Gravity värmesystem: driftsprincip, element,

FRÅNDet finns en uppfattning att gravitationell uppvärmning är en anakronism i vår datorålder. Men tänk om du byggde ett hus i ett område där det inte finns elektricitet ännu eller strömförsörjningen är mycket intermittent? I det här fallet måste du komma ihåg det gammaldags sättet att organisera uppvärmning. Så här organiserar du gravitationell uppvärmning, och vi pratar i den här artikeln.

Gravity värmesystem

Gravitationsvärmesystemet uppfanns 1777 av den franska fysikern Bonneman och utformades för att värma en inkubator.

Men först sedan 1818 har gravitationsuppvärmningssystemet blivit allestädes närvarande i Europa, men hittills endast för växthus och växthus. 1841 utvecklade engelsmannen Hood en metod för termisk och hydraulisk beräkning av naturliga cirkulationssystem. Han kunde teoretiskt bevisa proportionaliteten mellan kylvätskans cirkulationshastigheter och kvadratrötterna av skillnaden i värmecentrets höjder och kylcentret, det vill säga höjdskillnaden mellan pannan och kylaren. Kylvätskans naturliga cirkulation i värmesystem har studerats väl och hade en kraftfull teoretisk grund.

Men med tillkomsten av pumpade värmesystem har forskarnas intresse för gravitationsvärmesystemet stadigt försvunnit. För närvarande belyses tyngduppvärmning ytligt i institutkurser, vilket ledde till analfabetism hos specialister som installerar detta värmesystem. Det är synd att säga, men installatörer som bygger gravitationell uppvärmning använder främst råd från "erfarna" och de magra krav som anges i regleringsdokumenten. Det är värt att komma ihåg att regleringsdokument bara dikterar krav och inte ger en förklaring till orsakerna till att ett visst fenomen uppträder. I det här avseendet finns det ett tillräckligt antal missuppfattningar bland specialister som jag ville skingra lite.

Första mötet

Har du någonsin undrat vad som får vatten att strömma genom radiatorer?

I en hyreshus är allt klart: cirkulationen skapas av en tryckskillnad mellan till- och returledningarna för värmeledningen. Det är tydligt att om trycket är högre i ett rör och mindre i det andra, kommer vattnet att röra sig i kretsen som stänger dem med varandra.

I privata hus är värmesystem ofta autonoma och använder el eller förbränningsvärme från olika typer av bränsle. I detta fall drivs kylvätskan som regel av en värmecirkulationspump - ett pumphjul med en elmotor med låg effekt (upp till 100 watt).

Men elektriska pumpar dök upp mycket senare än vattenuppvärmning. Hur klarade du dig utan dem tidigare? Visst kan denna upplevelse användas nu ...

En gång i tiden var inte pannor utrustade med pumpar. Uppvärmningen fungerade dock.

Naturlig cirkulation av uppvärmt vatten användes. Termisk expansion ger upphov till den så kallade konvektionen: vid upphettning minskar varje substans densiteten och förskjuts av de omgivande tätare massorna uppåt. Om vi ​​talar om en sluten volym - till dess övre punkt.

Om du skapar en kontur av lämplig form kan konvektion användas för att ständigt flytta kylvätskan i den i en cirkel.

Ett system med naturlig cirkulation är, i enkla termer, två kommunicerande kärl förbundna med rör (värmekrets) i en ring. Det första kärlet är en panna, det andra är en uppvärmningsanordning.

Observera: för att vara exakt i analogier, det första kärlet där konvektion sätter vatten i rörelse, skulle det vara mer korrekt att namnge pannan tillsammans med det accelererande grenröret - det vertikala avsnittet av kretsen som börjar från pannan. Ju större fartygets totala höjd, desto högre hastighet kommer det att ge till det stigande kylmediet.

I pannan rusar vatten upp, upp. Naturen avskyr ett tomrum och ersätts av kallare (och tätare) kylarvatten. Det heta kylvätskan kommer in i kylaren och svalnar där, sjunker gradvis ned i dess nedre del och sedan i en andra cykel i pannan.

Flera åtgärder kommer att påskynda cirkulationen i ett slutet system:

• Pannan sänks så lågt som möjligt i förhållande till värmeenheterna. Om möjligt tas det till källaren.

Cirkulationshastigheten i kretsen beror linjärt på höjden H i diagrammet.

• Förgreningsröret slutar vanligtvis i taket eller till och med på vinden. En expansionstank för uppvärmning är installerad där.
• En konstant lutning från expansionstanken mot pannan kommer också att främja cirkulationen. Kylvattnet kommer att röra sig längs tyngdvektorn hela vägen genom värmeenheterna.

Dessutom måste du förstå en sak när du utformar ett sådant värmesystem med egna händer. Cirkulationshastigheten påverkas av två samverkande faktorer: skillnaden i kretsen och dess hydrauliska motstånd.

Vad beror den sista parametern på?

• Från fyllningens diameter... Ju större det är, desto lättare är det för vatten att strömma genom röret.
• Från antalet varv och böjningar i konturen... Ju fler av dem, desto större blir kretsens motstånd mot flödet. Det är därför de försöker göra konturen så nära en rak linje som möjligt (så långt byggnadens form tillåter det, naturligtvis).
• Från antal och typer av ventiler... Varje ventil, grindventil, backventil motstår vattenflödet.

Konsekvens: Avstängningsventilerna själva i huvudvärmekretsen måste ha ett gap i öppet tillstånd som är så nära rörets lumen som möjligt. Om kretsen öppnas av en ventil, då och endast med en modern kulventil. De smala slaglängderna och skruvventilens komplexa form ger en mycket högre huvudförlust.

När den är öppen har kulventilen samma spelrum som röret som leder till den. Det hydrauliska motståndet mot vattenflödet är minimalt.

Normalt görs tyngdkraftssystem öppna med ett läckande expansionskärl. Det rymmer inte bara överskottet av kylvätska vid uppvärmning: luftbubblor förskjuts in i det när det urladdade systemet fylls. När vattennivån sjunker fylls den helt enkelt i tanken.

Klassisk tvårörs gravitation

För att förstå principen för ett gravitationellt värmesystem, överväg ett exempel på ett klassiskt tvårörs gravitationssystem med följande initiala data:

• den ursprungliga volymen på kylvätskan i systemet är 100 liter;
• höjd från pannans centrum till ytan på det uppvärmda kylvätskan i tanken H = 7 m;
• avstånd från ytan på det uppvärmda kylmediet i tanken till mitten av kylaren i det andra nivån h1 = 3 m,
• avstånd till mitten av radiatorn för det första nivån h2 = 6 m.
• Temperaturen vid pannans utlopp är 90 ° C, vid inloppet till pannan - 70 ° C.

Det effektiva cirkulationstrycket för den andra nivån kylaren kan bestämmas med formeln:

Δp2 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7 - 3) = 470,4 Pa.

För radiatorn för första nivån blir det:

Δp1 = (ρ2 - ρ1) g (H - h1) = (977 - 965) 9,8 (7-6) = 117,6 Pa.

För att göra beräkningen mer exakt är det nödvändigt att ta hänsyn till kylningen av vatten i rörledningarna.

Fördelar och nackdelar

Fördelar med ett gravitationellt värmesystem:

• hög tillförlitlighet och feltolerans i systemet.Ett minimum av okomplicerad utrustning, hållbara och pålitliga material, slitelement (ventiler) misslyckas sällan och byts ut utan problem.
• varaktighet. Tidstestad - sådana system har varit i drift i ett halvt sekel utan reparation eller ens underhåll;
• energioberoende, på grund av vilket tyngdkraftsvärmesystem fortfarande är populära. I områden utan elektricitet eller där det ofta störs kan endast spisuppvärmning vara ett alternativ till gravitation.
• enkelhet i systemkonstruktionen, dess installation och vidare drift.

Nackdelar med ett gravitationellt värmesystem:

• hög termisk tröghet. En stor mängd kylvätska kräver betydande tid för att värma upp det och fylla alla värmare med varmt vatten.
• ojämn uppvärmning. När det rör sig genom rören svalnar vattnet och temperaturskillnaden mellan batterierna är betydande och följaktligen temperaturen i rummen. Du kan kompensera för denna nackdel genom att installera en cirkulationspump med parallellanslutning, om huset har el, och använda pumpen efter behov;
• stor rörledningslängd. Ju längre rörledning, desto större tryckfall i den;
• högt pris. Stora rördiametrar ger höga kostnader för systemförbrukningsmaterial. Även om rör med stor diameter också är en värmekälla;
• stor sannolikhet för avfrostning av systemet. Några av rören går genom ouppvärmda rum: vinden och källaren. I frost kan vattnet i dem frysa, men om frostskyddsmedel används som kylvätska kan denna nackdel undvikas.

Rörledning för tyngdkraftsuppvärmning

Många experter anser att rörledningen ska läggas med en lutning i kylvätskans rörelse. Jag argumenterar inte för att det helst borde vara så, men i praktiken uppfylls inte detta krav. Någonstans strålen kommer i vägen, någonstans är taken gjorda på olika nivåer. Vad händer om du installerar försörjningsledningen med en omvänd lutning?

Jag är säker på att inget hemskt kommer att hända. Kylvätskans cirkulationstryck, om det minskar, med en ganska liten mängd (några pascal). Detta kommer att hända på grund av det parasitära inflytandet som svalnar i kylvätskans övre fyllning. Med denna design måste luften från systemet avlägsnas med en genomströmningsluftsamlare och en luftventil. En sådan anordning visas i figuren. Här är dräneringsventilen utformad för att släppa ut luft när systemet fylls med kylvätska. I driftläge måste denna ventil stängas. Ett sådant system kommer att förbli fullt fungerande.

Kylvätskans dynamiska parametrar

Vi fortsätter till nästa beräkningssteg - analys av kylvätskans förbrukning. I de flesta fall skiljer sig värmesystemet i en lägenhet från andra system - detta beror på antalet värmepaneler och längden på rörledningen. Trycket används som en ytterligare "drivkraft" för flödet vertikalt genom systemet.

I privata en- och flervåningsbyggnader används gamla panelhyreshus, högtrycksuppvärmningssystem, vilket gör det möjligt att transportera det värmeavgivande ämnet till alla delar av det grenade uppvärmningssystemet med flera ringar och höja vatten till hela byggnadens höjd (upp till 14: e våningen).

Tvärtom har en vanlig 2- eller 3-rumslägenhet med autonom uppvärmning inte så många olika ringar och grenar i systemet; den innehåller högst tre kretsar.

Detta innebär att kylvätskan transporteras med hjälp av den naturliga processen för vattenflöde. Men cirkulationspumpar kan också användas, värme tillhandahålls av en gas / elektrisk panna.

Vi rekommenderar att du använder en cirkulationspump för att värma rum över 100 m2.Pumpen kan monteras både före och efter pannan, men vanligtvis placeras den på ”retur” - lägre temperatur på mediet, mindre luftighet, längre pumplivslängd

Specialister inom design och installation av värmesystem definierar två huvudmetoder när det gäller att beräkna kylvätskans volym:

1. Enligt systemets faktiska kapacitet. Alla, utan undantag, sammanfattas volymerna i håligheterna där varmvattenflödet kommer att strömma: summan av enskilda rörsektioner, kylarsektioner etc. Men det här är ett ganska tidskrävande alternativ.
2. Med pannkraft. Här skilde sig experternas åsikter mycket, vissa säger 10, andra 15 liter per enhet pannkraft.

Ur en pragmatisk synvinkel måste du ta hänsyn till det faktum att värmesystemet förmodligen inte bara kommer att leverera varmvatten till rummet utan också värma vatten till badrum / dusch, handfat, handfat och torktumlare, och kanske för en hydromassage eller jacuzzi. Det här alternativet är enklare.

Därför rekommenderar vi att du ställer in 13,5 liter per enhet. Genom att multiplicera detta nummer med pannkraften (8,08 kW) får vi den beräknade volymen vattenmassa - 109,08 liter.

Den beräknade hastigheten för kylvätskan i systemet är exakt den parameter som låter dig välja en viss rördiameter för värmesystemet.

Den beräknas med hjälp av följande formel:

V = (0,86 * W * k) / t-till,

Var:

• W - pannkraft;
• t är temperaturen på det tillförda vattnet;
• till - vattentemperatur i returkretsen;
• k - pannans effektivitet (0,95 för en gaspanna).

Genom att ersätta beräknade data i formeln har vi: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330 kg / h. Således flyttas 330 liter kylvätska (vatten) i systemet på en timme och systemets kapacitet är cirka 110 liter.

Rörelsen av den kylda värmebäraren

En av missuppfattningarna är att i ett system med naturlig cirkulation kan det kylda kylmediet inte röra sig uppåt. Jag håller inte med om dessa. För ett cirkulerande system är begreppet upp och ner mycket villkorat. I praktiken, om returledningen stiger i någon del, faller den någonstans till samma höjd. I det här fallet är gravitationskrafterna balanserade. Den enda svårigheten är att övervinna lokalt motstånd vid böjningar och linjära delar av rörledningen. Allt detta, liksom eventuell kylning av kylvätskan i avsnitten för uppgången, bör beaktas i beräkningarna. Om systemet är korrekt beräknat har diagrammet som visas i bilden nedan rätt att existera. Förresten, i början av förra seklet användes sådana system i stor utsträckning, trots deras svaga hydrauliska stabilitet.

Två i en

Alla ovanstående problem i gravitationskretsen kan lösas genom att uppgradera den med en pumpinsats. Samtidigt behåller systemet förmågan att arbeta med naturlig cirkulation.

När du gör detta arbete är det värt att följa några enkla regler.

• En ventil eller, vilket är mycket bättre, en kulventil placeras mellan anslutningarna på pumpens utlopp. När pumpen går tillåter det inte pumphjulet att driva vatten i en liten cirkel.
• Det krävs en sump framför pumpen. Det kommer att skydda rotorn och pumplagren från kalk och sand.
• Pumpanslutningen begränsas av ett par ventiler som gör att du kan rengöra filtret eller ta bort pumpen för reparation utan att förlora kylvätskan.

På bilden är förbikopplingen mellan insatserna utrustad med en kulventil.

Radiatorernas placering

De säger att med den naturliga cirkulationen av kylvätskan måste radiatorerna utan att misslyckas vara placerade ovanför pannan. Detta uttalande gäller endast när värmeenheterna är placerade i ett nivå. Om antalet nivåer är två eller fler kan radiatorerna i det nedre nivån placeras under pannan, vilket måste kontrolleras med hydraulisk beräkning.

I synnerhet, för exemplet som visas i figuren nedan, med H = 7 m, h1 = 3 m, h2 = 8 m, blir det effektiva cirkulationstrycket:

g · = 9,9 · [7 · (977 - 965) - 3 · (973 - 965) - 6 · (977 - 973)] = 352,8 Pa.

Här:

ρ1 = 965 kg / m3 är vattentätheten vid 90 ° C;

ρ2 = 977 kg / m3 är vattentätheten vid 70 ° C;

ρ3 = 973 kg / m3 är vattentätheten vid 80 ° C.

Det resulterande cirkulationstrycket är tillräckligt för att det reducerade systemet ska fungera.

Gravitation uppvärmning - ersätter vatten med frostskyddsmedel

Jag läste någonstans att gravitationsuppvärmning, designad för vatten, kan smärtfritt överföras till frostskyddsmedel. Jag vill varna dig för sådana åtgärder, eftersom utan en korrekt beräkning kan en sådan ersättning leda till ett helt fel i värmesystemet. Faktum är att glykolbaserade lösningar har en betydligt högre viskositet än vatten. Dessutom är den specifika värmekapaciteten för dessa vätskor lägre än för vatten, vilket, allt annat lika, kommer att kräva en ökning av kylvätskans cirkulationshastighet. Dessa omständigheter ökar avsevärt det hydrauliska motståndet hos systemet fyllt med kylvätskor med låg fryspunkt.

Implementering av ett värmesystem med naturlig cirkulation av värmebäraren

Efter att värmekonstruktionens beräkning av byggnaden har slutförts kan du gå vidare till valet av värmeenheter och deras val. På första våningen, i ett av rummen, låt oss säga att det finns ett varmt golv i badrummet och toaletten. Systemet är fortfarande planerat att vara gravitationellt och icke-flyktigt, så ett stort område med varmt golv bör inte göras. Efter den utförda beräkningen av värmeteknik bestämmer vi kylvätskans temperaturdiagram, från vilken vi fortsätter. Vi väljer ett standardschema för vattenuppvärmningssystem 95 försörjning och 70 - retur, vi kommer att korrigera det något för en viss marginal i framtiden och fel i felaktigheterna vid beräkningar och mätningar, vi kommer att ta det till 80 till 60. Nästa, i bostäder kommer vi mentalt att installera radiatorer, vi kommer att bestämma platserna där det kommer att finnas radiatorer och vilken typ, och vi kommer omedelbart att tänka på dirigering av värmerör, platser där rören ska gå. Radiatorer måste installeras med hänsyn till värmebehovet i lokalerna. Om det finns ett varmt golv i badrummet måste kylaren installeras med hänsyn till det faktum att det varma golvet kommer att fungera för dig efter behov, ta hänsyn till att systemet måste vara oflyktigt. Det vill säga att kylaren ska ge 70-80% av erforderlig värme i rummet. I vardagsrum, i rum är det också nödvändigt att ta hänsyn till riktningen för den rådande vinden och kardinalpunkterna där väggarna går. Detsamma gäller inte bara första våningen utan även andra våningen. Mycket beror på korrekt placering av värmeenheter. Man får inte heller glömma installationen av värmeenheter eller en enhet vid ytterdörren. I köket kan du minska den beräknade effekten för värmeenheter med 10-15%. Det finns andra värmekällor: gas- eller elspis, ugn, brödmaskin, kylskåp etc.

Värmekonstruktionsberäkning och val av värmeenheter, och deras beräkning är absolut densamma för ett system med någon cirkulationslust. Det enda är att med ett gravitationssystem är det också nödvändigt att ta hänsyn till kylvätskans kylning och kom ihåg att på övervåningen är kylvätskans temperatur högre än på den nedre, med 5-12C , beroende på typ av stigare, deras längd och byggnadens höjd.

Använd en öppen expansionstank

Övning visar att det är nödvändigt att ständigt fylla på kylvätskan i en öppen expansionsbehållare då den förångas. Jag håller med om att detta verkligen är ett stort besvär, men det kan lätt elimineras. För att göra detta kan du använda ett luftrör och en hydraulisk tätning, installerad närmare systemets lägsta punkt, bredvid pannan. Detta rör fungerar som ett luftspjäll mellan den hydrauliska tätningen och kylvätskenivån i tanken.Ju större dess diameter är, desto lägre kommer nivån av fluktuationer i vattentätningstanken att vara. Särskilt avancerade hantverkare lyckas pumpa kväve eller inerta gaser i luftröret och skyddar därmed systemet från luftinträngning.

Utrustning

Ett gravitationssystem är möjligt som ett slutet system, som inte kommunicerar med atmosfärisk luft och är öppet för atmosfären. Systemtypen avgör vilken utrustning som saknas.

Öppet

Faktum är att det enda nödvändiga elementet är en öppen expansionstank.

Den kombinerar ett par funktioner:

• Håller överflödigt vatten vid överhettning.
• Det tar bort ånga och luft som genereras vid kokning av vatten i kretsen till atmosfären.
• Hjälper till att fylla på vatten för att kompensera för avdunstning och läckage.

I dessa fall, när radiatorerna är placerade ovanför den i vissa delar av fyllningen, är deras övre pluggar utrustade med luftventiler. Denna roll kan spelas av både Mayevsky-kranar och enkla vattenkranar.

För att återställa systemet kompletteras det i de flesta fall med en gren som leder till avloppet eller lätt utanför huset.

Stängd

I ett slutet tyngdkraftssystem fördelas funktionerna hos en öppen tank över ett par fria enheter.

• Värmesystemets membranexpansionsbehållare ger möjlighet till expansion av kylvätskan under uppvärmningen. I de flesta fall tas dess mängd lika med 10% av den totala systemvolymen.
• Övertrycksventilen lindrar övertrycket när tanken är överfylld.
• En manuell luftning (till exempel samma Mayevsky-ventil) eller en ofrivillig luftning är ansvarig för luftning.
• Manometern visar tryck.

Det är grundläggande viktigt: i gravitationssystemet måste minst en luftventil vara på sin högsta punkt. Till skillnad från systemet med tvångscirkulation tillåter luftspärren helt enkelt inte kylvätskan att röra sig.

Förutom ovanstående är ett slutet system i de flesta fall utrustat med en bygel med ett kallvattensystem, vilket gör att det kan fyllas i slutet av utsläppet eller för att kompensera för vattenläckage.

Använda en cirkulationspump vid gravitation

I ett samtal med en installatör hörde jag att en pump installerad vid huvudstegets förbikoppling inte kan skapa en cirkulationseffekt, eftersom installation av avstängningsventiler på huvudsteget mellan pannan och expansionstanken är förbjudet. Därför kan du placera pumpen på bypass av returledningen och installera en kulventil mellan pumpinloppen. Denna lösning är inte särskilt bekväm eftersom du måste komma ihåg att stänga av kranen varje gång innan du slår på pumpen och öppna den efter att du stängt av pumpen. I detta fall är installationen av en backventil omöjlig på grund av dess betydande hydrauliska motstånd. För att komma ur denna situation försöker hantverkarna göra om backventilen till en normalt öppen. Sådana "moderniserade" ventiler kommer att skapa ljudeffekter i systemet på grund av konstant "krångel" med en period som är proportionell mot kylvätskans hastighet. Jag kan föreslå en annan lösning. En flottörventil för tyngdkraftssystem är installerad på huvudstaget mellan bypassinloppen. Ventilen som flyter i naturlig cirkulation är öppen och stör inte kylvätskans rörelse. När pumpen slås på i förbikopplingen stänger ventilen av huvudsteget och leder allt flöde genom förbikopplingen med pumpen.

I den här artikeln har jag övervägt långt ifrån alla missuppfattningar som finns bland specialister som installerar gravitation. Om du gillade artikeln är jag redo att fortsätta med svar på dina frågor.

I nästa artikel kommer jag att prata om byggmaterial.

REKOMMENDERA ATT LÄSA MER:

Tyngdkraftsuppvärmningstyper för uppvärmning av somatiska system

System för uppvärmning av naturlig cirkulation är av två typer: ettrör och tvårör. Äldre hus hade bara ett rör i sitt värmesystem.Men för närvarande används oftast ett tvårörs värmesystem med botten- eller topputspädning. Vilka är de viktigaste skillnaderna mellan systemen? Enrörsvärmningsuppvärmning anses vara den enklaste. Rörledningen placeras under taket på lokalerna och returslingan placeras under golvet. På den positiva sidan kan ett litet antal komponenter som krävs för systemets funktion noteras. Den har också enkel installation. Som en fördel kan vi notera möjligheten att den fungerar när vi installerar pannan och elementen på samma nivå. Vanligtvis används ett schema sällan i ett hus med två våningar, eftersom det inte tillåter att huset värms upp jämnt. Detta kan dock korrigeras genom att installera volymrör och radiatorer på bottenvåningen. När du installerar en krets med en rör finns inga reglerventiler, vilket innebär att det inte går att reglera temperaturen.

Ett uppvärmningssystem med två rör är mer komplicerat både i drift och i anordningen, eftersom det involverar flera värmekretsar. En av dem är avsedd för flödet av het kylvätska, den andra för den kalla. I det här fallet behöver du mycket fler komponenter. Det återvändsgrända uppvärmningssystemet i ett våningshus kräver nödvändigtvis isolering av huvudsteget för att undvika värmeförlust. För ett tvårörssystem är det nödvändigt att använda rör med en stor diameter, minst 32 mm, annars hindrar hydraulmotståndet tyngdkraftscirkulationen.