Hệ thống sưởi ấm tuần hoàn tự nhiên: sơ đồ mạch nước thông thường

Việc xây dựng mạng lưới sưởi ấm kiểu trọng lực tự động được chọn nếu việc lắp đặt máy bơm tuần hoàn hoặc kết nối với nguồn điện tập trung là không thực tế và đôi khi không thể.

Hệ thống như vậy lắp đặt rẻ hơn và hoàn toàn không phụ thuộc vào điện. Tuy nhiên, hiệu suất của nó phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thiết kế.

Để hệ thống sưởi có tuần hoàn tự nhiên hoạt động trơn tru, cần phải tính toán các thông số của nó, lắp đặt chính xác các bộ phận và lựa chọn thiết kế mạch nước hợp lý. Chúng tôi sẽ giúp giải quyết những vấn đề này.

Chúng tôi đã mô tả các nguyên tắc hoạt động chính của hệ thống trọng lực, đưa ra lời khuyên về việc chọn đường ống và vạch ra các quy tắc lắp ráp mạch và đặt các bộ phận làm việc. Chúng tôi đặc biệt chú ý đến các tính năng thiết kế và vận hành của hệ thống sưởi một và hai ống.

Nguyên lý của quá trình tuần hoàn tự nhiên

Quá trình chuyển động của nước trong mạch gia nhiệt mà không sử dụng bơm tuần hoàn xảy ra do các quy luật vật lý tự nhiên.

Hiểu bản chất của các quá trình này sẽ cho phép người có thẩm quyền phát triển dự án hệ thống sưởi ấm cho các trường hợp tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn.

Chênh lệch áp suất thủy tĩnh tối đa

Đặc tính vật lý chính của bất kỳ chất làm mát nào (nước hoặc chất chống đông), tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển động của nó dọc theo mạch trong quá trình tuần hoàn tự nhiên, là sự giảm mật độ khi nhiệt độ tăng.

Mật độ của nước nóng nhỏ hơn nước lạnh và do đó có sự chênh lệch áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng ấm và lạnh. Nước lạnh chảy vào bộ trao đổi nhiệt, đẩy nước nóng lên đường ống.

Động lực của nước trong mạch trong quá trình tuần hoàn tự nhiên là sự chênh lệch áp suất thủy tĩnh giữa cột chất lỏng lạnh và nóng.

Mạch sưởi ấm của một ngôi nhà có thể được chia thành nhiều phần. Nước được dẫn lên dọc theo các mảnh “nóng” và hướng xuống dọc theo các mảnh “lạnh”.Ranh giới của các mảnh là điểm trên và dưới của hệ thống sưởi ấm.

Nhiệm vụ chính của mô hình hóa hệ thống tuần hoàn tự nhiênnước là đạt được sự chênh lệch tối đa có thể có giữa áp suất của cột chất lỏng trong các mảnh “nóng” và “lạnh”.

Một yếu tố cổ điển của mạch nước để tuần hoàn tự nhiên là ống tăng tốc (ống dẫn chính) - một ống thẳng đứng hướng lên trên từ bộ trao đổi nhiệt.

Ống góp gia tốc phải có nhiệt độ tối đa để nó được cách nhiệt dọc theo toàn bộ chiều dài của nó. Tuy nhiên, nếu chiều cao của ống thu không cao (như đối với nhà một tầng) thì việc cách nhiệt có thể không được thực hiện vì nước trong đó sẽ không có thời gian để nguội.

Thông thường, hệ thống được thiết kế sao cho điểm trên cùng của bộ thu gia tốc trùng với điểm trên cùng của toàn bộ mạch. Có lối ra vào bể mở rộng mở hoặc van thông hơi nếu sử dụng bể màng.

Khi đó độ dài của đoạn mạch “nóng” là nhỏ nhất có thể, dẫn đến giảm tổn thất nhiệt ở khu vực này.

Điều mong muốn là phần “nóng” của mạch không được kết hợp với phần vận chuyển chất làm mát được làm mát trong thời gian dài. Lý tưởng nhất là điểm thấp nhất của mạch nước trùng với điểm thấp nhất của bộ trao đổi nhiệt đặt trong thiết bị sưởi.

Nồi hơi được đặt càng thấp trong hệ thống sưởi thì áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong phần nóng của mạch càng thấp.

Đoạn “lạnh” của mạch nước cũng có quy luật riêng làm tăng áp suất chất lỏng:

• tổn thất nhiệt ở phần “lạnh” của mạng lưới sưởi ấm càng lớn, nhiệt độ của nước càng thấp và mật độ của nó càng lớn, do đó, hoạt động của các hệ thống có tuần hoàn tự nhiên chỉ có thể thực hiện được khi truyền nhiệt đáng kể;
• khoảng cách từ điểm dưới cùng của mạch đến kết nối bộ tản nhiệt càng lớn, diện tích cột nước có nhiệt độ tối thiểu và mật độ tối đa càng lớn.

Để đảm bảo tuân thủ quy tắc cuối cùng này, lò sưởi hoặc nồi hơi thường được lắp đặt ở điểm thấp nhất của ngôi nhà, chẳng hạn như tầng hầm. Vị trí đặt lò hơi này đảm bảo khoảng cách tối đa có thể giữa mức thấp hơn của bộ tản nhiệt và điểm đưa nước vào bộ trao đổi nhiệt.

Tuy nhiên, độ cao giữa điểm dưới và điểm trên của mạch nước trong quá trình tuần hoàn tự nhiên không được quá cao (trong thực tế không quá 10 mét). Lò hoặc nồi hơi chỉ làm nóng bộ trao đổi nhiệt và phần dưới của ống tăng tốc.

Nếu đoạn này không đáng kể so với toàn bộ chiều cao của mạch nước, thì độ sụt áp ở đoạn “nóng” của mạch sẽ không đáng kể và quá trình tuần hoàn sẽ không bắt đầu.

Việc sử dụng hệ thống tuần hoàn tự nhiên cho các tòa nhà hai tầng là khá hợp lý, nhưng đối với các tòa nhà lớn hơn sẽ cần có máy bơm tuần hoàn

Giảm thiểu sức cản chuyển động của nước

Khi thiết kế một hệ thống có tuần hoàn tự nhiên, cần tính đến tốc độ chuyển động của chất làm mát dọc theo mạch.

Trước hết, tốc độ càng nhanh thì quá trình truyền nhiệt sẽ diễn ra càng nhanh qua hệ thống “nồi hơi - bộ trao đổi nhiệt - mạch nước - bộ tản nhiệt sưởi ấm - phòng”.

Thứ hai, tốc độ của chất lỏng qua bộ trao đổi nhiệt càng nhanh thì khả năng sôi càng ít, điều này đặc biệt quan trọng đối với việc đun nóng bếp.

Việc đun sôi nước trong hệ thống có thể rất tốn kém - chi phí tháo dỡ, sửa chữa và lắp đặt lại bộ trao đổi nhiệt đòi hỏi nhiều thời gian và tiền bạc

Trong các hệ thống sưởi ấm tuần hoàn cưỡng bức tốc độ chuyển động của nước chủ yếu phụ thuộc vào các thông số bơm tuần hoàn.

Với việc đun nước nóng tuần hoàn tự nhiên, tốc độ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Áp suất chênh lệch giữa các đoạn của đường viền ở điểm dưới của nó;
• sức cản thủy động hệ thống máy sưởi.

Các phương pháp đảm bảo chênh lệch áp suất tối đa đã được thảo luận ở trên. Sức cản thủy động lực của một hệ thống thực không thể được tính toán chính xác do mô hình toán học phức tạp và số lượng lớn dữ liệu đầu vào, độ chính xác khó đảm bảo.

Tuy nhiên, có những quy tắc chung mà nếu tuân theo sẽ làm giảm điện trở của mạch sưởi.

Những lý do chính làm giảm tốc độ di chuyển của nước là lực cản của thành ống và sự xuất hiện của các điểm thu hẹp do sự hiện diện của các phụ kiện hoặc van ngắt. Ở tốc độ dòng chảy thấp, hầu như không có lực cản của tường.

Ngoại lệ là các ống dài và mỏng, điển hình để sưởi ấm bằng sàn có hệ thống sưởi. Theo quy định, các mạch riêng biệt có tuần hoàn cưỡng bức được phân bổ cho nó.

Khi chọn loại ống cho mạch tuần hoàn tự nhiên, bạn sẽ phải tính đến sự hiện diện của các hạn chế kỹ thuật khi lắp đặt hệ thống. Đó là lý do tại sao ống nhựa kim loại Việc sử dụng chúng với sự tuần hoàn nước tự nhiên là điều không mong muốn do chúng kết nối với các phụ kiện có đường kính trong nhỏ hơn đáng kể.

Các phụ kiện cho ống nhựa kim loại phần nào thu hẹp đường kính trong và là trở ngại nghiêm trọng đối với nước có áp suất thấp (+)

Quy tắc lựa chọn và lắp đặt đường ống

Lựa chọn giữa thép hoặc ống polypropylen đối với bất kỳ sự lưu thông nào xảy ra theo tiêu chí về khả năng sử dụng nước nóng của chúng, cũng như từ quan điểm về giá cả, tính dễ lắp đặt và tuổi thọ sử dụng.

Bộ tăng nguồn cung cấp được gắn từ một ống kim loại, vì nước có nhiệt độ cao nhất đi qua nó và trong trường hợp bếp nóng hoặc bộ trao đổi nhiệt gặp trục trặc, hơi nước có thể đi qua.

Với tuần hoàn tự nhiên, cần sử dụng đường kính ống lớn hơn một chút so với khi sử dụng bơm tuần hoàn. Thông thường, để sưởi ấm các phòng có diện tích lên tới 200 mét vuông. m, đường kính của ống góp gia tốc và đường ống ở đầu vào hồi lưu tới bộ trao đổi nhiệt là 2 inch.

Điều này là do tốc độ nước thấp hơn so với phương án tuần hoàn cưỡng bức, dẫn đến các vấn đề sau:

• giảm lượng nhiệt truyền trên một đơn vị thời gian từ nguồn đến phòng được sưởi ấm;
• sự xuất hiện của tắc nghẽn hoặc túi khí, điều mà một chút áp lực không thể xử lý được.

Khi sử dụng tuần hoàn tự nhiên với mạch cung cấp phía dưới, phải đặc biệt chú ý đến vấn đề loại bỏ không khí ra khỏi hệ thống. Nó không thể được loại bỏ hoàn toàn khỏi chất làm mát thông qua bể giãn nở, bởi vì Nước sôi trước tiên đi vào thiết bị thông qua một đường nằm thấp hơn thiết bị.

Với tuần hoàn cưỡng bức, áp suất nước đẩy không khí đến bộ thu không khí được lắp đặt ở điểm cao nhất của hệ thống - một thiết bị có điều khiển tự động, thủ công hoặc bán tự động. Bằng cách sử dụng cần cẩu Mayevsky Về cơ bản, truyền nhiệt được điều chỉnh.

Trong mạng lưới sưởi ấm bằng trọng lực có nguồn cung cấp nằm bên dưới thiết bị, vòi Mayevsky được sử dụng trực tiếp để thoát khí.

Tất cả các bộ tản nhiệt sưởi ấm hiện đại đều có thiết bị giải phóng không khí, do đó, để ngăn chặn sự hình thành các phích cắm trong mạch điện, bạn có thể tạo độ dốc, đẩy không khí đến bộ tản nhiệt

Không khí cũng có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng các lỗ thông hơi được lắp đặt trên mỗi ống nâng hoặc trên đường dây trên không đặt song song với nguồn điện của hệ thống. Do số lượng thiết bị xả khí ấn tượng, mạch trọng lực có hệ thống dây điện phía dưới cực kỳ hiếm khi được sử dụng.

Với áp suất thấp, một khóa không khí nhỏ có thể dừng hoàn toàn hệ thống sưởi. Do đó, theo SNiP 41-01-2003, không được phép đặt đường ống của hệ thống sưởi ấm không có độ dốc ở tốc độ nước dưới 0,25 m/s.

Với sự lưu thông tự nhiên, tốc độ như vậy là không thể đạt được. Vì vậy, ngoài việc tăng đường kính của đường ống, cần duy trì độ dốc không đổi để loại bỏ không khí ra khỏi hệ thống sưởi. Độ dốc được thiết kế ở mức 2-3 mm trên 1 mét, trong mạng lưới chung cư, độ dốc đạt 5 mm trên một mét tuyến tính của đường ngang.

Độ dốc cung cấp được thực hiện theo hướng chuyển động của nước để không khí di chuyển đến bình giãn nở hoặc hệ thống xả khí nằm ở điểm trên cùng của mạch. Mặc dù có thể làm mái dốc ngược nhưng trong trường hợp này cần phải lắp đặt thêm van thông hơi.

Độ dốc của đường hồi thường được thực hiện theo hướng chuyển động của nước lạnh. Khi đó điểm thấp nhất của mạch sẽ trùng với lối vào của đường ống hồi lưu tới bộ tạo nhiệt.

Sự kết hợp phổ biến nhất giữa hướng dốc của đường ống cấp và đường hồi để loại bỏ các túi khí khỏi mạch nước tuần hoàn tự nhiên

Tại lắp đặt sàn có hệ thống sưởi một khu vực nhỏ trong mạch có sự tuần hoàn tự nhiên, cần ngăn không khí đi vào các đường ống hẹp và nằm ngang của hệ thống sưởi ấm này.Cần lắp đặt thiết bị loại bỏ không khí phía trước sàn có hệ thống sưởi.

Sơ đồ sưởi ấm một ống và hai ống

Khi phát triển sơ đồ sưởi ấm cho một ngôi nhà có tuần hoàn nước tự nhiên, có thể thiết kế một hoặc một số mạch riêng biệt. Chúng có thể khác biệt đáng kể với nhau. Bất kể chiều dài, số lượng bộ tản nhiệt và các thông số khác, chúng được chế tạo theo sơ đồ một ống hoặc hai ống.

Mạch sử dụng một dòng

Hệ thống sưởi ấm sử dụng cùng một đường ống để cung cấp nước tuần tự cho bộ tản nhiệt được gọi là đường ống đơn. Tùy chọn ống đơn đơn giản nhất là sưởi ấm bằng ống kim loại mà không cần sử dụng bộ tản nhiệt.

Đây là cách rẻ nhất và ít vấn đề nhất để sưởi ấm ngôi nhà khi chọn tuần hoàn chất làm mát tự nhiên. Nhược điểm đáng kể duy nhất là sự xuất hiện của các đường ống cồng kềnh.

Ở mức tiết kiệm nhất phiên bản ống đơn Với bộ tản nhiệt sưởi ấm, nước nóng tuần tự chảy qua từng thiết bị. Ở đây cần có số lượng ống và van ngắt tối thiểu.

Khi bạn đi chất làm mát nguội đi nên các bộ tản nhiệt tiếp theo nhận được nước lạnh hơn, điều này phải được tính đến khi tính toán số phần.

Mạch một ống đơn giản (ở trên) yêu cầu số lượng công việc lắp đặt và đầu tư tối thiểu. Tùy chọn phức tạp và đắt tiền hơn bên dưới cho phép bạn tắt bộ tản nhiệt mà không cần dừng toàn bộ hệ thống

Cách hiệu quả nhất để kết nối các thiết bị sưởi ấm với mạng ống đơn được coi là tùy chọn đường chéo.

Theo sơ đồ mạch sưởi ấm với kiểu tuần hoàn tự nhiên này, nước nóng đi vào bộ tản nhiệt từ phía trên và sau khi làm mát, nó được xả qua đường ống nằm bên dưới.Khi đi theo cách này, nước nóng sẽ tỏa ra lượng nhiệt tối đa.

Khi cả hai ống đầu vào và đầu ra đều được kết nối với pin ở phía dưới, quá trình truyền nhiệt sẽ giảm đáng kể do chất làm mát được làm nóng phải di chuyển trên con đường dài nhất có thể. Do khả năng làm mát đáng kể, pin có số lượng phần lớn không được sử dụng trong các mạch như vậy.

“Leningradka” được đặc trưng bởi sự thất thoát nhiệt ấn tượng, cần phải tính đến khi tính toán hệ thống. Ưu điểm của nó là khi sử dụng van ngắt trên đường ống vào và ra, các thiết bị có thể được tắt có chọn lọc để sửa chữa mà không cần dừng chu trình gia nhiệt (+)

Các mạch sưởi ấm có kết nối tương tự của bộ tản nhiệt được gọi là “Leningradka". Mặc dù có những tổn thất nhiệt được ghi nhận, chúng vẫn được ưu tiên sử dụng trong việc bố trí hệ thống sưởi ấm dân dụng, do vẻ ngoài thẩm mỹ hơn của đường ống.

Một nhược điểm đáng kể của mạng lưới đường ống đơn là không có khả năng tắt một trong các bộ phận sưởi ấm mà không ngừng lưu thông nước trong toàn bộ mạch.

Do đó, họ thường sử dụng cách hiện đại hóa sơ đồ cổ điển bằng cách lắp đặt “đường vòng» bỏ qua bộ tản nhiệt bằng cách sử dụng một nhánh có hai van bi hoặc van ba chiều. Điều này cho phép bạn điều chỉnh lượng nước cung cấp cho bộ tản nhiệt, thậm chí tắt hoàn toàn.

Đối với các tòa nhà hai tầng trở lên, các biến thể của sơ đồ ống đơn với các bậc thang thẳng đứng được sử dụng. Trong trường hợp này, sự phân bổ nước nóng đồng đều hơn so với các ống đứng ngang. Ngoài ra, các bậc thang thẳng đứng ngắn hơn và phù hợp hơn với nội thất của ngôi nhà.

Sơ đồ ống đơn với hệ thống dây điện thẳng đứng được sử dụng thành công khi sưởi ấm các phòng hai tầng bằng cách sử dụng tuần hoàn tự nhiên. Một tùy chọn đã được đưa ra với khả năng vô hiệu hóa bộ tản nhiệt phía trên

Tùy chọn sử dụng đường ống hồi lưu

Khi một ống được sử dụng để cung cấp nước nóng cho bộ tản nhiệt và ống thứ hai để xả nước làm mát vào nồi hơi hoặc lò nung, sơ đồ sưởi ấm này được gọi là hệ thống sưởi ấm hai ống. Với sự hiện diện của bộ tản nhiệt sưởi ấm, hệ thống như vậy được sử dụng thường xuyên hơn hệ thống ống đơn.

Nó đắt hơn vì nó yêu cầu lắp đặt một đường ống bổ sung, nhưng có một số ưu điểm đáng kể:

• phân bố nhiệt độ đồng đều hơn chất làm mát cung cấp cho bộ tản nhiệt;
• dễ tính toán hơn sự phụ thuộc của các thông số bộ tản nhiệt vào diện tích phòng được sưởi ấm và các giá trị nhiệt độ cần thiết;
• Kiểm soát nhiệt hiệu quả hơn đến từng bộ tản nhiệt.

Tùy thuộc vào hướng chuyển động của nước lạnh so với nước nóng, hệ thống hai ống chia thành đi qua và ngõ cụt. Trong các mạch liên kết, chuyển động của nước làm mát xảy ra cùng chiều với nước nóng nên độ dài chu trình của toàn bộ mạch là như nhau.

Trong các mạch điện cụt, nước được làm mát sẽ di chuyển về phía nước nóng, do đó, đối với các bộ tản nhiệt khác nhau, độ dài của chu trình tuần hoàn chất làm mát sẽ khác nhau. Vì tốc độ trong hệ thống thấp nên thời gian gia nhiệt có thể thay đổi đáng kể. Những bộ tản nhiệt có chu kỳ nước ngắn hơn sẽ nóng lên nhanh hơn.

Khi lựa chọn các phương án sưởi ấm cụ thể và liên quan, chúng chủ yếu tiến hành từ sự thuận tiện của việc lắp đặt đường ống hồi lưu

Có hai loại vị trí của lớp lót so với bộ tản nhiệt: trên và dưới.Với kết nối trên cùng, đường ống cung cấp nước nóng nằm phía trên bộ tản nhiệt sưởi ấm và với kết nối phía dưới, nó nằm ở bên dưới.

Với kết nối phía dưới, có thể loại bỏ không khí qua bộ tản nhiệt và không cần phải chạy đường ống từ trên cao, điều này là tốt theo quan điểm thiết kế phòng.

Tuy nhiên, nếu không có ống góp tăng tốc thì độ sụt áp sẽ ít hơn nhiều so với khi sử dụng dòng trên. Do đó, lớp lót đáy thực tế không được sử dụng khi sưởi ấm cơ sở theo nguyên tắc tuần hoàn tự nhiên.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Tổ chức mạch đơn ống dựa trên nồi hơi điện cho một ngôi nhà nhỏ:

Vận hành hệ thống hai ống cho ngôi nhà gỗ một tầng dựa trên nồi hơi nhiên liệu rắn đốt lâu:

Việc sử dụng tuần hoàn tự nhiên trong quá trình di chuyển của nước trong mạch sưởi ấm đòi hỏi phải tính toán chính xác và công việc lắp đặt có năng lực kỹ thuật. Nếu những điều kiện này được đáp ứng, hệ thống sưởi ấm sẽ sưởi ấm cơ sở của một ngôi nhà riêng một cách hiệu quả và giúp chủ sở hữu thoát khỏi tiếng ồn của máy bơm và sự phụ thuộc vào điện.

Nếu bạn có thắc mắc về chủ đề hoặc muốn chia sẻ kinh nghiệm cá nhân trong việc tổ chức và vận hành hệ thống sưởi ấm kiểu trọng lực, vui lòng để lại bình luận tại bài viết này. Khối phản hồi nằm ở bên dưới.