Impianto di riscaldamento a circolazione naturale: schemi elettrici comuni dell'acqua
La costruzione di una rete di riscaldamento autonoma a gravità viene scelta se è poco pratico, e talvolta impossibile, installare una pompa di circolazione o collegarsi a una rete elettrica centralizzata.
Un tale sistema è più economico da installare ed è completamente indipendente dall'elettricità. Tuttavia, le sue prestazioni dipendono in gran parte dalla precisione del progetto.
Affinché un sistema di riscaldamento a circolazione naturale funzioni senza problemi, è necessario calcolarne i parametri, installare correttamente i componenti e selezionare ragionevolmente il progetto del circuito idraulico. Aiuteremo a risolvere questi problemi.
Abbiamo descritto i principali principi di funzionamento del sistema a gravità, fornito consigli sulla scelta della tubazione e delineato le regole per l'assemblaggio del circuito e il posizionamento delle unità di lavoro. Abbiamo prestato particolare attenzione alle caratteristiche di progettazione e funzionamento degli schemi di riscaldamento a uno e due tubi.
Il contenuto dell'articolo:
Principi del processo di circolazione naturale
Il processo di movimento dell'acqua nel circuito di riscaldamento senza l'uso di una pompa di circolazione avviene a causa di leggi fisiche naturali.
Comprendere la natura di questi processi consentirà competenze competenti sviluppare un progetto di sistema di riscaldamento per casi standard e non standard.
Massima differenza di pressione idrostatica
La principale proprietà fisica di qualsiasi liquido refrigerante (acqua o antigelo), che ne facilita il movimento lungo il circuito durante la circolazione naturale, è una diminuzione della densità all'aumentare della temperatura.
La densità dell'acqua calda è inferiore a quella dell'acqua fredda e quindi c'è una differenza nella pressione idrostatica delle colonne di liquido calde e fredde. L'acqua fredda, che scorre verso lo scambiatore di calore, sposta l'acqua calda lungo il tubo.
Il circuito di riscaldamento di una casa può essere suddiviso in più frammenti. L'acqua viene diretta verso l'alto lungo i frammenti “caldi” e verso il basso lungo i frammenti “freddi”.I confini dei frammenti sono i punti superiore e inferiore del sistema di riscaldamento.
Il compito principale nella modellazione sistemi di circolazione naturalel'acqua deve raggiungere la massima differenza possibile tra la pressione della colonna di liquido nei frammenti “caldi” e “freddi”.
Un elemento classico del circuito dell'acqua per la circolazione naturale è il collettore di accelerazione (montante principale), un tubo verticale diretto verso l'alto dallo scambiatore di calore.
Il collettore di accelerazione deve avere una temperatura massima, quindi è isolato su tutta la sua lunghezza. Tuttavia, se l'altezza del collettore non è elevata (come per le case a un piano), l'isolamento potrebbe non essere effettuato, poiché l'acqua al suo interno non avrà il tempo di raffreddarsi.
Tipicamente il sistema è progettato in modo tale che il punto più alto del collettore di accelerazione coincida con il punto più alto dell'intero circuito. C'è un'uscita per vaso di espansione aperto oppure una valvola di sfiato aria se si utilizza un serbatoio a membrana.
Quindi la lunghezza del frammento del circuito “caldo” è la minima possibile, il che porta ad una diminuzione della perdita di calore in quest'area.
È inoltre auspicabile che la parte “calda” del circuito non sia combinata con una sezione a lungo termine che trasporta il liquido di raffreddamento raffreddato. Idealmente, il punto più basso del circuito dell'acqua coincide con il punto più basso dello scambiatore di calore posto nel dispositivo di riscaldamento.
Anche il segmento “freddo” del circuito idraulico ha le proprie regole che aumentano la pressione del fluido:
- maggiore è la perdita di calore nella sezione “fredda” della rete di riscaldamento, minore è la temperatura dell'acqua e maggiore è la sua densità, pertanto il funzionamento dei sistemi a circolazione naturale è possibile solo con significativo trasferimento di calore;
- maggiore è la distanza dal punto inferiore del circuito all'attacco del radiatore, maggiore è l'area della colonna d'acqua con temperatura minima e densità massima.
Per garantire il rispetto di quest'ultima regola, spesso il forno o la caldaia vengono installati nel punto più basso della casa, come ad esempio il seminterrato. Questo posizionamento della caldaia garantisce la massima distanza possibile tra il livello inferiore dei radiatori e il punto di ingresso dell'acqua nello scambiatore di calore.
Tuttavia, l'altezza tra il punto inferiore e quello superiore del circuito dell'acqua durante la circolazione naturale non dovrebbe essere troppo elevata (in pratica, non più di 10 metri). Il forno o la caldaia riscalda solo lo scambiatore di calore e la parte inferiore del collettore di accelerazione.
Se questo frammento è insignificante rispetto all'intera altezza del circuito dell'acqua, la caduta di pressione nel frammento “caldo” del circuito sarà insignificante e il processo di circolazione non inizierà.
Minimizzare la resistenza al movimento dell'acqua
Quando si progetta un sistema a circolazione naturale, è necessario tenere conto della velocità di movimento del liquido di raffreddamento lungo il circuito.
Innanzitutto, maggiore è la velocità, più veloce sarà il trasferimento di calore attraverso il sistema “caldaia - scambiatore di calore - circuito acqua - radiatori di riscaldamento - ambiente”.
In secondo luogo, maggiore è la velocità del liquido attraverso lo scambiatore di calore, minore è la probabilità che bolle, il che è particolarmente importante per il riscaldamento della stufa.
Nei sistemi riscaldamento a circolazione forzata la velocità del movimento dell'acqua dipende principalmente dai parametri pompa di circolazione.
Nel caso del riscaldamento dell'acqua a circolazione naturale la velocità dipende dai seguenti fattori:
- differenza di pressione tra frammenti del contorno nel suo punto inferiore;
- resistenza idrodinamica sistema di riscaldamento.
I metodi per garantire la massima differenza di pressione sono stati discussi sopra. La resistenza idrodinamica di un sistema reale non può essere calcolata con precisione a causa del complesso modello matematico e dell'elevato numero di dati di input, la cui accuratezza è difficile da garantire.
Esistono però delle regole generali che, se seguite, ridurranno la resistenza del circuito di riscaldamento.
I motivi principali della diminuzione della velocità di movimento dell'acqua sono la resistenza delle pareti dei tubi e la presenza di strozzature dovute alla presenza di raccordi o valvole di intercettazione. A basse portate non vi è praticamente alcuna resistenza della parete.
L'eccezione sono i tubi lunghi e sottili, tipici del riscaldamento pavimento riscaldato. Di norma, vengono assegnati circuiti separati con circolazione forzata.
Quando si scelgono le tipologie di tubi per un circuito a circolazione naturale, si dovrà tenere conto della presenza di vincoli tecnici durante l'installazione dell'impianto. Ecco perché tubi metallo-plastici Non è auspicabile utilizzarli con circolazione naturale dell'acqua perché sono collegati a raccordi con un diametro interno notevolmente inferiore.
Regole per la selezione e l'installazione dei tubi
Scelta tra acciaio o tubi in polipropilene per qualsiasi circolazione avviene secondo il criterio della possibilità del loro utilizzo per l'acqua calda, nonché dal punto di vista del prezzo, della facilità di installazione e della durata.
Il montante di alimentazione è montato da un tubo metallico, poiché attraverso di esso passa l'acqua alla temperatura più alta e, in caso di riscaldamento della stufa o malfunzionamento dello scambiatore di calore, può passare il vapore.
Con circolazione naturale è necessario utilizzare un diametro del tubo leggermente maggiore rispetto a quando si utilizza una pompa di circolazione. Tipicamente, per riscaldare ambienti fino a 200 mq. m, il diametro del collettore di accelerazione e del tubo all'ingresso di ritorno allo scambiatore di calore è di 2 pollici.
Ciò è causato da una velocità dell’acqua inferiore rispetto all’opzione di circolazione forzata, che porta ai seguenti problemi:
- riduzione della quantità di calore trasferito per unità di tempo dalla sorgente all'ambiente riscaldato;
- la comparsa di ostruzioni o sacche d'aria, che una piccola pressione non può gestire.
Quando si utilizza la circolazione naturale con circuito di alimentazione dal basso, particolare attenzione deve essere posta al problema della rimozione dell'aria dall'impianto. Non può essere completamente rimosso dal liquido di raffreddamento attraverso il serbatoio di espansione, perché L'acqua bollente entra prima nei dispositivi attraverso una linea situata più in basso di loro.
Nella circolazione forzata, la pressione dell'acqua spinge l'aria verso un collettore d'aria installato nel punto più alto del sistema, un dispositivo con controllo automatico, manuale o semiautomatico. Usando Gru Maevskij Fondamentalmente, il trasferimento di calore viene regolato.
Nelle reti di riscaldamento gravitazionale con alimentazione situata sotto gli apparecchi, i rubinetti Mayevski vengono utilizzati direttamente per lo spurgo dell'aria.
È possibile effettuare lo scarico dell'aria anche mediante prese d'aria installate su ciascun montante o su una linea aerea posata parallelamente alla rete elettrica dell'impianto. A causa del numero impressionante di dispositivi di scarico dell'aria, i circuiti a gravità con cablaggio inferiore vengono utilizzati molto raramente.
Con una bassa pressione, una piccola sacca d'aria può arrestare completamente il sistema di riscaldamento. Pertanto, secondo SNiP 41-01-2003, non è consentito posare le tubazioni del sistema di riscaldamento senza pendenza con una velocità dell'acqua inferiore a 0,25 m/s.
Con la circolazione naturale tali velocità sono irraggiungibili. Pertanto, oltre ad aumentare il diametro delle tubazioni, è necessario mantenere pendenze costanti per eliminare l'aria dall'impianto di riscaldamento. La pendenza è progettata in ragione di 2-3 mm per 1 metro, nelle reti di appartamenti la pendenza raggiunge 5 mm per metro lineare della linea orizzontale.
La pendenza di alimentazione viene effettuata nella direzione del movimento dell'acqua in modo che l'aria si sposti verso il vaso di espansione o il sistema di sfiato situato nella parte superiore del circuito. Sebbene sia possibile realizzare una contropendenza, in questo caso è necessario installarla ulteriormente valvola di sfiato.
La pendenza della linea di ritorno viene solitamente realizzata nella direzione del movimento dell'acqua refrigerata. Quindi il punto più basso del circuito coinciderà con l'ingresso del tubo di ritorno al generatore di calore.
A installazione di pavimenti riscaldati una piccola area in un circuito a circolazione naturale, è necessario evitare che l'aria entri nei tubi stretti e disposti orizzontalmente di questo impianto di riscaldamento.È necessario installare un dispositivo di rimozione dell'aria davanti al pavimento riscaldato.
Schemi di riscaldamento monotubo e bitubo
Quando si sviluppa uno schema di riscaldamento per una casa con circolazione naturale dell'acqua, è possibile progettare uno o più circuiti separati. Possono differire in modo significativo l'uno dall'altro. Indipendentemente dalla lunghezza, dal numero di radiatori e da altri parametri, sono realizzati secondo uno schema monotubo o bitubo.
Circuito che utilizza una linea
Un sistema di riscaldamento che utilizza lo stesso tubo per la fornitura sequenziale di acqua ai radiatori è chiamato monotubo. L'opzione monotubo più semplice è il riscaldamento con tubi metallici senza l'uso di radiatori.
Questo è il modo più economico e meno problematico per riscaldare una casa quando si sceglie la circolazione naturale del refrigerante. L'unico svantaggio significativo è l'aspetto di tubi ingombranti.
Al massimo economico versione monotubo Con i radiatori per il riscaldamento, l'acqua calda scorre in sequenza attraverso ciascun dispositivo. Qui è richiesto un numero minimo di tubi e valvole di intercettazione.
Appena vai refrigerante si raffredda, quindi i radiatori successivi ricevono acqua più fredda, di cui bisogna tenere conto nel calcolo del numero di sezioni.
Il modo più efficace per collegare i dispositivi di riscaldamento a una rete monotubo è considerato l'opzione diagonale.
Secondo questo schema di circuiti di riscaldamento a circolazione naturale, l'acqua calda entra nel radiatore dall'alto e, dopo essersi raffreddata, viene scaricata attraverso il tubo situato sotto.Passando in questo modo, l'acqua riscaldata cede la massima quantità di calore.
Quando sia il tubo di ingresso che quello di uscita sono collegati alla batteria nella parte inferiore, il trasferimento di calore è notevolmente ridotto, poiché il liquido di raffreddamento riscaldato deve percorrere il percorso più lungo possibile. A causa del raffreddamento significativo, in tali circuiti non vengono utilizzate batterie con un numero elevato di sezioni.
I circuiti di riscaldamento con collegamento simile ai radiatori sono chiamati “Leningrado". Nonostante le perdite di calore rilevate, sono preferite nella disposizione dei sistemi di riscaldamento residenziale, a causa dell'aspetto più estetico della tubazione.
Uno svantaggio significativo delle reti monotubo è l'impossibilità di spegnere una delle sezioni di riscaldamento senza interrompere la circolazione dell'acqua nell'intero circuito.
Pertanto, di solito utilizzano una modernizzazione dello schema classico con l’installazione “circonvallazione» bypassare il radiatore utilizzando un ramo con due valvole a sfera o una valvola a tre vie. Ciò consente di regolare l'afflusso di acqua al radiatore, anche spegnendolo completamente.
Per gli edifici a due o più piani vengono utilizzate varianti di uno schema monotubo con montanti verticali. In questo caso la distribuzione dell'acqua calda è più uniforme rispetto alle colonne montanti orizzontali. Inoltre, i montanti verticali sono più corti e si adattano meglio all'interno della casa.
Opzione con tubo di ritorno
Quando un tubo viene utilizzato per fornire acqua calda ai radiatori e il secondo per scaricare l'acqua raffreddata in una caldaia o in un forno, questo schema di riscaldamento è chiamato sistema di riscaldamento a due tubi. In presenza di radiatori per il riscaldamento, tale sistema viene utilizzato più spesso di un sistema monotubo.
È più costoso, poiché richiede l'installazione di un tubo aggiuntivo, ma presenta numerosi vantaggi significativi:
- distribuzione più uniforme della temperatura liquido refrigerante fornito ai radiatori;
- più facile da calcolare dipendenza dei parametri del radiatore dall'area della stanza riscaldata e dai valori di temperatura richiesti;
- controllo del calore più efficiente ad ogni radiatore.
A seconda della direzione del movimento dell'acqua refrigerata rispetto all'acqua calda, impianti a due tubi diviso in passaggio e vicolo cieco. Nei circuiti associati, il movimento dell'acqua raffreddata avviene nella stessa direzione dell'acqua calda, quindi la durata del ciclo per l'intero circuito è la stessa.
Nei circuiti senza uscita, l'acqua raffreddata si sposta verso l'acqua calda, quindi per diversi radiatori la durata dei cicli di circolazione del liquido di raffreddamento è diversa. Poiché la velocità nel sistema è bassa, il tempo di riscaldamento può variare in modo significativo. Quei radiatori la cui durata del ciclo dell'acqua è più breve si riscalderanno più velocemente.
Esistono due tipi di posizione del rivestimento rispetto ai radiatori di riscaldamento: superiore e inferiore.Con il collegamento superiore il tubo che fornisce l'acqua calda si trova sopra i radiatori del riscaldamento, mentre con il collegamento inferiore è sotto.
Con un collegamento dal basso è possibile far uscire l'aria attraverso i radiatori e non è necessario far passare i tubi dall'alto, il che è positivo dal punto di vista della progettazione degli ambienti.
Tuttavia, senza un collettore di accelerazione, la caduta di pressione sarà molto inferiore rispetto a quando si utilizza la linea superiore. Pertanto, il rivestimento inferiore non viene praticamente utilizzato quando si riscaldano i locali secondo il principio della circolazione naturale.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Organizzazione di un circuito monotubo basato su una caldaia elettrica per una piccola casa:
Funzionamento di un sistema a due tubi per una casa in legno a un piano basata su una caldaia a combustibile solido a combustione lunga:
L'uso della circolazione naturale durante il movimento dell'acqua nel circuito di riscaldamento richiede calcoli accurati e lavori di installazione tecnicamente competenti. Se queste condizioni sono soddisfatte, il sistema di riscaldamento riscalderà in modo efficiente i locali di una casa privata e alleggerirà i proprietari dal rumore delle pompe e dalla dipendenza dall'elettricità.
Se hai domande sull'argomento o desideri condividere la tua esperienza personale nell'organizzazione e nel funzionamento di un sistema di riscaldamento a gravità, lascia commenti su questo articolo. Il blocco di feedback si trova di seguito.
I sistemi di riscaldamento a circolazione naturale vengono solitamente utilizzati nelle case private, quindi quale tipo scegliere, monotubo o con ritorno (due tubi), è determinato dal budget del progetto. Inoltre, con una piccola area e una disposizione razionale dei locali, è possibile calcolare la disposizione delle batterie in modo tale che l'effetto del raffreddamento del liquido di raffreddamento in ciascuna sia insignificante.In termini di complessità costruttiva è preferibile un sistema monotubo, inoltre è anche più economico.
Sto decidendo un progetto di riscaldamento per la mia casa privata. Non riesco a decidere quale tipologia sia meglio scegliere: monotubo o bitubo? Da un lato, il primo metodo è meno costoso. Puoi risparmiare molto sui materiali, ma d'altra parte ha i suoi svantaggi. Ad esempio, è impossibile regolare la temperatura del riscaldamento; il liquido di raffreddamento è più freddo nelle stanze lontane dalla caldaia. Ad esempio, con un sistema a due tubi, se in camera da letto faceva caldo, si apriva la valvola per abbassare la temperatura. E in una casa con riscaldamento monotubo, dopodiché anche le altre stanze si raffredderanno.
Ciao. Niente si raffredderà se installi bypass con termostati. IN Questo articolo descrive in dettaglio i bypass nell'impianto di riscaldamento. Tuttavia, è ancora preferibile un sistema di riscaldamento a due tubi, sebbene sia finanziariamente costoso.
Ciao. Dimmelo, ti prego. Stufa a legna, batteria con piccolo scambiatore di calore (1,3 l), accanto c'è una botte da 200 l per l'irrigazione della serra. A che altezza va posizionato per far circolare l'acqua?
Esprimo la mia gratitudine agli autori per una presentazione accessibile delle informazioni tecniche. Accessibile a persone senza formazione tecnica speciale. Senza tante formule e termini.
Grazie per la tua presentazione competente.
Grazie mille per l'informazione. Lo leggo per la mia tranquillità, se ci sono errori lo correggerò. Ma, in linea di principio, ho elaborato uno schema nella mia testa, spero che funzioni come dovrebbe.
Buon pomeriggio.Con un impianto a due tubi con movimento parallelo del liquido refrigerante, sempre al piano terra vorrei prevedere un collegamento inferiore ai radiatori facendo passare un tubo di adduzione nel seminterrato della casa. Sapreste dirmi le specifiche del collegamento? Qual è l'altezza massima consentita per l'attacco del radiatore dal seminterrato? In che punto (nel seminterrato o sopra) è meglio collegare le linee alla colonna montante? La caldaia si trova nel seminterrato nel punto più basso. Ed è consentito avere tratti non verticali su una colonna montante calda? Grazie.
Permettimi di provare ad aiutarti a risolvere la tua domanda, per quanto posso immaginare visivamente tutto ciò che hai descritto. Per un chiaro esempio, allegherò immediatamente uno schema generale che ti aiuterà a orientarti su come avverranno i futuri cablaggi. In questo caso, con l'installazione di un vaso di espansione in soffitta.
Io consiglierei di farlo tramite l'attacco superiore ai radiatori, sarà più pratico, lo schema mostra tutto abbastanza chiaramente. Non penso che il tuo seminterrato sia molto alto, quindi possiamo parlare di eventuali restrizioni sull'altezza del rivestimento.
Sarebbe meglio collegare la linea principale al montante nel seminterrato per una serie di motivi. In primo luogo, una tale unità sarà ben visibile in casa e, anche se succede qualcosa, sarà difficile effettuare riparazioni. Al piano interrato è presente un locale tecnico dove è possibile effettuare eventuali lavori di riparazione.
È necessario far passare un tubo dal vaso di espansione alla linea di ritorno in modo che si riscaldi, altrimenti farà sempre freddo.