Система отопления с естественной циркуляцией: особенности, принцип работы

Где и когда используются системы с естественной циркуляцией теплоносителя, разница между открытыми и закрытыми системами, какая используется разводка (верхняя и нижняя) и как все должно быть организовано.

Циркуляция воды в котлах

Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.

В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.

Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.

Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.

При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.

Естественная циркуляция воды в паровых котлах. Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).

Котлы с естественной циркуляцией

Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:

1 – коллектор; 2 – опускная труба; 3 – верхний барабан; 4 – экранные (подъемные ) трубы.

Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.

Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.

Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар – паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.

На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 – 1,5 м/с.

Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью rВ, а в подъемных трубах – столбом воды и пароводяной смеси с плотностью rСМ. Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

где hПАР – высота паросодержащего участка подъемных труб; g – ускорение свободного падения.

Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.

За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:

где М – расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д – количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.

Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 – 70, для конвективных пучков k = 100 – 200.

Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k. Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.

В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.

Принудительная циркуляция. Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.

Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в основном), так и змеевиковую конфигурацию.

При параллельном подсоединении труб к коллекторам вода проходит по трубам неодинаковыми расходами, что обусловлено различиями в гидравлических сопротивлениях труб и неравномерным обогревом труб газами. Поэтому в отдельные трубы воды поступает меньше, чем это нужно для надежного охлаждения металла. Возможно даже вскипание воды в отдельных трубах, что еще в большей степени уменьшает поступление воды в такие трубы.

Движение воды в трубах может быть как подъемным, так и опускным. Однако во избежание вскипания воды ее скорость принимается не менее 0,5–1 м/с. По тем же причинам перепад давления воды в котлах не должен быть более 0,2 МПа.

Какое отопление лучше?

Под понятием «лучше» понимается гарантированная работоспособность системы, то есть – собрал, запустил и забыл. Гравитационная система очень надежна – она энергонезависима. Котлы естественной циркуляции бывают паровые и водогрейные.

Любая система с принудительной циркуляцией при отключении электроэнергии сразу остановится. Если использовать в конструкции бесперебойное устройства и аккумуляторы, то даже прибор с серьезным запасом энергии сможет питать маленький циркуляционный насос не больше суток.

Конечно, принудительная система дешевле и проще в расчетах. Самотечную нужно правильно планировать, и начинать это нужно при проектировании дома. Сразу придется определить, где установить котел, как проложить магистрали отопления с учетом расположения окон и дверей. После чего определяют длину и схему прокладки контуров. При использовании циркуляционного насоса разница в протяженности отопительных контуров может отличаться в 2 раза. Для сборки гравитационной системы не потребуется приглашать сварщика, можно спаять трубопровод из полипропилена и своими руками.

Циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию воды Источник https://sklad-tepla.ru/upload/iblock/370/0f5a21b1-0263-11e8-ac26-60a44cce79c9_6f94d026-e5f1-11ea-90f3-448a5ba029e6.jpg

Сферические стенки емкостей котла

Промежуточный экран водогрейного котла
Рис.3. Промежуточный экран

(Обозначения на схеме: 1 — наружная стенка котла; 2 — внутренняя стенка котла; 3 — стержень; 4 — перепускная труба; 5 — облицовка котла; 6 — утеплитель; 7 — вода; 8 — фокус отраженных лучей; 9 — отраженные лучи; 10 — инфракрасные лучи.)

Стенки емкостей котла выполнены из стали и имеют сферическую форму поэтому, когда емкость наполняют водой, они образуют множество вогнутых зеркал. При сгорании топлива определенная часть лучистого тепла поглощается поверхностями нагрева, а остальное тепло отражается обратно в топку, где фокусируется в различных точках. В этих, так называемых, точках фокуса температура может достигать 1700°С и выше.

Исследовательская работа академика Н.Н. Семенова доказывает, что при таких высоких температурах летучие вещества СО, Н2 и углеводороды горят с образованием разветвленных цепей реакций. Цепная реакция в этом случае протекает с огромной скоростью, которая превышает в сотни тысяч раз скорость течения обычных химических реакций. Благодаря промежуточному состоянию СО, ОН, катализаторам СО2, Н2О, SO2, и образующимся свободным атомам Н и О, происходит формирование активных центров, способствующих развитию цепного механизма химических реакций.

Рис.4. Разветвленная цепная реакция горения водорода

На рис. 4 показана разветвленная цепная реакция горения водорода. Активным центрами в этом случае являются атомы водорода и гидроксильная группа ОН. При горении окиси углерода и водорода в качестве основных активных центров цепной реакции выступают продукты диссоциации водяного пара. Древесина содержит 51% углерода, 42,5% кислорода, 6% водорода и 0,5% азота. Наибольшая теплота сгорания древесины составляет 6225 ккал/кг. Из этого следует, что в топочном блоке сгорание топлива будет более полным, чем в водотрубных котлах.

Циркуляционный обогрев без насоса

Устройство самотечного отопления состоит из нагревательного прибора (котла), проложенных по схеме трубопроводов, радиаторов и расширительного бачка.

Принцип действия

В большинстве случаев при этом способе обогрева в качестве теплоносителя используется вода. Она перемещается по трубопроводу под воздействием термодинамических сил. Работа выполняется благодаря разнице физических характеристик холодной и нагретой воды.

Перемещение воды при нагреве Источник https://clck.ru/VTDD8

Нагревающийся теплоноситель поднимается вверх. Перемещаясь по системе, постепенно остывает. У горячей воды вес и плотность ниже, потому она и поднимается вверх, освобождая место для остывшей жидкости.

Когда горячая вода достигает верхней точки трубопровода, она течет по трубам и постепенно остывает, попадает в радиаторы. Остывшая жидкость по нижней ветке трубопровода поступает в котел, замещая нагревшуюся воду, где опять нагревается.

Основные плюсы

Одно из достоинств, которыми обладают подобные системы, является экономичность. Затраты на обустройство и обслуживание сводятся к минимуму.

Присутствие насоса повлечет за собой дополнительные траты за электроэнергию. Его отсутствие наоборот даст возможность сэкономить. Такие системы абсолютно бесшумны и не вызывают лишних вибраций.

фото отопления с естественной циркуляцией

Среди других преимуществ можно выделить:

  • Способность к саморегулированию
  • Тепловая устойчивость
  • Продолжительный срок безотказной работы – 30 лет
  • Высокая ремонтопригодность

Преимущества гравитационного отопления

Главными плюсами гравитационного отопительного контура называют:

  • Простотой монтаж и эксплуатацию;
  • Высокую степень теплообмена и стабильность поддержания микроклимата;
  • Экономичность при хорошем утеплении дома;
  • Отсутствие шума во время работы;
  • Полную энергонезависимость устройства;
  • Долгий срок службы при выполнении регулярных профилактических мероприятий, поломки происходят редко.

Рекомендация! Чтобы сконструировать систему обогрева дома для котла с естественной циркуляцией, необходимо правильно рассчитать характеристики, выбрать подходящее расположение контура и произвести правильный монтаж всех частей конструкции. При соблюдении этих условий срок службы системы может составить до 35 лет.

Примеры схем отопления Источник https://odstroy.ru/wp-content/uploads/9/2/4/924fac32506599ba621e295220e6a657.jpeg

Основной минус этой конструкции — неспособность качественно обогревать дома площадью больше 100 м2. Есть еще несколько недостатков, снижающих возможность использования самотечной конструкции:

  1. Обязательно необходимо чердачное помещение для размещения расширительного бачка;
  2. Комнаты прогреваются медленно.
  3. В необогреваемых помещениях нужно утеплять трубы, иначе вода в них может замерзнуть.

Металлический каркас с колосниковым устройством

Схема металлического каркаса водогрейного котла
Рис.5. Металлический каркас с колосниковым устройством

(Обозначения на схеме: 1 — промежуточный экран; 2 — обшивка задней части топки; 3 — труба D=133 мм; 4 — топочный люк для работы на угле; 5 — топочный люк для работы на дровах; 6 — кирпич огнеупорный; 7 — каркас из м/к; 8 — узел крепления котла и каркаса; 9 — колосник; 10 — отверстие для подачи воздуха в котел; 11 — окно для чистки топки котла; 12 — обшивка конвективного блока; 13 — газо-мазутная горелка.)

Котел устанавливается на металлический каркас с колосниковым устройством, который представляет собой цельносварную конструкцию. К числу достоинств конструкции такого типа можно отнести:

1. Сокращение времени монтажа установки, а также уменьшение общей стоимости котла

2. Вода, поступающая изнутри, охлаждает трубы, на которых производится сжигание топлива (дров)

3. Со всех сторон конструкция установки обшита металлическими листами, в которых сделаны специальные окна, обеспечивающие в топку равномерный доступ воздуха и позволяющие ее чистить от золы прямо изнутри. Между трубами имеется свободное пространство в 50мм шириной, благодаря которому воздух распространяется равномерно по всему пространству топки, а зола, шлак и другие продукты сгорания могут беспрепятственно проваливаться на пол топки.

Обогрев с естественной циркуляцией

Используются одно- и двухтрубная системы, по типу они бывают открытыми и закрытыми. Подходящая схема для котлов с естественной циркуляцией увеличит эффективность обогрева всего дома.

Закрытый вид

Закрытая система часто используется в европейский странах, в России ее используют реже.

Принципиальная схема. Теплоноситель после нагрева движется к расширительному баку, который разделен мембраной на 2 части. Нижняя из них заполняется водой, она сжимает находящейся в верхней части (выше мембраны) воздух. В системе появляется дополнительное давление, улучшающее перемещение теплоносителя.

Особенности. Главное отличие закрытой системы — герметичная конструкция расширительного бачка, что позволяет увеличить давления в трубах. Изредка в такую систему включают нагнетающий насос.

Закрытая система Источник https://clck.ru/VTDJb

Положительные свойства и недостатки. Основной плюс закрытой системы — герметичность. Это качество снижает риск появления воздушных пробок, сдерживает коррозийные процессы, уменьшает потери теплоносителя. Для труб не нужно делать больших уклонов, особенно при установке циркуляционного насоса.

Важно! Основной недостаток — необходимость использования вместительного расширительного бака, который требует для установки много места.

Открытый вид

Открытая система содержит открытый расширительный бак. Часто такую схему можно найти в старых зданиях. Хотя ее популярность снижается, открытая схема полностью работоспособна и надежна даже в современных условиях.

Принципиальная схема. Отличается конструкцией расширительного бачка и для нее не нужны циркуляционные насосы.

Особенности. Расширительный бачок можно изготовить небольшого размера, даже из подручных материалов.

Положительные свойства и недостатки. К плюсам относят полную энергетическую безопасность, простоту эксплуатации и сборки конструкции.

Главный минус заключается в возможности проникновения воздуха в контур, из-за чего появляются пробки. Используемая как теплоноситель вода испаряется, ее количество нужно контролировать и при необходимости пополнять. Из-за вредного влияния антифриза его нельзя использовать вместо воды.

Открытая система Источник https://1-teplodom.ru/wp-content/uploads/f/9/d/f9de830e34740bad8f04234c191e8458.gif

Однотрубная система

В этой системе процесс циркуляции воды в котле выполняется с помощью всего одной нитки трубопровода. Конструкция с низкой эффективностью подходит только для обогрева небольших помещений.

Принципиальная схема. Трубы от источника тепла укладывают по всему периметру помещения, регистры подключаются последовательно. В батарею теплоноситель поступает через верхнее соединение, а удаляется вода через нижнее. Когда теплоноситель покидает последний регистр, самотеком остывшая жидкость возвращается в котел для следующего цикла нагрева.

Особенности. Система будет работать эффективно, если подающие трубы прокладывать под потолком, а обратный трубопровод, доставляющую остывший теплоноситель к котлу, – под полом. Регистры допустимо размещать на одном уровне с отопительным котлом. Расширительный бачок должен находится в самом высоком месте контура.

Однотрубная конструкция Источник https://build-experts.ru/wp-content/uploads/2019/03/1-10.jpg

Плюсы и недостатки. Главным плюсом считается простота сборки и небольшой расход труб. Минус однотрубного контура — это снижение теплоотдачи, количества тепла становится меньше от регистра к регистру. Отапливать двухэтажные дома так не рекомендуется.

Двухтрубная система

Для этой системы нужно провести 2 нитки трубопровода — для подачи к регистрам нагретого теплоносителя и обратного поступления воды к котлу. Планирование прокладки труб и сборка системы сложны, но она способна обеспечить эффективный обогрев даже большого дома.

Принципиальная схема. Система должна быть хорошо продумана и собрана с несколькими нюансами:

  • Стояк подачи, идущий из котла отопления, соединяют баком, приподнятым немного выше трубы;
  • Подающая труба соединяется с трубопроводом, по которому нагретый теплоноситель поступает к регистрам;
  • Для сброса излишней жидкости на расширительном бачке устанавливают сливную трубку, направив ее в канализацию;
  • Обратный трубопровод прокладывается снизу регистров параллельно трубопроводам, подающим нагретый теплоноситель.

Двухтрубная конструкция Источник http://small-house.ru/wp-content/uploads/2016/02/vodyanoe-otoplenie-dachi-kak-pravilno-sdelat-06.jpg

Особенности. Основной стояк и комната, где установлен расширительный бачок, должны быть хорошо защищены от холода. Утепление снизит потери тепла и возможное замерзание теплоносителя при отключении обогрева. Котел удобно устанавливать ниже трубопровода, хорошо для этого подходит подвальное помещение.

Плюсы и недостатки. Двухтрубная самотечная система способна равномерно распределить тепловую энергию по нескольким помещениям. Ее несложно регулировать, можно прокладывать трубы меньшего сечения. Система позволяет устранить допущенные погрешности без снижения качества обогрева. Минусов почти нет, кроме продолжительной подготовки к работе. Но для недорогого, надежно функционирующего отопления, стоит потратить силы и время.

Создание подходящего уклона для самотёка

Основные требования, нормы, применяемые к созданию отопительных систем, представлены в СНиП 41-01-2003.

Чтобы снизить факторы, противодействующие нормальному току теплоносителя в трубах (изгибы контура, воздушные пробки), соблюдают рекомендации по уклону труб системы. Уклоны делают по ходу тока жидкости из расчёта от 1 до 5% в зависимости от длины трубопровода. Благодаря правильному уклону, воздух, накопившийся в трубах, пройдёт к расширительному баку, где получит выход.

Важно! Независимо от уклона труб, в системе гравитационного отопления открытого типа устанавливают краны для стравливания воздуха. Для двухтрубных конструкций монтаж производят с учётом уклона обеих частей контура.

Рассчитываем мощность своими силами

Начиная обустраивать систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо определить мощность устанавливаемого котла отопления. Провести расчеты можно одним из двух методов:

  1. По объему
  2. По площади

Следует сказать, что оба варианта расчета дают приблизительные результаты при идеальных условиях. Если дом не утеплен, необходимо приобретать оборудование с небольшим запасом. В свою очередь для энергосберегающих построек достаточно принять значение мощности 60 Вт на квадрат.

Рассчитываем мощность по объему

Наиболее точным является расчет по объему отапливаемого помещения. Вначале необходимо высчитать данную величину и умножить на 40 Вт. Далее вводятся поправочные коэффициенты:

  1. Для частного дома, граничащего с улицей сверху и снизу, рекомендуется умножать результат на 1.5
  2. Если комната располагается около утепленной стены, значение умножается на 1.1, около неутепленной – 1.3
  3. Для каждой двери, выводящей на улицу, прибавляется 150-200 Вт
  4. Для каждого окна прибавляется 70-100 Вт в зависимости от его размера

Рассчитываем мощность по площади

Самая простая методика рассчитать мощность котла, который рекомендуется в СНиП – по площади. Предполагается, что на каждые 10 кв. м. необходимо 1 кВт мощности. Таким образом общую площадь дома следует умножать на 0.1.

Необходимо принимать во внимания коэффициенты для различных территориальных районов:

  • Крайний Север – 1.5-2
  • Средняя полоса – 1.2-1.4
  • Южные районы страны – 0.8-0.9

Стеклянный экран

Если деревянные экраны хорошо подходят для традиционных и деревенских стилей, а металлические — для промышленного, то стеклянные отлично смотрятся в современных интерьерах, таких как: хай-тек. минимализм, фьюжн, поп-арт. Всё зависит от декоративной обработки стекла.

В принципе, можно заказать для стеклянного экрана самоклеящуюся плёнку с широкоформатной печатью. А можно сделать рисунок на матовой или прозрачной поверхности с помощью пескоструйной обработки или пасты для химического травления стекла.

Если нет желания возиться с декоративной обработкой, то в продаже есть стёкла с матовой поверхностью или окрашенные в массе — надо только заказать нужный размер, а кромку можно обработать и самому. Единственное условие — стекло должно быть закалённым.

Самый простой вариант монтажа экрана — это точечное крепление стекла к стене в четырёх местах. Для этого используют специальную фурнитуру с дистанционным креплением.

Но есть один недостаток — в закалённом стекле надо просверлить отверстия, а в домашних условиях это сделать сложно.

Поэтому в качестве несущей конструкции экрана лучше использовать холоднокатаную тонкостенную трубу. Её (и крепления для неё и стекла) продают в магазинах, торгующих всем необходимым для изготовления мебели. Как правило, такие трубы и крепления делают хромированными, но можно заказать их покраску в любой оттенок из палитры RAL. Стойки для экрана крепят к полу.

В качестве дополнительного упора стоек можно закрепить к стене два дистанционных регулируемых крепления закрытого типа (с заглушкой на трубу). Стекло крепят между стойками на зажимах.

Котел для гравитационных систем

Так как в основном такие схемы нужны для устройства независимого от электричества отопления, то и котлы должны работать без использования электричества. Это могут быть любые неавтоматизированные агрегаты, кроме пеллетных и электрических.

Чаще всего в системах с естественной циркуляцией работают твердотопливные котлы. Всем они хороши, но во многих моделях прогорает топливо быстро. А если за окном сильные морозы, а дом не утеплен в достаточной мере, то чтобы ночью удержать приемлемую температуру приходится вставать и подкидывать топливо. Особенно такая ситуация часто встречается там, где топят дровами. Выход – купить котел длительного горения (энергонезависимый, конечно). Например, в литовских твердотопливных котлах Stropuva, при определенных условиях дрова горят до 30 часов, а уголь (антрацит) до нескольких суток.  На котлы Сandle заявлены чуть хуже характеристики: минимальное время горения дров 7 часов, угля – 34 часа. Есть котлы без автоматики и насосов и у немецкой кампании Buderus, чешских Viadrus и у польско-украинских Wikchlach, а также у российских производителей: «Энергия», «Огонек».

Энергонезависимый котел длительного горения StropuvaЭнергонезависимый котел длительного горения Stropuva

Есть газовые энергонезависимые котлы российского производства, например «Конорд», которые производят в Ростове-на-Дону. Их можно использовать в системах с естественной циркуляцией. На том же заводе выпускают энергонезависимые универсальные котлы «Дон», которые также подходят для работы без электричества. Работают в системах с естественной циркуляцией напольные газовые котлы итальянской фирмы Bertta – модель Novella Autonom и некоторые другие агрегаты евопейских и азиатских производителей.

Второй способ, который поможет увеличить время между топками, – повысить инерционность системы. Для этого устанавливают теплоаккумуляторы (ТА). Работают они хорошо именно с твердотопливными котлами, у которых нет возможности регулировать интенсивность горения: излишек тепла отводится на теплоаккумулятор, в котором энергия накапливается и расходуется по мере остывания теплоносителя в основной системе. Подключение такого устройства имеет свои особенности: его нужно располагать на подающем трубопроводе внизу. Причем для эффективного отбора тепла и нормальной работы — максимально близко к котлу. Впрочем, для гравитационных систем это решение далеко не самое лучшее. Они достаточно медленно выходят на нормальный режим циркуляции, но зато являются саморегулируемыми: чем холоднее в помещении, тем сильнее остывает теплоноситель, проходя по радиаторам. Чем больше разница в температурах, тем больше получается перепад плотности и быстрее движется теплоноситель. А установленный ТА делает отопление более инерционным, и времени, и топлива на разгон  требуется намного больше. Правда, и отдается тепло  дольше. В общем, решать вам.

Для стабилизации температуры в системе устанавливают тепловой аккумуляторДля стабилизации температуры в системе устанавливают тепловой аккумулятор

Примерно те же проблемы у печного отопления с естественной циркуляцией. Тут роль аккумулятора тепла играет сам массив печи и также требуется много энергии (топлива) на разгон системы. Но в случае использования ТА обычно предусматривается возможность его исключения, а в случае с печью это нереально.

Правила расчета емкости резервуара

Расширитель любого типа будет эффективным только при правильном выборе объема. Для этого следует учитывать способность жидкости расширяться в период нагревания. Вода в отопительных кольцах расширяется на как минимум 3 % от общего объема водяной системы, антифриз – практически на 5%.

Жидкости относятся к разряду несжимаемых сред, поэтому бачок им должен обеспечить достаточный резерв на тепловое расширение с некоторым запасом. При условии полного заполнения контура теплоносителем даже тепловое расширение в расчетных объемах может привести к сбросу жидкости через предохранительный клапан и проливу теплоносителя на пол.

Поэтому чтобы превышение объема расширяющегося теплоносителя не приводило к авариям, закрытые бачки для небольших контуров в частных домах приобретают так, чтобы их объем был равен 10 % от полного объема циркулирующего по системе теплоносителя. Это правило действительно для систем емкостью до 150 л.

Если по отопительному кольцу перемещается больше 150 л теплоносителя, то емкость закрытого бака рассчитывают путем умножения полного объема жидкости на коэффициент ее расширения при конкретных значениях рабочей температуры в системе.

К полученному значению нужно прибавить размер водяного затвора, т.е. объема теплоносителя, образовавшегося в баке в результате стандартного статического давления жидкости. Для больших отопительных колец этот показатель, как правило, равен 0,5% от полного объема теплоносителя, для малогабаритных, вместимостью до 150 л, он принимается 20%.

Полученная сумма умножается на поправочный коэффициент, определяемый по значениям предварительного и окончательного давления в отопительной системе. Предварительное принимается из расчета, что на 10 м высоты контура приходится 1 бар. Окончательное давление формируется в результате работы системы.

Расчет объема бачка закрытого типа для крупных сложных отопительных конструкций выглядит так:

В расчетах использовано: Vn – номинальный объем закрытого бачка; Ve – объем теплоносителя при тепловом расширен (вычисляется по формуле Vсистемы×n%, где n это коэффициент температурного расширения теплоносителя); Vv – водяной затвор; po – предварительное давление; pe – показатель окончательного давления, равен значению предельного давления предохранительного клапана за минусом 0,5 бар

Вместимость открытого типа строго не регламентируется нормативами, но есть правило: объем открытого бачка до патрубка перелива должен составлять 3,5 – 4 % от общего объема теплоносителя в отопительном контуре.

Такой оценки достаточно для небольшого дачного домика, а вот строение для постоянного проживания потребует более точного расчета. В первую очередь потребуется выяснить общий объем системы отопления.

Варианты расчета общей емкости отопления

Этот показатель можно определить с разной степенью точности тремя основными способами. Во-первых, на основе паспортных данных котла. Так, на единицу мощности котельного оборудования необходимо около 15 литров жидкости. Чтобы получить нужные данные, потребуется 15 умножить на мощность котла, указанную в техпаспорте.

Во-вторых, можно выяснить объем с помощью водомера при наполнении системы. По мере наполнения учитывается количество использованной жидкости. Это более точный и хлопотный вариант.

Третий способ предполагает рассчитать суммарный объем всех элементов системы отопления. Это самый точный вариант. Емкость теплообменника котла, радиаторов, конвекторов, измерительных приборов можно выяснить по паспортным характеристикам. Для вычисления емкости труб применяются данные из таблицы.

В таблице указаны размеры труб в дюймах и их объем в литрах на 1 метр, который используется для суммирования общего объема

В таблице указан объем труб на метр длины, выполненных из самых ходовых и современных материалов. Внутренний диаметр указан в дюймах от 0,5 до 1,5 единиц.

Еще один способ, претендующий на высокую точность, – вычисление по формуле:

Vобщ = π x D2 x L/4,

где:

  • π – равно 3,14;
  • D – обозначает параметры внутреннего диаметра труб;
  • L – указывает на протяженность трубопровода системы.

После получения необходимых данных их суммируют и получают общий объем системы, который используют в дальнейших расчетах.

Шаги и формулы полного цикла расчетов для проектирования и организации отопления частного дома приведены здесь. Рекомендуем ознакомиться с полезной информацией.

Выбор расширительного бака по таблице

При наличии необходимых данных оптимальный вариант расширителя можно подобрать по таблице объемов и расчетного давления.

Общий объем системы рассчитывается по указанной методике, параметры давления актуальны только для закрытых модификаций и указаны в паспортных данных оборудования.

Данные из таблицы позволяют выбрать объем расширителя от 4 до 300 литров

Этот вариант не требует специальных расчетов, кроме вычисления общего объема системы. Использование таблицы значительно облегчает и ускоряет выбор расширителя с необходимой емкостью резервуара.

Использование формул для расчета

Если данных таблицы недостаточно, есть возможность рассчитать необходимый показатель объема емкости самостоятельно.

Для этого используют следующую формулу:

Vb = Vc x k/D,

где:

  • Vb – обозначает искомую емкость расширителя;
  • Vc – общую емкость системы;
  • k – коэффициент расширения жидкости при нагреве;
  • D – коэффициент эффективности расширителя.

Из необходимых для расчета данных неизвестными остаются коэффициенты k и D. Первый – величина табличная, а второй вычисляют по отдельной формуле.

Также существует и используется таблица температурного расширения. Она позволяет определить коэффициент для систем с водой или антифризом. Величина не является линейной, меняется при нагреве, в зависимости от наличия и концентрации гликоля в жидкости.

С помощью этих данных можно определить параметры коэффициента расширения жидкости при нагреве (k), необходимые для расчета объема расширительного баллона

Для воды концентрацию этиленгликоля принимают за «0», для антифриза концентрацию определяют по данным, заявленным производителем. Температурой нагрева считают эксплуатационную для конкретной системы.

Чтобы самостоятельно рассчитать коэффициент эффективности расширительного бака, применяется формула:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

где:

  • Qm – максимальное давление системы по паспортному порогу срабатывания предохранительного клапана;
  • Qb – предварительное давление в воздушной камере расширителя по техпаспорту.

Если последний параметр неизвестен, его измеряют при накачке либо путем стравливания через ниппель баллона.

Другие способы расчета

Помимо самостоятельных подсчетов с помощью формул и таблиц есть альтернативные способы. Доступный вариант расчета – помощь онлайн калькулятора.


Недостатка в сетевых ресурсах, предлагающих онлайн подсчитать искомую величину, нет. Их просто найти по ключевому запросу

Еще один вариант получить нужные данные – обращение к профессиональным проектировщикам. Это максимально надежный способом, но точность полученной информации обойдется достаточно дорого.

С правилами установки и подключения расширителей закрытого и открытого типа ознакомит следующая статья, посвященная этим вопросам.

Для чего в закрытой системе используется подпитка

В закрытой системе обогрева рабочее давление должно все время поддерживаться. Хотя система герметична, небольшие утечки все равно происходят. Особенно это заметно в котлах большей мощности, используется циркуляция воды с помощью насоса, утечка происходит через стыки трубопровода и сальники насосной установки. Через время эти потери начинают влиять на работоспособность отопления. Компенсировать их можно с помощью подпитки, чаще всего ее производят из водопровода.

Автоматическая или ручная

Для небольших и несложных систем просто устанавливают кран. Его место в точке, где в трубопроводе минимальное давление, то есть на входе в циркуляционный насос или на обратной трубе перед котлом. Тут же размещают манометр для контроля давления в системе.

Что нужно для подпитки, можно узнать в видео

В сложном отоплении подпитку проводят автоматически. При подпитке из общего водопровода все происходит просто, клапан настроен на давление 1.5 бара, а в водопроводе — 3-4.

При падении давления в отопительной системе ниже 1,5 бара сразу срабатывает клапан подпитки и запускает воду, пока в системе не наберется требуемое давление. Если теплоноситель поступает из других источников, для закачки потребуется насос. Он срабатывает от клапана давления.

Полезное видео

В видео представлен обзор отопительной системы, которая может работать как с естественной циркуляцией, так и с насосом.

Дренажные и воздушные трубы

В состав конструкции котла входят дренажные трубы, которые необходимы для слива воды из трубной системы установки при ее ремонте, консервации и длительном простое, к тому же через них уходит воздух при заполнении системы сетевой водой в процессе запуска котла. Существует три нижних точки вертикальных коллекторов, к которым приварены штуцеры, необходимые для отвода воды и дренажные трубы размером 28х4 мм. Для изготовления труб использована сталь марки СТ 3. На концах труб, выведенных наружу с правой стороны сквозь обшивку каркаса, имеется цилиндрическая трубная резьба. Концы труб при монтаже соединяются с шаровыми кранами Ду20.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...