouchons dans le circuit, vous pouvez faire une pente en conduisant l'air vers le radiateur

L'air peut également être évacué à l'aide de bouches d'aération installées sur chaque colonne montante ou sur une ligne aérienne parallèle aux autoroutes du système. En raison du nombre impressionnant de dispositifs d'échappement d'air, les circuits de gravité avec un câblage inférieur sont extrêmement rares.

Avec une basse pression, un petit bouchon d'air peut arrêter complètement le système de chauffage. Ainsi, selon SNiP 41-01-2003, il n'est pas permis de poser des canalisations de système de chauffage sans pente à une vitesse d'eau inférieure à 0,25 m / s.

Avec une circulation naturelle, de telles vitesses sont inaccessibles. Par conséquent, en plus d'augmenter le diamètre des tuyaux, des pentes constantes doivent être observées pour éliminer l'air du système de chauffage. La pente est conçue à raison de 2–3 mm par 1 mètre, dans les réseaux d'appartements, la pente atteint 5 mm par mètre linéaire de la ligne horizontale.

La pente d'alimentation est faite dans le sens du mouvement de l'eau de sorte que l'air se déplace vers le réservoir d'expansion ou le système de purge d'air situé au point supérieur du circuit. Bien que vous puissiez faire un contre-biais, mais dans ce cas, vous devez également définir soupape de purge.

La pente de la ligne de retour se fait, en règle générale, dans le sens du mouvement de l'eau glacée. Ensuite, le point bas du circuit coïncidera avec l'entrée du tuyau de retour vers le générateur de chaleur.

La combinaison la plus courante de la pente des tuyaux d'alimentation et de retour pour retirer les sas d'air du circuit d'eau de circulation naturelle

À installer un plancher chaud une petite zone du circuit à circulation naturelle, il est nécessaire d'empêcher l'air de pénétrer dans les tuyaux étroits et horizontaux de ce système de chauffage. Il est nécessaire de placer le dispositif d'évacuation d'air devant le sol chaud.

Systèmes de chauffage monotube et bitube

Lors de l'élaboration d'un schéma de chauffage pour une maison à circulation naturelle d'eau, il est possible de concevoir un ou plusieurs circuits séparés. Ils peuvent différer considérablement les uns des autres. Quels que soient la longueur, le nombre de radiateurs et autres paramètres, ils sont effectués selon un schéma monotube ou bitube.

Circuit monoligne

Un système de chauffage utilisant le même tuyau pour un approvisionnement séquentiel en eau des radiateurs est appelé un tuyau unique. L'option simple tube la plus simple consiste à chauffer avec des tuyaux métalliques sans utiliser de radiateurs.

C'est le moyen le moins cher et le moins problématique de résoudre le problème du chauffage domestique lors du choix en faveur de la circulation naturelle du liquide de refroidissement. Le seul inconvénient significatif est l'apparition de tuyaux encombrants.

Au plus économique version à tube unique avec des radiateurs chauffants, l'eau chaude circule séquentiellement à travers chaque appareil. Ici, vous avez besoin d'un nombre minimum de tuyaux et de vannes.

Au fur et à mesure que vous progressez liquide de refroidissement refroidit, de sorte que les radiateurs suivants obtiennent une eau plus froide, qui doit être prise en compte lors du calcul du nombre de sections.

Un schéma monotube simple (ci-dessus) nécessite un minimum de travaux d'installation et des fonds investis. L'option plus complexe et coûteuse ci-dessous vous permet d'éteindre les radiateurs sans arrêter tout le système.

Le moyen le plus efficace pour connecter des appareils de chauffage à un réseau monotube est l'option diagonale.

Selon ce schéma de circuits de chauffage à circulation naturelle, l'eau chaude pénètre dans le radiateur par le haut, après refroidissement elle est évacuée par la conduite située en dessous. En passant ainsi, l'eau chauffée dégage le maximum de chaleur.

Avec une connexion inférieure à la batterie, à la fois le tuyau d'entrée et le tuyau de sortie, le transfert de chaleur est considérablement réduit, car le liquide de refroidissement chauffé doit aller aussi longtemps que possible. En raison d'un refroidissement important, les batteries avec un grand nombre de sections ne sont pas utilisées dans de tels systèmes.

«Leningradka» se caractérise par une perte de chaleur impressionnante, qui doit être prise en compte lors du calcul du système. Son avantage est que lors de l'utilisation de vannes d'arrêt sur les buses d'entrée et de sortie, les appareils peuvent éventuellement être éteints pour réparation sans arrêter le cycle de chauffage (+)

Les circuits de chauffage avec une connexion similaire de radiateurs sont appelés «Leningradka". Malgré les pertes de chaleur notées, elles sont préférées dans l'agencement des systèmes de chauffage des appartements, ce qui est dû à l'aspect plus esthétique du pipeline.

Un inconvénient important des réseaux monotube est l'impossibilité d'éteindre l'une des sections de chauffage sans arrêter la circulation de l'eau dans tout le circuit.

Par conséquent, appliquer généralement la modernisation du schéma classique avec l'installation de «contourner”Pour contourner le radiateur à l'aide d'une branche avec deux robinets à tournant sphérique ou une vanne à trois voies. Cela vous permet de régler l'alimentation en eau du radiateur, jusqu'à son arrêt complet.

Pour les bâtiments de deux étages ou plus, des versions du schéma monotube avec colonnes montantes verticales sont utilisées. Dans ce cas, la distribution d'eau chaude est plus uniforme qu'avec les colonnes montantes horizontales. De plus, les contremarches verticales sont moins allongées et s'intègrent mieux à l'intérieur de la maison.

Un système monotube avec câblage vertical est utilisé avec succès pour chauffer des pièces à deux étages en utilisant la circulation naturelle. L'option avec la possibilité d'éteindre les radiateurs supérieurs est présentée.

Option de tuyau de retour

Lorsqu'un tuyau est utilisé pour fournir de l'eau chaude aux radiateurs et le second pour vidanger réfrigéré vers une chaudière ou un four, ce système de chauffage est appelé un tuyau à deux tuyaux. Un système similaire en présence de radiateurs de chauffage est utilisé plus souvent qu'un système monotube.

Il est plus cher, car il nécessite l'installation d'un tuyau supplémentaire, mais présente un certain nombre d'avantages importants:

• distribution de température plus uniforme caloporteur fourni aux radiateurs;
• plus facile à faire le calcul la dépendance des paramètres des radiateurs de la surface de la pièce chauffée et des valeurs de température requises;
• contrôle de la chaleur plus efficace à chaque radiateur.

Selon le sens de circulation de l'eau glacée, relativement chaude, systèmes à double tuyau subdivisé en dépassements et impasses. Dans les circuits associés, le mouvement de l'eau glacée se produit dans le même sens que chaud, donc la durée du cycle pour l'ensemble du circuit coïncide.

Dans les systèmes sans issue, l'eau réfrigérée se déplace vers le chaud, par conséquent, pour différents radiateurs, les longueurs des cycles de révolution du liquide de refroidissement sont différentes. Étant donné que la vitesse dans le système est faible, le temps de chauffage peut différer considérablement. Les radiateurs dont la durée du cycle de l'eau est plus courte seront chauffés plus rapidement.

Lors du choix d'une voie sans issue et des schémas de chauffage associés, ils procèdent principalement de la commodité de réaliser une conduite de retour

Il existe deux types de localisation de l'eye-liner par rapport aux radiateurs chauffants: supérieur et inférieur. Avec le raccordement supérieur, le tuyau d'alimentation en eau chaude est situé au-dessus des radiateurs et avec le raccordement inférieur, il est inférieur.

Avec le raccordement inférieur, l'air peut être évacué par les radiateurs et il n'est pas nécessaire de maintenir les tuyaux sur le dessus, ce qui est bon du point de vue de la conception de la pièce.

Cependant, sans collecteur d'accélération, la chute de pression sera bien moindre que lors de l'utilisation de l'alimentation supérieure. Par conséquent, l'eye-liner inférieur n'est pratiquement pas utilisé lors du chauffage des locaux par le principe de la circulation naturelle.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Organisation d'un schéma monotube basé sur une chaudière électrique pour une petite maison:

Le travail d'un système à deux tuyaux pour une maison en bois d'un étage basé sur une chaudière à combustible solide de longue durée:

L'utilisation de la circulation naturelle lors du mouvement de l'eau dans le circuit de chauffage nécessite des calculs précis et des travaux d'installation techniquement compétents. Dans ces conditions, le système de chauffage chauffera les pièces d'une maison privée et soulagera les propriétaires du bruit de la pompe et de la dépendance à l'électricité.

Si vous avez des questions sur le sujet ou si vous souhaitez partager votre expérience personnelle dans l'organisation et l'exploitation d'un système de chauffage par gravité, veuillez laisser des commentaires sur cet article. La boîte de commentaires se trouve ci-dessous.