Sistema de aquecimento por circulação natural: projetos de circuitos de água comuns

A construção de uma rede de aquecimento autônoma do tipo gravidade é escolhida se for impraticável, e às vezes impossível, instalar uma bomba de circulação ou conectar a uma fonte de alimentação centralizada.

Esse sistema é mais barato de instalar e completamente independente da eletricidade. No entanto, seu desempenho depende muito da precisão do design.

Para que o sistema de aquecimento com circulação natural funcione sem problemas, é necessário calcular seus parâmetros, instalar corretamente os componentes e escolher razoavelmente o circuito da água. Ajudaremos a resolver esses problemas.

Descrevemos os principais princípios do sistema gravitacional, oferecemos conselhos sobre a escolha de um oleoduto, delineamos as regras para montar o circuito e colocar os nós de trabalho. Damos especial atenção ao design e funcionamento dos circuitos de aquecimento de um e dois tubos.

Princípios do processo de circulação natural

O processo de movimentação da água no circuito de aquecimento sem o uso de uma bomba de circulação ocorre devido a leis físicas naturais.

A compreensão da natureza desses processos permitirá que você com competência projetar um sistema de aquecimento para casos típicos e não padronizados.

A diferença máxima na pressão hidrostática

A principal propriedade física de qualquer líquido de arrefecimento (água ou anticongelante), que contribui para o seu movimento ao longo do circuito durante a circulação natural, é uma diminuição na densidade com o aumento da temperatura.

A densidade da água quente é menor que a fria e, portanto, há uma diferença na pressão hidrostática da coluna de líquido quente e frio. A água fria que flui para o trocador de calor desloca a água quente pelo cano.

A força motriz da água no circuito durante a circulação natural é a diferença na pressão hidrostática entre as colunas frias e quentes do líquido

O circuito de aquecimento da casa pode ser dividido em vários fragmentos. A água é direcionada para cima ao longo dos fragmentos "quentes" e para baixo ao longo dos fragmentos "frios". Os limites dos fragmentos são os pontos superior e inferior do sistema de aquecimento.

O principal desafio na modelagem sistemas de circulação naturala água deve atingir a máxima diferença possível entre a pressão da coluna líquida nos fragmentos "quente" e "frio".

O elemento do circuito de água, clássico para circulação natural, é o coletor de aceleração (riser principal) - um tubo vertical direcionado para cima a partir do trocador de calor.

O coletor de aceleração deve ter uma temperatura máxima, portanto é isolado em todo o seu comprimento. Embora, se a altura do coletor não for grande (como nas casas térreas), não será possível isolar, pois a água não terá tempo para esfriar.

Normalmente, o sistema é projetado para que o ponto superior do coletor de aceleração coincida com o ponto superior de todo o circuito. Eles definem a saída para expansor de tanque aberto ou uma válvula de ventilação se for usado um tanque de membrana.

Então o comprimento do fragmento "quente" do circuito é o mínimo possível, o que leva a uma diminuição na perda de calor nessa área.

Também é desejável que o fragmento "quente" do circuito não seja combinado com uma seção longa transportando o líquido de arrefecimento resfriado. Idealmente, o ponto inferior do circuito de água coincide com o ponto inferior do trocador de calor colocado no dispositivo de aquecimento.

Quanto mais baixa a caldeira estiver localizada no sistema de aquecimento, menor a pressão hidrostática da coluna de líquido no fragmento quente do circuito

Para o segmento "frio" do circuito de água também existem regras próprias que aumentam a pressão do líquido:

• maior perda de calor na seção "fria" da rede de aquecimento, quanto mais baixa a temperatura da água e maior sua densidade, portanto, o funcionamento de sistemas com circulação natural é possível apenas com significativa transferência de calor;
• quanto maior a distância da parte inferior do circuito à conexão do radiador, quanto maior a seção da coluna de água com temperatura e densidade mínimas.

Para garantir a conformidade com a última regra, geralmente um fogão ou caldeira é instalado no ponto mais baixo da casa, por exemplo, no porão. Esse arranjo da caldeira fornece a distância máxima possível entre o nível mais baixo dos radiadores e o ponto de entrada de água no trocador de calor.

No entanto, a altura entre os pontos inferior e superior do circuito de água durante a circulação natural não deve ser muito grande (na prática, não mais que 10 metros). Em um forno ou caldeira, apenas o trocador de calor e a parte inferior do coletor de aceleração são aquecidos.

Se esse fragmento for insignificante em relação a toda a altura do circuito de água, a queda de pressão no fragmento "quente" do circuito será insignificante e o processo de circulação não será iniciado.

O uso de sistemas de circulação natural para edifícios de dois andares é justificado e uma bomba de circulação será necessária para pisos maiores

Minimização da resistência ao movimento da água

Ao projetar um sistema com circulação natural, é necessário levar em consideração a velocidade do líquido de refrigeração ao longo do circuito.

Em primeiro lugarquanto mais rápida a velocidade, mais rápida a transferência de calor através do sistema "caldeira - trocador de calor - circuito de água - radiadores de aquecimento - sala".

Em segundo lugarquanto mais rápida a velocidade do fluido através do trocador de calor, menor a probabilidade de ferver, o que é especialmente importante ao aquecer fogões.

Ferver água no sistema pode ser muito caro - o custo de desmontar, reparar e reinstalar o trocador de calor requer muito tempo e dinheiro

Em sistemas aquecimento de circulação forçada velocidade da água depende principalmente dos parâmetros bomba de circulação.

Com o aquecimento da água com circulação natural, a velocidade depende dos seguintes fatores:

• diferenças de pressão entre fragmentos do contorno no seu ponto mais baixo;
• resistência hidrodinâmica sistema de aquecimento.

As formas de garantir diferenças máximas de pressão foram discutidas acima. A resistência hidrodinâmica de um sistema real não pode ser calculada com precisão devido a um modelo matemático complexo e a um grande número de dados de entrada, cuja precisão é difícil de garantir.

No entanto, existem regras gerais, cuja conformidade reduzirá a resistência do circuito de aquecimento.

Os principais motivos para reduzir a velocidade do movimento da água são a resistência das paredes dos tubos e a presença de estreitamento devido à presença de conexões ou válvulas. A uma vazão baixa, a resistência da parede está praticamente ausente.

A exceção são os tubos longos e finos, característicos para aquecimento com piso quente. Como regra, são distinguidos circuitos separados com circulação forçada.

Ao escolher os tipos de tubos para um circuito de circulação natural, é necessário levar em consideração a presença de restrições técnicas durante a instalação do sistema. Portanto, tubos de plástico é indesejável a utilização durante a circulação natural da água devido à conexão de seus acessórios com um diâmetro interno significativamente menor.

As conexões de tubos de metal-plástico estreitam um pouco o diâmetro interno e são um sério obstáculo ao fluxo de água a baixa pressão (+)

Regras para seleção e instalação de tubos

A escolha entre aço ou tubos de polipropileno com qualquer circulação, ocorre de acordo com o critério da possibilidade de seu uso em água quente, bem como do ponto de vista de preço, facilidade de instalação e vida útil.

O riser é montado a partir de um tubo de metal, uma vez que a água a mais alta temperatura passa por ele e, no caso de aquecimento do forno ou mau funcionamento do trocador de calor, a opção de passar vapor é possível.

Com circulação natural, é necessário usar um diâmetro do tubo um pouco maior do que no caso de uma bomba de circulação. Normalmente, para aquecimento de salas de até 200 metros quadrados. m, o diâmetro do coletor de aceleração e o tubo na entrada do retorno ao trocador de calor é de 2 polegadas.

Isso é causado por uma velocidade mais baixa da água em comparação com a opção de circulação forçada, o que leva aos seguintes problemas:

• transferência de calor reduzida por unidade de tempo da fonte à sala aquecida;
• entupimento ou congestionamento de ar, que não consegue lidar com uma pequena pressão.

Atenção especial ao usar a circulação natural com um circuito de alimentação mais baixo deve ser dada ao problema de remover o ar do sistema. Ele não pode ser completamente removido do líquido de refrigeração através de um tanque de expansão, pois a água fervente entra primeiro nos dispositivos em uma rodovia localizada abaixo de si.

Quando a circulação forçada, a pressão da água direciona o ar para o coletor de ar instalado no ponto mais alto do sistema - um dispositivo com controle automático, manual ou semi-automático. Usando Guindastes Mayevsky Basicamente, a transferência de calor é ajustada.

Nas redes de aquecimento por gravidade com alimentação localizada abaixo dos aparelhos, as torneiras Mayevsky são usadas diretamente para a entrada de ar.

Todos os radiadores de aquecimento modernos têm dispositivos de exaustão de ar, portanto, para impedir a formação de plugues no circuito, você pode fazer uma inclinação, direcionando o ar para o radiador

O ar também pode ser ventilado usando saídas de ar instaladas em cada riser ou em uma linha aérea paralela às rodovias do sistema. Devido ao número impressionante de dispositivos de exaustão de ar, os circuitos de gravidade com fiação mais baixa são extremamente raros.

Com baixa pressão, um pequeno bujão de ar pode parar completamente o sistema de aquecimento. Portanto, de acordo com o SNiP 41-01-2003, não é permitido instalar tubulações do sistema de aquecimento sem inclinação a uma velocidade da água inferior a 0,25 m / s.

Com circulação natural, essas velocidades são inatingíveis. Portanto, além de aumentar o diâmetro dos tubos, devem ser observadas inclinações constantes para remover o ar do sistema de aquecimento. A inclinação é projetada à taxa de 2 a 3 mm por 1 metro, nas redes de apartamentos a inclinação atinge 5 mm por metro linear da linha horizontal.

A inclinação da alimentação é feita na direção do movimento da água, de modo que o ar se mova para o tanque expansor ou para o sistema de purga de ar localizado na parte superior do circuito. Embora você possa fazer uma contra-polarização, mas nesse caso, você deve definir adicionalmente válvula de ventilação.

A inclinação da linha de retorno é feita, via de regra, na direção do movimento da água gelada. Então o ponto inferior do circuito coincidirá com a entrada do tubo de retorno no gerador de calor.

A combinação mais comum da inclinação dos tubos de suprimento e retorno para remover bloqueios de ar do circuito da água de circulação natural

At instalando um piso quente uma pequena área do circuito com circulação natural, é necessário impedir que o ar entre nos tubos estreitos e horizontais deste sistema de aquecimento. É necessário colocar o dispositivo de remoção de ar em frente ao piso quente.

Esquemas de aquecimento de um tubo e dois tubos

Ao desenvolver um esquema de aquecimento para uma casa com circulação natural de água, é possível projetar um ou vários circuitos separados. Eles podem diferir significativamente um do outro. Independentemente do comprimento, número de radiadores e outros parâmetros, eles são executados de acordo com um esquema de um ou dois tubos.

Circuito de linha única

Um sistema de aquecimento que usa o mesmo tubo para o fornecimento seqüencial de água aos radiadores é chamado de tubo único. A opção mais simples de tubo único é o aquecimento com tubos de metal sem o uso de radiadores.

Esta é a maneira mais barata e menos problemática de resolver o aquecimento doméstico ao escolher a favor da circulação natural do líquido de refrigeração. O único menos significativo é o aparecimento de tubos volumosos.

No mais econômico versão de tubo único com radiadores de aquecimento, a água quente flui sequencialmente através de cada dispositivo. Aqui você precisa de um número mínimo de tubos e válvulas.

Conforme você progride refrigerante esfria, para que os radiadores subsequentes obtenham água mais fria, o que deve ser levado em consideração ao calcular o número de seções.

Um esquema simples de um tubo (acima) requer uma quantidade mínima de trabalho de instalação e fundos investidos. A opção mais complexa e onerosa abaixo permite desligar os radiadores sem parar o sistema inteiro.

A maneira mais eficaz de conectar aparelhos de aquecimento a uma rede de um tubo é a opção diagonal.

De acordo com este esquema de circuitos de aquecimento com um tipo natural de circulação, a água quente entra no radiador por cima, após o resfriamento é descarregada através do tubo localizado abaixo. Ao passar dessa maneira, a água aquecida libera a quantidade máxima de calor.

Com uma conexão mais baixa à bateria, ao tubo de entrada e ao tubo de saída, a transferência de calor é significativamente reduzida, porque o líquido de arrefecimento aquecido deve durar o maior tempo possível. Devido ao resfriamento significativo, baterias com um grande número de seções não são usadas nesses esquemas.

"Leningradka" é caracterizado por uma impressionante perda de calor, que deve ser levada em consideração no cálculo do sistema. A vantagem disso é que, ao usar válvulas de fechamento nos bicos de entrada e saída, os dispositivos podem ser opcionalmente desligados para reparo sem interromper o ciclo de aquecimento (+)

Os circuitos de aquecimento com uma conexão semelhante de radiadores são chamados de "Leningradka". Apesar das perdas de calor observadas, elas são preferidas no arranjo de sistemas de aquecimento de apartamentos, devido à aparência mais estética da tubulação.

Uma desvantagem significativa das redes de tubo único é a incapacidade de desligar uma das seções de aquecimento sem interromper a circulação de água em todo o circuito.

Portanto, geralmente aplique a modernização do esquema clássico com a instalação de “desvio”Para ignorar o radiador usando um ramo com duas válvulas de esfera ou uma válvula de três vias. Isso permite que você ajuste o suprimento de água ao radiador, até o desligamento completo.

Para edifícios de dois ou mais andares, são usadas versões do esquema de um tubo com risers verticais. Nesse caso, a distribuição de água quente é mais uniforme do que com risers horizontais. Além disso, os tirantes verticais são menos estendidos e se encaixam melhor no interior da casa.

Um esquema de tubo único com fiação vertical é usado com sucesso para aquecer salas de dois andares usando circulação natural. É apresentada a opção com a capacidade de desligar os radiadores superiores.

Opção de tubo de retorno

Quando um tubo é usado para fornecer água quente aos radiadores e o segundo para drenar refrigerado a uma caldeira ou forno, esse esquema de aquecimento é chamado de dois tubos. Um sistema semelhante na presença de radiadores de aquecimento é usado com mais freqüência do que um de tubo único.

É mais caro, pois requer a instalação de um tubo adicional, mas possui várias vantagens significativas:

• distribuição de temperatura mais uniforme transportador de calor fornecido aos radiadores;
• mais fácil de fazer o cálculo a dependência dos parâmetros dos radiadores na área da sala aquecida e os valores de temperatura exigidos;
• controle de calor mais eficiente para cada radiador.

Dependendo da direção do movimento da água gelada, relativamente quente, sistemas de tubulação dupla subdividida em passagem e impasses. Nos circuitos associados, o movimento da água gelada ocorre na mesma direção que a quente, portanto a duração do ciclo para todo o circuito coincide.

Em esquemas sem saída, a água resfriada se move para quente, portanto, para diferentes radiadores, os comprimentos dos ciclos de rotação do refrigerante são diferentes. Como a velocidade no sistema é pequena, o tempo de aquecimento pode diferir significativamente. Os radiadores em que a duração do ciclo da água é mais curta serão aquecidos mais rapidamente.

Ao escolher um beco sem saída e esquemas de aquecimento associados, eles procedem principalmente da conveniência de executar um tubo de retorno

Existem dois tipos de localização do delineador em relação aos radiadores de aquecimento: superior e inferior. Com a conexão superior, o tubo de abastecimento de água quente está localizado acima dos radiadores e, com a conexão inferior, é mais baixo.

Com a conexão inferior, o ar pode ser removido através de radiadores e não há necessidade de segurar os tubos por cima, o que é bom do ponto de vista do design da sala.

No entanto, sem um coletor de aceleração, a queda de pressão será muito menor do que quando se usa o suprimento superior. Portanto, o delineador inferior praticamente não é usado no aquecimento das instalações pelo princípio da circulação natural.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Organização de um esquema de tubo único baseado em uma caldeira elétrica para uma casa pequena:

O trabalho de um sistema de dois tubos para uma casa de madeira de um andar com base em uma caldeira de combustível sólido de queima longa:

O uso da circulação natural durante o movimento da água no circuito de aquecimento requer cálculos precisos e trabalhos de instalação tecnicamente competentes. Nessas condições, o sistema de aquecimento aquecerá os cômodos de uma casa particular e aliviará os proprietários do barulho da bomba e da dependência de eletricidade.

Se você tiver alguma dúvida sobre o assunto ou deseja compartilhar experiências pessoais na organização e operação de um sistema de aquecimento por gravidade, deixe comentários neste artigo. A caixa de feedback está localizada abaixo.