Закрытая система отопления частного дома, схема с естественной циркуляцией

Система водяного отопления, в которой используется мембранный расширительный бак и теплоноситель никоим образом не контактирует с атмосферным воздухом, считается закрытой и работает под давлением. Эта схема — наиболее распространенная на данный момент, поскольку обладает множеством преимуществ. В данной статье мы разберем, что такое закрытая система отопления частного дома, ее плюсы и минусы, а также особенности обслуживания.

Что представляет собой закрытая система отопления?

Важная особенность такой системы – отсутствие контакта с наружным воздухом и наличие небольшого избыточного давления. Как правило, схема работает при искусственном побуждении циркуляции теплоносителя с помощью насоса. Это позволяет не беспокоиться о соблюдении больших уклонов магистралей, а также принимать меньшие диаметры труб и прокладывать их наиболее удобным способом.

Как правило, гравитационная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя делается с открытым расширительным баком, устанавливаемым в самой высокой точке. Закрытая же система традиционно снабжается циркуляционным насосом, что повышает эффективность ее работы и снижает материалоемкость.

Благодаря своим особенностям, системы закрытого типа обладают массой преимуществ:

• теплоноситель, находящийся под давлением, нагревается быстрее;
• вероятность завоздушивания сети трубопроводов и радиаторов очень низка;
• теплоноситель не насыщается кислородом и не испаряется в атмосферу, что очень важно при заполнении системы антифризом;
• установка расширительного бака в закрытой системе отопления производится на обратном трубопроводе возле котла, что очень удобно в плане обслуживания;
• нет нужды использовать трубопроводы больших диаметров и прокладывать их на виду, в этом отношении закрытая система с принудительной циркуляцией – оптимальный выбор для частного дома.

Существенный недостаток лишь один — зависимость от надежности электроснабжения, закрытая система отопления без насоса, питающегося от электросети, работать не будет. К счастью, циркуляционные агрегаты для индивидуальных систем имеют небольшую потребляемую мощность, а потому на время отключения электричества смогут функционировать от блока бесперебойного питания достаточно долгое время.

Некоторые специалисты утверждают, что решить проблему отключения электроэнергии поможет закрытая система с естественной циркуляцией. Напомним, что в этом случае движение теплоносителя происходит за счет разницы плотности и массы горячей и охлажденной воды. Первая, нагреваясь в котле, как более легкая вытесняется вверх идущим от радиаторов остывшим теплоносителем, имеющим большую массу.

Несмотря на то что давление в закрытой системе отопления (1.5—2 Бар) не препятствует гравитационному движению потоков горячей и холодной воды, эффективность ее работы весьма сомнительна. Дело в том, что разница конвективных сил и так невелика, а тут еще нужно преодолевать сопротивление мембраны бака, растягивающейся при расширении воды. Чтобы не связываться с этими скользкими моментами, на закрытую систему лучше всегда ставить насос. Если есть необходимость смонтировать самотечную схему, то надо ее делать открытой.

Схема закрытой системы отопления

В частном домостроительстве традиционно применяется 2 вида схем:

• однотрубная;
• двухтрубная.

Однотрубная, больше известная как «ленинградка», удовлетворительно работает в одно – и двухэтажных домах небольшой площади, когда на каждом этаже установлено не более 5 радиаторов. Реализация схемы требует точного расчета диаметров труб и количества секций батарей, так как теплоноситель значительно остывает после прохождения каждого последующего радиатора. В соблюдении этих требований нуждается и однотрубная схема системы отопления закрытого типа с верхней разводкой, что изображена ниже на рисунке:

Примечание. Независимо от выбранного типа схемы закрытая система должна содержать в своем составе группу безопасности, иногда она идет в комплекте с котлом. Группа состоит из манометра для контроля давления, воздухоотводчика и предохранительного клапана для аварийного сброса воды. Узел устанавливается на подающем трубопроводе, выходящем из котла, причем без всякой запорной арматуры.

Двухтрубная схема закрытой системы проще в расчете и монтаже, славится популярностью благодаря хорошим рабочим показателям. Ведь теплоноситель ко всем радиаторам доставляется с одинаковой температурой, а при реализации попутной схемы еще и проходит одинаковое расстояние. Пример двухтрубной системы показан на рисунке:

Некоторые дополнения имеет закрытая система отопления с твердотопливным котлом. Во избежание образования конденсата в топке теплогенератора схема дополняется смесительным узлом с трехходовым клапаном и байпасной линией. Клапан заставляет оборачиваться воду по байпасу до тех пор, пока она не нагреется до установленной температуры, и только потом запускает в котел теплоноситель из магистрали.

Как заполнить систему теплоносителем?

Когда штуцер подпитки присоединен к водопроводной сети посредством шарового крана, то осуществить заполнение системы отопления закрытого типа теплоносителем достаточно просто. Для этого дела есть смысл привлечь помощника, особенно если дом имеет несколько этажей. Один человек управляет краном подпитки, а второй занимается выпуском воздуха из батарей. Кран открывается примерно на треть, чтобы напор не был сильным.

Человек, находящийся в котельной, следит за показаниями манометра, подпитка закрытой системы отопления закрывается, когда давление достигнет 2 Бар. Теперь помощник посредством кранов Маевского стравливает воздух из радиаторов, после чего давление падает. Цель – выйти на расчетное давление, удалив из трубопроводов весь воздух путем его постепенного вытеснения водопроводной водой.

Сложнее закачать теплоноситель в закрытую систему, когда подпитка из водопровода отсутствует либо нужно залить незамерзающую жидкость. Для этого понадобится специальный ручной или электрический насос и емкость для теплоносителя, из которой он будет перекачиваться в систему. Предварительно надо открыть все воздушные краны на радиаторах, а потом заполнять трубы через сливной штуцер, подключив к нему насос с обратным клапаном.

По мере того как происходит закачка жидкости, надо закрывать краны Маевского, из которых потечет теплоноситель. Накачав систему до 1.5 Бар, надо выполнить удаление воздуха, после чего давление доводится до рабочего. В конце производится пробный запуск котла и корректировка давления, а при необходимости – стравливание воздуха.

Почему падает давление в закрытой системе отопления?

Причина, по которой падает давление, существует одна – отсутствие герметичности, то бишь, протечка. Вопрос в том, чтобы ее найти. Характерным признаком протечки служит лужица в определенном месте либо бурое пятно, когда вода успевает высохнуть. В процессе поиска следует осмотреть следующие узлы и элементы:

• соединения труб и фитинги: бывает, что в последних возникают трещины;
• автоматические воздухоотводчики: неисправный элемент с застрявшим поплавком будет пропускать воду;
• запорно — регулирующая арматура, предохранительный клапан;
• расширительный бак: трещина в мембране вызовет падение давления, появление воздуха в системе и частое отключение котла.

Для устранения протечки не обойтись без частичного или полного опорожнения трубопроводов. По окончании работ придется снова залить воду в систему, создать необходимое давление и проследить за манометром в течении нескольких дней.

Заключение

Закрытая отопительная система обладает массой достоинств, отсюда ее популярность. Если монтаж и пуск в эксплуатацию произведен правильно, то она долгое время не требует вмешательства в свою работу. Большинство возникающих неисправностей можно спокойно устранить своими руками, как и обслуживание системы. Желательно ежегодно проверять работоспособность таких элементов, как воздухоотводчики, клапаны и расширительный бак.

Открытая система отопления и закрытая

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.

Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

Открытая система отопления

В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе, кроме электрических.

В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.

Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.

Закрытая система отопления

В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос.

В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.

Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.

Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть — куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

1. По месту размещения расширительного бака.В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
2. Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
3. В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
4. В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
5. Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

• простое обслуживание системы;
• отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
• равномерный прогрев отапливаемого помещения;
• быстрый пуск и остановка системы;
• независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
• высокая надёжность;
• не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

• возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
• воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
• возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
• медленный нагрев системы после включения;
• необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
• невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
• достаточна громоздка;
• низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

• простой монтаж;
• нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
• возможность применения антифриза, не боясь размораживания системы отопления;
• путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
• из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
• самостоятельное регулирование давления;
• система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

• самый главный недостаток — зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения;
• при работе насоса требуется электричество;
• для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор;
• при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
• размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
• бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
• возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

схема для частного дома, закрытая и открытая, однотрубная и двухтрубная система, уклон, расчет

Содержание:

Для владельцев частных домов можно назвать актуальным вопрос, касающийся устройства системы отопления с естественной циркуляцией. Кроме того их интересует, в каких системах можно не использовать циркуляционный насос, а когда это устройство является необходимым. Для начала важно разобраться, что представляют собой системы подобного типа.

Основные характеристики и принцип работы

Хотя и схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией достаточно эффективна, но у нее есть и минусы. В отличие от систем с принудительным движением воды, в которых основную работу выполняет дополнительное оборудование, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией более простая и доступная. В ее основе лежит способность воды расширяться при нагревании.

Функционирует такая отопительная система по следующему принципу:

• В котле нагревается определенное количество воды. Согласно законам физики более теплая вода поднимается вверх и самотеком движется по системе, отдавая тепло батареям и радиаторам.
• В процессе подъема к верхнему уровню системы теплоноситель остывает и в таком состоянии вновь поступает в котел. Система отопления частного дома с естественной циркуляцией не исключает врезку специального устройства, которое способствует быстрому перемещению воды и более равномерному прогреву всех батарей и радиаторов. При аварийном отключении электричества система может работать в естественном режиме.

Особенности устройства системы отопления в частном доме

Системы подобного типа имеют некоторые особенности, в частности речь идет о следующем:

• Отсутствуют подвижные элементы, в том числе и устройства для принудительной циркуляции рабочей среды, и контур замкнутого типа, в котором соли, минералы и различные взвеси присутствуют в определенном количестве. Эти факторы способствуют продлению срока службы системы. А использование труб из оцинкованной стали или современных полимерных материалов и биметаллических приборов отопления способствует увеличению эксплуатационного периода до 50 лет.
• Радиус открытой системы отопления с естественной циркуляцией должен составлять 30 метров. Это объясняется довольно небольшим перепадом давления, характерного для подобных систем. Кроме того со стороны труб и радиаторов отопления теплоноситель также испытывает определенное сопротивление. Однако это не является запретом для использования большего радиуса системы, указанные значения являются условными.
• Система с естественной циркуляцией теплоносителя характеризуется большой инерционностью. От запуска или растопки котла до достижения комфортной температуры в помещении проходит несколько часов. Это происходит из-за некоторых особенностей системы: вначале прогревается теплообменник, а затем вода, которая начинает довольно медленно циркулировать по системе.
• Горизонтально расположенные участки трубопровода должны располагаться с определенным уклоном. Только в этом случае обеспечивается минимальное сопротивление свободно перемещающейся остывающей воде. Для отвода воздушных пробок в системе монтируют расширительный бачок, который может быть полностью герметичным, как в схеме закрытой системы отопления с естественной циркуляцией, или открытым.

Отопление с естественной циркуляцией можно назвать саморегулирующей системой, с понижением температуры воздуха теплоноситель циркулирует быстрее.

На циркуляционный напор оказывают влияние следующие факторы:

• Расстояние по высоте между котлом и нижним радиатором. Здесь работает принцип сообщающихся сосудов: вода быстрее переливается в котел, расположенный ниже по отношению к самому нижнему прибору отопления. Этот параметр остается неизменным на протяжении всего времени работы системы.
• Разная плотность воды на выходе из котла и в обратной трубе, определяющаяся температурой воды. Благодаря этому фактору происходит саморегулирование: с понижение температуры воздуха в помещении остывают и радиаторы. Это приводит к увеличению плотности теплоносителя и более быстрому вытеснению нагретой воды.

Факторы, определяющие скорость циркуляции

Скорость движения теплоносителя по системе отопления зависит не только от напора, на это оказывают влияние следующие факторы:

• Диаметральное сечение труб системы отопления. По тонкой трубе теплоноситель движется с большим сопротивлением, поэтому следует собирать систему из труб с завышенным диаметром.
• Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления. Гладкая внутренняя поверхность полипропиленовых труб оказывает меньшее сопротивление движению теплоносителя, чем внутренние стенки стальной трубы, особенно имеющие признаки коррозии или известковые отложения.
• Количество поворотов и их радиус. Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя должна характеризоваться меньшим количеством поворотов.
• Наличие и количество запорной арматуры. Различные краны, шайбы и переходники служат препятствием на пути свободно двигающейся воды.

Производя расчет системы отопления с естественной циркуляцией, важно учитывать большое количество переменных. Это приводит к тому, что получить точные результаты практически невозможно.

Правила расчета мощности котла

Рассчитать требуемую мощность котла для системы водяного отопления с естественной циркуляцией можно следующими способами:

• По площади отапливаемого помещения. Санитарные Нормы и Правила рекомендуют использовать 1 кВт мощности котла для обогрева площади в 10 м². В этом случае следует применять коэффициент, который в южных регионах равен 0,7-0,9, в северных районах – 1,5-2, а в средней части – 1,2-1,3. Применение этого способа позволяет не принимать во внимание высоту потолков в помещении, потери тепла через дверные и оконные проемы, а также расположение комнаты относительно внешних стен.
• По объему воздуха в помещении. Этот способ позволяет получить более точные результаты расчетов. Исходным значением является 40 Вт мощности на 1 м³ объема воздуха в комнате, также применяются приведенные выше коэффициенты. На каждый оконный проем добавляется по 100 Вт, на дверной проем – по 200 Вт. Если комната расположена у внешней стены, то следует применить коэффициент 1,1-1,3. В этом случае следует учитывать материал и толщину стен. Для схемы отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяют коэффициент 1,5.

Схемы, используемые для разводки труб

Система отопления с естественной циркуляцией может собираться по разным схемам. Для самостоятельного монтажа лучше использовать самые простые варианты двухтрубной и однотрубной системы отопления с естественной циркуляцией.

Схема двухтрубной разводки с естественной циркуляцией

Схема отопления такого типа предполагает наличие следующих элементов в системе:

• Отопительный котел, в котором происходит непосредственное нагревание теплоносителя.
• Расширительный бак, который компенсирует изменения объема теплоносителя и служит своеобразным накопителем для вытесненного воздуха.
• Приборы отопления, к которым относятся конвектора и радиаторы.

Монтаж двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией предполагает применение перечисленных выше условий:

• Установка котла на более низком уровне относительно приборов отопления.
• Соблюдение определенной степени уклона системы отопления с естественной циркуляцией для свободного течения теплоносителя. Чаще всего это значение составляет 5-7 градусов.
• Основной трубопровод, к которому подключаются несколько радиаторов, монтируется из полимерной или металлопластиковой трубы диаметром не меньше 32 миллиметра. Для изготовления подводов к приборам отопления следует использовать трубы ДУ20. При этом следует знать, что ДУ  примерно равна внутреннему сечению трубы, а не внешнему. К примеру, полипропиленовая труба, внешний диаметр которой равен 32 мм, соответствует ДУ20.

При правильном подборе диаметра труб система отопления с естественной циркуляцией двухтрубного типа не нуждается в балансировке. При этом использование дросселей на отводах к приборам отопления даст положительный эффект.

Однако стоит учесть, что двухтрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, установленная по всему периметру дома, требует достаточно больших финансовых вложений. Это объясняется высокой ценой на пропиленовые армированные трубы, а также долгим и трудоемким монтажом. Поэтому в большинстве случаев владельцы частных строений применяют однотрубную разводку.

Особенности монтажа однотрубной системы

В процессе монтажа системы отопления по однотрубной схеме важно учитывать следующие моменты:

• Использование трубных изделий определенного диаметра.
• Соблюдение уклона трубы отопления при естественной циркуляции по всему периметру системы.
• Врезка радиаторов параллельно основному трубопроводу, не разрывая его. В этом случае не стоит беспокоиться об отсутствии циркуляции в приборах отопления, многолетние исследования доказали эффективность работы системы, собранной по однотрубной схеме.
• Расширительный бачок и каждый отопительный прибор должен оснащаться устройством для спуска воздуха. Особенно это касается систем закрытого типа, которые изолированы от атмосферного воздуха. Однако существует еще одна особенность таких систем: при неполном стравливании воздуха с одного из радиаторов расширительный бак можно исключить из системы.
• Установка на отопительные приборы дросселей и терморегуляторов помогает равномерно распределить тепло между радиаторами, расположенными в непосредственной близости к котлу и самыми дальними приборами отопления.

типы, особенности эксплуатации, принцип работы

Система отопления частного дома – последовательность соединенных трубами элементов, по которым циркулирует теплоноситель. Температура обычно нестабильна, она то выше, то ниже. Вместе с температурой увеличивается/уменьшается объем теплоносителя, так как он, как и любая жидкость, при нагревании расширяется, увеличиваясь в объеме, а при остывании сжимается. Чтобы при нагревании не разорвало трубы или радиаторы,  устанавливают специальное устройство – расширительный бачок, в который вытесняется излишек теплоносителя при высокой температуре. Из него же при понижении температуры он попадает обратно с систему. Таким образом поддерживается стабильное давление в контуре отопления (в определенных пределах). Бачок может быть открытого или зарытого типа, соответственно и система тогда называется открытой или закрытой.

Открытая и закрытая система отопления

Если  установлен расширительный бачок открытого типа, то и система называется открытой. В простейшем варианте он представляет собой какую-то емкость (кастрюля, пластиковая небольшая бочка и т.п.) к которой подсоединены следующие элементы:

Сегодня открытые системы делают все реже, а все потому, что в ней постоянно присутствует большое количество кислорода, который является активным окислителем и ускоряет процессы коррозии. При использовании этого типа в разы быстрее выходят из строя теплообменники, разрушаются трубы, насосы и другие элементы. К тому же приходится из-за испарения постоянно контролировать уровень теплоносителя и периодически его подливать. Еще один недостаток –  не рекомендуют в открытых системах использовать антифризы – из-за того, что они испаряются, то есть вредят окружающей среде, а также изменяют свой состав (увеличивается концентрация). Потому все более популярными становятся закрытые системы – они исключают поступление кислорода, и окисление элементов происходит в разы медленнее потому считается, что они лучше.

Бачок мембранного типа устанавливается в закрытых системах отопления

В закрытых системах устанавливают бачки мембранного типа. В них герметичная емкость разделена упругой мембраной на две части. Внизу находится теплоноситель, а верхняя часть заполнена газом – обычным воздухом или азотом. Когда давление в небольшое, бак или пуст, или содержит небольшое количество жидкости. С увеличением давления в него вытесняется все большее количество теплоносителя, который сжимает содержащийся в верхней части газ. Чтобы при превышении порогового значения не разорвало устройство, в верхней части бака устанавливают воздушный клапан, который срабатывает при определенном давлении, выпуская часть газа, выравнивает давление.

Преимущества и недостатки

Кроме того, что окисление в закрытой системе происходит медленнее,  у них есть еще несколько плюсов:

• не испаряется теплоноситель, нет его контакта с внешней средой, что позволяет использовать не только воду, но и специальные составы, повышающие эффективность отопления и улучшающие ее характеристики;
• более высокое давление и скорость циркуляции теплоносителя, потому — бесшумное движение его по трубам.

При правильной организации отопления разница между температурой обратки и подачи  невелика, что положительно влияет на длительность эксплуатации котла (исключение – конденсационные котлы, но там другой принцип работы).

Однотрубная схема открытого типа — расширительный бачок устанавливается в верхней точке

Недостатков немного:

• для эффективной работы требуется активное движение теплоносителя, что достигается или установкой насоса или созданием  естественной циркуляции с достаточными уклонами;
• при большом объеме системы требуется бак большого размера, место для которого отыскать непросто (его объем должен быть 10% от объема теплоносителя).

Контроль работоспособности закрытой системы

Основной показатель работоспособности – давление. Оно контролируется манометрами. Для индивидуальных систем отопления закрытого типа с принудительной циркуляцией рабочее давление составляет 1,5-2 Атм. Причем врезать манометры в ключевые точки желательно через трехходовые клапаны, которые дают возможность снять устройство для ремонта/замены, продуть или сбросить на ноль.

В этой системе мы видим расширительный бак (красный слева) и менометры

Если система большая и мощная, то точек контроля (манометров) много:

• с обоих сторон от котла;
• перед и после циркуляционного насоса;
• при использовании регуляторов отопления — до и после них;
• желательна установка до и после грязевиков и фильтров для контроля степени их засоренности.

По показаниям манометров в этих точках можно контролировать работоспособность всей системы.

Что делать, если в системе падает/возрастает давление

Если обнаружили снижение давления, первым делом нужно выключить насос. И делее действовать исходя и з показаний манометра:

• Если статическое давление тоже падает  – где-то  есть течь. Нужно осмотреть все элементы и устранить ее. Учтите, что причиной может быть даже очень маленькая дырка (меньше миллиметра), так что найти повреждение бывает сложно. При большой протяженности трубопровода можно локализовать участок утечки: поочередно отключать ветки. Как только падение прекратилось, участок определен – разгерметизация на том, который только что отключили.
• Если при отключенном насосе давление стабильно – вышел из строя насос, его нужно нести в ремонт или менять.

Рост давления наблюдается реже, но также бывает. Он вызван обычно повышением температуры в системе, а она поднимается из-за недостаточной циркуляции теплоносителя. А вот почему плохо циркулирует теплоноситель нужно разбираться.

• Сначала проверяем работоспособность насоса. Отключаем и смотрим. Если рост давления продолжается, дело не в насосе.  Если стабилизировалось  — виноват он.
• Прочищаем фильтры и грязевики.
• Если давление по-прежнему растет, может быть образовалась воздушная пробка – спускаем воздух в системе.
• Если и это не помогло, проверяем состояние запорных кранов – может случайно или намеренно кто-то его закрыл, перекрыв поток теплоносителя.
• Еще одна причина – из-за поломки или сбоя автоматики система под постоянной подпиткой.

По этому алгоритму вы сможете самостоятельно определить причину нештатного состояния системы отопления и устранить ее.

Как спустить воздух

Теперь немного о том, как спустить воздух в закрытой системе. Все зависит от типа разводки. Если разводка нижняя – на каждом радиаторе устанавливают краны «Маевского». Через них и спускают воздух в каждой батарее. Для этого с помощью специального ключа или отвертки поворачивают находящийся в центре замок. Если воздух есть, слышно шипение и воде если и идет, то не ровным потоком, а как газированная. Когда воздух выпущен, струйка течет ровно. Так обходят все радиаторы по кругу несколько раз. Так как при нижней разводке верхушки радиаторов – практически самые верхние точки всей системы, то весь воздух скапливается в них.

Для стравливания воздуха из системы устанавливают на радиаторы кран «Маевского»

Если в системе сеть обходной контур (например над дверью), верхние точки  находятся выше уровня батарей и котла. Тогда в контуре ставят спускной клапан, через который и происходит автоматическое удаление воздуха.

При верхней разводке аналогичные спускные клапана ставят в верхних точках подачи. Они также работают в автоматическом режиме, не допуская закупорки потока. Во многих современных котлах такие же клапана стоят во встроенных группах безопасности. Если такого устройства нет, ставят насосы с деаэраторами. Даже если в котле будет стоять клапан, при проектировании системы, лучше предусмотреть их установку в самых высоких точках: затраты небольшие, а эксплуатация становится легче.

Подробнее о воздухоотводчиках (спускных клапанах) читайет тут.

Спускной клапан — автоматически отводит воздух

Как создать давление в закрытой системе отопления

Для быстрого движения теплоносителя по трубам  требуется создание определенного давления. Его величина определяется типом системы – для естественной циркуляции давление должно быть только немного выше атмосферного, и этого будет достаточно, а для принудительной циркуляции требуется как можно большая его величина, но не превышающая 2 Бар.

Самотечная система однотрубная с вертикальной разводкой на два крыла (контура). Для нормальной работы нужен уклон

Для создания необходимого перепада давления в схемах с естественной циркуляцией (ЕЦ) необходимо соблюдать уклон – 1 см на 1 метр длины трубопровода. На подающей магистрали уклон идет от котла вниз. На обратке — наоборот, к котлу трубы понижаются с той же разницей высот. При использовании труб недостаточного диаметра такой величины может не хватить, тогда можно уклон увеличить до 5% (5см на метр трубы). Вообще, для нормальной гравитационной системы необходим тщательный подбор диаметров труб и уклона – только тогда она будет нормально работать.

Двухтрубная горизонтальная система с принудительной циркуляцией

Схема с ЕЦ требует обязательной установки группы безопасности, в которую входит манометр и подрывной клапан, настроенный на рабочее давление. При возрастании давления клапан сработает, предотвращая разрыв самого «слабого» из элементов. Такая ситуация может случиться при использовании котла без автоматического управления, в частности твердотопливного, который то сильно разогревается, то практически затухает. Выручает эта группа и при сбоях автоматики.

Виды схем закрытых систем отопления

Основным плюсом схем с естественной циркуляцией является их независимость от наличия электроэнергии, но они имеют ограничение: длина контура должна быть не более 30 метров, иначе система будет неработоспособной. Есть еще один нюанс – при естественной циркуляции даже в закрытой системе нужно в верхней точке поставить спускной клапан, при помощи которого можно будет удалять воздух, который попал, например, при добавлении теплоносителя.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

В схеме с принудительной циркуляцией давление создается циркуляционным насосом. В некоторых котлах он встроенный, в некоторых нет. Некоторые контуры большой длины требуют установки двух насосов.Тогда необязательно соблюдение уклонов, самое главное – не сделать участки уклоном в другую сторону, что негативно скажется на работоспособности отопления и может даже потребоваться переделка.

С одной стороны использование циркуляционных насосов  – недостаток, так как работоспособность его зависит от наличия электроэнергии, а с другой —  большой плюс:

• позволяет использовать трубы меньшего сечения и радиаторы меньшего объема, а значит, меньше тратить денег на закупку материалов;
• повысить скорость движения теплоносителя, а значит – снизить ее инерционность и повысить уровень комфорта;
• меньше теплоносителя, меньше тратится топлива на его обогрев — экономятся деньги.

Уменьшенные объемы труб и радиаторов означают уменьшение объема системы, что снова-таки позволяет снизить инерцию нагрева теплоносителя – он греется быстрее, а отопление получается более эффективным. Меньший объем теплоносителя – меньший объем расширительного бака, и нет необходимости искать место для его установки. Современные котлы имеют встроенные мембранные баки (например, настенные газовые котлы), а эффективность отопления с их использованием очень велика из-за того, что установлен мощный насос (он тоже встроенный).

Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы

Выбирая насос, помните, что существует прямая зависимость между его мощностью и эффективностью отопления. Потому выбирайте малошумный, мощный и надежный.

Стоит отметить, что из открытой системы сделать закрытую легко – нужно только поменять расширительный бак – поставить мембранного типа и система будет уже работоспособна. Для большей ее эффективности нужно будет врезать насос. Причем современные насосы можно ставить и в подачу и в обратку. Раньше ставили на обратку потому что температуры теплоносителя там ниже. Но в современных насосах используются термостойкие материалы, для них не столь критичны температуры отопительных систем. Просто при покупке обратите внимание на диапазон рабочих температур, ну или поставьте его в обратку – только так, чтобы он «давил» в котел. Мощность насоса при этом может быть небольшой, так как в открытых системах используют большие диаметры труб, чем в закрытых, и гидравлическое сопротивление системы невелико.

Итоги

Нюансов и особенностей в отоплении частного дома много, и разобраться нелегко. Но задавшись целью, все можно сделать своими руками – создать работоспособный хороший проект, правильно подобрать оборудование и самостоятельно все смонтировать. И закрытые системы в этом смысле не исключение.

Закрытая система отопления с естественной циркуляцией

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты.

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы, прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы.

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Справка! Сконструировать систему отопления с естественной циркуляцией можно самостоятельно. Правильный расчёт параметров, выбор схемы контура и грамотная установка всех компонентов гарантирует срок работы конструкции до 35 лет.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м 2 , имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков, ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов, особенно если используется насос.

Внимание! Основной минус конструкции — необходимость установки большого бака, для которого нужно место. Длительные перебои с электричеством приведут к снижению эффективности схемы с насосом.

Что такое закрытая система отопления

Система водяного отопления, в которой используется мембранный расширительный бак и теплоноситель никоим образом не контактирует с атмосферным воздухом, считается закрытой и работает под давлением. Эта схема — наиболее распространенная на данный момент, поскольку обладает множеством преимуществ. В данной статье мы разберем, что такое закрытая система отопления частного дома, ее плюсы и минусы, а также особенности обслуживания.

Что представляет собой закрытая система отопления?

Важная особенность такой системы – отсутствие контакта с наружным воздухом и наличие небольшого избыточного давления. Как правило, схема работает при искусственном побуждении циркуляции теплоносителя с помощью насоса. Это позволяет не беспокоиться о соблюдении больших уклонов магистралей, а также принимать меньшие диаметры труб и прокладывать их наиболее удобным способом.

Как правило, гравитационная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя делается с открытым расширительным баком, устанавливаемым в самой высокой точке. Закрытая же система традиционно снабжается циркуляционным насосом, что повышает эффективность ее работы и снижает материалоемкость.

Благодаря своим особенностям, системы закрытого типа обладают массой преимуществ:

• теплоноситель, находящийся под давлением, нагревается быстрее;
• вероятность завоздушивания сети трубопроводов и радиаторов очень низка;
• теплоноситель не насыщается кислородом и не испаряется в атмосферу, что очень важно при заполнении системы антифризом;
• установка расширительного бака в закрытой системе отопления производится на обратном трубопроводе возле котла, что очень удобно в плане обслуживания;
• нет нужды использовать трубопроводы больших диаметров и прокладывать их на виду, в этом отношении закрытая система с принудительной циркуляцией – оптимальный выбор для частного дома.

Существенный недостаток лишь один — зависимость от надежности электроснабжения, закрытая система отопления без насоса, питающегося от электросети, работать не будет. К счастью, циркуляционные агрегаты для индивидуальных систем имеют небольшую потребляемую мощность, а потому на время отключения электричества смогут функционировать от блока бесперебойного питания достаточно долгое время.

Некоторые специалисты утверждают, что решить проблему отключения электроэнергии поможет закрытая система с естественной циркуляцией. Напомним, что в этом случае движение теплоносителя происходит за счет разницы плотности и массы горячей и охлажденной воды. Первая, нагреваясь в котле, как более легкая вытесняется вверх идущим от радиаторов остывшим теплоносителем, имеющим большую массу.

Несмотря на то что давление в закрытой системе отопления (1.5—2 Бар) не препятствует гравитационному движению потоков горячей и холодной воды, эффективность ее работы весьма сомнительна. Дело в том, что разница конвективных сил и так невелика, а тут еще нужно преодолевать сопротивление мембраны бака, растягивающейся при расширении воды. Чтобы не связываться с этими скользкими моментами, на закрытую систему лучше всегда ставить насос. Если есть необходимость смонтировать самотечную схему, то надо ее делать открытой.

Схема закрытой системы отопления

В частном домостроительстве традиционно применяется 2 вида схем:

Однотрубная, больше известная как «ленинградка», удовлетворительно работает в одно – и двухэтажных домах небольшой площади, когда на каждом этаже установлено не более 5 радиаторов. Реализация схемы требует точного расчета диаметров труб и количества секций батарей, так как теплоноситель значительно остывает после прохождения каждого последующего радиатора. В соблюдении этих требований нуждается и однотрубная схема системы отопления закрытого типа с верхней разводкой, что изображена ниже на рисунке:

Примечание. Независимо от выбранного типа схемы закрытая система должна содержать в своем составе группу безопасности, иногда она идет в комплекте с котлом. Группа состоит из манометра для контроля давления, воздухоотводчика и предохранительного клапана для аварийного сброса воды. Узел устанавливается на подающем трубопроводе, выходящем из котла, причем без всякой запорной арматуры.

Двухтрубная схема закрытой системы проще в расчете и монтаже, славится популярностью благодаря хорошим рабочим показателям. Ведь теплоноситель ко всем радиаторам доставляется с одинаковой температурой, а при реализации попутной схемы еще и проходит одинаковое расстояние. Пример двухтрубной системы показан на рисунке:

Некоторые дополнения имеет закрытая система отопления с твердотопливным котлом. Во избежание образования конденсата в топке теплогенератора схема дополняется смесительным узлом с трехходовым клапаном и байпасной линией. Клапан заставляет оборачиваться воду по байпасу до тех пор, пока она не нагреется до установленной температуры, и только потом запускает в котел теплоноситель из магистрали.

Как заполнить систему теплоносителем?

Когда штуцер подпитки присоединен к водопроводной сети посредством шарового крана, то осуществить заполнение системы отопления закрытого типа теплоносителем достаточно просто. Для этого дела есть смысл привлечь помощника, особенно если дом имеет несколько этажей. Один человек управляет краном подпитки, а второй занимается выпуском воздуха из батарей. Кран открывается примерно на треть, чтобы напор не был сильным.

Человек, находящийся в котельной, следит за показаниями манометра, подпитка закрытой системы отопления закрывается, когда давление достигнет 2 Бар. Теперь помощник посредством кранов Маевского стравливает воздух из радиаторов, после чего давление падает. Цель – выйти на расчетное давление, удалив из трубопроводов весь воздух путем его постепенного вытеснения водопроводной водой.

Сложнее закачать теплоноситель в закрытую систему, когда подпитка из водопровода отсутствует либо нужно залить незамерзающую жидкость. Для этого понадобится специальный ручной или электрический насос и емкость для теплоносителя, из которой он будет перекачиваться в систему. Предварительно надо открыть все воздушные краны на радиаторах, а потом заполнять трубы через сливной штуцер, подключив к нему насос с обратным клапаном.

По мере того как происходит закачка жидкости, надо закрывать краны Маевского, из которых потечет теплоноситель. Накачав систему до 1.5 Бар, надо выполнить удаление воздуха, после чего давление доводится до рабочего. В конце производится пробный запуск котла и корректировка давления, а при необходимости – стравливание воздуха.

Почему падает давление в закрытой системе отопления?

Причина, по которой падает давление, существует одна – отсутствие герметичности, то бишь, протечка. Вопрос в том, чтобы ее найти. Характерным признаком протечки служит лужица в определенном месте либо бурое пятно, когда вода успевает высохнуть. В процессе поиска следует осмотреть следующие узлы и элементы:

• соединения труб и фитинги: бывает, что в последних возникают трещины;
• автоматические воздухоотводчики: неисправный элемент с застрявшим поплавком будет пропускать воду;
• запорно — регулирующая арматура, предохранительный клапан;
• расширительный бак: трещина в мембране вызовет падение давления, появление воздуха в системе и частое отключение котла.

Для устранения протечки не обойтись без частичного или полного опорожнения трубопроводов. По окончании работ придется снова залить воду в систему, создать необходимое давление и проследить за манометром в течении нескольких дней.

Заключение

Закрытая отопительная система обладает массой достоинств, отсюда ее популярность. Если монтаж и пуск в эксплуатацию произведен правильно, то она долгое время не требует вмешательства в свою работу. Большинство возникающих неисправностей можно спокойно устранить своими руками, как и обслуживание системы. Желательно ежегодно проверять работоспособность таких элементов, как воздухоотводчики, клапаны и расширительный бак.

типы, особенности эксплуатации, принцип работы

Система отопления частного дома – последовательность соединенных трубами элементов, по которым циркулирует теплоноситель. Температура обычно нестабильна, она то выше, то ниже. Вместе с температурой увеличивается/уменьшается объем теплоносителя, так как он, как и любая жидкость, при нагревании расширяется, увеличиваясь в объеме, а при остывании сжимается. Чтобы при нагревании не разорвало трубы или радиаторы,  устанавливают специальное устройство – расширительный бачок, в который вытесняется излишек теплоносителя при высокой температуре. Из него же при понижении температуры он попадает обратно с систему. Таким образом поддерживается стабильное давление в контуре отопления (в определенных пределах). Бачок может быть открытого или зарытого типа, соответственно и система тогда называется открытой или закрытой.

Открытая и закрытая система отопления

Если  установлен расширительный бачок открытого типа, то и система называется открытой. В простейшем варианте он представляет собой какую-то емкость (кастрюля, пластиковая небольшая бочка и т.п.) к которой подсоединены следующие элементы:

Сегодня открытые системы делают все реже, а все потому, что в ней постоянно присутствует большое количество кислорода, который является активным окислителем и ускоряет процессы коррозии. При использовании этого типа в разы быстрее выходят из строя теплообменники, разрушаются трубы, насосы и другие элементы. К тому же приходится из-за испарения постоянно контролировать уровень теплоносителя и периодически его подливать. Еще один недостаток –  не рекомендуют в открытых системах использовать антифризы – из-за того, что они испаряются, то есть вредят окружающей среде, а также изменяют свой состав (увеличивается концентрация). Потому все более популярными становятся закрытые системы – они исключают поступление кислорода, и окисление элементов происходит в разы медленнее потому считается, что они лучше.

Бачок мембранного типа устанавливается в закрытых системах отопления

В закрытых системах устанавливают бачки мембранного типа. В них герметичная емкость разделена упругой мембраной на две части. Внизу находится теплоноситель, а верхняя часть заполнена газом – обычным воздухом или азотом. Когда давление в небольшое, бак или пуст, или содержит небольшое количество жидкости. С увеличением давления в него вытесняется все большее количество теплоносителя, который сжимает содержащийся в верхней части газ. Чтобы при превышении порогового значения не разорвало устройство, в верхней части бака устанавливают воздушный клапан, который срабатывает при определенном давлении, выпуская часть газа, выравнивает давление.

Преимущества и недостатки

Кроме того, что окисление в закрытой системе происходит медленнее,  у них есть еще несколько плюсов:

• не испаряется теплоноситель, нет его контакта с внешней средой, что позволяет использовать не только воду, но и специальные составы, повышающие эффективность отопления и улучшающие ее характеристики;
• более высокое давление и скорость циркуляции теплоносителя, потому — бесшумное движение его по трубам.

При правильной организации отопления разница между температурой обратки и подачи  невелика, что положительно влияет на длительность эксплуатации котла (исключение – конденсационные котлы, но там другой принцип работы).

Однотрубная схема открытого типа — расширительный бачок устанавливается в верхней точке

Недостатков немного:

• для эффективной работы требуется активное движение теплоносителя, что достигается или установкой насоса или созданием  естественной циркуляции с достаточными уклонами;
• при большом объеме системы требуется бак большого размера, место для которого отыскать непросто (его объем должен быть 10% от объема теплоносителя).

Контроль работоспособности закрытой системы

Основной показатель работоспособности – давление. Оно контролируется манометрами. Для индивидуальных систем отопления закрытого типа с принудительной циркуляцией рабочее давление составляет 1,5-2 Атм. Причем врезать манометры в ключевые точки желательно через трехходовые клапаны, которые дают возможность снять устройство для ремонта/замены, продуть или сбросить на ноль.

В этой системе мы видим расширительный бак (красный слева) и менометры

Если система большая и мощная, то точек контроля (манометров) много:

• с обоих сторон от котла;
• перед и после циркуляционного насоса;
• при использовании регуляторов отопления — до и после них;
• желательна установка до и после грязевиков и фильтров для контроля степени их засоренности.

По показаниям манометров в этих точках можно контролировать работоспособность всей системы.

Что делать, если в системе падает/возрастает давление

Если обнаружили снижение давления, первым делом нужно выключить насос. И делее действовать исходя и з показаний манометра:

• Если статическое давление тоже падает  – где-то  есть течь. Нужно осмотреть все элементы и устранить ее. Учтите, что причиной может быть даже очень маленькая дырка (меньше миллиметра), так что найти повреждение бывает сложно. При большой протяженности трубопровода можно локализовать участок утечки: поочередно отключать ветки. Как только падение прекратилось, участок определен – разгерметизация на том, который только что отключили.
• Если при отключенном насосе давление стабильно – вышел из строя насос, его нужно нести в ремонт или менять.

Рост давления наблюдается реже, но также бывает. Он вызван обычно повышением температуры в системе, а она поднимается из-за недостаточной циркуляции теплоносителя. А вот почему плохо циркулирует теплоноситель нужно разбираться.

• Сначала проверяем работоспособность насоса. Отключаем и смотрим. Если рост давления продолжается, дело не в насосе.  Если стабилизировалось  — виноват он.
• Прочищаем фильтры и грязевики.
• Если давление по-прежнему растет, может быть образовалась воздушная пробка – спускаем воздух в системе.
• Если и это не помогло, проверяем состояние запорных кранов – может случайно или намеренно кто-то его закрыл, перекрыв поток теплоносителя.
• Еще одна причина – из-за поломки или сбоя автоматики система под постоянной подпиткой.

По этому алгоритму вы сможете самостоятельно определить причину нештатного состояния системы отопления и устранить ее.

Как спустить воздух

Теперь немного о том, как спустить воздух в закрытой системе. Все зависит от типа разводки. Если разводка нижняя – на каждом радиаторе устанавливают краны «Маевского». Через них и спускают воздух в каждой батарее. Для этого с помощью специального ключа или отвертки поворачивают находящийся в центре замок. Если воздух есть, слышно шипение и воде если и идет, то не ровным потоком, а как газированная. Когда воздух выпущен, струйка течет ровно. Так обходят все радиаторы по кругу несколько раз. Так как при нижней разводке верхушки радиаторов – практически самые верхние точки всей системы, то весь воздух скапливается в них.

Для стравливания воздуха из системы устанавливают на радиаторы кран «Маевского»

Если в системе сеть обходной контур (например над дверью), верхние точки  находятся выше уровня батарей и котла. Тогда в контуре ставят спускной клапан, через который и происходит автоматическое удаление воздуха.

При верхней разводке аналогичные спускные клапана ставят в верхних точках подачи. Они также работают в автоматическом режиме, не допуская закупорки потока. Во многих современных котлах такие же клапана стоят во встроенных группах безопасности. Если такого устройства нет, ставят насосы с деаэраторами. Даже если в котле будет стоять клапан, при проектировании системы, лучше предусмотреть их установку в самых высоких точках: затраты небольшие, а эксплуатация становится легче.

Подробнее о воздухоотводчиках (спускных клапанах) читайет тут.

Спускной клапан — автоматически отводит воздух

Как создать давление в закрытой системе отопления

Для быстрого движения теплоносителя по трубам  требуется создание определенного давления. Его величина определяется типом системы – для естественной циркуляции давление должно быть только немного выше атмосферного, и этого будет достаточно, а для принудительной циркуляции требуется как можно большая его величина, но не превышающая 2 Бар.

Самотечная система однотрубная с вертикальной разводкой на два крыла (контура). Для нормальной работы нужен уклон

Для создания необходимого перепада давления в схемах с естественной циркуляцией (ЕЦ) необходимо соблюдать уклон – 1 см на 1 метр длины трубопровода. На подающей магистрали уклон идет от котла вниз. На обратке — наоборот, к котлу трубы понижаются с той же разницей высот. При использовании труб недостаточного диаметра такой величины может не хватить, тогда можно уклон увеличить до 5% (5см на метр трубы). Вообще, для нормальной гравитационной системы необходим тщательный подбор диаметров труб и уклона – только тогда она будет нормально работать.

Двухтрубная горизонтальная система с принудительной циркуляцией

Схема с ЕЦ требует обязательной установки группы безопасности, в которую входит манометр и подрывной клапан, настроенный на рабочее давление. При возрастании давления клапан сработает, предотвращая разрыв самого «слабого» из элементов. Такая ситуация может случиться при использовании котла без автоматического управления, в частности твердотопливного, который то сильно разогревается, то практически затухает. Выручает эта группа и при сбоях автоматики.

Виды схем закрытых систем отопления

Основным плюсом схем с естественной циркуляцией является их независимость от наличия электроэнергии, но они имеют ограничение: длина контура должна быть не более 30 метров, иначе система будет неработоспособной. Есть еще один нюанс – при естественной циркуляции даже в закрытой системе нужно в верхней точке поставить спускной клапан, при помощи которого можно будет удалять воздух, который попал, например, при добавлении теплоносителя.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

В схеме с принудительной циркуляцией давление создается циркуляционным насосом. В некоторых котлах он встроенный, в некоторых нет. Некоторые контуры большой длины требуют установки двух насосов.Тогда необязательно соблюдение уклонов, самое главное – не сделать участки уклоном в другую сторону, что негативно скажется на работоспособности отопления и может даже потребоваться переделка.

С одной стороны использование циркуляционных насосов  – недостаток, так как работоспособность его зависит от наличия электроэнергии, а с другой —  большой плюс:

• позволяет использовать трубы меньшего сечения и радиаторы меньшего объема, а значит, меньше тратить денег на закупку материалов;
• повысить скорость движения теплоносителя, а значит – снизить ее инерционность и повысить уровень комфорта;
• меньше теплоносителя, меньше тратится топлива на его обогрев — экономятся деньги.

Уменьшенные объемы труб и радиаторов означают уменьшение объема системы, что снова-таки позволяет снизить инерцию нагрева теплоносителя – он греется быстрее, а отопление получается более эффективным. Меньший объем теплоносителя – меньший объем расширительного бака, и нет необходимости искать место для его установки. Современные котлы имеют встроенные мембранные баки (например, настенные газовые котлы), а эффективность отопления с их использованием очень велика из-за того, что установлен мощный насос (он тоже встроенный).

Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы

Выбирая насос, помните, что существует прямая зависимость между его мощностью и эффективностью отопления. Потому выбирайте малошумный, мощный и надежный.

Стоит отметить, что из открытой системы сделать закрытую легко – нужно только поменять расширительный бак – поставить мембранного типа и система будет уже работоспособна. Для большей ее эффективности нужно будет врезать насос. Причем современные насосы можно ставить и в подачу и в обратку. Раньше ставили на обратку потому что температуры теплоносителя там ниже. Но в современных насосах используются термостойкие материалы, для них не столь критичны температуры отопительных систем. Просто при покупке обратите внимание на диапазон рабочих температур, ну или поставьте его в обратку – только так, чтобы он «давил» в котел. Мощность насоса при этом может быть небольшой, так как в открытых системах используют большие диаметры труб, чем в закрытых, и гидравлическое сопротивление системы невелико.

Итоги

Нюансов и особенностей в отоплении частного дома много, и разобраться нелегко. Но задавшись целью, все можно сделать своими руками – создать работоспособный хороший проект, правильно подобрать оборудование и самостоятельно все смонтировать. И закрытые системы в этом смысле не исключение.

Закрытая система отопления с естественной циркуляцией

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией: как добиться бесперебойной работы?

Система отопления с естественной циркуляцией жидкости представляет собой замкнутое устройство гравитационного (самотечного) типа, позволяющее обогреть помещения в частном доме независимо от электропитания.

Такое преимущество конструкции даёт возможность использовать её в регионах с проблемами или полным отсутствием центральной электрической сети. Система экономична, но для её правильного функционирования потребуется сделать точные расчёты.

Описание системы отопления циркуляционного типа без насоса

Устройство водяного отопления, работающее самотеком, включает нагревательный элемент (котёл), трубы, прокладываемые разными способами, расширительный бак и радиаторы.

Принцип действия

Роль теплоносителя в контуре играет вода, которая движется по трубам под влиянием термодинамических сил. Принцип действия системы основывается на разнице физических свойств горячей и холодной воды.

Пока работает котёл, в трубах всегда есть горячая вода, которая постепенно остывает, проходя по контуру и отдавая тепло в окружающую среду.

Плотность и масса воды при нагреве уменьшается, поэтому она легко вытесняется вверх остывшей жидкостью.

После достижения верхней точки контура, горячая вода распределяется по трубам, соединённым с радиаторами, отдаёт тепло через материал батарей, а затем по нижней части контура стекает к котлу, где снова нагревается.

Достоинства установки

Основными достоинствами отопительного контура гравитационного типа являются:

• простота установки и использования;
• высокая отдача тепла и стабильность микроклимата помещений;
• экономичность ресурсов при условии качественного утепления строения;
• отсутствие шума;
• полная независимость от электричества;
• редкие поломки и долгий срок службы при условии проведения периодических профилактических мероприятий.

Справка! Сконструировать систему отопления с естественной циркуляцией можно самостоятельно. Правильный расчёт параметров, выбор схемы контура и грамотная установка всех компонентов гарантирует срок работы конструкции до 35 лет.

Главный недостаток — конструкция может отопить частные дома площадью не более 100 м 2 , имеющих радиус около 30 м.

Существует ещё несколько недостатков, ограничивающих применение самотечной конструкции:

• обязательное наличие чердака для установки расширительного бачка;
• медленный обогрев помещений;
• необходимость утепления контура в неотапливаемых местах для предотвращения замерзания воды в трубах.

Разновидности отопительных систем с естественной циркуляцией

Конструкции могут быть реализованы в однотрубном или двухтрубном вариантах. По типу систем выделяют закрытые и открытые схемы установок. Правильно выбранный вид схемы обеспечит её максимальную эффективность.

Закрытый тип

Циркуляционная конструкция закрытого типа получила широкое распространение в странах Европы, а в России только начинает приобретать популярность.

Принципиальная схема

После нагрева, вода под давлением поднимается к расширительному баку, поделённому на 2 части мембраной. Нижняя часть бака заполняется водой, которая сжимает газ (чаще азот или воздух), находящийся в верхней части над мембраной. Создаётся дополнительное рабочее давление, способствующее движению жидкости.

Фото 1. Закрытый тип системы отопления с естественной циркуляцией. Должен быть оснащен герметичным расширительным баком.

Особенности

Основная особенность конструкции закрытого типа — герметичность бака и создание дополнительного давления в трубопроводе. Иногда для закрытых схем используют циркулярные насосы, которые работают от электросети. Благодаря низкой потребляемой мощности насоса, временное отключение электричества не скажется на работе системы.

Плюсы и минусы

Главные преимущества закрытых отопительных схем связаны с их герметичностью. Благодаря этому система почти не страдает от воздушных пробок, меньше подвергается коррозии, расходует меньшее количество теплоносителя, в качестве которого можно использовать не только воду, но и антифриз. Схема не требует больших уклонов трубопроводов, особенно если используется насос.

Внимание! Основной минус конструкции — необходимость установки большого бака, для которого нужно место. Длительные перебои с электричеством приведут к снижению эффективности схемы с насосом.

Что такое закрытая система отопления

Система водяного отопления, в которой используется мембранный расширительный бак и теплоноситель никоим образом не контактирует с атмосферным воздухом, считается закрытой и работает под давлением. Эта схема — наиболее распространенная на данный момент, поскольку обладает множеством преимуществ. В данной статье мы разберем, что такое закрытая система отопления частного дома, ее плюсы и минусы, а также особенности обслуживания.

Что представляет собой закрытая система отопления?

Важная особенность такой системы – отсутствие контакта с наружным воздухом и наличие небольшого избыточного давления. Как правило, схема работает при искусственном побуждении циркуляции теплоносителя с помощью насоса. Это позволяет не беспокоиться о соблюдении больших уклонов магистралей, а также принимать меньшие диаметры труб и прокладывать их наиболее удобным способом.

Как правило, гравитационная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя делается с открытым расширительным баком, устанавливаемым в самой высокой точке. Закрытая же система традиционно снабжается циркуляционным насосом, что повышает эффективность ее работы и снижает материалоемкость.

Благодаря своим особенностям, системы закрытого типа обладают массой преимуществ:

• теплоноситель, находящийся под давлением, нагревается быстрее;
• вероятность завоздушивания сети трубопроводов и радиаторов очень низка;
• теплоноситель не насыщается кислородом и не испаряется в атмосферу, что очень важно при заполнении системы антифризом;
• установка расширительного бака в закрытой системе отопления производится на обратном трубопроводе возле котла, что очень удобно в плане обслуживания;
• нет нужды использовать трубопроводы больших диаметров и прокладывать их на виду, в этом отношении закрытая система с принудительной циркуляцией – оптимальный выбор для частного дома.

Существенный недостаток лишь один — зависимость от надежности электроснабжения, закрытая система отопления без насоса, питающегося от электросети, работать не будет. К счастью, циркуляционные агрегаты для индивидуальных систем имеют небольшую потребляемую мощность, а потому на время отключения электричества смогут функционировать от блока бесперебойного питания достаточно долгое время.

Некоторые специалисты утверждают, что решить проблему отключения электроэнергии поможет закрытая система с естественной циркуляцией. Напомним, что в этом случае движение теплоносителя происходит за счет разницы плотности и массы горячей и охлажденной воды. Первая, нагреваясь в котле, как более легкая вытесняется вверх идущим от радиаторов остывшим теплоносителем, имеющим большую массу.

Несмотря на то что давление в закрытой системе отопления (1.5—2 Бар) не препятствует гравитационному движению потоков горячей и холодной воды, эффективность ее работы весьма сомнительна. Дело в том, что разница конвективных сил и так невелика, а тут еще нужно преодолевать сопротивление мембраны бака, растягивающейся при расширении воды. Чтобы не связываться с этими скользкими моментами, на закрытую систему лучше всегда ставить насос. Если есть необходимость смонтировать самотечную схему, то надо ее делать открытой.

Схема закрытой системы отопления

В частном домостроительстве традиционно применяется 2 вида схем:

Однотрубная, больше известная как «ленинградка», удовлетворительно работает в одно – и двухэтажных домах небольшой площади, когда на каждом этаже установлено не более 5 радиаторов. Реализация схемы требует точного расчета диаметров труб и количества секций батарей, так как теплоноситель значительно остывает после прохождения каждого последующего радиатора. В соблюдении этих требований нуждается и однотрубная схема системы отопления закрытого типа с верхней разводкой, что изображена ниже на рисунке:

Примечание. Независимо от выбранного типа схемы закрытая система должна содержать в своем составе группу безопасности, иногда она идет в комплекте с котлом. Группа состоит из манометра для контроля давления, воздухоотводчика и предохранительного клапана для аварийного сброса воды. Узел устанавливается на подающем трубопроводе, выходящем из котла, причем без всякой запорной арматуры.

Двухтрубная схема закрытой системы проще в расчете и монтаже, славится популярностью благодаря хорошим рабочим показателям. Ведь теплоноситель ко всем радиаторам доставляется с одинаковой температурой, а при реализации попутной схемы еще и проходит одинаковое расстояние. Пример двухтрубной системы показан на рисунке:

Некоторые дополнения имеет закрытая система отопления с твердотопливным котлом. Во избежание образования конденсата в топке теплогенератора схема дополняется смесительным узлом с трехходовым клапаном и байпасной линией. Клапан заставляет оборачиваться воду по байпасу до тех пор, пока она не нагреется до установленной температуры, и только потом запускает в котел теплоноситель из магистрали.

Как заполнить систему теплоносителем?

Когда штуцер подпитки присоединен к водопроводной сети посредством шарового крана, то осуществить заполнение системы отопления закрытого типа теплоносителем достаточно просто. Для этого дела есть смысл привлечь помощника, особенно если дом имеет несколько этажей. Один человек управляет краном подпитки, а второй занимается выпуском воздуха из батарей. Кран открывается примерно на треть, чтобы напор не был сильным.

Человек, находящийся в котельной, следит за показаниями манометра, подпитка закрытой системы отопления закрывается, когда давление достигнет 2 Бар. Теперь помощник посредством кранов Маевского стравливает воздух из радиаторов, после чего давление падает. Цель – выйти на расчетное давление, удалив из трубопроводов весь воздух путем его постепенного вытеснения водопроводной водой.

Сложнее закачать теплоноситель в закрытую систему, когда подпитка из водопровода отсутствует либо нужно залить незамерзающую жидкость. Для этого понадобится специальный ручной или электрический насос и емкость для теплоносителя, из которой он будет перекачиваться в систему. Предварительно надо открыть все воздушные краны на радиаторах, а потом заполнять трубы через сливной штуцер, подключив к нему насос с обратным клапаном.

По мере того как происходит закачка жидкости, надо закрывать краны Маевского, из которых потечет теплоноситель. Накачав систему до 1.5 Бар, надо выполнить удаление воздуха, после чего давление доводится до рабочего. В конце производится пробный запуск котла и корректировка давления, а при необходимости – стравливание воздуха.

Почему падает давление в закрытой системе отопления?

Причина, по которой падает давление, существует одна – отсутствие герметичности, то бишь, протечка. Вопрос в том, чтобы ее найти. Характерным признаком протечки служит лужица в определенном месте либо бурое пятно, когда вода успевает высохнуть. В процессе поиска следует осмотреть следующие узлы и элементы:

• соединения труб и фитинги: бывает, что в последних возникают трещины;
• автоматические воздухоотводчики: неисправный элемент с застрявшим поплавком будет пропускать воду;
• запорно — регулирующая арматура, предохранительный клапан;
• расширительный бак: трещина в мембране вызовет падение давления, появление воздуха в системе и частое отключение котла.

Для устранения протечки не обойтись без частичного или полного опорожнения трубопроводов. По окончании работ придется снова залить воду в систему, создать необходимое давление и проследить за манометром в течении нескольких дней.

Заключение

Закрытая отопительная система обладает массой достоинств, отсюда ее популярность. Если монтаж и пуск в эксплуатацию произведен правильно, то она долгое время не требует вмешательства в свою работу. Большинство возникающих неисправностей можно спокойно устранить своими руками, как и обслуживание системы. Желательно ежегодно проверять работоспособность таких элементов, как воздухоотводчики, клапаны и расширительный бак.

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

• Простой монтаж и обслуживание.
• Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
• Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

• Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
• Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

• Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
• Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
• Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
• Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

• Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
• СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
• Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

• Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.
• Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.
• Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.
• Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.
• Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

Система отопления с естественной циркуляцией

При отсутствии ли нестабильной подаче электроэнергии системы отопления частных домов часто организуют на базе схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. Такая схема является полностью энергонезависимой, способна обеспечить нужды отопления небольших домов площадью до 60 – 70 м 2 . Материал статьи описывает принцип работы, устройство и виды системы с гравитационной циркуляцией, дает рекомендации по выбору материалов и монтажу.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Устройство системы с естественной циркуляцией

Базовый элемент системы отопления – котел – располагается в нижней точке системы. От теплогенератора поднимается вертикальный разгонный коллектор. Рекомендуемая высота коллектора – от 2,5 метров, диаметр трубопровода – не менее 50 мм.

На верхней точке разгонного коллектора, в месте поворота трубопровода к радиаторам, располагают расширительный бак открытого типа. Расширительный бак по желанию оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. Через нее излишки воды, образовавшиеся при нагреве и расширении, переливаются в канализацию.

Расширительный бак может оборудоваться линией подпитки, соединенной с системой водопровода. В отсутствии линии подпитки пополнение системы водой производится вручную. Расширительные баки при размещении в неотапливаемом помещении должны качественно утепляться.

Экспанзомат, кроме функций компенсации теплового расширения и подпитки, выполняет функцию естественного воздухоотводчика. Трубопроводы монтируются с уклоном таким образом, что пузырьки воздуха не уносятся в систему, так как вода имеет малую скорость, а поднимаются в верхнюю точку, на которой установлен РБ.

Из верхней точки разгонный коллектор меняет направление на горизонтальное и с нормативным уклоном прокладывается к радиаторам отопления. Система отопления в части обвязки радиаторов имеет 2 разновидности:

Однотрубная система с естественной циркуляцией обладает свойством снижения температуры на каждом последующем радиаторе в ряду.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Сооружение байпасов для улучшения качества регулирования создает излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому система чаще всего сооружается по простейшему принципу – радиаторы подключают к трубопроводу подачи последовательно, с последнего радиатора выходит обратный трубопровод и подсоединяется к котлу.

Двухтрубная схема системы отопления более удобна в регулировании. Здесь радиаторы подключены к подающему и обратному трубопроводу параллельно.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для монтажа системы этого типа требуется большее количество трубы, соответственно схема имеет большее гидравлическое сопротивление. Регулирование температуры на радиаторах производится 2 методами:

1. Принудительное, с помощью запорной арматуры;
2. Естественное, за счет поэтапного изменения диаметра трубопроводов.

Принудительное регулирование можно производить шаровыми кранами, имеющими полнопроходное сечение. Регулирующие вентили малопригодны для этой задачи, так как обладают высоким гидравлическим сопротивлением и имеют сниженное проходное сечение.

Поэтапное изменение диаметра производится по принципу постепенного уменьшения диаметра подачи к последнему радиатору и постепенному расширению обратки от него к котлу. Выполнение такой схемы требует тщательного расчета, выполнить самостоятельно который довольно трудно.

Оба метода регулирования в любом случае значительно повышают гидравлическое сопротивление системы в целом, что отрицательно влияет на качество циркуляции и может привести к ее остановке. Поэтому большей популярностью пользуется все же однотрубная система, даже со своим недостатком – разницей температур в начале и в конце контура отопления.

Для систем отопления с естественной циркуляцией, предназначенных для отопления домов площадью не более 70 м 2 , падение температуры на последнем радиаторе может составлять 5 – 10 0 С. Обычно этот недостаток частично нивелируется увеличением числа секций последних в ряду приборов отопления. Кроме того, однотрубные схемы часто модернизируют установкой циркуляционного насоса.

Подключение контуров теплых полов к системам гравитационного типа не производится. Это обусловлено тем, что отдельные контуры водяных теплых полов имеют большое сопротивление, циркуляция возможна только с помощью циркуляционного насоса. Установка насоса в точках подключения полов к системе с гравитационной циркуляцией внесет резкий гидродинамический дисбаланс и может нарушить принципы естественного циркулирования.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

1. Котел следует размещать в нижней точке системы;
2. Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
3. Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

1. Полная энергонезависимость;
2. Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

1. Сложность регулирования;
2. Неравномерное распределение тепла;
3. Непривлекательный внешний вид;
4. Ограничения по тепловой мощности;
5. Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.

Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.

Как устроена система отопления с естественной циркуляцией – какие бывают схемы подключения

Для владельцев частных домов можно назвать актуальным вопрос, касающийся устройства системы отопления с естественной циркуляцией. Кроме того их интересует, в каких системах можно не использовать циркуляционный насос, а когда это устройство является необходимым. Для начала важно разобраться, что представляют собой системы подобного типа.

Основные характеристики и принцип работы

Хотя и схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией достаточно эффективна, но у нее есть и минусы. В отличие от систем с принудительным движением воды, в которых основную работу выполняет дополнительное оборудование, схема отопления частного дома с естественной циркуляцией более простая и доступная. В ее основе лежит способность воды расширяться при нагревании.

Функционирует такая отопительная система по следующему принципу:

• В котле нагревается определенное количество воды. Согласно законам физики более теплая вода поднимается вверх и самотеком движется по системе, отдавая тепло батареям и радиаторам.
• В процессе подъема к верхнему уровню системы теплоноситель остывает и в таком состоянии вновь поступает в котел. Система отопления частного дома с естественной циркуляцией не исключает врезку специального устройства, которое способствует быстрому перемещению воды и более равномерному прогреву всех батарей и радиаторов. При аварийном отключении электричества система может работать в естественном режиме.

Особенности устройства системы отопления в частном доме

Системы подобного типа имеют некоторые особенности, в частности речь идет о следующем:

• Отсутствуют подвижные элементы, в том числе и устройства для принудительной циркуляции рабочей среды, и контур замкнутого типа, в котором соли, минералы и различные взвеси присутствуют в определенном количестве. Эти факторы способствуют продлению срока службы системы. А использование труб из оцинкованной стали или современных полимерных материалов и биметаллических приборов отопления способствует увеличению эксплуатационного периода до 50 лет.
• Радиус открытой системы отопления с естественной циркуляцией должен составлять 30 метров. Это объясняется довольно небольшим перепадом давления, характерного для подобных систем. Кроме того со стороны труб и радиаторов отопления теплоноситель также испытывает определенное сопротивление. Однако это не является запретом для использования большего радиуса системы, указанные значения являются условными.
• Система с естественной циркуляцией теплоносителя характеризуется большой инерционностью. От запуска или растопки котла до достижения комфортной температуры в помещении проходит несколько часов. Это происходит из-за некоторых особенностей системы: вначале прогревается теплообменник, а затем вода, которая начинает довольно медленно циркулировать по системе.
• Горизонтально расположенные участки трубопровода должны располагаться с определенным уклоном. Только в этом случае обеспечивается минимальное сопротивление свободно перемещающейся остывающей воде. Для отвода воздушных пробок в системе монтируют расширительный бачок, который может быть полностью герметичным, как в схеме закрытой системы отопления с естественной циркуляцией, или открытым.

Отопление с естественной циркуляцией можно назвать саморегулирующей системой, с понижением температуры воздуха теплоноситель циркулирует быстрее.

На циркуляционный напор оказывают влияние следующие факторы:

• Расстояние по высоте между котлом и нижним радиатором. Здесь работает принцип сообщающихся сосудов: вода быстрее переливается в котел, расположенный ниже по отношению к самому нижнему прибору отопления. Этот параметр остается неизменным на протяжении всего времени работы системы.
• Разная плотность воды на выходе из котла и в обратной трубе, определяющаяся температурой воды. Благодаря этому фактору происходит саморегулирование: с понижение температуры воздуха в помещении остывают и радиаторы. Это приводит к увеличению плотности теплоносителя и более быстрому вытеснению нагретой воды.

Факторы, определяющие скорость циркуляции

Скорость движения теплоносителя по системе отопления зависит не только от напора, на это оказывают влияние следующие факторы:

• Диаметральное сечение труб системы отопления. По тонкой трубе теплоноситель движется с большим сопротивлением, поэтому следует собирать систему из труб с завышенным диаметром.
• Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления. Гладкая внутренняя поверхность полипропиленовых труб оказывает меньшее сопротивление движению теплоносителя, чем внутренние стенки стальной трубы, особенно имеющие признаки коррозии или известковые отложения.
• Количество поворотов и их радиус. Схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя должна характеризоваться меньшим количеством поворотов.
• Наличие и количество запорной арматуры. Различные краны, шайбы и переходники служат препятствием на пути свободно двигающейся воды.

Производя расчет системы отопления с естественной циркуляцией, важно учитывать большое количество переменных. Это приводит к тому, что получить точные результаты практически невозможно.

Правила расчета мощности котла

Рассчитать требуемую мощность котла для системы водяного отопления с естественной циркуляцией можно следующими способами:

• По площади отапливаемого помещения. Санитарные Нормы и Правила рекомендуют использовать 1 кВт мощности котла для обогрева площади в 10 м 2 . В этом случае следует применять коэффициент, который в южных регионах равен 0,7-0,9, в северных районах – 1,5-2, а в средней части – 1,2-1,3. Применение этого способа позволяет не принимать во внимание высоту потолков в помещении, потери тепла через дверные и оконные проемы, а также расположение комнаты относительно внешних стен.
• По объему воздуха в помещении. Этот способ позволяет получить более точные результаты расчетов. Исходным значением является 40 Вт мощности на 1 м 3 объема воздуха в комнате, также применяются приведенные выше коэффициенты. На каждый оконный проем добавляется по 100 Вт, на дверной проем – по 200 Вт. Если комната расположена у внешней стены, то следует применить коэффициент 1,1-1,3. В этом случае следует учитывать материал и толщину стен. Для схемы отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяют коэффициент 1,5.

Схемы, используемые для разводки труб

Система отопления с естественной циркуляцией может собираться по разным схемам. Для самостоятельного монтажа лучше использовать самые простые варианты двухтрубной и однотрубной системы отопления с естественной циркуляцией.

Схема двухтрубной разводки с естественной циркуляцией

Схема отопления такого типа предполагает наличие следующих элементов в системе:

• Отопительный котел, в котором происходит непосредственное нагревание теплоносителя.
• Расширительный бак, который компенсирует изменения объема теплоносителя и служит своеобразным накопителем для вытесненного воздуха.
• Приборы отопления, к которым относятся конвектора и радиаторы.

Монтаж двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией предполагает применение перечисленных выше условий:

• Установка котла на более низком уровне относительно приборов отопления.
• Соблюдение определенной степени уклона системы отопления с естественной циркуляцией для свободного течения теплоносителя. Чаще всего это значение составляет 5-7 градусов.
• Основной трубопровод, к которому подключаются несколько радиаторов, монтируется из полимерной или металлопластиковой трубы диаметром не меньше 32 миллиметра. Для изготовления подводов к приборам отопления следует использовать трубы ДУ20. При этом следует знать, что ДУ примерно равна внутреннему сечению трубы, а не внешнему. К примеру, полипропиленовая труба, внешний диаметр которой равен 32 мм, соответствует ДУ20.

При правильном подборе диаметра труб система отопления с естественной циркуляцией двухтрубного типа не нуждается в балансировке. При этом использование дросселей на отводах к приборам отопления даст положительный эффект.

Однако стоит учесть, что двухтрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией, установленная по всему периметру дома, требует достаточно больших финансовых вложений. Это объясняется высокой ценой на пропиленовые армированные трубы, а также долгим и трудоемким монтажом. Поэтому в большинстве случаев владельцы частных строений применяют однотрубную разводку.

Особенности монтажа однотрубной системы

В процессе монтажа системы отопления по однотрубной схеме важно учитывать следующие моменты:

• Использование трубных изделий определенного диаметра.
• Соблюдение уклона трубы отопления при естественной циркуляции по всему периметру системы.
• Врезка радиаторов параллельно основному трубопроводу, не разрывая его. В этом случае не стоит беспокоиться об отсутствии циркуляции в приборах отопления, многолетние исследования доказали эффективность работы системы, собранной по однотрубной схеме.
• Расширительный бачок и каждый отопительный прибор должен оснащаться устройством для спуска воздуха. Особенно это касается систем закрытого типа, которые изолированы от атмосферного воздуха. Однако существует еще одна особенность таких систем: при неполном стравливании воздуха с одного из радиаторов расширительный бак можно исключить из системы.
• Установка на отопительные приборы дросселей и терморегуляторов помогает равномерно распределить тепло между радиаторами, расположенными в непосредственной близости к котлу и самыми дальними приборами отопления.

Системы отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления частного дома может быть реализовано с естественной или принудительной циркуляцией. От выбранного режима движения теплоносителя по трубам и радиаторам в значительной мере зависят характеристики и особенности эксплуатации системы. Традиционным вариантом, который используется уже в течение многих десятилетий, является система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

Такие системы применяются еще с тех пор, когда единственным доступным вариантом котельного оборудования для частного дома был простой твердотопливный котел. Достаточно широко самотечные системы распространены и сегодня.

В каталоге ТМ Ogint представлены эффективные радиаторы, комплектующие и дополнительные устройства для создания систем с естественной циркуляцией. Предлагаемая продукция позволит обеспечить максимально эффективную и надежную работу отопления.

Состав системы

Отопительная система с естественной циркуляцией (или система гравитационного типа) состоит из следующих основных компонентов:

• котел. Возможно применение любых типов котлов за исключением электрических;
• трубопровод;
• радиаторы. В качестве отопительных приборов могут использоваться все виды радиаторов Ogint, которые обеспечат максимальную теплоотдачу и эффективную работу системы;
• расширительный бак открытого типа.

Принцип действия

Принцип работы основан на разнице термодинамических характеристик нагретого и остывшего теплоносителя. Движение теплоносителя обеспечивается за счет его нагрева котлом.

При нагреве теплоноситель расширяется. Таким образом, горячая вода на выходе из котла имеет низкую плотность, а значит и меньший вес. При прохождении через систему радиаторов вода отдает свое тепло и охлаждается. Плотность холодной воды выше, а значит и выше ее вес. В результате создается разница давления в подающей и обратной магистралях, достаточная для циркуляции теплоносителя.

Более тяжелая вода из обратки вытесняет нагретую котлом воду. В свою очередь, горячий теплоноситель, обладающий меньшей плотностью, легко поднимается вверх по центральному стояку. Подающий трубопровод располагается в верхней части помещения. Вода распределяется по радиаторам, остывает и направляется в обратную магистраль. Так обеспечивается цикл движения теплоносителя.

Очень важно соблюсти уклон при монтаже трубопроводов. Это необходимо для нормальной гравитационной циркуляции теплоносителя. Наклон труб должен иметь величину не менее 0,005 м на погонный метр. Наклон подающего трубопровода должен иметь направления от котла, а обратного трубопровода — к котлу.

Чтобы теплоноситель эффективно циркулировал в системе, его расширение должно быть довольно значительным. Поэтому обязательным является использование расширительного бака достаточно большого объема, в который поднимаются излишки разогретого теплоносителя.

Бак размещается, как правило, на неотапливаемом чердаке и не закрывается крышкой. В связи с этим самотечную систему также называют открытой. Размещение бака вверху дает создает дополнительное давление, что улучшает движение теплоносителя.

Для монтажа трубопроводов могут использоваться различные схемы разводки. В том числе может применяться однотрубная система «ленинградка» и традиционная двухтрубная система. Отопление работает лучше при использовании двухтрубной схемы. Что касается выбора батарей, то оптимальным решением будут чугунные радиаторы Ogint за счет небольшого гидравлического сопротивления. Также можно использовать биметаллические радиаторы Ogint.

Преимущества и недостатки систем с естественной циркуляцией

По сравнению с закрытой системой с принудительной циркуляцией, самотечная система является более простой и надежной. Для нее характерны следующие преимущества:

• простота в эксплуатации, обслуживании и ремонте;
• бесшумная работа;
• повышенная надежность. В системе отсутствует циркуляционный насос, который может изнашиваться и выходить из строя;
• движение теплоносителя за счет разницы температур обеспечивает способность к саморегуляции системы, что дает равномерный прогрев помещений;
• энергонезависимость. В отличие от закрытых систем, а также от таких альтернативных решений, как теплые полы или электрические конвекторы, самотечная система может работать без электроснабжения.

Однако имеют такие системы и ряд серьезных недостатков. Даже небольшая ошибка в расчете может привести к тому, что теплоноситель не будет нормально циркулировать. Также необходимость соблюдения уклона обуславливает достаточно сложный монтаж. Для циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы большого диаметра, что приводит к повышению затрат.

Вода в расширительном баке испаряется, поэтому необходимо регулярно контролировать ее уровень. Также за счет открытого бака теплоноситель поглощает атмосферный воздух. Это может привести к завоздушиванию системы. Решить эту проблему позволяют комплектующие ТМ Ogint (краны Маевского для сброса воздуха и другие воздухоотводчики). Кроме того, открытый бак не дает возможности применять в качестве теплоносителя антифриз.

Характерной проблемой самотечных систем является то, что даже кратковременные перерывы в работе котла могут приводить к замерзанию воды в расширительном бачке и трубопроводах, что становится причиной аварии. Для предотвращения таких ситуаций может использоваться термоаккумулятор.

Система с естественной циркуляцией может использоваться только при ограниченной длине трубопроводов. Она подходит для обогрева только небольшого одноэтажного здания. Если необходимо обогреть двухэтажный дом с большим количеством помещений, то самотечная система с этой задачей не справится.

Самотечная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией: схема и диаметр труб

Частный загородный дом практически не ограничивает хозяина в выборе типа и схемы прокладки отопительных конструкций. Разнообразие вариантов позволяет сформировать систему для строений малых и больших площадей, оборудовать экономный способ получения тепла из самых разных энергоносителей. Оптимальный вариант – самотечная система отопления, особенности и характеристики которой следует рассмотреть подробно.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Работа выстроена на физических законах. При нагревании плотность и вес воды снижаются, а при остывании показатели возвращаются к стандартным параметрам. Давление в системе почти отсутствует – в формулах теплотехнических расчетов принимается соотношение 1 атм. на 10 м напорного водяного столба. Таким образом, при обустройстве отопительной системы в 2-х этажном строении расчет гидростатического давления показывает не более 1 атм., в одноэтажных не более 0,7 атм. на 10 м напорного водяного столба.

Из-за увеличения объема прогретой жидкости самотечная система отопления частного дома дополняется расширительным баком, который устанавливается на трубе подачи теплоносителя вверху системы. Задача емкости – компенсировать повышение объема воды.

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

1. К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
2. К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Физические свойства воды помогают транспортировке жидкости по трубопроводам – при нагревании жидкость устремляется вверх самотеком по разгонному участку трубопровода, а после остывания перемещается от радиаторов обратно в котел. Важно выложить трубопровод с определенным углом наклона, иначе гравитационная циркуляция не будет работать.

Преимущества и недостатки самотечной системы

Популярностью система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией пользуется из-за простоты монтажа и удобства эксплуатации. Нет необходимости в установке дорогостоящего дополнительного оборудования, не будет расходов на электроэнергию. Поддержание автономности работы отопления – еще один плюс.

К минусам можно отнести только небольшую эффективность конструкции – отопление с принудительной транспортировкой обладает повышенной теплоотдачей. Это достигается за счет ускорения транспортировки нагретого теплоносителя, вода не успевает остывать и доходит в нужном температурном режиме до самых крайних радиаторов. Однако снижение температуры теплоносителя наблюдается в помещениях значительных площадей, а если обустраивается тепловая конструкция в строении малого объема, отопление самотеком является лучшим выбором.

Основные виды гравитационной системы отопления

Различается 4 типа самоциркулирующейся конструкции с гравитационным течением теплоносителя. Выбор варианта зависит от требований хозяина по производительности отопления, материала строения, утепления дома и прочих нюансов.

Определяя, какое лучше делать водяное отопление в частном доме без насоса, требуется выполнить несколько расчетов, принять во внимание технические характеристики источника тепла, просчитать диаметр трубы и составить проект.

Закрытая система

Рекомендуем к прочтению:

Принцип работы такой:

• Нагрев теплоносителя приводит к вытеснению воды из контура отопления. Под воздействием повышенного давления жидкость перемещается в закрытый расширительный бак с мембраной.
• В этом баке одна половина заполнена газом, вторая – пустая. Пустая половина заливается прогретым теплоносителем, что приводит к сжатию газообразного вещества.
• Как только вода остывает, газ снова расширяется и выталкивает из бака воду.

Простое решение пока не набрало популярность, однако возможность полной автономности и поддержания оптимального давления в трубах – явные плюсы варианта, которые пригодятся хозяевам частных домов небольшой площади. Минус конструкции в повышении объема емкости при необходимости прогревать большие помещения, поэтому закрытая система в основном используется в домах площади до 40 м2.

Открытая система

Этот вариант отличается от закрытого лишь конструкцией расширительного бака. Схему можно увидеть в старых строениях, где бак установлен под кровлей или потолком жилого помещения. Емкость можно сделать самостоятельно, но при такой схеме есть риск завоздушивания радиаторов, что снижает эффективность работы системы. Кроме того, кислород в воде приводит к образованию коррозии, появлению дефектов внутри труб и быстрому выходу элементов из строя.

Важно! При открытой системе самотечного отопления необходимо установить радиаторы под определенным углом и оснастить каждую батарею краном Маевского.

Двухтрубная система

Особенности конструкции:

1. Прокладывается 2 трубы – одна для подачи теплоносителя, вторая для обратки. Подающий трубопровод соединяется входным отводом, обратный подводкой стыкуется с баком и батареей.
2. Двухтрубная схема систем отопления частного дома с естественной циркуляцией обеспечивает равномерное распределение тепла по помещению.
3. Нет необходимости добавлять секции батарей, расположенных далеко от бака, чтобы гарантировать прогрев комнаты.
4. Для контура выбираются трубы меньшего диаметра, регулировать интенсивность подачи теплоносителя и уровень нагрева намного проще.

В 2-х трубной системе можно допустить некоторые отклонения от параметров уклона труб, причем это не скажется на скорости транспортировки теплоносителя. Выполнить работы по силам домашнему мастеру, ошибки в расчетах устраняются в процессе обустройства конструкции.

Однотрубная система

Это простая горизонтальная схема выкладки с одной трубой, которая подключена последовательным образом ко всем батареям. Подача носителя через верхний отвод – отток через нижний, таким образом, вторая батарея получает чуть более остывший носитель, третья – еще более прохладный. От крайнего радиатора обратка возвращается в бак для прогрева.

Обустроить такую самотечную систему не представляет труда, но если количество радиаторов более 3-5 шт., однотрубная система не является целесообразной. Даже если увеличить количество секций последней батареи, температура носителя слишком мала, чтобы обеспечить равномерность отопления.

К достоинствам схемы относят простоту монтажа, экономию средств, а недостаток наблюдается только при установке одной трубы в больших комнатах. Сформировать однотрубную схему в 2-х и более этажных строениях без насоса нельзя – велик риск допустить ошибку в уклонах трубопроводов, из-за чего теплоноситель не будет транспортироваться с нужной скоростью, и строение останется без отопления.

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Если дом не отличается величиной площадей, насчитывает всего 1 этаж и количество радиаторов не превышает 3-5 шт., самотечная система отопления будет оптимальным решением задачи.

Во всех прочих случаях следует продумать установку циркуляционного насоса, и вот по каким причинам:

Рекомендуем к прочтению:

• При наличии насоса жидкость быстрее прогревается, достигает положенной температуры в + 50 С, расширяется и начинает циркулировать по системе. То есть прогрев помещений будет более быстрым.
• При самотечном движении воды теплоноситель в крайнем радиаторе будет остывшим, поэтому число модулей в батарее нужно увеличить, а это дополнительные расходы.
• Если стоит насос, риск завоздушивания батарей минимальный, даже при формировании открытой системы отопления.

При подключении насоса есть возможность управлять температурой прогрева, интенсивностью подачи теплоносителя в трубы, самотечная система такого не подразумевает.

Правила монтажа системы отопления без насоса

Во всех гравитационных схемах один минус – нет давления в системе, потому нарушения в монтаже приводят к снижению функциональности конструкции. На работу влияют повороты, высокие или низкие уклоны, отсутствие продуманной схемы.

Чтобы сформировать правильную теплосистему, следует обратить внимание на:

• выкладку уклонов;
• тип, диаметр трубы;
• подачу, вид теплоносителя.

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Различается несколько видов материала, пригодного для сооружения трубопровода:

1. Сталь. Это трубы с относительно невысокой стоимостью, но увеличенной теплопроводностью, прочностью. Сталь хорошо переносит разницу давлений, стойко противостоит коррозии. Минус – потребуется сварка.
2. Металлопластик. Трубы с гладкой внутренней стороной, минимизирующие образование засоров. Малый вес и линейное расширение – плюсы, небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая цена – минусы.
3. Полипропилен. Простой монтаж, герметичность, прочность, длительный срок пользования и неподверженность к промерзанию – достоинства труб, а вот цена товара – минус. Следует учитывать, что стыковка осуществляется пайкой, что снижает затраты на монтаж. Срок службы до 25 лет.
4. Медь. Предельно прочный материал, который выдерживает нагрев до +500 С. Срок пользования от 100 лет, предельная стойкость к коррозии – плюсы. Но очень высокая цена и масса – явные минусы трубопроводов.

Что касается выбора диаметра, то его нужно просчитать так:

• учесть потребность помещения в тепловой энергии и к конечной цифре добавить 20%;
• по СНиП найти параметры соотношения мощности теплосети к внутреннему сечению трубы;
• выбрать в таблице материал, из которого сделаны трубы, принять в расчет стандартные параметры, в частности, для стальных труб диаметр должен быть не менее 50 мм, но при подборе широких труб эффективность теплоносителя снижается.

Важно! Чтобы самотечная система работала без сбоев, можно сделать так: после каждого разветвления трубы диаметр снижать на один размер. То есть, если к котлу подсоединяется труба в 2 дюйма, после первой батареи диаметр 1,2 дюйма, после следующей – 1,3 дюйма.

Что касается уклона, то по строительным нормам на каждый погонный метр трубы нужно делать наклон размером в 10 мм. Эти стандарты и нужно принимать в учет, планируя отопление самотеком, а схема выкладки, предварительно составленная в виде проекта, поможет промерить параметры укладки при проведении монтажных работ.

Выбор теплоносителя для системы

Чтобы естественная циркуляция в системе отопления частного дома поддерживалась с нужной скоростью, следует выбрать оптимальный теплоноситель. В большинстве случаев выбирается чистая вода – безопасный и дешевый вариант. Можно применять антифриз, но большая плотность с меньшей теплоотдачей нивелируют достоинства жидкости. Гликолевые составы нужны только при условии, что теплосистема не будет использоваться очень длительное время, антифриз не замерзает, и в отличие от воды не прорывает трубы.

Выбор верхнего или нижнего разлива

Если применяется нижний розлив, то трубопровод прокладывается на уровне напольного покрытия. При формировании однотрубной самотечной схемы нижний розлив считается не теплоэффективным, схема оправдана для трубопроводов с высоким давлением теплоносителя.

Верхний розлив лучше подходит для частных строений. В этом случае горячий поток подается через трубу под потолком, вода вытесняет воздух, который можно стравить краном Маевского. При верхнем розливе можно делать однотрубную схему отопления, теплоэффективность в этом случае поддерживается на оптимальных величинах.

Зная, как сделать циркуляцию воды без насоса, следует внимательно относиться ко всем этапам проектирования и монтажа. Ошибки в работе приводят к переустановке всех элементов, модификации контура или монтажу насоса, а это увеличивает финансовые вложения.

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Теплогидравлический контур с естественной циркуляцией (NCL) является важным аспектом конструкции, работы и безопасности всех концепций Gen IV. Некоторые концепции полагаются на естественную циркуляцию для нормальных рабочих условий и нестандартных условий безопасности. Другие зависят от естественной циркуляции только в пассивных ненормальных условиях безопасности. Целью пассивных систем безопасности с естественной циркуляцией является поддержание системы в безопасном отключенном состоянии в течение длительных периодов времени без необходимости вмешательства оператора или наличия электроэнергии.

Пассивные системы безопасности на основе естественной циркуляции предназначены для обеспечения максимального теплоотвода в случае нарушения нормальной работы системы охлаждения реактора. Из-за его критической важности фундаментальное понимание свойств и характеристик гидродинамики естественной циркуляции, тепловых откликов и термодинамики в сложном инженерном оборудовании энергетических систем ядерных реакторов имеет важное значение. Для систем поколения IV, которые основаны на естественной циркуляции в нормальных рабочих состояниях, также необходимо хорошо понимать свойства и характеристики в установившихся условиях.

Как правило, потоки с естественной циркуляцией, встречающиеся на атомных электростанциях, будут связаны с замкнутыми контурами, состоящими из трубопроводов, проточных каналов различной формы и нескольких компонентов оборудования. Петли обычно закрыты, но отказ трубопровода, составляющего петлю, может нарушить естественную циркуляцию и сделать систему непригодной для использования по назначению. Вторичная сторона парогенераторов (ПГ) для заводов, использующих естественную циркуляцию для нормальной работы, характеризуется как НКП с пропускной способностью; ввод питательной воды из конденсатора и отбор пара на выходе из ПГ для питания турбин.Все эти системы будут иметь области, в которых поток идет по параллельным каналам, таким как тепловыделяющие стержни и пучки тепловыделяющих элементов, в активной зоне и трубки в SG и HEX.

Потоки с естественной циркуляцией вокруг контуров и потоки в параллельных каналах подвержены как отклонениям от установившегося режима работы, так и переходам в колебательные и потенциально нестабильные состояния. Таким образом, энергетические системы ядерных реакторов поколения IV сочетают в себе тип потока жидкости и геометрию, которые, как известно, потенциально могут привести к нежелательным состояниям.В частности, следует избегать нежелательных колебательных состояний при установившемся режиме работы. Вся система и связанный с ней рабочий диапазон предназначены для предотвращения нестабильных состояний.

Обсуждения в следующих разделах будут сосредоточены на теплогидравлических свойствах и характеристиках потоков в параллельных каналах и NCL. Будет кратко рассмотрена литература по общим аспектам аналитического, экспериментального, математического моделирования, численным методам решения и вычислительным аспектам этих потоков.Эти аспекты, связанные с конкретными системами Gen IV, также будут обсуждаться.

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

И для паровых барабанных систем, и для прямоточных парогенераторов (OTSG) мы должны иметь непрерывный поток воды по трубам, чтобы система могла непрерывно генерировать пар.

В системе OTSG вода проходит только один раз (за один проход) по трубам котла, прежде чем превратиться в пар и направить в паротурбинный генератор для производства электроэнергии.С другой стороны, в системах с паровым барабаном вода должна пройти много раз (несколько проходов) по трубам, прежде чем она уйдет в виде пара.

На основе двух основных типов циркуляции, обычно используемых, паропроизводящие котлы высокого давления (ВД) могут быть классифицированы как:

— Котлы с естественной или тепловой циркуляцией и
— Котлы с принудительной или насосной циркуляцией

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Как показано на рисунке-1 (a), в сливном стакане (труба, по которой поток направлен вниз) отсутствует пар, и секция трубы A-B не нагревается.Подвод тепла приводит к образованию пароводяной смеси в секции B-C, обычно называемой стояком (труба, по которой поток направлен вверх). Из-за того, что пароводяная смесь на участке BC менее плотная (поскольку она более горячая) по сравнению с водой участка AB, термосифонический эффект (сила тяжести) заставит воду течь вниз на участке AB и вверх на участке BC. в сторону парового барабана.

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

В котлах с естественной или тепловой циркуляцией скорость циркуляции сильно зависит от разницы плотностей между ненагретой водой и нагретой пароводяной смесью.Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от следующих факторов:
— Высота котла — Более высокие котлы дают большую разницу давлений между нагретой и неотапливаемой секциями и, как следствие, большую скорость потока.
— Рабочее давление котла — Более высокое рабочее давление дает пар более высокой плотности, а также пароводяные смеси более высокой плотности. Это имеет тенденцию к уменьшению общей разницы в плотности между нагретым и ненагретым сегментами, поскольку плотность жидкой воды остается неизменной, независимо от рабочего давления.Следовательно, более высокое давление снижает расход производимого пара.
— Мощность подводимого тепла — Более высокая мощность подводимого тепла помогает снизить среднюю плотность в нагретой секции и тем самым увеличить общий расход.

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Насос добавлен в замкнутую систему проточного контура, указанную в разделе A-B на рисунке 1 (b). Разница давлений, создаваемая насосом (напором), помогает контролировать расход воды. Устройство понижения давления (отверстие или подобное) также обычно используется в качестве дополнительного механизма управления.

Что такое естественная циркуляция? — Определение из Corrosionpedia

Что означает естественная циркуляция?

Естественная циркуляция — это способность жидкости в системе непрерывно циркулировать, при этом разница в плотности является единственной движущей силой.

По-другому, естественная циркуляция вызвана конвекционными потоками, возникающими в результате неравномерного нагрева воды в бойлере. Он может быть свободным или ускоренным и в основном используется в котлах и испарителях.

Испарители с естественной циркуляцией основаны на естественной циркуляции продукта, вызванной разницей плотности, возникающей при нагревании. Испарители с естественной циркуляцией необходимы на очистных сооружениях, а также в химической и фармацевтической промышленности.

Corrosionpedia объясняет естественное кровообращение

В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды зависит от разницы между плотностью восходящей смеси горячей воды и пара и нисходящего тела с относительно холодной водой без пара.Разница в плотности возникает из-за того, что вода расширяется при нагревании и, таким образом, становится менее плотной. В большинстве котлов есть естественная циркуляция воды, в основе которой лежит принцип термосифона.

В котле со свободной естественной циркуляцией генераторные трубы устанавливаются почти горизонтально, с небольшим наклоном к вертикали. Когда генераторные трубы установлены под гораздо большим углом наклона, скорость циркуляции воды значительно увеличивается.Поэтому говорят, что котлы, в которых трубы имеют довольно крутой наклон от парового барабана к водяному барабану, имеют естественную циркуляцию ускоренного типа.

Испарители с естественной циркуляцией очень просты и обычно используются там, где сточные воды имеют высокую вязкость, более высокие уровни отвердителей, нерастворенных твердых веществ, для продуктов, которые подвержены влиянию собственных высоких температур и более продолжительному остаточному времени. Работа может быть непрерывной, периодической или полупериодической и не требует насосов для рециркуляции или перекачки промежуточного продукта.

Общая скорость циркуляции (расход) в системах естественной циркуляции в основном зависит от высоты, рабочего давления и количества подводимой теплоты котла.

Улучшение теплопередачи с использованием CO2 в контуре естественной циркуляции

Контуры теплопередачи (вторичные контуры) классифицируются как контур принудительной циркуляции (FCL) и контур естественной циркуляции (NCL). Контур принудительной циркуляции — это активная система, для которой требуется насос или компрессор для управления потоком жидкости, тогда как контур естественной циркуляции (NCL) представляет собой простую систему, в которой поток жидкости происходит из-за градиента плотности, вызванного наложенной разницей температур.

В NCL радиатор расположен выше, чем источник тепла. Это устанавливает градиент плотности в системе, из-за которого более легкая (более теплая) жидкость поднимается вверх, а более тяжелая (более холодная) жидкость движется вниз. Следовательно, тепловая энергия может передаваться от высокотемпературного источника к низкотемпературному приемнику без прямого контакта друг с другом, а также без использования какого-либо первичного двигателя.

NCL предпочтительнее контура с принудительной конвекцией, где безопасность является превыше всего.Он также обеспечивает бесшумную и необслуживаемую работу. NCL является многообещающим вариантом для многих инженерных приложений, таких как ядерные реакторы ¹ , химическая экстракция ^2,3 , электронная система охлаждения ⁴ , солнечные нагреватели ^5,6,7,8,9,10 , геотермальные приложения ^11,12 , криогенные холодильные системы ¹³ , охлаждение лопаток турбины ¹⁴ , термосифонные ребойлеры ^15,16 , а также охлаждение и кондиционирование воздуха ¹⁷ и т. Д.По сравнению с системами с принудительной конвекцией скорость теплопередачи в системах с естественной конвекцией находится на более низком уровне, и ее улучшение является сложной задачей. Исследователи пытаются разными способами улучшить скорость теплопередачи, например, используя различные рабочие жидкости / наножидкости. Мисале и др. . ¹⁸ и Наяк и др. . ¹⁹ экспериментально сообщил об увеличении скорости теплопередачи на 10–13% с наножидкостью (Al ₂ O ₃ + вода) по сравнению с NCL на водной основе.

Выбор рабочих жидкостей для NCL обычно осуществляется на основе некоторых благоприятных теплофизических свойств. Обычно используемые рабочие жидкости можно разделить на водные и неводные. Водные растворы обычно представляют собой продукты на основе соли или спирта. Они обладают одним или несколькими неблагоприятными эффектами, такими как коррозионная активность, токсичность, высокое значение pH и т. Д. Неводные растворы представляют собой коммерчески доступные химические вещества.

В последние годы CO ₂ приобрел популярность в качестве циркуляционной жидкости в NCL благодаря своим превосходным теплофизическим свойствам и экологичности (отсутствие потенциала разрушения озонового слоя и незначительный потенциал глобального потепления) и использовался для различных применений, таких как солнечное тепло. коллектор ²⁰ , тепловой насос ²¹ , геотермальная система ²² и т. д.Пригодность CO ₂ в качестве циркуляционной жидкости была изучена Kiran Kumar et al . ²³ для NCL, а также Ядав и др. . ²⁴ для контура принудительной циркуляции.

Любые жидкости, работающие в области, близкой к критической, показывают очень хорошие характеристики теплопередачи и потока жидкости благодаря своим благоприятным теплофизическим свойствам. Преимущество двуокиси углерода заключается в низкой критической температуре (~ 31 ° C) и вполне разумном критическом давлении (73,7 бар).

Swapnalee и др. .Компания ²⁵ провела экспериментальные исследования по изучению статической нестабильности сверхкритических НКЛ на CO ₂ и на водной основе с нагревателем в качестве источника тепла. Kiran и др. . ²⁶ провели эксперименты и изучили поведение теплопередачи NCL с использованием докритического CO ₂ с ограниченным диапазоном температуры и давления.

Хотя доступность экспериментальных исследований очень ограничена из-за риска, связанного с работой с CO ₂ при высоком рабочем давлении, достаточно большое количество численных исследований поведения теплопередачи NCL на основе CO ₂ доступно в открытая литература ^27,28,29 .

Киран Кумар и др. . ²⁷ выполнили численное исследование стационарного анализа однофазных прямоугольных NCL с параллельными потоками теплообменников типа «труба в трубе». Ядав и др. . ²⁸ выполнили переходный анализ контура естественной циркуляции (NCL) на основе диоксида углерода с концевыми теплообменниками. Басу и др. . ²⁹ , направлена ​​на разработку теоретической модели для моделирования стационарных характеристик прямоугольного однофазного контура естественной циркуляции и исследования роли различных геометрических параметров в поведении системы.Ядав и др. . ³⁰ провели трехмерное исследование CFD и заявили, что скорость теплопередачи на ~ 700% выше в случае докритической жидкости, а также сверхкритического CO ₂ по сравнению с водой. Двумерный анализ при 90 бар для различных температур источника тепла сообщил о нестабильностях, связанных со сверхкритическим потоком ^31,32 .

Доступны обширные численные исследования ^27,28,29 на CO ₂ на основе NCL с различными конфигурациями.Однако в литературе сообщается об очень небольшом количестве экспериментальных исследований из-за риска, связанного с обращением с CO ₂ при более высоком рабочем давлении. Как и в большинстве инженерных исследований, имеющих практическое значение, экспериментальные исследования являются эталоном. Экспериментальные исследования NCL, использующих сверхкритический / докритический CO ₂ с концевыми теплообменниками в широком диапазоне температур, охватывающем отрицательную температуру, ограничены. Чтобы заполнить эту критическую пустоту, это экспериментальное исследование представляет собой исследование поведения теплопередачи субкритических / сверхкритических НКЛ на основе CO ₂ с торцевыми теплообменниками для широкого применения в диапазоне от минусовых (-18 ° C) до плюсовых (70 ° C) температуры.Исследование также включает явление теплопередачи в однофазном (жидкость и пар) и двухфазном CO ₂ на основе NCL. Далее сравниваются скорости теплопередачи воды (для положительной температуры) и рассола (для отрицательной температуры) в NCL.

Детали эксперимента

Полное представление испытательной установки приведено на рис. 1. Испытательная установка состоит из резервуара CO ₂ , теплообменников типа «труба в трубе» (горячего и холодного) с вертикальными трубками (стояк и сливной стакан).

Рисунок 1

Схема NCL с торцевыми теплообменниками. (1) Цилиндр резервуара CO ₂ , (2) Термостатическая ванна для HHX, (3) Термостатическая ванна для CHX (4) Система сбора данных, (5) Увеличенная часть внутренней конструкции термопары (гайка и наконечник).

Термопары Т-типа соответствующей длины подключаются для измерения температуры текучей среды контура (CO ₂ / вода / солевой раствор) и внешней текучей среды (вода / метанол), которая течет внутри внутренней трубы и кольцевого пространства, соответственно, как показано на рис.1.

Фотографический вид используемого объекта представлен на рис. 2. Контур естественной циркуляции 2 × 2 м изготовлен из нержавеющей стали (SS-316), имеет внешний диаметр 32 мм, внутренний диаметр 26 мм, толщину 3 мм. мм и выдерживает давление до 250 бар. Для управления теплопередачей от контура к окружающей среде весь контур изолирован асбестовым тросом и изоляционным материалом из вспененной ленты толщиной 3 мм каждый. Теплообменники длиной 1600 мм, наружным диаметром 51 мм и толщиной 3 мм.

Рисунок 2

Экспериментальная установка. (1) Термостатическая ванна — 1 (HHX), (2) DAQ, (3) Компьютер для считывания данных DAQ, (4) Термостатическая ванна -2 (CHX), (5) Манометр, (6) Ротаметр, (7) Датчик перепада давления, (8) предохранительный клапан, (9) цилиндр CO ₂ , (10) вакуумный насос.

Две термостатические ванны (Thermo Scientific PC200) с мощностью нагрева / охлаждения 2 кВт подают внешнюю жидкость (воду / метанол) с фиксированной температурой в теплообменники. Массовый расход внешней жидкости измеряется с помощью двух калиброванных ротаметров (диапазон 2–20 л / мин) с клапанным устройством, подключенных отдельно к HHX и CHX.

Манометр Бурдона с диапазоном 0–150 бар подключается для измерения давления в линии контура в центре правой ноги. Шесть термопар Т-типа используются для контроля температуры CO ₂ в различных местах вдоль контура, термопары соединены в прямом соединении с жидкостью внутреннего контура CO ₂ , как показано на рис. 1 увеличенной части гайки и расположение наконечника. Система сбора данных (DAQ, Keighley — модель 2700) используется для регистрации различных температур контура.Геометрические характеристики испытательного стенда указаны в таблице 1. Рабочие параметры и их рабочий диапазон представлены в таблице 2 для всего эксперимента.

Таблица 1 Геометрические параметры экспериментальной установки. Таблица 2 Диапазон рабочих параметров, учитываемых при исследовании.

Методология

Холодный и горячий теплообменники испытываются на герметичность при давлении до 10 бар, а контур проверяется на герметичность при давлении 150 бар. Позже весь контур естественной циркуляции откачивается, и необходимое количество CO ₂ загружается в контур из цилиндра CO ₂ .Зарядка CO ₂ прекращается, как только давление жидкости в контуре достигает необходимого рабочего состояния. Внешняя жидкость заставляется течь внутри кольцевой трубы обоих теплообменников с заданными массовым расходом и температурами. Когда внешняя жидкость начинает течь, температура контура начинает изменяться с небольшим изменением давления контура. Для поддержания заданного рабочего давления CO ₂ перемещается в / из цилиндра, в котором поддерживается рабочее давление. Эта практика продолжается до тех пор, пока цикл не достигнет установившегося состояния.Считается, что контур достигает установившегося состояния, если переходные колебания всех температур и давлений составляют менее 0,5%.

При заданном рабочем давлении состояние CO ₂ подтверждается контролем температуры во всех точках контура (однофазная, двухфазная или сверхкритическая фаза). Как только вся система достигает устойчивого состояния, результаты записываются. Чтобы сравнить результаты CO ₂ в качестве жидкости контура, рассол используется в качестве жидкости контура для приложений с более низкими температурами, тогда как вода используется для приложений с температурой выше нуля.Метанол используется в качестве внешней жидкости для приложений с более низкими температурами (ниже 0 ° C) и вода в качестве внешней жидкости для приложений с более высокими температурами (выше 0 ° C).

Чтобы обеспечить условия турбулентного потока для внешней жидкости, массовый расход 0,083 кг / с (5 л / мин) поддерживается как в CHX, так и в HHX.

Скорость теплопередачи (Q) рассчитывается по формуле

$$ {\ rm {Q}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-HHX} \ times { \ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {HHX}}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-CHX} \ times {\ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {CHX}}} $$

(1)

где m = массовый расход внешней жидкости в кг / с

c _{p — HHX} = удельная теплоемкость HHX в Дж / кг-K

c _{p — CHX} = удельная теплоемкость CHX в Дж / кг-K

ΔT _HHX = разница температур HHX между входом и выходом

ΔT _CHX = разница температур CHX между входом и выходом

Средняя температура рассчитывается по

$ $ {T} _ {avg} = \ frac {{T} _ {C} + {T} _ {H}} {2} $$

(2)

где, T _C = температура на входе CHX в ° C

T _H = температура на входе HHX в ° C

Урок 2: Основы солнечной горячей воды

Обзор

В этом уроке вы узнаете об использовании солнца для обеспечения тепла.В этой части курса мы уделим особое внимание нагреву горячей воды для дома.

В солнечной водонагревательной системе сбор тепла является основной целью наряду с отводом тепла от собирающей поверхности, передачей его в накопитель и, в конечном итоге, использованием его для нагрева горячей воды для бытового потребления.

Мелководье озера обычно теплее, чем глубокое. Это потому, что солнечный свет может нагреть дно озера на мелководье, которое, в свою очередь, нагревает воду.Это природный способ солнечного нагрева воды. Солнце можно использовать практически так же, как для нагрева воды в зданиях и бассейнах.

Большинство солнечных водонагревательных систем для зданий состоит из двух основных частей: солнечного коллектора и накопительного бака . Самый распространенный коллектор называется коллектором с плоской пластиной . Установленный на крыше, он представляет собой тонкую плоскую прямоугольную коробку с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость — воду или другую жидкость, такую ​​как раствор антифриза, — для нагрева.Трубки прикреплены к пластине-поглотителю , окрашенной в черный цвет для поглощения тепла. По мере того, как в коллекторе накапливается тепло, он нагревает жидкость, проходящую по трубкам. Ниже описаны различные типы солнечных коллекторов.

В накопительном баке находится горячая жидкость. Это может быть просто модифицированный водонагреватель, но обычно он больше по размеру и очень хорошо изолирован. Системы, в которых используются жидкости, отличные от воды (обычно смесь пропиленгликоля), нагревают воду, пропуская ее через теплообменник, который передает тепло от смеси гликоля к нагреваемой воде.

Солнечные водонагревательные системы могут быть активными или пассивными . Наиболее распространены активные системы, в которых для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения используются насосы. С другой стороны, пассивные системы полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании.

Этот дом в Неваде имеет встроенную коллекторную систему хранения (ICS) для обеспечения горячей водой.

Солнечные коллекторы — ключевой компонент активных систем солнечного отопления.Солнечные коллекторы собирают солнечную энергию, преобразуют ее излучение в тепло, а затем передают это тепло воде, солнечной жидкости или воздуху. Солнечная тепловая энергия может использоваться в солнечных водонагревательных системах, солнечных нагревателях бассейнов и солнечных системах отопления помещений. Есть несколько видов солнечных коллекторов:

Коллекторы плоские Коллекторы вакуумные Интегральные коллекторно-накопительные системы

В жилых и коммерческих зданиях, где требуется температура ниже 200F, обычно используются плоские коллекторы, тогда как в тех, где требуется температура выше 200F, используются вакуумные трубчатые коллекторы.

В начало

Типы солнечных водонагревательных систем

Активные солнечные водонагревательные системы

Активные солнечные водонагреватели используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции воды или других теплоносителей (обычно смеси пропиленгликоля) через коллекторы. Существуют три типа активных солнечных водонагревательных систем:

1. В системах с прямой циркуляцией (или открытых системах ) используются насосы для циркуляции воды через коллекторы.Эти системы подходят для мест, которые не замерзают в течение длительного времени и не имеют жесткой или кислой воды. Эти системы не одобрены Solar Rating & Certification Corporation (SRCC), если в них используется рециркуляционная защита от замерзания (циркуляция теплой воды в резервуаре в условиях замерзания), потому что для эффективной защиты требуется электроэнергия.

2. Системы с косвенной циркуляцией (или закрытые системы ) перекачивают теплоносители, такие как смесь гликоля и водяного антифриза, через коллекторы.Теплообменники передают тепло от жидкости питьевой воде, хранящейся в резервуарах. Некоторые непрямые системы имеют защиту от перегрева, которая защищает коллектор и гликолевую жидкость от перегрева при низкой нагрузке и высокой интенсивности поступающего солнечного излучения.

3. Дренажные системы , тип косвенной системы, используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. При остановке насосов вода из коллекторного контура сливается в резервуар-накопитель.Это делает дренажные системы хорошим выбором в более холодном климате. Дренажные системы должны быть тщательно установлены, чтобы гарантировать, что трубопровод всегда наклонен вниз, чтобы вода полностью стекала из трубопровода. В некоторых обстоятельствах этого может быть сложно.

Солнечные водонагревательные системы с отводом воды — хороший выбор для холодного климата, такого как Пенсильвания. Иллюстрация: Солнечный центр Северной Каролины.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле активных систем, но обычно не так эффективны.Пассивные солнечные водонагреватели полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании. Поскольку они не содержат электрических компонентов, пассивные системы, как правило, более надежны, проще в обслуживании и, возможно, имеют более длительный срок службы, чем активные системы.

1. Системы хранения со встроенным коллектором состоят из одного или нескольких резервуаров для хранения, помещенных в изолированную коробку с застекленной стороной, обращенной к солнцу. Зимой их необходимо осушить или защитить от замерзания.Эти солнечные коллекторы лучше всего подходят для областей, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде; но они плохо работают в семьях с преимущественно утренними розыгрышами, потому что они теряют большую часть собранной энергии за ночь.

2. Системы Thermosyphon — это экономичный и надежный выбор, особенно в новых домах. Эти системы основаны на естественной конвекции теплой воды, поднимающейся вверх, для циркуляции воды через коллекторы и в резервуар (расположенный над коллектором).Когда вода в солнечном коллекторе нагревается, она становится светлее и естественным образом поднимается в резервуар наверху. Тем временем более холодная вода стекает по трубам к нижней части коллектора, улучшая циркуляцию. Некоторые производители размещают накопительный бак на чердаке дома, скрывая его от глаз. Непрямые термосифоны (которые используют гликолевую жидкость в коллекторном контуре) могут быть установлены в климатических условиях, склонных к замерзанию, если трубопровод в некондиционном пространстве должным образом защищен.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку накопительная система со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к накоплению солнечного тепла, она может быть укомплектована водонагревателем по запросу (без резервуара или проточным) для резервного копирования

В начало

Компоненты солнечной водонагревательной системы

Компоненты: Коллекторы

1.Коллекторы плоские Плоские коллекторы — наиболее распространенные солнечные коллекторы для солнечных водонагревательных систем в домах и солнечного отопления помещений. Типичный коллектор с плоской пластиной представляет собой изолированный металлический ящик со стеклянной или пластиковой крышкой (так называемое остекление) и поглотительной пластиной темного цвета. Эти коллекторы нагревают жидкость или воздух до температуры менее 180 ° F. (см. рис. 1) Жидкие плоские коллекторы нагревают жидкость, когда она течет по трубкам внутри или рядом с пластиной абсорбера.В простейших жидкостных системах используется бытовая питьевая вода, которая нагревается, проходя непосредственно через коллектор, а затем течет в дом. Солнечное отопление бассейна также использует технологию жидкостных плоских коллекторов.

Рис.1

Неглазурованные солнечные коллекторы обычно используются для обогрева плавательных бассейнов.

Плоские воздушные коллекторы используются в основном для солнечного отопления помещений.Пластины абсорбера в коллекторах воздуха могут быть металлическими листами, слоями экрана или неметаллическими материалами. Воздух проходит мимо абсорбера за счет естественной конвекции или вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость, от абсорбера коллектора воздуха передается меньше тепла, чем от абсорбера коллектора жидкости. Для отопления помещений используются воздушные плоские коллекторы.

2.Коллекторы вакуумные

Рис. 2 | Коллекторы с вакуумными трубками эффективны при высоких температурах.

Коллекторы с вакуумной трубкой могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170F до 350F), что делает их более подходящими для коммерческого и промышленного применения. Однако коллекторы с вакуумированными трубками дороже плоских коллекторов, при этом стоимость единицы площади примерно в два раза выше, чем у плоских коллекторов.(см. рисунок 2)

Коллекторы обычно состоят из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Ребро покрыто покрытием, которое хорошо поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Воздух удаляется или откачивается из пространства между стеклянными трубками и металлическими трубками для создания вакуума, который устраняет кондуктивные и конвективные потери тепла.

Новая конструкция с вакуумными трубками доступна от китайских производителей, Beijing Sunda Solar Energy Technology Co.Ltd. Конструкция «Дьюара» представляет собой вакуум, содержащийся между двумя концентрическими стеклянными трубками, с избирательным покрытием абсорбера на внутренней трубке. Обычно воде позволяют термосифонировать вниз и обратно во внутреннюю полость, чтобы передать тепло резервуару для хранения. Металлических уплотнений нет. Этот тип вакуумной трубки может стать конкурентоспособным по стоимости по сравнению с плоскими пластинами.

3. Интегральные коллекторно-накопительные системы

Интегральные коллекторно-накопительные системы (ICS), также известные как системы периодического действия, состоят из одного или нескольких пустых резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике.Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель.

Системы

ICS — это простые и надежные солнечные водонагреватели. Однако их следует устанавливать только в климате с умеренным морозом, потому что сам коллектор или наружные трубы могут замерзнуть в очень холодную погоду. Некоторые недавние исследования показывают, что проблему замерзания труб в некоторых случаях можно решить, используя устойчивые к замерзанию трубопроводы в сочетании с методом защиты от замерзания.

Компоненты: Теплообменник
Солнечные водонагревательные системы используют теплообменники для передачи солнечной энергии, поглощенной в солнечных коллекторах, жидкости или воздуху, используемым для нагрева воды или помещения.

Теплообменники могут быть изготовлены из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим проводником тепла и обладает большей устойчивостью к коррозии.

Солнечные водонагревательные системы используют два типа теплообменников:

1.Теплообменники жидкость-жидкость

Теплообменники жидкость-жидкость используют теплоноситель, который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем протекает через теплообменник для передачи тепла воде в резервуар для хранения. Жидкие теплоносители, такие как антифриз, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Жидкостные теплообменники имеют один или два барьера (одностенные или двустенные) между теплоносителем и водопроводом.

Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая по трубке, либо жидкость, окружающая трубки, может быть теплоносителем, а другая жидкость — питьевой водой. Двухстенные теплообменники имеют две стенки между двумя жидкостями. Две стенки часто используются, когда теплоноситель токсичен, например, этиленгликоль. Двойные стенки часто требуются в качестве меры безопасности в случае утечек, чтобы гарантировать, что антифриз не смешается с питьевой водой.Примером двухстенного теплообменника жидкость-жидкость является «кольцевой теплообменник», в котором трубка обернута вокруг бака с горячей водой и прикреплена к внешней стороне. Трубка должна быть должным образом изолирована, чтобы уменьшить тепловые потери. В некоторых местных нормах и правилах требуются двустенные теплообменники в солнечных водонагревательных системах.

Хотя двустенные теплообменники повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Для передачи такого же количества тепла теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одинарными стенками.

2. Воздухо-жидкостные теплообменники

Солнечные системы отопления с воздухонагревательными коллекторами обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. Некоторые солнечные системы воздушного отопления предназначены для нагрева воды, если удовлетворяются требования к обогреву помещения. В этих системах используются теплообменники типа «воздух-жидкость», которые аналогичны теплообменникам «жидкость-воздух».

Конструкции теплообменников
Существует множество конструкций теплообменников.Вот несколько распространенных:

1. Змеевик в баке

Теплообменник представляет собой змеевик в накопительном баке. Это может быть одинарная трубка (одностенный теплообменник) или толщина двух трубок (двустенный теплообменник). Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара коллектора с изоляционным покрытием.

2. Кожухотрубный теплообменник Теплообменник отделен от накопительного бака (вне его).У него есть две отдельные петли для жидкости внутри корпуса или оболочки. Жидкости текут в противоположных направлениях друг к другу через теплообменник, обеспечивая максимальную теплопередачу. В одном контуре нагреваемая жидкость (например, питьевая вода) циркулирует по внутренним трубкам. Во втором контуре теплоноситель протекает между кожухом и трубками с водой. Трубки и оболочка должны быть из одного материала. Когда коллектор или жидкий теплоноситель токсичны, используются трубы с двойными стенками, а нетоксичная промежуточная переносящая жидкость помещается между внешней и внутренней стенками труб.

3. Трубчатый теплообменник

В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Вода и теплоноситель движутся в противоположных направлениях. Этот тип теплообменника имеет две петли, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.

В начало

Калибр

Чтобы теплообменник был эффективным, он должен иметь правильный размер.При выборе правильного размера необходимо учитывать множество факторов, в том числе следующие:

• Тип теплообменника
• Характеристики жидкого теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
• Расход
• Температура на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители предоставляют показатели теплопередачи для своих теплообменников (в британских тепловых единицах в час) для различных температур жидкости и расхода. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее.

Установка

Для обеспечения наилучшей производительности всегда соблюдайте рекомендации производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите жидкий теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникнуть утечки или трещины.Любое из этих условий может сократить срок службы теплообменника.

Компоненты: теплоносители

Жидкие теплоносители переносят тепло через солнечные коллекторы и теплообменник в резервуары для хранения тепла в солнечных водонагревательных системах. При выборе теплоносителя следует учитывать следующие критерии:

• Коэффициент расширения: относительное изменение длины (или иногда объема, если указано) материала за единицу изменения температуры
• Вязкость сопротивления жидкости сдвиговым силам (и, следовательно, течению)
• Теплоемкость Способность вещества накапливать тепло
• Точка замерзания температура, ниже которой жидкость превращается в твердое вещество
• Точка кипения температура, при которой жидкость кипит
• Точка вспышки — самая низкая температура, при которой пар над жидкостью может воспламениться на воздухе.

Например, в холодном климате для солнечных водонагревательных систем требуются жидкости с низкой температурой замерзания. Жидкости, подвергающиеся воздействию высоких температур, например, в пустынном климате, должны иметь высокую температуру кипения. Вязкость и теплоемкость определяют количество необходимой энергии перекачивания. Жидкость с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью перекачивать легче, поскольку она менее устойчива к течению и передает больше тепла. Другими свойствами, которые помогают определить эффективность жидкости, являются ее коррозионная активность и стабильность

.

Типы жидкостей-теплоносителей
Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых жидкостей-теплоносителей и их свойства:

Воздух
Воздух не замерзает и не закипает, не вызывает коррозии.Однако он имеет очень низкую теплоемкость и имеет тенденцию вытекать из коллекторов, воздуховодов и заслонок.

Вода
Вода нетоксична и недорогая. Благодаря высокой удельной теплоемкости и очень низкой вязкости его легко перекачивать. К сожалению, вода имеет относительно низкую температуру кипения и высокую температуру замерзания. Он также может вызывать коррозию, если pH (уровень кислотности / щелочности) не поддерживается на нейтральном уровне. Вода с высоким содержанием минералов (т. Е. «Жесткая» вода) может вызывать образование минеральных отложений в трубах коллектора и водопроводах системы.

Смеси гликоль / вода
Наиболее распространенной жидкостью, используемой в закрытых солнечных водонагревательных системах, является пропиленгликоль. Смеси гликоль / вода имеют соотношение гликоль-вода 50/50 или 60/40. Этилен и пропиленгликоль — «антифризы». Этиленгликоль чрезвычайно токсичен и должен использоваться только в двустенных замкнутых системах. Вы можете использовать смеси пропиленгликоля и воды пищевого качества в одностенных теплообменниках, если смесь сертифицирована как нетоксичная.Убедитесь, что в него не добавлены токсичные красители или ингибиторы. Большинство гликолей портятся при очень высоких температурах. Значение pH, точку замерзания и концентрацию ингибиторов следует проверять ежегодно, чтобы определить, нуждается ли смесь в каких-либо корректировках или заменах для поддержания ее стабильности и эффективности.

Хладагенты / жидкости с фазовым переходом
Они обычно используются в качестве теплоносителя в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. Обычно они имеют низкую температуру кипения и высокую теплоемкость.Это позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла. Хладагенты быстро реагируют на солнечное тепло, что делает их более эффективными в пасмурные дни, чем другие перекачивающие жидкости. Поглощение тепла происходит, когда хладагент закипает (переходит из жидкой фазы в газообразную) в солнечном коллекторе. Высвобождение накопленного тепла происходит, когда газообразный хладагент снова конденсируется в жидкость в теплообменнике или конденсаторе. Солнечные коллекторы с вакуумными трубками и тепловыми трубками используют этот вид жидкости.

В течение многих лет хлорфторуглеродные (CFC) хладагенты, такие как фреон, были основными жидкостями, используемыми производителями холодильников, кондиционеров и тепловых насосов, поскольку они негорючие, малотоксичные, стабильные, некоррозионные и не замерзают. Однако из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли производство ХФУ постепенно прекращается, как и производство гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). Те немногие компании, которые производили солнечные системы с хладагентом, либо полностью прекратили производство этих систем, либо в настоящее время ищут альтернативные хладагенты.Некоторые компании исследовали метиловый спирт в качестве замены хладагентов.

Если солнечная система заправлена ​​хладагентом и нуждается в обслуживании, следует связаться с местным специалистом по обслуживанию солнечных батарей или холодильного оборудования. С 1 июля 1992 г. преднамеренный выброс ХФУ и ГХФУ во время обслуживания и ремонта или утилизации оборудования, содержащего эти соединения, является незаконным и карается высокими штрафами. Несмотря на то, что производство CFC было прекращено в США в 1996 г., лицензированный техник по холодильному оборудованию все еще может обслуживать вашу систему.

В начало

Компоненты: Циркуляционные насосы

Центробежные циркуляционные насосы чаще всего используются в солнечных водонагревательных системах. Центробежные насосы обычно имеют низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Корпуса обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или нержавеющей стали. Для более дешевых замкнутых систем подходят циркуляционные насосы из чугуна. Для разомкнутых систем циркуляции пополняющей воды необходим циркуляционный насос из бронзы.Насосы из нержавеющей стали используются в плавательных бассейнах и других областях, где присутствуют химические вещества.

Как только определено, что насос должен работать в замкнутом контуре, разомкнутом контуре или в другой конкретной среде, для выбора подходящего насоса используются требования к напору и расходу солнечной системы. Напор — это давление, которое насос должен создать, чтобы создать желаемый поток через систему. Общее давление, которое должен создать насос, определяется высотой подъема воды и сопротивлением трения трубы.

Статический напор — это давление, возникающее в результате вертикальной высоты и соответствующего веса столба жидкости в системе. Чем выше насос должен поднимать жидкость против силы тяжести, тем выше статический напор, который он должен развивать. Динамический напор включает сопротивление трению жидкости, протекающей по трубе и фитингам в системе. Давление, которое насос должен создать для преодоления динамического напора, зависит от размера и длины трубы, количества фитингов и изгибов, а также скорости потока и вязкости жидкости.

Циркуляционные насосы обычно делятся на категории с низким, средним или высоким напором. Приложения с низким напором имеют напор от 3 до 10 футов (0,9–3 м); аппликации со средним напором, от 10 до 20 футов (3-6 м) напора; и аппликации с высоким напором, более 20 футов напора.

Компоненты: датчики и органы управления

Дифференциальный контроллер сообщает насосу, когда включать и выключать. Контроллер через датчики, подключенные к коллектору и накопительному резервуару, определяет, достаточно ли теплее выход коллектора, чем дно резервуара, чтобы включить циркуляционный насос.

Датчики расположены на выходе из коллектора и в нижней части солнечного резервуара. Эти датчики представляют собой термисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Дифференциальный контроль сравнивает сопротивления двух датчиков. Он включает насос, когда коллекторы теплее (обычно 20F), чем дно солнечного резервуара для сбора полезного тепла. Контроллер обычно отключает насос, когда разница температур составляет от 3 до 50F.

Компоненты: Накопительный бак

Солнечная система нагрева воды обычно устанавливается между холодной водой, поступающей в дом, и обычным водонагревателем, и используется для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. Накопительный бак необходим для хранения воды, нагретой солнечной системой нагрева воды. Добавление еще одного накопительного бака для хранения воды, нагретой солнечными батареями, не только более эффективно, чем обычный водонагреватель, но и солнечный водонагреватель действует как средство защиты солнечных панелей от перегрева.На этом рисунке слева показан накопительный бак емкостью 80 галлонов, а справа — обычный водонагреватель, работающий на природном газе, с дополнительным изоляционным покрытием.

В летние месяцы, когда достаточно солнечной горячей воды, вы можете установить «узел байпасного клапана» между накопительным баком солнечной энергии и резервным водонагревателем. Обвод солнечного коллектора состоит из трех клапанов (или двух трехходовых клапанов), которые позволяют напрямую снабжать дом водой, нагретой солнечными батареями.Клапан темперирования должен быть добавлен, когда вода, нагретая солнечными батареями, горячее, чем обычно производится в обычном баке с термостатическим управлением. Клапан темперирования устанавливается на трубопроводе горячей воды, питающей дом. Желаемую максимальную температуру воды, подаваемой в кран, можно отрегулировать. Горячая вода поступает с одной стороны, холодная вода при необходимости поступает снизу, а смешанная вода выходит в дома по водопроводу горячей воды. Компоненты: обратный клапан

Обратный клапан позволяет жидкости течь только в одном направлении.Он предотвращает потерю тепла в ночное время за счет конвективного потока от теплого накопительного бака к холодным коллекторам. Обратные клапаны бывают «поворотного» или «пружинного» типа. Обратные клапаны поворотного типа должны быть установлены надлежащим образом (т. Е. Не перевернутыми вертикально, чтобы они могли висеть открытыми). Обратный клапан поворотного типа следует использовать с насосом, питаемым непосредственно от фотоэлектрического модуля. В условиях низкой освещенности происходит более низкая скорость потока, которая может быть недостаточно сильной, чтобы преодолеть пружинный обратный клапан. Для систем, использующих циркуляционные насосы переменного тока, следует установить пружинные обратные клапаны.Пружина сопротивляется потоку термосифона в любом направлении.

Компоненты: Расширительный бак

Расширительный бак позволяет жидкости в замкнутой системе расширяться и сжиматься в зависимости от температуры жидкости. Без расширительного бачка водопровод легко лопнул бы при нагревании жидкости. Расширительные баки мембранного типа состоят из внутренней камеры и камеры сжатого воздуха. Нагретая жидкость расширяется в замкнутом контуре относительно баллона и камеры сжатого воздуха.Поскольку жидкость сжимается при охлаждении, воздушная камера поддерживает давление в замкнутом контуре. Размер расширительного бака должен выдерживать расширение в зависимости от объема, коэффициента расширения и диапазона колебаний температуры. Размер и количество коллекторов, а также размер и длина трубопроводов и фитингов определяют объем жидкости. Расширительные баки мембранного типа можно найти в большинстве домов водоснабжения.

Компоненты: Клапан сброса давления

Каждая гидравлическая система отопления должна иметь защиту от высокого давления из-за высоких температур.Клапан сброса давления на 50 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для защиты систем водопровода с замкнутым контуром от чрезмерного давления. Клапаны сброса температуры / давления обычно не используются в замкнутом контуре, поскольку часто встречаются высокие температуры. Чаще всего используются предохранительные клапаны только по давлению. Клапаны сброса давления должны иметь вентиляционную трубку, которая направляет вытекающую жидкость в ведро или слив в полу. Как только один из этих клапанов открывается, целесообразно заменить его, так как они часто не устанавливаются полностью, частицы накипи или грязи могут привести к медленной утечке.

Манометр

Компоненты: манометры и датчики температуры

Манометр показывает, находится ли система с замкнутым контуром в допустимом диапазоне давления. Типичное давление в системе составляет от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Манометр используется в качестве диагностического прибора для контроля состояния заряда гликоля. Падение давления указывает на утечку в системе, которую необходимо найти и отремонтировать.

Датчик температуры

Два датчика температуры в замкнутом контуре и один в водяном контуре не являются обязательными, но являются ценными индикаторами функционирования системы. По одному датчику на каждой стороне теплообменника в коллекторном контуре показывает повышение температуры в коллекторах и изменение температуры в теплообменнике. Разница температур от 15 до 20F указывает на эффективную работу системы.Один датчик температуры в водяном контуре между выходом из теплообменника и входом в резервуар-хранилище будет отображать текущую температуру воды, нагретой солнечными батареями, поступающей в резервуар-хранилище. Температурные датчики должны иметь диапазон от 0 до 240 или 300F. В жаркий летний день температура воды в солнечном контуре может составлять около 200F, хотя обычно максимальная достигаемая температура составляет 180F.

, Урок 2, Вопросы

1. Кратко опишите два основных типа активных солнечных водонагревательных систем.
2. Что движет циркуляцией жидкости от коллектора (коллекторов) к накопительному резервуару в пассивных солнечных водонагревательных системах?
3. Какой тип солнечного коллектора наиболее распространен?
4. Когда требуется теплообменник с двойными стенками в солнечной водонагревательной системе?
5. Почему хладагенты-теплоносители, такие как хлорфторуглерод, постепенно исключаются из систем солнечного отопления?
6. Какой тип насоса обычно используется в типичной жилищной системе солнечного водонагревания с замкнутым контуром?
7. В чем разница между статической головкой и динамической головкой?
8. Где следует размещать датчики контроллеров в солнечной водонагревательной системе?
9. Зачем устанавливать обратный клапан в солнечной системе водяного отопления? Где следует установить пружинный обратный клапан?
10. Какова основная функция расширительного бачка в системе с обратной связью?
11. Где должны быть установлены датчики температуры, чтобы указать, как работает система в разомкнутой и замкнутой системе солнечного водонагревания?

В начало

ответы

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

Инженерное обучение

---

ЛИСТ НАЗНАЧЕНИЯ

БАЗОВЫЙ ПАРОВОЙ ЦИКЛ / КОТЛЫ

Номер присвоения 60B-102

ВВЕДЕНИЕ

Пар — это рабочее вещество, используемое для приведения в движение многих надводных кораблей, включая атомные и паровые корабли с традиционными двигателями.Центральное место в понимании работы парового двигателя занимает основной паровой цикл, процесс, в котором мы генерируем пар в котле, расширяем пар через турбину для извлечения работы, конденсируем пар в воду и, наконец, подаем воду обратно в котел. . Это достигается серией теплопередач и рабочих обменов по всей системе. Мы познакомим вас с основами морской силовой установки и вспомогательных котлов, рассмотрим основной паровой цикл и подробно рассмотрим основные компоненты этого цикла, уделяя особое внимание требуемым температурам и давлениям, а также тем, где добавляются и удаляются тепло и работа.

ТЕМА УРОКА ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Терминал Цель:

2.0 ОБЪЯСНЕНИЕ основ и принципов термодинамики и механики жидкости в отношении проектирования, строительства и эксплуатации оборудования машиностроительных заводов. (JTI: A)

Обеспечивающие цели:

2.10 ОПИСАТЬ теорию естественной циркуляции и ее применение к работе котла.

2.11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ конечных точек котла.

2.12 НАРИСИТЕ и НАКЛЕЙТЕ схему основного парового цикла, включающую функции следующих основных компонентов:

а.Паровой котел.

г. Перегреватель.

г. Турбина высокого давления.

г. Турбина низкого давления (с задними элементами).

e. Главный конденсатор.

ф. Главный воздушный эжектор.

г. Главный конденсатный насос.

ч. Конденсатор эжектора главного воздуха.

I. Бак деаэрирующий питательный (DFT).

Дж. Подкачивающий насос основной подачи.

к. Главный питающий насос.

л. Экономайзер.

г. Судовой турбогенератор (ССТГ).

п. Выхлопной ствол турбины НД.

о. Хотвелл.

с. Узел понижающей передачи.

кв. Пароохладитель.

2.13 ОПИСАТЬ типы пропульсивных котлов:

а. 1200 фунтов на квадратный дюйм, однопечная D.

г. 600 фунтов на квадратный дюйм, однопечная D.

2.14 ОПИСАТЬ типы дополнительных котлов:

а. Водяная труба-естественная циркуляция.

г. Котлы-утилизаторы.

2.15 ГОСУДАРСТВО, в котором системы / оборудование используют основной пар.

2.16 ОПИСАТЬ операции с перекрестными и раздельными соединениями.

2.17 УКАЗАТЬ нормальные рабочие значения следующих пунктов применительно к паровой силовой установке.

а. Температура и давление на выходе из пароохладителя.

г. Температура и давление на выходе перегревателя.

г. Температура выхлопа турбины НД.

г. Температура на выходе из конденсатора главного воздушного эжектора.

e. Давление и температура в питающем баке деаэрации.

ф.Давление нагнетания подкачивающего насоса основной подачи.

г. Давление нагнетания главного питающего насоса.

ч. Входная и выходная температура экономайзера.

I. Давление в главном конденсаторе.

Дж. Главный конденсатор вакуумный.

к. Температура горячего колодца главного конденсатора.

л. Давление в паровом барабане.

2.18 ОБСУЖДЕНИЕ температуры и давления на всех этапах основного парового цикла.

2.19 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.

2.20 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.

2.21 Не назначен; зарезервировано для использования в будущем.

НАЗНАЧЕНИЕ НА ИЗУЧЕНИЕ

1. Прочтите информационный лист 60B-102.

2. Кратко изложите информационный лист 60B-102, используя вспомогательные цели урока 60B-102 в качестве руководства.

3. Сценарии изучения ответов.

СЦЕНАРИИ ИЗУЧЕНИЯ:

Вы офицер котельной на борту двухконтурного двухвинтового корабля. Корабль в настоящее время находится в порту и находится в выбранной доступности.

1.У вас есть время, поэтому вы решаете поработать над подготовкой к получению квалификации EOOW. Изобразите основной паровой цикл. Включите фазы и общие температуры и давления на протяжении всего цикла.

Читая свои записи, вы натолкнетесь на следующее описание работы котла: при зажигании котла вода проходит в паровой барабан, через нисходящие стаканы к водяному барабану и коллекторам и вверх через генераторную батарею обратно в паровой барабан. .

2.Если внутри котла нет насосов или управляющих клапанов, объясните, почему пароводяная смесь проходит через котел таким образом (конкретнее).

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

БАЗОВЫЙ ПАРОВОЙ ЦИКЛ / КОТЛЫ

Номер информационного листа 60B-102

ВВЕДЕНИЕ

Пар — это рабочее вещество, используемое для приведения в движение многих надводных кораблей, включая атомные и паровые корабли с традиционными двигателями. Центральное место в понимании работы парового двигателя занимает основной паровой цикл, процесс, в котором мы генерируем пара в котле, расширяем пар через турбину для извлечения работы, конденсируем пар в воду и, наконец, подать воду обратно в бойлер.Это достигается серией теплопередач и рабочих обменов по всей системе.

Мы познакомим вас с основами морской силовой установки и вспомогательных котлов, рассмотрим основной паровой цикл и подробно рассмотрим основные компоненты этого цикла, уделяя особое внимание требуемым температурам и давлениям, а также тем, где добавляются и удаляются тепло и работа.

ССЫЛКИ

(а) Элементы прикладной термодинамики, Роберт М. Джонсон и др.

(b) Принципы военно-морской техники NAVPERS 10788 серия

ИНФОРМАЦИЯ

1. Котлы — котлы используются почти на всех военно-морских судах, либо для подачи пара в двигательные турбины, либо для подачи пара в гостиничных услугах, таких как обогреватели помещений, водонагреватели, буфеты, прачечные и т. Д.На флоте используется много разных котлов. Их можно классифицировать по-разному.
1. Котлы можно классифицировать по расположению топочной и водяной секций.
1. Водотрубные котлы — это котлы, в которых вода содержится в генерирующих трубах, а горячие газы сгорания протекают вокруг труб для их нагрева. К этому типу относятся пропульсивные котлы.
2. Жаротрубные котлы направляют дымовые газы через трубы, окруженные водой.Некоторые вспомогательные котлы относятся к этому типу.

Котлы также можно классифицировать по способу циркуляции воды в котле. В котлах с естественной циркуляцией используется конвекция для циркуляции воды в котле (рисунок 1). Относительно холодная вода поступает в паровой барабан из экономайзера и из-за своей более высокой плотности циркулирует вниз через сливные стаканы большого диаметра к водяному барабану и нижним коллекторам. Оттуда вода поднимается по генераторным трубам и начинает кипеть, превращаясь в пар.Для этого процесса насос не требуется. Разница плотностей жидкости перемещает рабочую жидкость.

3. Естественная циркуляция может быть свободной или ускоренной в зависимости от крутизны угла наклона генерирующих труб и расположения труб, по которым более холодная вода направляется вниз. Котлы с ускоренной естественной циркуляцией имеют генераторные трубы с очень крутым наклоном.
4. Принудительная циркуляция — это конфигурация котла, в которой для циркуляции воды через котел используется насос.Принудительная циркуляция в основном используется для вспомогательных котлов и наземных электростанций, где существует небольшая разница в спросе.

Рисунок 1: Принцип естественной циркуляции

2. Котлы обычно классифицируются в зависимости от предполагаемого использования. Пропульсивные котлы — это котлы, которые обеспечивают паром двигательные турбины и перемещают корабль по воде с помощью редукторов, вала и гребного винта. Существуют две основные конфигурации пропульсивных котлов, используемых сегодня на военно-морских судах: тип D на 1200 фунтов на кв. Дюйм и тип D на 600 фунтов на квадратный дюйм.1200 фунтов на квадратный дюйм и 600 фунтов на квадратный дюйм относятся к приблизительному давлению, при котором работают котлы. Тип D просто означает, что части сосуда высокого давления котла вместе образуют форму, похожую на букву «D.»
1. На большинстве судов пропульсивные котлы также вырабатывают пар при пониженном давлении для упомянутых выше гостиничных услуг. Например, на судах, не оснащенных паровыми, газотурбинными и дизельными двигателями, некоторые типы котлов все еще используются для подачи пара для гостиничных услуг. Таких котлов бывает два типа:
1. Вспомогательные котлы — это, как правило, меньшие по размеру и с более низким давлением версии пропульсивных котлов, в которых ископаемое топливо сжигается для нагрева труб котла.Суда класса LSD-41 и AOE-6 являются примерами судов, на которых используются вспомогательные котлы. Эти котлы состоят в основном из парового барабана и водяного барабана, которые соединены рядом генерирующих труб. Эти котлы не оборудованы пароперегревателями, пароохладителями или экономайзерами. Большинство этих котлов не оборудовано сливными трубами. Между водяным барабаном и паровым барабаном происходит естественная циркуляция через генерирующие трубы и сетчатые трубы. Самые задние генерирующие трубы действуют как нисходящие стаканы для подачи воды в оставшиеся генерирующие трубы и водяной барабан.Эксплуатация этих котлов сильно различается, необходимо использовать специальные инструкции по эксплуатации от производителя. (Рисунок 2)

Рисунок 2: Вспомогательный котел

2. Котлы-утилизаторы используют тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую при выбросе в атмосферу для нагрева воды и производства пара. Например, суда классов DD 963, DDG 993 и CG 47 используют отработавшие газы сгорания от газотурбинных генераторов в качестве источника тепла для котлов-утилизаторов. Пар для судовых нужд генерируется котлами с принудительной циркуляцией воды трубчатого типа.Рециркуляция котловой воды обеспечивается циркуляционным насосом с высоким напором, который подает минимум 500 процентов избыточной воды при максимальной потребности в испарении. Трубы котла оребрены и расположены в виде спирального пучка. Выхлопные газы поступают в нижнюю часть котла и выводятся через боковую часть корпуса. (Рисунок 3)

Рисунок 3: Котел-утилизатор

3. Количество пара, которое может производить котел, ограничено.Если на котел подается чрезмерная потребность в паре, количество топлива или воздуха, которое может подаваться в котел, может быть физически ограничено. Это конечная точка горения, которая приведет к неправильному горению в топке котла. За пределами этой точки повышенная потребность в паре может фактически привести к выходу жидкой воды из котла вместе с паром. Это конечная точка уноса влаги, которая разрушительна для паровых труб, турбин и другого оборудования. В конце концов, чрезмерная потребность в паре может даже вызвать нарушение процесса естественной циркуляции, о котором говорилось ранее.Это конечная точка естественного кровообращения.
2. Основной цикл подачи пара — это четырехфазный замкнутый цикл нагрева. Это означает, что жидкость в системе используется повторно, и в цикл необходимо добавить тепло. Тепло добавляется в топку или топку котла, где химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию дымовых газов, а вода кипятится для образования пара. Этот пар расширен в турбинах, преобразуя тепловую энергию пара в механическую энергию двигателей и другого оборудования с турбинным приводом, такого как турбогенераторы и главные питающие насосы.Этот пар выпускается в конденсатор , который охлаждает пар и превращает его в жидкость, которую можно снова прокачивать через систему. Этот конденсированный пар или конденсат деаэрируется и предварительно нагревается для удаления кислорода и хранится до тех пор, пока он не понадобится. При необходимости вода, теперь называемая питательной водой, повышается до надлежащего давления, чтобы ее можно было снова подать в цикл . Базовый паровой цикл показан на Рисунке 4. Помните, что давления и температуры в следующем тексте и на Рисунке 4 являются репрезентативными для нормальных параметров в общем паровом цикле 600 фунтов на кв.Фактические параметры зависят от конкретной конструкции судна и условий эксплуатации или конфигурации паровой установки. Используйте данные параметры в сравнительной манере, чтобы получить представление о конструкции и работе системы.
1. Фаза генерации.
Для генерации пара необходимо нагреть воду до точки кипения, добавив тепла, достаточного для превращения кипящей воды в пар. Тепло, необходимое для превращения кипящей воды в пар при любой заданной температуре кипящей воды, называется скрытой теплотой парообразования.Когда пар конденсируется обратно в воду и выделяется такое же количество тепла, это называется скрытой теплотой конденсации. Количество тепла, необходимое для преобразования кипящей воды в пар, или количество тепла, выделяемого при конденсации пара обратно в воду при температуре кипения, зависит от давления, под которым происходит процесс.
1. Питательная вода поступает в паровой барабан котла через перфорированную внутреннюю подающую трубу. Подающая труба обеспечивает равномерное распределение входящей питательной воды (которая теперь называется котловой водой внутри котла) по всей длине парового барабана.Затем котловая вода проходит по сливным трубам между воздушными кожухами к водяному барабану. Когда вода движется вверх по генерирующим трубам, вода нагревается до точки кипения за счет лучистого тепла от топки котла. Смесь пара и воды повторно входит в паровой барабан при 490 ° F. Вода, которая не превратилась в пар, повторяет процесс. Пар направляется к сепараторам влаги в паровом барабане, чтобы удалить всю захваченную воду. Затем насыщенный пар по трубопроводу выводится из парового барабана в пароперегреватель.
2. Чтобы приводить турбину в действие более эффективно и экономично, нам необходимо повысить уровень энергии пара. Мы достигаем этого путем перегрева насыщенного пара в пароперегревателе . Перегреватель обычно представляет собой четырехходовой теплообменник, расположенный ближе к пламени сгорания, чем генераторные трубы. Когда пар проходит через перегреватель, его температура повышается до 800-850F. Пар, выходящий из перегревателя, имеет давление 600 фунтов на квадратный дюйм и называется «перегретым» или, чаще, «основным» паром.
3. Часть перегретого пара не будет использоваться для основного пара и направляется в теплообменник, называемый пароохладителем . В зависимости от конструкции котла пароохладитель располагается либо в водяном, либо в паровом барабанах. Часть перегретого пара 800-850F проходит через пароохладитель и отдает часть (не всю) своего перегрева воде в паровом или водяном барабане. Пар выходит из пароохладителя примерно при 650 ° F. Хотя этот пар упоминается как «вспомогательный» или «пароохлаждаемый пар на 600 фунтов», он все же является перегретым.Этот пар будет использоваться в небольших вспомогательных турбинах (отсюда и название вспомогательный пар) или с пониженным давлением для других целей, таких как пар под давлением 150 фунтов на квадратный дюйм для воздушных эжекторов и распыления пара.
2. Фаза расширения.
Фаза расширения основного парового цикла — это когда пар расширяется в турбинах для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения в турбинах. В турбинах главного двигателя механическая энергия используется для привода гребного вала и гребного винта корабля.В судовых турбогенераторах (SSTG) эта механическая энергия вращения далее преобразуется в электрическую энергию в генераторе. Основная паровая система — это система трубопроводов, по которым пар от котла подается к турбинам, использующим основной пар. Это всегда главные двигатели и SSTG, а иногда и главные питающие насосы (MFP).
1. После выхода из пароперегревателя большая часть основного пара подается на турбины высокого и низкого давления главного двигателя (турбины высокого и низкого давления).Оставшийся основной пар используется в судовых турбогенераторах (SSTG) и в некоторых конструкциях главными питательными насосами (MFP). В турбинах тепловая энергия (увеличивающаяся за счет перегрева) преобразуется в механическую энергию, которая вращает турбины. Когда пар «расширяется» через турбины (т.е. его тепловая энергия преобразуется в механическую), давление и температура пара значительно снижаются.
2. После того, как пар проходит через турбину низкого давления (турбину низкого давления), он попадает в главный конденсатор .Пар, проходящий через SSTG, поступает во вспомогательный конденсатор . В зависимости от количества пара, проходящего через турбины высокого и низкого давления (функция скорости двигателя), пар выходит из турбины низкого давления примерно при 100 ° F. В конденсаторе (теплообменнике) морская вода проходит по трубкам, а пар направляется по трубам. Когда пар соприкасается с охлаждающими трубками, пар отдает тепло (скрытую теплоту конденсации) морской воде и конденсируется в воду, называемую конденсатом.
3. Фаза конденсации.
1. Когда пар меняет фазу с пара на воду в главном и вспомогательном конденсаторах, эта вода называется конденсатом . Основной и вспомогательный конденсаторы работают под вакуумом, чтобы снизить температуру конденсации пара. Чем больше разница температур между источником тепла (котлом) и радиатором (конденсатором), тем выше эффективность системы. Проще говоря, чем больше разрежение в конденсаторе, тем эффективнее система.Когда пар конденсируется и покидает турбину низкого давления или выходит из нее, он становится частью конденсатной системы. Конденсатная система — это часть парового цикла, в которой пар конденсируется в воду и перекачивается из основного конденсатора в котел. Прежде чем его можно будет использовать в котле, его необходимо преобразовать в питательную воду, которая образуется в фазе питания. Тремя основными компонентами конденсатной системы по очереди являются главный конденсатор (включая горячий колодец), главные конденсатные насосы (обычно два) и конденсатор главного эжектора воздуха.
2. Главный конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник с перекрестным потоком, который принимает пар от турбины низкого давления и конденсирует его в воду. Главный конденсатный насос представляет собой центробежный насос, всасывающий из горячего колодца главного конденсатора и подающий конденсат в деаэрирующий питающий резервуар (DFT). Расход этого насоса регулируется устройством контроля погружения в конструкцию. Это означает, что уровень воды в горячем колодце регулирует расход насоса и давление нагнетания в силу расположения насоса по отношению к горячему колодцу и размера трубопровода.
3. Вакуум конденсатора измеряется в дюймах ртутного столба, где 0 дюймов ртутного столба — атмосферное давление (без вакуума), а 30 дюймов ртутного столба — идеальный вакуум (Hg — это химическое сокращение для ртути, а Vac = вакуум). Вакуум в конденсаторе создается за счет конденсации пара. Когда большой объем пара быстро конденсируется в небольшой объем воды, пространство, формально занимаемое паром, становится пустым или вакуумом. К сожалению, с паром смешано некоторое количество воздуха и других неконденсируемых газов, которые остаются после того, как пар конденсируется в воду.Эти газы необходимо удалить из конденсатора, чтобы сохранить вакуум. Для этой задачи воздушные эжекторы всасывают конденсатор для удаления воздуха и неконденсируемых газов. Эжектор основного воздуха всасывает основной конденсатор, и имеется эжектор вспомогательного воздуха для каждого SSTG. В любом конденсаторе нормой является разрежение 28-29 дюймов рт.ст. (0,5-1,0 фунт / кв. отвод конденсата из воздушного эжектора.Во время низких скоростей (скорость судна) образуется мало конденсата, и скорость потока конденсата, проходящего через конденсаторы эжектора воздуха, низкая. Температура конденсата на выходе увеличивается, поскольку он дольше остается внутри конденсатора, поглощая больше тепла. Когда температура превышает 140 ° F, TRV открывается, посылая часть конденсата обратно в конденсатор, тем самым эффективно увеличивая расход конденсата через конденсатор воздушного эжектора, что снижает температуру нагнетания конденсата. При более высоких колоколах расход конденсата увеличивается (больше пара конденсируется = больше конденсата), и TRV рециркулирует мало или не рециркулирует конденсат.Хотя пар конденсируется в главном конденсаторе около 100 ° F, температура конденсата в горячем колодце может колебаться в пределах 100-130 ° F из-за смешивания с горячим конденсатом, рециркулируемым воздушным эжектором TRV.
4. Конденсат собирается в нижней точке конденсатора, называемой горячим колодцем. Отсюда конденсат течет к одному или обоим основным конденсатным насосам (MCP) от основного конденсатора и к вспомогательному конденсатному насосу каждого вспомогательного конденсатора . Эти насосы нагнетают конденсат под давлением 20-25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить достаточный напор для протекания через систему конденсата и преодолеть давление в корпусе 15 фунтов на квадратный дюйм в деаэрирующем питающем резервуаре (DFT).
5. После выхода из основного и вспомогательного конденсатных насосов конденсат попадает в DFT. DFT разделяет фазы конденсата и подачи. Его три основные функции — это деаэрация конденсата путем освобождения его от увлеченного кислорода и воздуха, предварительный нагрев конденсата и накопление питательной воды для адаптации к изменениям в потребностях системы. Когда конденсат попадает в DFT, он разбрызгивается в верхний купол резервуара с помощью подпружиненных форсунок. Конденсат нагревается для предварительного нагрева воды перед ее поступлением в котел и для деаэрации воды.ТСП поддерживается на уровне 15 фунтов на квадратный дюйм, что поднимает точку насыщения водой примерно до 250F. Тепло облегчает выход кислорода и газов конденсата из раствора. Эта концепция называется «обратной растворимостью», что означает, что чем горячее становится жидкость, тем легче растворенным газам выходить из раствора. Здесь конденсатный туман нагревается за счет дополнительного выхлопа (выхлопной пар от турбин, не имеющих конденсаторов) и дренажей высокого давления (пар). Воздух поднимается вверх, где он откачивается из верхней части DFT, а бескислородный конденсат опускается в нижнюю часть DFT.
4. Фаза подачи.
Конденсат, который собирается в секции накопления DFT, теперь называется питательной водой и становится источником пара для парового цикла. Он также обеспечивает положительный напор на всасывании для подкачивающих насосов основной подачи (MFBP) или основных питающих насосов (MFP), в зависимости от ситуации.
1. Питательная вода в нижней части DFT подается по трубопроводу к главным подкачивающим насосам (MFBP). Эти насосы принимают всасывание на DFT и повышают статическое (или гравитационное) давление напора питательной воды с 15-25 фунтов на квадратный дюйм до 35-50 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить положительную высоту всасывания для основного питающего насоса (MFP).Поскольку MFP является центробежным насосом, ему необходим положительный напор на всасывании, чтобы обеспечить достаточный поток для охлаждения насоса. MFBP обеспечивают эту положительную высоту всасывания для MFP, предотвращая кавитацию и мигание на всасывании MFP. На некоторых судах нет MFBP, потому что DFT физически расположен на значительном расстоянии над MFP. Из-за такой разницы по высоте статическое давление напора достаточно, чтобы обеспечить положительный напор всасывания для МФП.
2. МФУ работают с переменной скоростью, чтобы поддерживать постоянное давление в системе питания котла.MFP нагнетает питательную воду в систему главного питающего трубопровода под давлением на 150-200 фунтов на кв. Дюйм, превышающим рабочее давление котла. Например, давление нагнетания MFP, нагнетаемого в котел, работающее под давлением 600-650 фунтов на квадратный дюйм, обычно будет 750-850 фунтов на квадратный дюйм. Это давление нагнетания поддерживается во всей системе основного питающего трубопровода, однако объем воды, выпускаемой в котел, регулируется регулирующим клапаном питательной воды, который открывается или закрывается по мере необходимости для поддержания надлежащего уровня воды в котле.МФУ защищены от перегрева при очень низких скоростях подачи пара за счет рециркуляции некоторой части нагнетания обратно в DFT или на всасывание насоса.
3. После того, как питательная вода покидает MFP, она проходит через теплообменник, расположенный в выхлопной трубе котла, называемый экономайзером . Экономайзер расположен в потоке горячих выхлопных газов, выходящих из котла, и использует горячие газы для передачи дополнительного тепла питательной воде перед тем, как она попадет в паровой барабан. За счет использования тепла выхлопных газов, которое в противном случае теряется, требуется меньше топлива (экономия) для повышения температуры воды до точки кипения.Питательная вода поступает в экономайзер из системы подачи примерно при 246–249 F и давлении 750–800 фунтов на квадратный дюйм. В зависимости от мощности котла, экономайзер передает примерно 100-200F от выхлопных газов в питательную воду, так что питательная вода поступает в котел примерно 350-450F. Поскольку вода была предварительно нагрета на протяжении фазы конденсации, бойлеру нужно только обеспечить достаточно энергии, чтобы поднять температуру воды примерно на 40-140 ° F для образования пара.
4. Хотя основной паровой цикл представляет собой замкнутый цикл, это несовершенная система, и существуют различные потери питательной воды, которые необходимо восполнить.Предпринимаются все попытки восстановить рабочую жидкость с помощью таких средств, как сбор конденсированного пара в системах трубопроводов (называемых «стоками») в центральное место и перекачка его обратно в систему. Это центральное место известно как сборный резервуар для слива пресной воды (FWDCT). Даже несмотря на все усилия по извлечению рабочего тела, существуют потери из-за утечек и т. Д. Существуют также безвозвратные потери, связанные с кораблями, такие как паровое распыление мазутных горелок и удары котлов с поверхности и снизу.Эти потери компенсируются добавлением питательной воды в цикл через конденсаторы. Эта подпиточная вода (MUF) — это просто качественная питательная вода, которая хранится в резервуарах и вводится в цикл по мере необходимости. Уровень воды DFT определяет количество MUF, необходимое системе.
5. Конфигурации паровых установок сильно различаются по сложности: от тендерных эсминцев с двумя котлами и одним главным двигателем до авианосцев с четырьмя главными машинными отделениями, восемью котлами и четырьмя главными двигателями.
1. На судах с несколькими силовыми установками, таких как авианосцы и десантные корабли, пар может производиться одним котлом и согласовываться с одним главным двигателем и SSTG (ами) в одном помещении, а другой котел в другом пространстве может питать другое главный двигатель и SSTG в этом пространстве. Это называется режимом сплит-установки. Для судов с более чем одной силовой установкой это нормальное выравнивание. Это означает, что авария котла влияет только на половину подвижности корабля и вспомогательного оборудования.
2. На этих судах с несколькими установками котлы в одном помещении могут быть выровнены для подачи пара на все работающее оборудование на обеих установках. Это называется операцией кросс-соединения. Это позволяет использовать один котел для пропаривания двух установок, но также означает, что авария одного котла может повлиять на все работающее оборудование.

Рисунок 4: Основной цикл пара

Hochdruck-Naturumlaufkessel | ГекаКонус | Hersteller von Thermalölerhitzer, Dampfgenerator, Abhitzekessel

— котел высокого давления с естественной циркуляцией, работающий по принципу самотечной циркуляции.

Следовательно, для работы NUK-HP® циркуляционные насосы не требуются. В качестве теплоносителя используется котловая вода. В этом котле вода испаряется в герметичном контуре. Пар поступает в теплообменник, а конденсат самотеком возвращается в котел.

Заявка
Пищевая промышленность для дистилляции и фракционирования жирных кислот, этерификации жирных кислот, дистилляции глицерина, дезодорирования пищевого масла, расщепления жира.Применимо во всех технологических отопительных установках, в которых может быть реализована естественная циркуляция в системе отопления.

Преимущества
Эффективная, нетоксичная система обогрева. Очень низкое гидравлическое сопротивление в вертикальных трубах испарителя, гарантирующее высокую скорость циркуляции воды. Низкая радиационная нагрузка в камере сгорания и большая конвекционная поверхность нагрева. Таким образом, образование пузырьков пара в системе трубопроводов очень низкое. Гарантируется контролируемая теплопередача на поверхностях нагрева и достигается высокая эффективность сгорания.

Дополнительную техническую информацию по каждому типу обогревателя вы найдете в разделе загрузок нашего Интернет-сайта.

Производство Оснащено и произведено в соответствии с техническими правилами Европейского сообщества (PED 2014/68 / EU) и другими всемирными организациями по принятию решений (например, SELO, GOST-R, RTN, ASME, AS).

Оборудование
Котельное оборудование работает без надзора (согласно PED и EN 12952). Давление, минимальный уровень котловой воды и температура дымовых газов постоянно контролируются системой безопасности.

Control
Производительностью можно управлять с помощью различных систем управления.

• Регулировка давления:
  Производительность NUK-HP® и давление насыщенного пара регулируются независимо от температуры продукта (например, растительного масла).
• Каскадное управление:
  Производительность NUK-HP® регулируется в зависимости от температуры продукта (например, растительного масла). Давление насыщенного пара адаптируется в определенном диапазоне регулирования в соответствии с потребностью теплообменника в тепле (например,г. растительное масло) при температуре продукта.

Горелка
NUK-HP® может быть оснащен горелками для дизельного топлива, мазута, биодизеля, природного газа, сжиженного газа, биогаза или двухкомпонентными горелками. Выбор горелки зависит от мощности котла, топлива и требований, ожидаемых от регулирования мощности. Производительность может регулироваться различными системами управления: 2-ступенчатая: высокая / низкая / выключенная или регулируемая

Постоянный мониторинг

• Низкий уровень воды
• Давление пара
• Температура дымовых газов
• Автомат горения

Дополнительную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.

* Расчетное давление 80 бар или 95 бар

Дополнительную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.

M 22 заправочный насос V 1 заправочный и сливной клапан V 2 обратный клапан низкого уровня V 3 промывочный и выпускной клапан V 4 манометрический клапан V 6 обратный клапан PI манометр SV 1 безопасность клапан SV 3 предохранительный клапан для заправочного насоса теплообменник WT датчик температуры TE регулятор температуры TIC ограничитель давления PASH датчик давления PE регулятор давления PIC разрывная мембрана RP датчик давления PIASH-сигнализатор LE водяной электрод низкого уровня LASL датчик низкого уровня XZA датчик пламени TSAH ограничитель температуры дымовых газов

Дополнительную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.

.

No related posts.