Котлы с естественной циркуляцией

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).

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 r_В, а в подъемных трубах – столбом воды и пароводяной смеси с плотностью r_СМ_. Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

где h_ПАР – 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:

k = М /Д, (7.2)

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.

Система отопления с естественной циркуляцией. Как она работает

Не смотря на полное наступление принудительных закрытых систем отопления, не сдают свои позиции системы с естественной циркуляцией. Что в них такого особенного? Давайте разбираться

Как работает такая система

Движение воды в магистрали парового отопления может происходить без использования циркуляционного насоса, в соответствии с базовыми физическими законами. Знание основ подобных процессов дает возможность правильно рассчитать систему отопления на все случаи жизни.

Главное качество жидкости– это снижение коэффициента плотности при повышении количества градусов. Чем вода сильнее нагревается, тем ниже ее плотность. Генерируется дифференциация напряжения между холодной и нагретой жидкостью. Первая течет самопроизвольно к теплообменнику, при этом вытесняя горючую воду, она движется по магистрали.

При такой циркуляции существует различия в давлении между различными жидкостям. Любой такой контур можно дифференцировать по блокам:

Вода поднимается, нагревая трубы.
По холодным трубам она движется вниз.

Разграничивающий элемент – это крайние точки общего контура (верх и низ).

При создании системы с простым кругооборотом, решается задача достижения дифференциации между водой, которая имеет разные температуры.

Одним из базовых блоков в подобных системах делается базовый стояк – это перпендикулярно зафиксированная труба, которая проводит воду вверх от теплообменного блока. Коллектор разгона обладает повышенной температурой, его «закутывают» в утеплитель особенно тщательно, если вода подается, минуя несколько этажей.

Как правило, система создается так, чтобы верхняя точка коллектора соответствовала верней точке всей магистрали. Там устанавливают выход на бак, также возможно поставить клапан, который будет управлять отводом лишнего воздуха.

Следует учитывать, чтобы блок с высокой температурой самого контура не соприкасался с элементов, по которому движется остывшая вода. Нижня точка магистрали соприкасается с теплообменником, инсталлируется в нагревающий агрегат.

Преимущества гравитационной системы

Система отопления с естественной циркуляцией обладает рядом преимуществ, из которых следует выделить

Полная энергонезависимость системы. Если вы испытываете постоянные перебои со светом, возможно стоит смотреть в сторону отопления с естественной циркуляцией
Отсутствие сложных систем в виде насоса, предохранительной арматуры и тд;
Идеальная система для твердотопливных котлов
Максимально простая обвязка котельной
Доступная по цене

Во время монтажа необходимо скрупулезно рассчитать все показатели и выбрать схему контура правильно.

2 основные схемы отопления

Существует две схемы отопления:

При монтаже отопления с естественной циркуляцией может быть задействовано несколько контуров, их ставят по одной из вышеперечисленных схем.

Контур с одной магистралью называют однотрубной. Самой элементарной моделью считается контур без применения радиаторов. Такая компоновка системы отопления стоит недорого, она проста в эксплуатации. Однотрубная схема (у которой присутствует вертикальная разводка) чаще всего используют в двухэтажных коттеджах.

Читать еще: Как рассчитать систему отопления для частного дома

Если одна труба применяется для горячей воды, а друга – для холодной, то это двухтрубная модель, она более популярна, но монтировать ее сложнее, также надо ставить дополнительную магистраль. Преимущества двухтрубной схемы:

Температура распределяется боле равномерно.
Легко рассчитывать тепло и скорость подачи воды.
Несложно регулировать подачу тепла к каждой батарее.

Ленинградка

«Ленинградка» имеет базовый недостаток: есть большие тепло потери на магистралях, их всегда учитывают специалисты при проектировании отопления. Достоинства этой системы: с использованием вентилей отопление можно отключать, делая профилактический ремонт. «Ленинградка» нередко используется в квартирах, выглядят трубы эстетично и не привлекают внимания.

Трудности заключаются в том, что отключение одной из секций приводит к остановке циркуляции теплоносителя во всем контуре. Нередко применяют метод с монтажом «байпаса», когда батареи можно «обходить» с использованием боковых ответвлений у которых присутствуют шаровые краны (2 шт.).

Для двухэтажных объектов (и одноэтажных) используют схемы с одной трубой и перпендикулярными стояками. При таких обстоятельствах жидкость распределяется более равномерно. Вертикальные трубы боле эстетично выглядят, их легко замаскировать в угловых нишах.

Разводка, при которой вода подается на каждую батарею индивидуально при естественной циркуляции теплоносителя, называется паук.

При такой схеме емкость расположена в чердачном помещении, точно в центре периметра здания. К ней присоединены стояки определенного сечения (от батарей, радиаторов). Вода, которая уже остыла, течет обычным способом и попадает в горизонтальную магистраль.

Вода нагревается в котле.
Поднимается в бак.
Затем расходится самотеком по трубам меньшего диаметра.

Такая схема идеально подходит для объекта с небольшим количеством этажей

Достоинства «паука» равномерное и простое распределение теплоносителя, нет также горизонтальной разводки по разным помещениям.

На подаче присутствует только стояк крупного размера, он ведет от котла к емкости. Трубы при этом могут быть диаметром до 25 мм. На ответвления нередко используют трубы ПВХ или металлопластик.

Из недостатков этой системы с естественной циркуляцией можно вспомнить:

Наличие большого числа стыков.
Применяется много труб разных диметров.
Требуется много утеплителя.
Обязательно в здании должно присутствовать чердачное помещение.

Какие нужны диаметры труб

При расчете системы особое внимание уделяется местоположению нагревательного элемента, емкости и радиаторов. Диаметр труб также очень важен, должно существовать давление, которое позволит эффективно функционировать всей отопительной системе.

Критерии выбора диаметра труб для отопления с естественно циркуляцией:

Можно ли использовать для горячей воды.
Сложно ли монтировать.
Сроки использования.
Гарантии от производителя.

При монтаже естественного кругооборота воды используются трубы с большим сечением. Для обогрева объекта общей площадью 220 кв. метра, сечение трубы при входе обратки в теплообменник равняется приблизительно двум дюймам.

Обусловлено это тем, что скорость жидкости уменьшается, что может вызвать такие вопросы:

Уменьшение теплоотдачи за определенную единицу времени.
Возникновению «пробок» воздуха.

Потому важно, при монтаже контура, чтобы в него не попадал воздух, в противном случае будут возникать пробки.

Внутренние стенки труб могут значительно снижать движение жидкости. Также наличие большого количества сужений, запорных блоков может значительно тормозить продвижение воды. Все это факторы влияют, когда речь заходит о выборе труб. Металлопластиковые трубы применяют не очень часто, потому что фиксируются они с использованием фитингов, а они имеют небольшой диаметр.

Основные ограничения

Основные ограничения у систем с естественной циркуляцией – это риск возникновения воздушных пробок. Одна такая пробка способна вывести из строя всю систему. СНИП 41-02-2004 утверждает, что нельзя проводить трубопроводы, если вода в них движется со скоростью менее 25 см в секунду. Во время установки особое внимание уделяется углу наклона магистралей, тогда воздух (если он попадет в систему) сбудет выводиться. Угол наклона составляет порядка трех миллиметров на один погонный метр. В квартирах этот показатель достигает 5,5 мм на один погонный метр.

Также существую ограничения по монтажу радиаторов. Главный недостаток схемы «Ленинградка», например, — это невысокий разгон жидкости при затекании в радиаторы, что неизбежно приводит к снижению КПД. Число батарей ставится в ограниченных количествах, при этом «дальние» батареи имеют существенно более низкую температуру.

Главные минусы

У данного типа отопления есть и существенные минусы:

Существует большой перепад температур между точками.
Все трубы открыты в комнатах, что выглядит неэстетично.
Контур должен время от времени пополняться в течение времени работы.
Трубы сечением до 50 мм стоят недешево (обычно в целях экономии ставят ПВХ или сталь). Используются радиаторы, у которых коэффициент сопротивления имеет минимальное значение (чугун, биметалл, сплавы алюминия).
Невозможность покомнатного регулирования температуры, что сильно влияет на затраты на отопление.
Небалансируемая система. Невозможно сделать так, чтобы все радиаторы грели примерно одинаково

Теплоснабжения за счет естественного оборота теплоносителя может, подойди для объектов, которые имеют 65 кв. метров, при этом длина труб не должна превышать 32 метров. Важно также учитывать: сколько этажей имеет объект, от этого зависит схема устройства разгонного блока. В регионах, где бывают суровые зимы, такая схема отопления объекта не подходит, будет отсутствовать необходимое рабочее давление в контуре.

Паровые котлы с естественной циркуляцией

М. Иванов

В паровых котлах для превращения питательной воды в пар применяются различные схемы циркуляции теплоносителя: естественная, многократная принудительная и прямоточная. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Технология получения пара предполагает последовательность нескольких физических процессов. Все начинается с подогрева питательной воды, которая поступает в котел при определенном давлении, создаваемом питательным насосом. Этот процесс происходит при однократном прохождении воды через трубы конвективной поверхности нагрева, называемой экономайзером (рис.1).
После экономайзера вода поступает в испарительные поверхности нагрева, которые располагают, как правило, в топочных камерах паровых котлов. Из названия этого элемента котла понятно, что здесь происходит образование пара, который затем в некоторых котлах поступает в пароперегреватель. Через обогреваемые дымовыми газами трубы пароперегревателя пар проходит однократно, а вот парообразующие поверхности нагрева могут быть разными. Чаще всего в котлах пароводяная смесь многократно проходит через обогреваемые трубки топочных экранов за счет естественной циркуляции или в результате многократно-принудительной циркуляции (с использованием особого насоса). В котлах, которые называют прямоточными, пароводяная смесь проходит через испарительные поверхности нагрева однократно, за счет давления, создаваемого питательным насосом.
Остановимся подробнее на особенностях процесса получения пара в котлах с естественной циркуляцией.
На рис. 1 приведена схема барабанного котла с естественной циркуляцией, выполненного по традиционной П-образной схеме. Питательная вода поступает в экономайзер, расположенный в конвективной шахте. Экономайзер является первой частью водопарового тракта котла: нагретая в нем вода поступает в барабан, который, в своей нижней части, соединен как с необогреваемыми опускными, так и с обогреваемыми подъемными трубами. По необогреваемым трубам котловая вода опускается к коллекторам, размещенным у нижней кромки топочной камеры. Из этих коллекторов вода поступает в вертикальные трубки топочных экранов. Именно здесь, благодаря мощному тепловому потоку от сгорания органического топлива, начинается собственно процесс парообразования. При однократном прохождении через топочные экраны испаряется не вся вода: в барабан возвращается пароводяная смесь. В объеме барабана происходит сепарация воды и пара. Пар поступает к потребителю или во входной коллектор пароперегревателя, а котловая вода вновь попадает в опускные трубы циркуляционного контура.

Рис. 1. Схема барабанного котла с естественной циркуляцией, работающего на пылевидном топливе:
1 – горелки; 2 – топочная камера; 3 – топочный экран; 4 – барабан; 5 – опускные трубы; 6 – фестон; 7 – пароперегреватель; 8 – конвективный газоход; 9 – экономайзер;10 – трубчатый воздухоподогреватель; 11 – нижние коллектора топочных экранов

Подъемно-опускное движение по контуру естественной циркуляции (т.е. по необогреваемым опускным и обогреваемым подъемным трубам) происходит вследствие разности плотностей котловой воды и пароводяной смеси.
Для повышения надежности циркуляции на барабанных котлах повышенного давления (17–18 МПа) применяют принудительное движение пароводяной смеси в топочных экранах (рис. 2, б). Как видно из приведенных схем, котел с принудительной циркуляцией отличается от котла с естественной циркуляцией (рис.2, а) наличием насоса для котловой воды. На этом же рисунке (2, в) показана схема прямоточного котла.

Читать еще: Котлы газовые двухконтурные как выбрать

Рис. 2. Схема движения воды и водяного пара:
а) барабанный котел с естественной циркуляцией; б) барабанный котел с принудительной циркуляцией; в) прямоточный котел
1 – питательный насос; 2 – экономайзер; 3 – верхний барабан котла; 4 – опускные трубы; 5 – испарительные подъемные трубы; 6 – пароперегреватель; 7 – циркуляционный насос; 8 – нижний коллектор

В прямоточных котлах, которые не имеют барабана, а контур разомкнут, превращение воды в пар происходит за один проход нагревателя, и кратность циркуляции равняется единице. В барабанных котлах этот показатель выше. В котлах с принудительной циркуляцией, у которых имеются нагреватели в виде змеевиков, кратность циркуляции составляет обычно от 3 до 10. В котлах с естественной конвекцией этот параметр обычно составляет 10–50, а при малой тепловой нагрузке труб – 200–300.

Особенности и преимущества

Основным параметром, которым руководствуются при выборе марки парового котла с естественной циркуляцией (ПКЕЦ), является его паропроизводительность, измеряемая в т/ч или кг/ч. Широкий модельный ряд ПКЕЦ позволяет выбрать котлы с требуемой производительностью, начиная от нескольких килограммов до нескольких тонн пара в час. Важными показателями состояния водяного пара являются его давление и температура.
Широкий круг моделей ПКЕЦ позволяет генерировать водяной пар с избыточным давлением от десятых долей до нескольких десятков атмосфер. ПКЕЦ могут работать на различных видах органического топлива: природном газе, угле, дровах и древесных отходах, а также на жидком топливе – сырой (стабилизированной) нефти, мазуте, дизельном топливе. В ряде случаев используются особые топочные устройства, позволяющие ПКЕЦ работать на нескольких видах топлива. Кроме традиционного применения для генерации технологического пара, они широко используются в различных областях: на железнодорожном и водном транспорте, в пищевой, легкой и добывающей промышленности.
Основные достоинства ПКЕЦ – высокая надежность, простота эксплуатации, повышенная степень автоматизации и экономичности.
Создание условий надежности циркуляции в топочных экранах достигается ограничением рабочего давления котлоагрегата – обычно не выше 155 атм. Вызвано это тем, что при более высоком давлении сильно снижается разность плотностей пара и воды, в результате чего не обеспечивается эффективная циркуляция.
Современные ПКЕЦ производители комплектуют микропроцессорной системой управления и защиты. Например, система «Альфа-М» производства фирмы «Энергетик» (Москва) позволяет достичь простоты и удобства в обслуживании. Применение таких систем оптимизирует соотношение «топливо-воздух» при разных расходах топлива, что благоприятно сказывается и на эффективности производства тепловой энергии.
Котлы этого типа могут эксплуатироваться в различных климатических зонах, не требуют сложных пусконаладочных работ. Существенным преимуществом не слишком крупных современных моделей ПКЕЦ является их моноблочное исполнение. В такой конструкции предусматривается компактная установка на одной раме с агрегатом вентилятора, дымососа и питательного насоса. Сочетание высокой степени конструкторской проработки с точными системами управления и контроля позволяет достичь в ПКЕЦ высоких значений КПД, которые могут превышать 90 %.
В моноблочном исполнении котлы поставляются единым транспортабельным блоком – в собранном виде, в обмуровке и обшивке. Их монтаж относительно несложен. Компактность размещения оборудования не препятствует проведению текущего и аварийного ремонтов, а также осуществлению профилактических процедур – все узлы и детали доступны для обследования.

ПКЕЦ на российском рынке

На российском рынке паровых котлов, а также на всей территории СНГ чаще других можно встретить промышленные котлы с естественной циркуляцией, причем присутствует продукция как отечественных, так и зарубежных производителей. Котлы, произведенные в России, имеют в маркировке индекс «Е», отражающий принцип естественной циркуляции теплоносителя в этих моделях. По цене они более выигрышны в сравнении с зарубежными аналогами.
Паровые котлы серии «Е», выпускаемые ООО «ПТО» (Москва), – вертикально-водотрубные, с двумя барабанами, расположенными на одной вертикальной оси и соединенными между собой трубами диаметром 51 мм.
Котлы серии «Е» выпускаются в следующих модификациях, в зависимости от используемого топлива: Е 1,0-0,9 Г-З (Э) – для работы на природном газе, Е 1,0-0,9 М-З (Э) – для работы на мазуте, Е 1,0-0,9 Р-З (Э) – для работы на твердом топливе, Е 1,6-0,9 ГМН (Э) – для работы на газе или мазуте. Первая из групп цифр, следующая за индексом «Е», обозначает паропроизводительность (т/ч), вторая – давление пара в котле (МПа). Обозначение «Н» указывает на наличие в котле системы наддува.
Котлы серии «Е» предназначены для производства насыщенного водяного пара с рабочим давлением 8 атм. Этот пар потребляется различными предприятиями промышленности, транспорта, а также предприятиями сельского хозяйства для отопительных, технологических, хозяйственных и бытовых нужд.

Рис. 3. Паровой котел с естественной циркуляцией E-1,0 — 0,9 ГМ.

ГК «Комплексные системы» (Петербург) предлагает паровые котлы серии «КЕ» – со слоевыми механическими топками производительностью от 2,5 до 10 т/ч. Эти котлы предназначены для выработки насыщенного или перегретого водяного пара, который находит применение для технологических нужд промышленных предприятий, а также в системах отопления, вентиляции и ГВС.
Серия «КЕ» подразделяется на модификации «КЕ-С», снабженные слоевыми топочными устройствами, и модификации «КЕ-МТ», в которых имеется топка предварительного скоростного горения.
Котлы серий «ДЕ» предлагает промышленная группа «Генерация» (г. Березовский, Свердловская обл.). Они могут работать на различных видах топлива (газ, мазут) и имеют производительность от 4 до 25 т/ч. Предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, используемого для технологических нужд предприятий, а также для отопления, вентиляции и ГВС. Серия «МЕ» отличается от предыдущей серии тем, что котлы этой серии имеют большую на 20 % поверхность нагрева и, соответственно, более высокий КПД. Котлы этой же серии предлагает и компания «Теплоуниверсал» (Петербург).
Из зарубежных производителей можно назвать итальянскую фирму Garioni Naval, поставляющую на Российский рынок промышленные модели марки GMT/HP 200–2000, паропроизводительностью от 0,3 до 3,5 т/ч. Отличительная особенность котлов этой серии – величина рабочего давления получаемого пара, которая может меняться от 5 до 110 атм. Давление водяного пара в указанном диапазоне соответствует температуре теплоносителя от 152 до 318 °С, что позволяет применять котлы этой серии в различных отраслях промышленности.
Паровые котлы высокого давления с естественной циркуляцией типа НРВ (немецкая фирма BBS GmbH) имеют паропроизводительность от 0,3 до 8 т/ч. Водотрубные котлы этой серии способны производить насыщенный пар с рабочим давлением до 120 атм. Теплоноситель с такими параметрами обычно используется в химической, нефтехимической, пищевой, а также косметической промышленностях.
Представлены также паровые котлы низкого давления зарубежного производства. Так, фирма Viessmann (Германия) производит котлы марки Vitoplex 100-LS производительностью 0,26–2,2 т/ч на жидком или газообразном топливе, с рабочим давлением в котле 7 атм.

Статья опубликована в журнале «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» № 2(7)` 2011

Система отопления с естественной циркуляцией

Применение такого типа отопления, как система отопления с естественной циркуляцией, является наиболее распространенным для загородных домов и дач. Ее преимущества – доступность, экономичность, простота монтажа и эксплуатации. Создание системы отопления с естественной циркуляцией не требует использования насосов или дополнительного оборудования, источников питания, поскольку гидростатический напор возникает самопроизвольно во время движения теплоносителя.

Многие считают недостатком то, что использование данной системы допустимо лишь в довольно небольших строениях. В частности, радиус системы (горизонтальное расположение) не должен превышать 30 метров. Кроме того, не все предпочитают использовать отопление без насоса, поскольку скорость включения сети также является достаточно низкой.

Преимущества системы с естественной циркуляцией

Первым и одним из основных достоинств системы можно назвать ее экономичность. На самом деле, ее монтаж, а также и дальнейшее обслуживание, требуют относительно небольших финансовых затрат. Схема отопления с естественной циркуляцией не требует дополнительного оборудования в виде циркуляционных насосов. А это означает, вы не будете ощущать вибрацию и шум их работы. Кроме того, отсутствие необходимости установки такого насоса означает, что вам не придется тратить дополнительные средства на оплату электроэнергии, необходимой для его работы.

Еще одним весомым преимуществом данной системы является то, что теплоноситель циркулирует непрерывно.

Это обусловлено тем, что постоянно происходит изменение температуры и плотности теплоносителя. При этом благодаря такой цикличности происходит равномерное распределение тепла всеми отопительными элементами, входящими в отопление дома с естественной циркуляцией.

Популярность системы связана еще и с тем, что ее проектировка, монтаж и дальнейшее обслуживание не требуют специальных навыков.

Читать еще: Отопление в бане круглый год

То есть, для того чтобы создать качественную отопительную систему, не требуется привлекать дополнительных специалистов – все можно сделать самостоятельно. Точно так же самостоятельно в дальнейшем владелец здания сможет справиться и с незначительными поломками. Однако при правильном планировании и качественном выполнении отопление частного дома без насоса сможет работать, не требуя капитального ремонта не менее 30-35 лет.

Как работает данная система?

Движение теплоносителя (воды) по трубам обусловлено тем, что при повышении и понижении температуры изменяется масса и плотность жидкости. Снижение массы и плотности воды происходит, когда она нагревается в котле. В это время в трубах находится уже отдавшая свое тепло более холодная вода, имеющая большую массу и плотность. При этом под действием гравитационных сил холодная вода в радиаторе замещается водой горячей.

Для того чтобы понять, как именно функционирует гравитационная система отопления, достаточно просто вспомнить курс физики. Нагретая в котле вода, являясь более легкой, свободно поднимается по трубам центрального стояка. В этот момент тяжелая холодная вода опускается в отопительный котел. Горячая вода, достигнув верхней точки, равномерно распределяется по радиаторам. В них холодная вода опускается к нижней части батареи, а после и вовсе покидает ее, потому что ее попросту «вытеснила» горячая.

В момент поступления в радиатор горячего теплоносителя происходит процесс отдачи тепла. То есть, постепенно нагреваются материалы радиатора, передавая тепло непосредственно в помещение. Далее – остывший теплоноситель вновь замещается горячим. Этот процесс непрерывен. Жидкость циркулирует до тех пор, пока идет ее нагрев – то есть, пока работает котел.

Принцип построения отопительной системы с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома состоит из таких элементов:

котел. Именно он осуществляет нагрев теплоносителя. Существует большое количество видов котлов, которые работают на различного типа топливе.
трубопровод. Он может быть как одинарным, так и двойным (для обратного тока).
отопительные элементы – радиаторы.
расширительный бак.

При проектировании и монтаже такой схемы, как самотечная система отопления, крайне важно придерживаться обязательного требования – труба, по которой движется теплоноситель, непременно должна иметь уклон.

Он должен составлять минимум 0,005 м на метр погонный трубы и быть направленным в сторону нагревающего бака. То есть, если радиатор и котел расположены на одном этаже, то уровень входа трубы в радиатор должен быть несколько выше. Необходимость наличия уклона объясняется несколькими факторами:

по трубе, которая имеет уклон, холодная вода значительно быстрее движется к нагревательному баку.
наличие уклона крайне важно для того чтобы пузырьки воздуха, появившиеся в процессе нагревания теплоносителя, эффективнее поднимались в специальный расширительный бак, а оттуда – удалялись в атмосферу.

Наличие расширительного бака в такой системе, как гравитационная система отопления из полипропилена, благотворно влияет на создание дополнительного давления в системе, что делает скорость передвижения теплоносителя несколько выше.

Следует отметить, что скорость перемещения теплоносителя в трубе напрямую зависит сразу от нескольких факторов. Прежде всего, это разница таких величин, как плотность, масса, объем теплоносителя в горячем и холодном состоянии.

Помимо этого, на скорость перемещения теплоносителя влияет также и уровень расположения отопительных элементов (радиаторов) относительно нагревательного котла. Однако гравитационное давление, возникающее во время перемещения теплоносителя, в некоторой степени расходуется в момент, когда жидкость преодолевает сопротивление трубопровода.

Дополнительными препятствиями, на которые также расходуется значительное количество гравитационного давления, являются дополнительные радиаторы, разветвления, повороты, присутствующие в системе. Для более эффективного обогрева (и достижения максимальной скорости перемещения теплоносителя) следует проектировать отопление с естественной циркуляцией так, чтобы подобных препятствий было меньше. В случае если подобная «сложность» системы вызвана необходимостью, решением возникшей сложности является использование труб большего диаметра.

Двухтрубная отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя

Более сложная гравитационная схема отопления, предусматривающая наличие сразу двух контуров отопительной системы. По одному происходит передвижение горячей воды, которая движется от котла к радиаторам. А второй контур предназначен для оттока остывшего теплоносителя от радиаторов к нагревательному котлу. Данная самотечная система отопления предусматривает более тщательное планирование и использования увеличенного количества материалов (труб).

Принцип монтирования двухтрубной системы, предполагающей отопление самотеком, являет собой довольно трудоемкий процесс, который можно разделить на несколько этапов:

монтаж основного стояка. Отопительная труба (по которой движется горячая вода) поднимается от котла к расширительному баку. Следует отметить, что наилучшее место присоединения стояка к баку – нижняя треть от общей его высоты.
на уровне примерно трети высоты помещения (отмерять следует от уровня пола) отопительная труба соединяется с разводкой. Именно от нее и будут прокладываться трубы к приборам отопления – радиаторам.
для своевременного удаления излишков жидкости в системе в бак должна быть врезана также труба перелива. Посредством ее использования лишняя жидкость будет направлена в канализацию.
трубы для отведения уже отработанной (то есть – остывшей) воды следует врезать в нижнюю часть радиатора. По этим трубам вода возвращается к нагревательному котлу. Прокладываются они параллельно трубам подачи горячего теплоносителя.

Планируя естественное отопление дома, следует учитывать некоторые особенности. Прежде всего, труба основного стояка непременно должна быть утеплена – иначе существует вероятность существенной потери тепла.

Кроме того, обязательно следует утеплить помещение, в котором стоит расширительный бак. Чаще всего таким помещением является специальная комната на верхнем этаже или чердак. Если данная комната не будет утеплена, это может привести к тому, что часть теплоносителя попросту замерзнет – а это спровоцирует поломку системы.

Еще одна важная особенность – при планировании системы, перед тем, как сделать отопление без насоса, необходимо тщательно просчитать уровень расположения котла, расширительного бака и радиаторов. При правильном планировании достигается необходимое давление, которое способствует более эффективной работе системы. Следует учитывать, что ниже всего должен располагаться нагревательный котел.

Для него лучше всего оборудовать отдельную комнату на цокольном этаже или в подвале. Если возможности оборудования отдельного помещения нет (или просто нет цоколя, подвала), котел следует располагать в углублении. При правильном расчете, подобной системы достаточно для обогрева строения состоящего из 4-5 комнат с прилегающими бытовыми помещениями.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Однотрубная схема – наиболее простая модель отопительной системы. Такая естественная система отопления предполагает расположение отопительного контура максимально высоко (под потолком). При этом трубы для возвращения отработанного теплоносителя расположены под уровнем пола.

Популярность системы обусловлена тем, что для ее создания используется минимальное количество труб. При этом монтаж не отнимает много времени и сил, поскольку нет необходимости вмуровывать их в стены.

Преимущество данной системы состоит еще и в том, что для ее нормального функционирования допускается расположение радиаторов и нагревательного котла на одном уровне. При этом следует отметить, что двухтрубная гравитационная система отопления двухэтажного дома при подобном расположении радиаторов и котла работать не будет, поскольку в ней недостаточно будет давления для нормальной циркуляции теплоносителя.

Для правильного функционирования системы необходимо наличие в ней расширительного бака. Во многом его объем зависит от количества и размера используемых радиаторов. При этом следует произвести точный расчет гравитационной системы отопления, что максимально бак можно заполнять лишь на ¾ объема.

Следует быть максимально внимательными – уровень теплоносителя не должен опускаться ниже уровня трубы, по которой горячая вода распространяется по трубам к радиаторам.

Если вода не будет достигать уровня разветвителя – подача ее к радиаторам будет прекращена. Для того чтобы была возможность пополнять количество воды в системе, следует подключить к баку трубу с краном, соединенную с системой подачи воды. В таком случае, вы всегда сможете восполнить количество теплоносителя. Кроме того, в баке необходимо установить еще один кран – посредством его можно будет спускать всю воду из системы в случае, если потребовался ремонт.

Можно с уверенностью сказать, что гравитационное отопление – идеальный выбор практичного владельца небольшого загородного домика. А для больших строений целесообразнее использовать не самотечные системы отопления, а двухтрубную систему, дополнив ее циркуляционным насосом.

0 0 голоса

Рейтинг статьи