Verwarmingssysteem met natuurlijke circulatie: schema's van gemeenschappelijke watercircuits

Er wordt gekozen voor de constructie van een autonoom verwarmingsnetwerk van het zwaartekrachttype als het onpraktisch en soms onmogelijk is om een ​​circulatiepomp te installeren of aan te sluiten op een gecentraliseerde stroomvoorziening.

Een dergelijk systeem is goedkoper te installeren en volledig onafhankelijk van elektriciteit. De prestaties zijn echter grotendeels afhankelijk van de nauwkeurigheid van het ontwerp.

Om een ​​verwarmingssysteem met natuurlijke circulatie soepel te laten functioneren, is het noodzakelijk om de parameters ervan te berekenen, de componenten correct te installeren en redelijkerwijs het ontwerp van het watercircuit te selecteren. Wij zullen helpen bij het oplossen van deze problemen.

We beschreven de belangrijkste werkingsprincipes van het zwaartekrachtsysteem, gaven advies over het kiezen van een pijpleiding en schetsten de regels voor het samenstellen van het circuit en het plaatsen van werkeenheden. We hebben speciale aandacht besteed aan de ontwerp- en bedieningskenmerken van één- en tweepijpsverwarmingsschema's.

Principes van het natuurlijke circulatieproces

Het proces van waterbeweging in het verwarmingscircuit zonder het gebruik van een circulatiepomp vindt plaats als gevolg van natuurlijke fysische wetten.

Als u de aard van deze processen begrijpt, kunt u competent worden een verwarmingssysteemproject ontwikkelen voor standaard en niet-standaard gevallen.

Maximaal hydrostatisch drukverschil

De belangrijkste fysieke eigenschap van elk koelmiddel (water of antivries), dat de beweging ervan langs het circuit tijdens natuurlijke circulatie vergemakkelijkt, is een afname van de dichtheid bij toenemende temperatuur.

De dichtheid van warm water is kleiner dan die van koud water en daarom is er een verschil in de hydrostatische druk van de warme en koude vloeistofkolommen. Koud water, dat naar de warmtewisselaar stroomt, verdringt het warme water door de leiding.

De drijvende kracht van water in het circuit tijdens natuurlijke circulatie is het verschil in hydrostatische druk tussen de koude en hete vloeistofkolommen

Het verwarmingscircuit van een huis kan in verschillende fragmenten worden verdeeld. Water wordt naar boven geleid langs de “hete” fragmenten, en naar beneden langs de “koude” fragmenten.De grenzen van de fragmenten zijn de bovenste en onderste punten van het verwarmingssysteem.

De hoofdtaak bij het modelleren natuurlijke circulatiesystemenwater is bedoeld om een ​​zo groot mogelijk verschil te bereiken tussen de druk van de vloeistofkolom in de “hete” en “koude” fragmenten.

Een klassiek element van het watercircuit voor natuurlijke circulatie is het versnellingsspruitstuk (hoofdstijgleiding) - een verticale buis die vanaf de warmtewisselaar naar boven is gericht.

Het versnellingsspruitstuk moet een maximale temperatuur hebben en is daarom over de gehele lengte geïsoleerd. Hoewel, als de hoogte van de collector niet hoog is (zoals bij huizen met één verdieping), de isolatie mogelijk niet wordt uitgevoerd, omdat het water daarin geen tijd heeft om af te koelen.

Meestal is het systeem zo ontworpen dat het toppunt van de versnellingscollector samenvalt met het toppunt van het hele circuit. Er is een uitgang naar expansievat openen of een ontluchtingsklep bij gebruik van een membraantank.

Dan is de lengte van het "hete" circuitfragment zo klein mogelijk, wat leidt tot een afname van het warmteverlies in dit gebied.

Het is ook wenselijk dat het "hete" deel van het circuit niet wordt gecombineerd met een langdurig gedeelte dat gekoelde koelvloeistof transporteert. Idealiter valt het laagste punt van het watercircuit samen met het dieptepunt van de warmtewisselaar die in het verwarmingsapparaat is geplaatst.

Hoe lager de ketel zich in het verwarmingssysteem bevindt, hoe lager de hydrostatische druk van de vloeistofkolom in het warme deel van het circuit

Het “koude” segment van het watercircuit heeft ook zijn eigen regels die de vloeistofdruk verhogen:

• hoe groter het warmteverlies in het “koude” deel van het verwarmingsnet, hoe lager de temperatuur van het water en hoe groter de dichtheid ervan, daarom is de werking van systemen met natuurlijke circulatie alleen mogelijk met aanzienlijke warmteoverdracht;
• hoe groter de afstand van het onderste punt van het circuit tot de radiatoraansluiting, hoe groter het oppervlak van de waterkolom met minimale temperatuur en maximale dichtheid.

Om aan deze laatste regel te voldoen, wordt de oven of ketel vaak op het laagste punt van het huis geïnstalleerd, zoals de kelder. Deze plaatsing van de ketel garandeert een zo groot mogelijke afstand tussen het lagere niveau van de radiatoren en het punt waar het water de warmtewisselaar binnenkomt.

De hoogte tussen het onderste en bovenste punt van het watercircuit mag tijdens natuurlijke circulatie echter niet te hoog zijn (in de praktijk niet meer dan 10 meter). De oven of ketel verwarmt alleen de warmtewisselaar en het onderste deel van het versnellingsspruitstuk.

Als dit fragment onbeduidend is in verhouding tot de gehele hoogte van het watercircuit, zal de drukval in het "hete" fragment van het circuit onbeduidend zijn en zal het circulatieproces niet starten.

Het gebruik van natuurlijke circulatiesystemen voor gebouwen met twee verdiepingen is volkomen gerechtvaardigd, maar voor grotere gebouwen is een circulatiepomp nodig

Minimaliseert de weerstand tegen waterbeweging

Bij het ontwerpen van een systeem met natuurlijke circulatie moet rekening worden gehouden met de bewegingssnelheid van het koelmiddel langs het circuit.

Ten eersteHoe hoger de snelheid, hoe sneller de warmteoverdracht zal plaatsvinden via het systeem "ketel - warmtewisselaar - watercircuit - verwarmingsradiatoren - kamer".

ten tweedeHoe sneller de vloeistof door de warmtewisselaar gaat, hoe kleiner de kans dat deze kookt, wat vooral belangrijk is bij het verwarmen van de kachel.

Het koken van water in het systeem kan erg duur zijn - de kosten voor het demonteren, repareren en opnieuw installeren van de warmtewisselaar vergen veel tijd en geld

Bij systemen verwarming met geforceerde circulatie de snelheid van de waterbeweging hangt voornamelijk af van de parameters circulatiepomp.

Bij waterverwarming met natuurlijke circulatie is de snelheid afhankelijk van de volgende factoren:

• druk verschil tussen fragmenten van de contour op het onderste punt;
• hydrodynamische weerstand verwarmingssysteem.

Methoden om een ​​maximaal drukverschil te garanderen zijn hierboven besproken. De hydrodynamische weerstand van een echt systeem kan niet nauwkeurig worden berekend vanwege het complexe wiskundige model en het grote aantal invoergegevens, waarvan de nauwkeurigheid moeilijk te garanderen is.

Er zijn echter algemene regels die, indien gevolgd, de weerstand van het verwarmingscircuit zullen verminderen.

De belangrijkste redenen voor de afname van de snelheid van de waterbeweging zijn de weerstand van de buiswanden en de aanwezigheid van vernauwingen als gevolg van de aanwezigheid van fittingen of afsluiters. Bij lage debieten is er vrijwel geen wandweerstand.

De uitzondering zijn lange en dunne buizen, typisch voor verwarming verwarmde vloer. In de regel worden hiervoor afzonderlijke circuits met geforceerde circulatie toegewezen.

Bij het kiezen van soorten leidingen voor een natuurlijk circulatiecircuit moet u bij het installeren van het systeem rekening houden met de aanwezigheid van technische beperkingen. Daarom metaal-kunststof buizen Het is onwenselijk om ze te gebruiken met natuurlijke watercirculatie vanwege hun verbinding met fittingen met een aanzienlijk kleinere binnendiameter.

Fittingen voor metaal-kunststof buizen verkleinen de binnendiameter enigszins en vormen een ernstig obstakel voor water met lage druk (+)

Regels voor de selectie en installatie van leidingen

Keuze tussen staal of polypropyleen buizen want elke circulatie vindt plaats op basis van het criterium van de mogelijkheid om ze voor warm water te gebruiken, maar ook vanuit het oogpunt van prijs, installatiegemak en levensduur.

De toevoerstijgleiding is gemonteerd vanaf een metalen buis, omdat er water met de hoogste temperatuur doorheen stroomt, en in het geval van verwarming van de kachel of een storing van de warmtewisselaar kan er stoom doorheen gaan.

Bij natuurlijke circulatie is het noodzakelijk een leidingdiameter te gebruiken die iets groter is dan bij gebruik van een circulatiepomp. Meestal voor het verwarmen van ruimtes tot 200 vierkante meter. m, de diameter van het versnellingsspruitstuk en de buis bij de retourinlaat naar de warmtewisselaar is 2 inch.

Dit wordt veroorzaakt door een lagere watersnelheid vergeleken met de geforceerde circulatie-optie, wat tot de volgende problemen leidt:

• vermindering van de hoeveelheid overgedragen warmte per tijdseenheid van de bron naar de verwarmde ruimte;
• het verschijnen van verstoppingen of luchtbellen, die een beetje druk niet aankan.

Bij gebruik van natuurlijke circulatie met een toevoercircuit aan de onderkant moet speciale aandacht worden besteed aan het probleem van het verwijderen van lucht uit het systeem. Het kan niet volledig via het expansievat uit de koelvloeistof worden verwijderd, omdat Kokend water komt eerst de apparaten binnen via een leiding die lager ligt dan zijzelf.

Bij geforceerde circulatie drijft de waterdruk lucht naar een luchtcollector die op het hoogste punt van het systeem is geïnstalleerd - een apparaat met automatische, handmatige of halfautomatische bediening. Door het gebruiken van Mayevsky-kranen Kortom, de warmteoverdracht wordt aangepast.

In zwaartekrachtverwarmingsnetwerken met een toevoer die zich onder de apparaten bevindt, worden Mayevsky-kranen direct gebruikt voor het laten ontsnappen van lucht.

Alle moderne verwarmingsradiatoren hebben apparaten voor het vrijgeven van lucht. Om de vorming van pluggen in het circuit te voorkomen, kunt u een helling maken en lucht naar de radiator drijven

Lucht kan ook worden verwijderd met behulp van ventilatieopeningen die op elke stijgleiding zijn geïnstalleerd of op een bovenleiding die evenwijdig aan het systeemnet is gelegd. Vanwege het indrukwekkende aantal luchtafvoerapparaten worden zwaartekrachtcircuits met bedrading aan de onderkant uiterst zelden gebruikt.

Bij lage druk kan een klein luchtslot het verwarmingssysteem volledig stopzetten. Volgens SNiP 41-01-2003 is het dus niet toegestaan ​​om pijpleidingen voor verwarmingssystemen aan te leggen zonder helling bij een watersnelheid van minder dan 0,25 m/s.

Met natuurlijke circulatie zijn dergelijke snelheden onhaalbaar. Daarom is het, naast het vergroten van de diameter van de leidingen, noodzakelijk om constante hellingen te handhaven om lucht uit het verwarmingssysteem te verwijderen. De helling is ontworpen met een snelheid van 2-3 mm per 1 meter; in appartementnetwerken bereikt de helling 5 mm per strekkende meter van de horizontale lijn.

De toevoerhelling wordt gemaakt in de richting van de waterbeweging, zodat de lucht naar het expansievat of het ontluchtingssysteem beweegt dat zich bovenaan het circuit bevindt. Hoewel het mogelijk is om een ​​tegenhelling te maken, is het in dit geval noodzakelijk om extra te installeren ontluchtingsklep.

De helling van de retourleiding wordt meestal gemaakt in de bewegingsrichting van het gekoelde water. Dan valt het laagste punt van het circuit samen met de ingang van de retourleiding naar de warmtegenerator.

De meest gebruikelijke combinatie van hellingsrichtingen voor de toevoer- en retourleiding voor het verwijderen van luchtbellen uit een natuurlijk circulatiewatercircuit

Bij het plaatsen van verwarmde vloeren een klein gebied in een circuit met natuurlijke circulatie, het is noodzakelijk om te voorkomen dat lucht de smalle en horizontaal geplaatste leidingen van dit verwarmingssysteem binnendringt.Het is noodzakelijk om een ​​luchtverwijderingsapparaat voor de verwarmde vloer te installeren.

Verwarmingsschema's met één en twee buizen

Bij het ontwikkelen van een verwarmingsschema voor een huis met natuurlijke watercirculatie is het mogelijk om een ​​of meerdere afzonderlijke circuits te ontwerpen. Ze kunnen aanzienlijk van elkaar verschillen. Ongeacht de lengte, het aantal radiatoren en andere parameters, ze zijn gemaakt volgens een enkelpijps- of tweepijpsschema.

Circuit met behulp van één lijn

Een verwarmingssysteem dat dezelfde leiding gebruikt voor de opeenvolgende watertoevoer naar de radiatoren, wordt eenpijps genoemd. De eenvoudigste optie met één pijp is verwarming met metalen buizen zonder gebruik van radiatoren.

Dit is de goedkoopste en minst problematische manier om een ​​huis te verwarmen bij het kiezen van natuurlijke koelvloeistofcirculatie. Het enige belangrijke nadeel is het uiterlijk van omvangrijke pijpen.

Op zijn voordeligst versie met één pijp Bij verwarmingsradiatoren stroomt het warme water opeenvolgend door elk apparaat. Hierbij is een minimaal aantal leidingen en afsluiters vereist.

Als je gaat koelmiddel koelt af, zodat volgende radiatoren kouder water ontvangen, waarmee rekening moet worden gehouden bij het berekenen van het aantal secties.

Een eenvoudig éénpijpscircuit (hierboven) vereist een minimale hoeveelheid installatiewerk en investeringen. Met de complexere en duurdere optie hieronder kunt u radiatoren uitschakelen zonder het hele systeem stop te zetten

De meest effectieve manier om verwarmingsapparaten op een enkelpijpsnetwerk aan te sluiten wordt beschouwd als de diagonale optie.

Volgens dit schema van verwarmingscircuits met een natuurlijk circulatietype komt warm water van bovenaf in de radiator en wordt het na afkoeling via de onderliggende buis afgevoerd.Bij het passeren op deze manier geeft verwarmd water de maximale hoeveelheid warmte af.

Wanneer zowel de inlaat- als uitlaatleidingen aan de onderkant op de accu zijn aangesloten, wordt de warmteoverdracht aanzienlijk verminderd, omdat het verwarmde koelmiddel de langst mogelijke weg moet afleggen. Vanwege de aanzienlijke koeling worden in dergelijke circuits geen batterijen met een groot aantal secties gebruikt.

"Leningradka" wordt gekenmerkt door indrukwekkende warmteverliezen, waarmee bij de berekening van het systeem rekening moet worden gehouden. Het voordeel is dat bij gebruik van afsluiters op de inlaat- en uitlaatleidingen apparaten selectief kunnen worden uitgeschakeld voor reparaties zonder de verwarmingscyclus te stoppen (+)

Verwarmingscircuits met een soortgelijke aansluiting van radiatoren worden “Leningradka". Ondanks de opgemerkte warmteverliezen hebben ze de voorkeur bij de opstelling van verwarmingssystemen voor woningen, wat te danken is aan het meer esthetische uiterlijk van de pijpleiding.

Een aanzienlijk nadeel van netwerken met één pijp is het onvermogen om een ​​​​van de verwarmingssecties uit te schakelen zonder de watercirculatie door het hele circuit te stoppen.

Daarom gebruiken ze meestal een modernisering van het klassieke schema met de installatie “omzeilen» om de radiator te omzeilen met behulp van een aftakking met twee kogelkranen of een driewegklep. Hiermee kunt u de watertoevoer naar de radiator regelen en zelfs volledig uitschakelen.

Voor gebouwen met twee of meer verdiepingen worden varianten van een enkelpijpsschema met verticale stijgbuizen gebruikt. In dit geval is de verdeling van het warme water gelijkmatiger dan bij horizontale stijgleidingen. Bovendien zijn verticale stootborden korter en passen ze beter in het interieur van het huis.

Een enkelpijpsschema met verticale bedrading wordt met succes gebruikt bij het verwarmen van kamers met twee verdiepingen met behulp van natuurlijke circulatie. Er is een optie gepresenteerd met de mogelijkheid om de bovenste radiatoren uit te schakelen

Optie met retourleiding

Wanneer één pijp wordt gebruikt om warm water naar radiatoren te voeren, en de tweede om gekoeld water naar een ketel of oven af ​​te voeren, wordt dit verwarmingsschema een tweepijpsverwarmingssysteem genoemd. In de aanwezigheid van verwarmingsradiatoren wordt een dergelijk systeem vaker gebruikt dan een enkelpijpssysteem.

Het is duurder omdat er een extra buis voor nodig is, maar het heeft een aantal belangrijke voordelen:

• gelijkmatigere temperatuurverdeling koelvloeistof geleverd aan de radiatoren;
• makkelijker te berekenen afhankelijkheid van radiatorparameters van het oppervlak van de verwarmde kamer en de vereiste temperatuurwaarden;
• efficiëntere warmtebeheersing voor elke radiateur.

Afhankelijk van de bewegingsrichting van gekoeld water ten opzichte van warm water, tweepijpssystemen verdeeld in passerend en doodlopend. In bijbehorende circuits vindt de beweging van gekoeld water in dezelfde richting plaats als warm water, dus de cycluslengte voor het hele circuit is hetzelfde.

In doodlopende circuits beweegt gekoeld water zich naar warm water, dus voor verschillende radiatoren verschilt de lengte van de koelvloeistofcirculatiecycli. Omdat de snelheid in het systeem laag is, kan de verwarmingstijd aanzienlijk variëren. Radiatoren met een kortere watercycluscyclus zullen sneller opwarmen.

Bij het kiezen van doodlopende en bijbehorende verwarmingsschema's gaan ze voornamelijk uit van het gemak van het installeren van de retourleiding

Er zijn twee soorten locaties van de voering ten opzichte van de verwarmingsradiatoren: boven en onder.Bij de bovenste aansluiting bevindt de warmwaterleiding zich boven de verwarmingsradiatoren, bij de onderste aansluiting bevindt deze zich eronder.

Met een onderaansluiting is het mogelijk om lucht via radiatoren af ​​te voeren en is het niet nodig om leidingen van bovenaf te leggen, wat vanuit het oogpunt van kamerinrichting goed is.

Zonder versnellingsspruitstuk zal de drukval echter veel minder zijn dan bij gebruik van de bovenste lijn. Daarom wordt de onderste voering praktisch niet gebruikt bij het verwarmen van gebouwen volgens het principe van natuurlijke circulatie.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Organisatie van een eenpijpscircuit op basis van een elektrische boiler voor een klein huis:

Werking van een tweepijpssysteem voor een houten huis van één verdieping op basis van een lang brandende ketel met vaste brandstof:

Het gebruik van natuurlijke circulatie tijdens de beweging van water in het verwarmingscircuit vereist nauwkeurige berekeningen en technisch bekwaam installatiewerk. Als aan deze voorwaarden wordt voldaan, zal het verwarmingssysteem de gebouwen van een privéwoning efficiënt verwarmen en de eigenaren bevrijden van pompgeluid en afhankelijkheid van elektriciteit.

Als u vragen heeft over dit onderwerp of uw persoonlijke ervaring wilt delen met het organiseren en bedienen van een verwarmingssysteem van het zwaartekrachttype, kunt u reacties op dit artikel achterlaten. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.