Принцип дії і пристрій систем водяного опалення. Опалення з примусовою циркуляцією: схема і підбір обладнання

Системи опалення без насосів відрізняються низьким циркуляційним напором.

Прогрівання такої системи проходить довго, температура теплоносія зменшується зі збільшенням відстані від джерела підігріву.

Щоб зменшити термін прогріву доводиться збільшувати діаметр сполучних труб.

Єдина можливість поліпшити систему - застосувати примусову циркуляцію.

У житлових приміщеннях або приміщеннях, де необхідно організувати постійне опалення, застосовують насосну циркуляцію теплоносія. Для розрахунку таких систем необхідно знати:

1. потужність котла
2. потужність опалювальних радіаторів
3. прохідний перетин трубопроводів
4. швидкість теплоносія
5. загальну довжину трубопроводу

Якщо опалювальний радіатор має потужність 4 кВт, а їх кількість дорівнює шести, то приблизна потужність котла повинна бути не менше 24 кВт.

Якщо потужність радіатора 4 кВт, то нескладно дізнатися витрата води, який буде забезпечувати нормальну роботу системи і складе 4 л / хв. Знаючи ці витрати, визначаємо діаметр трубопроводу.

При витраті 5,7 л / хв діаметр труби 1,2 дюйма.

Розрахунок зроблений для швидкості - 1,5 м / сек. Щоб забезпечити задану витрату, необхідно підібрати циркуляційний насос.

Підбір циркуляційного насоса

Головний принцип побутової системи опалення - економічність у всьому.

Тому всі елементи системи підбираються з урахуванням цієї вимоги.

Для циркуляції в побутових приміщення одного рівня застосовують насоси потужністю до 100 Вт.

Завдання цих насосів - прокачування води із заданою швидкістю.

Від цього параметра залежить достатній прогрів радіаторів в найкоротший час, і їх рівномірний прогрів по всій площі.

Невелика потужність пояснюється тим фактом, що циркуляційний насос не може виступати в для створення напору, а всього лише транспортує воду по системі.

Важливі параметри для насоса:

• мінімальний шум
• створення необхідної швидкості
• максимальна надійність електричного двигуна і самого насоса з усіма ущільненнями.

Швидкість води в системі безпосередньо пов'язана з діаметром труб. Приблизні розрахунки, засновані на практиці, де при швидкості 1,5 м / сек діаметр труби 10 мм.

Сучасні системи водяного опалення з примусовою циркуляцією  мають вбудований насос, який не вимагає проведення розрахунків, а підбір котла проводиться по площі опалювального приміщення і довжині трубопроводу.

Але для котлів інших типів розрахунок проводиться з витрачається напору на кожні 10 метрів трубопроводу.

Робота насоса

Насос в системі опалення з примусовою циркуляцією теплоносія встановлюється як на нагнітанні, так і на зворотному трубопроводі.

Установка на зворотному трубопроводі пояснюється тим, що там температура води нижче, ніж на нагнітанні, тому що вода, пройшовши по радіаторів, вже віддала розрахункове тепло. А для деталей насоса, особливо для ущільнень, більш краща робота при нижніх параметрах температури.

Хоча для систем з примусовою циркуляцією байдуже - де встановити насос, все-таки, краще ставити насос на виході з нагрівача, тим самим продовжити термін служби насоса.

Працюючи в замкнутій системі циркуляційний насос, перекачує один і той же обсяг води.

Кількість води що входить в систему з насоса дорівнює кількості води виходить з насоса.

При такому режимі дотримується постійний рівень в розширювальному бачку, а різниця тиску на вході і виході відрізняється незначно.

При розробці системи опалення з примусовою циркуляцією, необхідно враховувати одне правило - у вхідному трубопроводі під час роботи циркуляційного насоса завжди має бути гідростатичний тиск.

Це тиск, при якому заповнюється система опалення. Такий тиск виключає ефект «кипіння» і можливість підсосу повітря з атмосфери на всмоктуючому ділянці трубопроводу.

Стаття про допоможе садівникові, побудувати теплицю на своїй присадибній ділянці

Не знаєте який котел вибрати для опалення будинку? Стаття за адресою: відповість на питання по експлуатації дров'яних котлів опалення.

Робота розширювального бачка

До недавнього часу в системах опалення з циркуляцією застосовувалися розширювальні бачки відкритого типу.

Розширювальний бачок в замкнутій системі опалення вирішував одну проблему - в разі надмірного нагрівання води, за рахунок об'ємного розширення, що створилося тиск могло порвати трубопровід.

Розширювальний бачок, який був безпосередньо пов'язаний з атмосферою, за рахунок своїх розмірів компенсував збільшення обсягу води. В крайньому випадку, відбувався скид води.

У наш час все частіше застосовують розширювальні бачки закритого типу. Конструктивно вони складаються з овального бачка, обсяг якого розділений на дві камери гнучкою перегородкою.

Нижньою камерою бачок підключається до системи і заповнюється з неї водою, а верхня камера заповнюється повітрям або газом з розрахунковим противодавлением.

Під час збільшення тиску в системі через набору температури гнучка перегородка деформується в бік повітряної камери, при зниженні тиску - деформація відбувається в сторону водяний камери.

Іноді закриті розширювальні бачки мають запобіжний клапан для скидання тиску в атмосферу в аварійній ситуації.

Правильно побудована схема опалення з примусовою циркуляцією дозволяє економно витрачати енергоресурси, створювати високотехнологічні автоматизовані комплекси, а головне - створювати комфортні умови в будь-який час року.

Система водяного опалення має певну місткість. Внутрішнє гідравлічний тиск в замкнутій системі, заповненої водою, при підвищенні температури і прагненні води до розширення підвищується. Підвищений тиск в замкнутій системі опалення може перевершити межа міцності окремих її елементів і привести до аварії. Тому в систему водяного опалення вводиться розширювальний бак (демпфер).

Розширювальний бачок виконує кілька важливих функцій.

1. Прийом приращенного обсягу води в системі, що утворився за рахунок теплового розширення при її нагріванні, для підтримки розрахункового гідростатичного тиску.
2. Заповнення втрат обсягу води в системі при зниженні її температури і при незначній витоку.
3. Видалення з відкритого типу бачка надлишку води у водостік при переповненні системи.
4. Збір повітря, що виділяється з води при її нагріванні в теплогенераторі (котлі).

Повітря в систему потрапляє з водопровідною водою, в якій при кімнатній температурі його розчинено приблизно 40 мг / л. При нагріванні до максимально-розрахункової температури (+95 ° С) растворяемость повітря зменшується до 3 мг / л. Виділилися повітряні бульбашки (35-37 мг / л) спливають у водяному потоці по головному стояку в розширювальний бак, а звідти видаляються в атмосферу. Розширювальні бачки бувають двох типів.

Розширювальний бачок відкритого типу

Ємність, дно якої пов'язане з трубою опалювальної системи. Рівень води в ньому засісіт від об'єму рідини в системі. Чим вода гаряче, тим більше її обсяг. розміщують відкритий бачок  над верхньою точкою системи опалення, як правило, в горищному приміщенні будинку, при цьому бачок теплоизолируют для зменшення втрати тепла через стінки. Відкритого типу бачки громіздкі, негерметичні, неестетично для їх розміщення в приміщеннях.

Розширювальний бачок закритого типу

Являє собою герметичну металеву ємність - капсулу кулястої або овальної форми, розділену всередині герметичної мембраною з термостійкої гуми на дві камери - повітряну і рідинну. У повітряній частині є клапан, який при сильному підвищенні тиску підбурює (спускає) повітря і тим самим дозволяє рідини зайняти внутрішній об'єм бачка. При підвищенні водяного тиску мембрана прогинається і видавлює повітря з бачка. Коли водяне тиск падає, мембрана «повертається на місце», повітря через клапан потрапляє в бачок.

В іншому виконанні одна камера на заводі-виробнику заповнюється під тиском газом (азотом). Інша камера в робочому положенні з'єднується з системою опалення і від наявного в ній тиску заповнюється теплоносієм (водою). Тиск в обох камерах буде прагнути до вирівнювання. Таким чином, зміна тиску в системі опалення призводить до відповідної зміни обсягу газу і теплоносія в розширювальному бачку. Бачок ставлять в будь-якому місці опалювальної системи, але, як правило, поруч з котлом, а при наявності апарату гарячого водопостачання другий бачок встановлюють поруч з бойлером. Обсяг мембранного бачка варіюється в залежності від потужності котла і обсягу теплоносія.

Бачок закритого типу вигідно відрізняється від бачка відкритого типу. По-перше, в закритому бачку не відбувається зіткнення рідини з повітрям: рідина не випаровується і не окислюється киснем (і не роз'їдає внутрішню поверхню  труб і радіаторів). По-друге, із закритого бачка рідина ніколи не виллється назовні і не зіпсує обробку стін і підлоги.

По-третє, бачок закритого типу можна поставити в будь-якому зручному місці системи опалення.

Бачки відкритого типу виготовляють за типовими кресленнями з листової 3-4-міліметрової сталі і зверху постачають кришкою для огляду і забарвлення. Баки можуть бути циліндричної або прямокутної форми. Схема пристрою бачка відкритого типу показана на рис.

Схема пристрої відкритого розширювального бачка  з патрубками для соедінненія труб; 1 -расшірітельний патрубок: 2 - патрубок парелівной труби; 3 - сигнальний патрубок: 4 - патрубок ціркуляціоннийний: 5 - спускний патрубок; б - кришка бачка. кришка бачка.

У корпусі бака є кілька патрубків для приєднання труб. Патрубок (1) призначений для з'єднання розширювальної труби, по якій вода надходить в бачок; патрубок (2) з'єднується з переливної трубою, сполученої з атмосферою; патрубок (3) повідомляється з контрольною (сигнальної) трубою, на якій встановлено кран. При заповненні системи водою витікання води при відкритому крані сигналізує про наявність води в баку, а отже, і в системі. Рівень води не повинен бути нижче рівня патрубка (3), якщо при відкритому крані вода не витікає, її слід додати. На малюнку цей рівень показаний пунктирною лінією. Патрубок (4), розташований ближче до дна бачка, призначений для з'єднання циркуляційної труби, через яку вода відводиться в систему опалення; патрубок (5) з пробкою потрібен для спуску води з бачка для профілактичного огляду і ремонту. Показання на схемі розташування патрубків можуть бути змінені. Розміри бака розраховуються в залежності від загального обсягу води в системі опалення.

Розрахунок обсягу відкритого розширювального бачка

Рідини практично не стискаються. Тому за умови, що закрита система опалення повністю заповнена теплоносієм, навіть незначне збільшена його обсягу за рахунок теплового розширення призведе до аварійного збільшення тиску. В результаті відбудеться спрацьовування запобіжного клапана, наявного в системі, і надмірна частина теплоносія виллється назовні.

ємність розширювального бака  підбирається таким чином, щоб в межах робочого діапазону температур теплове розширення теплоносія не привело б до збільшення тиску в системі вище тиску спрацьовування запобіжного клапана.

Корисний об'єм розширювального бака, обмежений висотою hn повинен відповідати збільшенню обсягу води, що заповнює систему опалення при її нагріванні до середньої розрахункової температури. Збільшення обсягу води в системі опалення визначають за формулою: Vc = tVc, де: Vc - загальний внутрішній об'єм опалювального котла, труб з арматурою, радіаторів і т. Д., Або, що те ж саме, обсяг води в системі при початковій температурі, м3 (л);

t - зміна температури води від початкової до середньорозрахунковим;

с - середнє значення коефіцієнта об'ємного розширення води (0,0006).

Корисний об'єм розширювального бака (Уполу) повинен бути більше або дорівнює збільшеному об'єму води (Vc). Наприклад.Вміст води для дорівнює 250 л. Початкова температура води - 16 С, середньорозрахунковим температура - 90 ° С. t = 90 - 16 = 74 С. Знаходимо корисний об'єм розширювального бака: У "Ол\u003e Vc = 0,0006 74 250 = 11,1 л.

Повітряний клапан

Повітряний клапан, або «воздушник», виводить повітря з системи. Спочатку систему заповнюють рідиною до тих пір, поки в ній не залишається повітря. Але в процесі нагрівання рідини можуть з'явитися повітряні бульбашки (як у киплячому чайнику). Бульбашки утворюють повітряну пробку і перешкоджають проходженню рідини по трубах і. Так ось, повітряна пробка і виводиться автоматично через повітряний клапан. Для цих же цілей використовується сепаратор - відділювач повітря в зборі з манометром, запобіжним і повітряним клапанами.

Опалювальні системи являють собою цілий комплекс обладнання, об'єднаного в загальний контур трубопроводами з рідким теплоносієм. Рідина, що циркулює по трубах, при нагріванні збільшується в об'ємі. А для компенсації цього процесу і запобігання розриву труб в системах передбачається установка розширювальних баків, відкритих або закритих, тобто зв'язані з навколишнім середовищем чи ні.

За типом ємності, що компенсує розширення теплоносія, підбирається і варіант теплопостачання. Найпопулярнішою є замкнута система. Через мінімальної ймовірності попадання в неї кисню труби і обладнання в процесі експлуатації не піддаються корозії. Тому в процесі будівництва приватного будинку найчастіше передбачаються закриті системи опалення з примусовою циркуляцією.

Принципи роботи

Головними особливостями замкнутих систем є повна відсутність контакту рідини в трубах із зовнішнім повітрям і надлишковий тиск. Для створення такого напору схема опалення зазвичай включає циркуляційний насос, завдяки якому забезпечується рух рідини в трубах, діаметри яких можуть бути меншими, ніж при виборі природної циркуляції. Результатом використання насосного обладнання стає економія матеріалів і підвищення ефективності роботи системи.

Особливості замкнутого теплопостачання забезпечують такі переваги:

• більш ефективний обігрів - у порівнянні з відкритими системами  в закритих теплоносій поширюється швидше, а ККД зростає;
• мінімальна ймовірність попадання повітря в труби і радіатори;
• відсутність випаровування теплоносія в навколишнє середовище;
• підвищену зручність обслуговування обладнання за рахунок монтажу розширювальних баків на зворотних лініях котлів.

  Практично єдиним мінусом закритої системи  опалення є залежність від електромережі. І насоси, і велика частина котлів не працюватимуть при відсутності електрики. Однак і з цієї ситуації можна знайти вихід - завдяки невисокій потужності обладнання воно може деякий час попрацювати від блоків безперебійного живлення. А іноді, в районах з нестабільним енергопостачанням, питання вирішується пристроєм замкнутої системи  опалення з природною циркуляцією. Хоча її робота менш ефективна в порівнянні з напірними варіантами, а однією з головних проблем є подолання безнапірним потоком мембрани закритого розширювального бака. І самопливний схема застосовується тільки для відкритих систем.

Вибір підходящої схеми

Для спорудження приватних будинків застосовують два варіанти опалення:

• однотрубну;
• двотрубному.

  Перша схема, яка називається іноді «ленінградкою», підходить для невеликих одно- і двоповерхових будівель, На кожному поверсі яких встановлено від 1 до 5 радіаторів. Створення такої системи вимагає точного розрахунку і установки різної кількості секцій опалювальних приладів для компенсації охолодження теплоносія. Одним з варіантів таких схем є однотрубна система  з безнапірним рухом теплоносія і замикаючими ділянками, що передбачає підйом нагрітої води з котла по головному стояку до магістралей верхнього поверху і надходить в опалювальні прилади. Охолоджений теплоносій з радіаторів змішується з нагрітим і поступово спускається до нижніх поверхах.

Ще одна схема, двухтрубная, є оптимальним варіантом  для закритої системи. Її набагато простіше розраховувати і монтувати, так як температура теплоносія перед кожним опалювальним приладом практично однакова. Принцип розподілу рідини по системі порівняно простий - єдиним винятком є ​​варіант з твердопаливним котельним обладнанням. Для того щоб усередині котла не утворився конденсат, схему доповнюють змішувальним вузлом  з байпасом і триходовим клапаном. Рідина проходить по байпасній лінії до тих пір, поки не нагріється до температури, що виключає конденсацію парів, після чого потрапляє всередину обладнання.

Основні елементи і правила їх підбору

Всі закриті системи опалення складаються з наступних елементів:

• котла, який повинен обов'язково комплектуватися групою безпеки - іноді її встановлюють прямо всередині обладнання, в інших випадках - на прямому трубопроводі;
• циркуляційного насоса, що забезпечує достатні натиск для руху теплоносія по трубах системи;
• розширювального бачка. Призначенням цього пристрою є компенсація розширення рідини в трубах і підтримування постійного тиску в системі;
• труб, радіаторів, конвекторів та опалювальних контурів «системи теплої підлоги».

Вибір котла проводиться тільки після відповідного розрахунку, результатом якого є необхідна для підтримування оптимальних мікрокліматичних умов потужність приладу. Розраховувати її можна і своїми силами, але для обліку всіх коефіцієнтів і нюансів варто звернутися до фахівців. Насоси вибирають з що вийшло витраті рідини і натиску, а встановлюють найчастіше на зворотних магістралях.

Ще один важливий елемент, параметри якого визначаються розрахунком, - розширювальний бак. Його ємність залежить від обсягу всього теплоносія в системі і виду рідини. Так, наприклад, для води потрібно компенсувати розширення на 5-10%, для антифризу - не менше ніж на 10-15%. Орієнтовно приймається обсяг розширювального бака рівний 1/10 від загальної кількості рідини в трубах. Так, наприклад, для 250-літрової системи опалення буде потрібно 25-літровий (або 30-літровий, якщо підходящого не знайдеться в продажу) бачок.

Труби для закритої системи опалення бажано вибирати металопластикові - діаметром в 1 дюйм (25 мм) і 3/4 '' (20 мм). Для батарей найчастіше вибирається сталь і чавун. А при виконанні монтажних робіт  своїми руками варто віддати перевагу алюміній. Радіатори з цього матеріалу простіше транспортувати і встановлювати.

Основні нюанси монтажу

Монтаж закритої системи опалення не представляє собою занадто складне завдання і складається з таких етапів:

1. Першим встановлюється опалювальний агрегат;
2. Потім, відповідно до заздалегідь розробленими кресленнями, монтуються трубопроводи та радіатори;
3. Наступною встановлюється запірна арматура.
4. Останнім монтується розширювальний бак.

Для зливу води з опалювальних приладів схема передбачає установку на їх виході відтинають кранів. Обов'язковим елементом в цьому випадку є байпас, що забезпечує нагрів теплоносія до потрібної температури. Крім того, система вимагає ще й установки групи безпеки, що захищає трубопроводи та обладнання, а також закладення стиків за допомогою спеціального сантехнічного льону або герметика.