Jednotrubkový otopný systém s přirozenou cirkulací, hydraulický výpočet, schéma, instalace

Mnoho lidí věří, že přirozená cirkulace existuje pouze v systémech vytápění s přirozeným oběhem.

Přirozená cirkulace je přítomna i v systémech vytápění s nuceným oběhem.

nucený oběh je topný systém s čerpadlem. A přirozený oběh – bez čerpadla.

Představte si oběhový prstenec ve formě čtyř trubek oddělených ohyby.

Musíme najít sílu, která způsobí pohyb chladicí kapaliny. Tato síla se nazývá gravitační tlak. Bereme v úvahu, že celý vertikální sloupec má stejnou teplotu.

Nastavíme data:

t₁= 60 stupňů Celsia

t₂= 40 stupňů Celsia

Topné médium = obyčejná voda

g – zrychlení volného pádu 9 m/s81

H – výška sloupku

ρ₁ a ρ₂ je hustota vody při různých teplotách.

530 Pa u0d 05 m.w.st.

Odpověď: Přirozená výška je 530 Pa nebo 0.05 mw.

Z reálného příkladu

Běžná čerpadla v soukromých domech průměrně do 6 m.w.st. Tlak získaný přirozenou cirkulací bude 0 m.v.st. To je velmi málo. Ale i takový tlak může donutit chladicí kapalinu k pohybu. A čím větší je průměr potrubí, tím nižší je odpor a tím vyšší je průtok.

Zvažme variantu blízkou realitě

t₁= 60 stupňů Celsia

t₂= 40 stupňů Celsia

Topné médium = obyčejná voda

265 Pa u0d 027 m.w.st.

Odpověď: Přirozená výška je 265 Pa nebo 0.027 mw.

Spočítejme si například, jaký bude průtok v tomto schématu s přirozenou cirkulací bez čerpadla.

Potrubí bude ocelové s vnitřním průměrem 25 mm, což je stejný průměr jako u článkového radiátoru. Předpokládejme pro zjednodušený výpočet, že odpory radiátoru a kotle jsou rovné nule. Vypočítáme pouze odpor potrubí a zjistíme průtok. Předpokládejme, že teplotní rozdíl mezi přívodním a vratným chladivem je 20 stupňů Celsia.

Pro zjištění průtoku použijte kalkulačku hydraulického odporu. Musíme najít průtok se známým odporem. To znamená, že odpor bude mít hodnotu přirozeného tlaku 265 Pa.

Dosazením průtoku, který by vytvořil odpor rovný 265 Pa nebo 0 m.v.st.

Do kalkulačky zadejte následující údaje:

Ocelová trubka 25mm, délka 8 metrů. Nastavte průměrnou teplotu na 50 stupňů. Stejné vývody 4 ks. Výškový rozdíl není uveden.

Odpověď: Průtok je 5 litrů/min.

Tedy při průtoku 5 litrů / min. kalkulačka dala výsledek odporu: 4 Pa nebo 265 m.v.st.

Pokud spočítáme, že při průtoku 5 litru za minutu se spotřebuje 4 stupňů, znamená to, že chladicí kapalina ztrácí v chladiči asi 20 kW.

Pokud radiátor nespotřebovává takové množství tepla, pak bude teplotní rozdíl menší, a tedy i přirozený tlak bude menší. Existují způsoby, jak zjistit přesný průtok radiátorem, ale některé další zákony týkající se tepelných ztrát musí souviset s radiátorem. To znamená, že pokud je v radiátoru malá ztráta teploty, pak bude teplotní rozdíl menší. V souladu s tím bude gravitační tlak menší. A pak výdaje.

Pokud ale tento radiátor spotřebuje takové množství tepla, že při průtoku 5 litru za minutu se spotřebuje 4 stupňů, pak je rozhodnutí správné.

Tento úkol je samozřejmě jen příkladem. A tepelná ztráta radiátoru je fiktivní. Můžete nahradit různé údaje o rozdílu teplot a podle toho najít vhodné parametry pro vaše schéma. Pokud jde o odpor kotlů a radiátorů, lze je vypočítat v různých programech nebo podle vzorců. Údaje o odporu můžete najít v referenčních knihách.

Pokud chcete pochopit, jak jsem zjistil, kolik tepla se ztrácí v ohřívači, podívejte se na tyto články:

Zanechte svůj e-mail a my vám na něj zašleme nové zajímavé články a videa o výpočtech zásobování vodou a vytápění

Systém ohřevu vody s přirozenou cirkulací v soukromém nebo venkovském domě vzdáleném od města je řešením, které je žádané v oblastech s nestabilním napájením. Hydraulický systém navíc nevyžaduje finanční investice do elektrického vybavení, což je nezbytné při uspořádání radiátorového vytápění s přívodem chladicí kapaliny čerpadlem.

Pro vlastní výpočet a instalaci je k dispozici energeticky nezávislý topný systém.

Fungování gravitačního systému

Schéma vytápění soukromého domu s přirozenou cirkulací má několik výhod:

• není třeba kupovat drahé vybavení;
• stálost (je vybrána vhodná kotelní jednotka);
• instalace je snadná vlastními rukama;
• nenáročná obsluha.

Cirkulace v takovém systému je zajištěna tím, že hustota kapaliny se zahříváním snižuje (stává se lehčí) a při ochlazování se hustota vrací na původní hodnotu.

V gravitační konstrukci není prakticky žádný tlak – výpočty ukazují, že tlak je 10 atmosféra na 1 metrů tlaku vodního sloupce. Hydrostatický tlak v topném systému jednopatrové budovy tedy bude 0,5-0,7 atm., A v potrubí dvoupatrového domu nepřesáhne 1 atm.

Gravitační cirkulace nastává v důsledku expanze a poklesu hustoty ohřátého chladicího média – stoupá podél vertikálního zrychlovacího úseku a z horního bodu se pohybuje dolů potrubím, namontovaným se sklonem a procházejícím topnými zařízeními zapojenými do série, na cestu zpět do kotle.

K potrubí s gravitačním pohybem vody je připojena expanzní nádrž – nádrž na “přebytky” chladicí kapaliny, která vzniká v důsledku tepelné roztažnosti kapaliny. Vyrovnávací nádrž (membránová nebo otevřená) je namontována v horní části okruhu na přívodním potrubí.

Vytápěcí gravitační systém je schopen fungovat v komplexu:

• S nepřímým ohřívačem vody. Pokud je kotel instalován v horní části systému pod expanzní nádobou, bude ohřev TUV realizován bez použití elektrického zařízení. Pokud taková instalace není možná, je kotel vybaven čerpadlem a je instalován zpětný ventil, který zabrání recirkulaci chladicí kapaliny.
• S podlahovým vytápěním. Na okruhu uloženém v podlaze je instalováno oběhové čerpadlo. Při dočasném výpadku proudu bude místnost i nadále vytápěna nástěnným radiátorem.

Typy gravitačních systémů

Při plánování instalace vytápění soukromého domu s přirozenou cirkulací vlastníma rukama se schémata vybírají v souladu s plánovaným výkonem systému a vlastnostmi budovy.

Topné okruhy s gravitačním prouděním chladiva se dělí na typy podle různých parametrů:

• podle charakteristik expanzní nádrže (otevřená a uzavřená);
• podle principu připojení otopných těles (jednotrubkové a dvoutrubkové).

Pro určení nejlepší možnosti je nutné provést hydraulické výpočty s přihlédnutím k umístění a průměru potrubí, vzít v úvahu vlastnosti kotelny a tepelné potřeby prostor. Je lepší svěřit výpočet odborníkům, protože i malé nepřesnosti negativně ovlivní účinnost vytápění domu.

uzavřený typ

Uzavřený systém cirkulace chladicí kapaliny bez čerpadla se úspěšně používá pro vytápění jednopatrového a dvoupatrového domu. Funguje následovně:

• když chladicí kapalina expanduje, přebytečná kapalina je vytlačena z topného okruhu;
• kapalina vstupuje do expanzní nádrže membránového typu – jedná se o uzavřenou nádobu s elastickou membránou, která odděluje část určenou pro chladicí kapalinu a část nádrže naplněné vzduchem nebo dusíkem;
• ohřátá kapalina napíná membránu a stlačuje plyn ve druhé sekci nádrže, když se chladivo ochladí, plyn expanduje a tlačí kapalinu zpět do systému, v důsledku čehož vodní okruh zůstává neustále naplněn.

Instalace membránové nádrže do gravitačního topného okruhu snižuje riziko koroze kovových prvků systému. Ale v Rusku se takové řešení používá poměrně zřídka, protože náklady na membránovou nádrž jsou několikrát vyšší než náklady na nákup nebo samostatnou výrobu otevřené nádrže.

Otevřít typ

Princip činnosti je stejný jako u uzavřené verze. V tomto případě je však přebytečná chladicí kapalina vytlačena do nádrže otevřeného typu, která je namontována pod stropem místnosti nebo v podkroví.

Otevřená nádrž je nádrž s netěsným víkem, která je dodávána s nouzovým přepadem – potrubím vyvedeným mimo půdu do ulice nebo napojeným na kanalizaci.

Mezi nevýhody otevřeného systému patří neustálý přísun kyslíku do chladicí kapaliny, což urychluje korozi kovu, ze kterého jsou prvky obvodu vyrobeny. Dochází také k odvzdušňování potrubí – aby se tomu zabránilo, jsou radiátory namontovány v mírném sklonu a v horní části jsou namontovány automatické odvzdušňovací ventily – Mayevského jeřáby.

Kromě toho se kapalina z otevřené nádrže odpařuje a je nutné pravidelně doplňovat vodu, aby otevřený systém mohl normálně fungovat. Voda se do nádrže nalévá ručně z kbelíku, nebo se přivádí vodovodní potrubí s ventilem.

Výhody otevřených nádrží jsou dostupné náklady a schopnost vyrobit nádrž požadovaných rozměrů vlastními rukama.

Jednotrubkový okruh

Jednotrubkový systém vytápění s přirozenou cirkulací není účinný. Není vhodný pro vytápění prostor dvoupatrového domu a používá se v jednopodlažních budovách na malé ploše.

Chladivo prochází svisle nahoru urychlovacím úsekem potrubí, poté vstupuje do potrubí, které vede do vodorovného potrubí spojujícího radiátory topení v sérii. Z krajního chladiče se ochlazená chladicí kapalina vrací přímo do kotle.

S takovým schématem pro připojení topných zařízení se teplota radiátorů snižuje, když se vzdalují od přívodní stoupačky – to je vážná nevýhoda systému. Pro zvýšení účinnosti se používají bypassy – propojují přívodní potrubí s propojkami v místech, kde jsou připojeny radiátory. To přispívá k rovnoměrnějšímu vytápění prostor.

Mezi výhody jednotrubkového systému patří jednoduchá konstrukce, minimální finanční náklady na jeho instalaci. Kromě toho není nutné montovat potrubí pod strop, což zhoršuje interiér místnosti.

Jednotrubkové horizontální schéma, dokonce i s přesnými výpočty, se zřídka ospravedlňuje, pokud nemluvíme o vytápění dvou nebo tří malých místností jednopatrového domu. V ostatních případech se modernizuje přidáním oběhového čerpadla.

Dvoutrubkový okruh

Konstrukční vlastnosti gravitačního dvoutrubkového okruhu:

• pro přívod a zpátečku jsou namontovány samostatné trubky;
• přívodní potrubí je připojeno ke každému topnému zařízení samostatným vstupem;
• zpětné potrubí je připojeno ke každému topnému zařízení samostatně.

Dvoutrubkový gravitační topný systém soukromého domu se liší od jednotrubkového systému tím, že všechny radiátory jsou dodávány s chladicí kapalinou, která neměla čas vychladnout, díky čemuž:

• teplo v domě je distribuováno rovnoměrně;
• není nutné zvyšovat počet sekcí v radiátoru, aby se zlepšilo vytápění;
• snadnější regulace teploty v systému;
• pro instalaci potrubí jsou zapotřebí trubky menšího průměru než pro jednotrubkový okruh;
• neexistují žádné přísné požadavky na dodržování sklonu při instalaci prvků systému – některé odchylky od vypočtených hodnot nejsou kritické.

Dvoutrubkový topný systém s horní a spodní elektroinstalací se snadno instaluje a je efektivní, lze jej použít k vytápění dvoupatrového domu.

Vlastnosti výpočtu

Výpočet otopné soustavy s přirozenou cirkulací je mnohem složitější než příprava projektu otopné soustavy s nuceným přívodem chladiva. Protože v okruhu není žádný tlak, je výkon systému přímo ovlivněn počtem závitů potrubí, úhlem sklonu každého segmentu. Nesprávný výpočet nebo chyby instalace ovlivňují funkčnost obvodu.

Při výpočtu okruhu bez čerpadla se bere v úvahu následující:

• minimální přípustný úhel sklonu;
• materiál pro výrobu trubek a jejich průměr;
• princip přívodu chladicí kapaliny;
• druh chladicí kapaliny.

Doporučený sklon potrubí

Při výpočtu je třeba vycházet ze stavebních předpisů pro topné systémy s gravitační cirkulací (SNiP 41-01-2003 pro samotížné systémy). Pohyb chladicí kapaliny v potrubí je negativně ovlivněn hydraulickým odporem na obtížných místech – v zatáčkách, v zatáčkách atd.

Podle SNiP jsou trubky namontovány se sklonem nejméně 10 mm na 1 metr délky. V opačném případě hrozí systému větrání, špatné vytápění vzdálených radiátorů.

Výběr potrubí

Hydraulická odolnost okruhu, jeho odolnost proti korozi a tepelné parametry a technologie instalace závisí na materiálu výroby potrubí. Seznam požadovaných materiálů obsahuje:

• Ocelové trubky. Cenově dostupný, odolný vůči mechanickému namáhání. Nevýhody: montované svařením nebo velkým počtem tvarovek, sklon trubek ke korozi a zarůstání.
• Kovové trubky. Vnitřní povrch je ideálně hladký, což zabraňuje usazování usazenin, odolnost proti korozi, nízká hmotnost, odolnost proti tepelné roztažnosti. Nevýhody: vysoká cena, omezená životnost (cca 15 let), nutnost používat navařované tvarovky nebo pravidelně dotahovat závitové tvarovky.
• Polypropylenové trubky. Uvnitř hladký, odolný (životnost 25 let), odolný vůči vysokým teplotám. Nevýhody: vysoká cena, instalace pomocí speciálního nástroje.
• Měděné trubky. Maximální odvod tepla a životnost (přes 100 let), stylový vzhled. Nevýhody: vysoká cena, nutnost pájení při instalaci.

Průměr trubky

Pro výpočet průměru potrubí potřebujete:

1. Proveďte tepelný výpočet prostor a přidejte k výsledku asi 20%.
2. Vypočítejte průřez potrubí na základě poměru tepelného výkonu a vnitřního průřezu potrubí (hodnoty jsou uvedeny v tabulkách SNiP).
3. Vyberte průměr potrubí na základě provedených tepelně technických výpočtů as ohledem na materiál potrubí. U ocelových trubek je minimální vnitřní průřez 50 mm.

Aby byla gravitace intenzivnější, uplatňuje se následující princip: průměr přívodního potrubí za každou větví musí být o 1 velikost menší než předchozí. Vratku je nutné vyzvednout s prodloužením.

Výpočet tedy umožňuje určit minimální průměr přívodního a vratného potrubí, s ohledem na tuto hodnotu jsou parametry potrubí v různých částech systému stanoveny podle připraveného schématu pro jednopodlažní nebo dvoupodlažní příběhový dům.

Typ stáčení

Přirozená cirkulace vody v topném systému závisí na principu dodávání chladicí kapaliny z kotle do topných zařízení. Jsou zde kontury se spodní a horní výplní.

Spodní výplň umožňuje obejít se bez instalace vysokých vertikálních potrubí – komunikace jsou položeny na úrovni podlahy. Tato možnost je vhodná pouze pro jednotrubkové okruhy a bez instalace oběhového čerpadla je považována za neefektivní.

Horní plnění je nejlepší možností, protože rozvodná trubka dvoutrubkového systému je umístěna pod stropem a zajišťuje aktivní přívod ohřáté chladicí kapaliny do každého radiátoru, ze kterého jde ochlazená voda do zpětného potrubí umístěného podél podlahy. U jednotrubkového systému je také výhodnější plnění vrchním typem.

Dvoutrubkový topný systém s horním plněním

Výběr chladicí kapaliny

Chladicí kapalinou může být voda nebo nemrznoucí kapalina. Pro systém s gravitačním napájením je výhodnější použití vody, protože nemrznoucí směs má vyšší hustotu a menší přenos tepla, k jejímu ohřevu je zapotřebí více tepelné energie – to znamená, že spotřeba paliva je vyšší. Pokud je v systému instalována membránová vyrovnávací nádrž, její objem musí být větší než objem nádrže chladicí kapaliny-voda, protože nemrznoucí směs více expanduje.

Použití „nezámrzu“ má smysl, pokud se v zimě v domě topí nepravidelně s dlouhými přestávkami. Voda by se v tomto případě musela neustále vypouštět, aby při zamrzání neprasklo potrubí.

Závěr

Zařízení bezčerpadlového topného systému vám umožní učinit váš vytápěný dům energeticky nezávislým v případě výpadku proudu. Takový systém se napojuje na topný kotel bez elektrického vybavení pro regulaci výkonu nebo na klasická kamna na tuhá paliva s vodním výměníkem ve spalovací komoře.