Природна або штучна циркуляція рідкого теплоносія в опалювальній системі
Якщо Ви прийняли рішення установки опалювальної системи, яка використовує рідкий теплоносій, варто звернути увагу на те, як сам теплоносій буде циркулювати в системі.
Є два варіанти – природна циркуляція і штучна.
Раглянем варіант системи з природною циркуляцією. Рідина переміщається в системі в результаті гідростатичного напору. Такий натиск з’являється в системі через різні температур теплоносія в міру пересування його по системі. Якщо заглиблюватися в принцип самого процесу, то тут вирішальним фактором є навіть не різні температури, а різна щільність рідини. Тобто, чим теплоносій тепліше, тим нижче у нього щільність, відповідно тим він і легше. Аналогічно, як і тепле повітря, гаряча вода піднімається вгору, холодна ж опускається вниз по системі. Також важливим фактором в опалювальній системі з природною циркуляцією, є різна висота різних частин системи.
Опалення з природною циркуляцією рідкого теплоносія.
Природна циркуляція в опалювальній системі працює наступним чином:
рідина спочатку нагрівається в опалювальному котлі а потім по головному стояку піднімається вгору. Підніматися її змушує різницю температур, крім цього її підштовхує остившая рідина, яка повертається в котел. Вгорі стояка розташований розширювальний бак, від якого розходяться подають гілки трубопроводу, по яким гаряча вода подається в радіаторні батареї, а від батарей повертається знову в котел. Подають труби і труби зворотної лінії встановлюються під нахилом, що також сприяє руху теплоносія. У міру руху, теплоносій віддає тепло приміщенню і остигає, а завдяки цьому ще швидше рухається в низ по системі.
У такій системі опалення швидкість теплоносія залежить від різниці температур і різниці висот. Найбільш гаряча вода завжди знаходиться біля головного стояка, відповідно і теплова потужність там буде найвища. Приміщення, які знаходяться далі по руху теплоносія, будуть прогріватися гірше. Тому природна циркуляція в системі опалення не підходить для великих будинків.
Але, для будинку, загальною площею до 100 м / 2 підійде відмінно. Головним плюсом такої системи є енергонезалежність.
Опалення з штучної циркуляцією рідкого теплоносія.
Опалювальні системи використовують штучну циркуляцію, позбавлені всіх мінусів, які присутні в системі із застосуванням природної циркуляції. Вода в такій системі циркулює примусово, за допомогою циркуляційного насоса. Насос встановлюється там, де температура теплоносія найнижча, як правило, на зворотну особову. Установка такого насоса позбавляє від необхідності прокладання труб під ухилом, а також дозволяє використовувати більш тонкі труби. Така можливість здешевлює саму конструкцію трубопроводу і його проектування.
Оптимальним рішенням є використання насоса з автоматичним регулюванням потужності, в залежності від умов. Вони найбільш економічні, адже не працюють на повну потужність постійно, відповідно витрачають менше енергії.
Опалювальні системи з штучної циркуляцією рідкого теплоносія здатні швидко переміщати ще не остиглий теплоносій по трубопроводу, доставляючи його в віддалені ділянки.
Таку систему доречно використовувати в больших будинках. Також ще один плюс – можливість використання незвичайної конструкції, наприклад теплої підлоги.
Системы отопления с принудительной и естественной циркуляцией
Содержание статьи
- Чем они различаются?
- Системы отопления с естественной циркуляцией
- Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя
- Выбор способа циркуляции
Системы отопления классифицируются по многим признакам. Рассмотрим, как они различаются по принципу побуждения циркуляции, и в каком случае какой вариант выгоднее.
Для нормальной работы отопительной системы необходим постоянный поток воды (или другого теплоносителя) по трубопроводам. Схема построения трубопроводов ориентирована на один из двух способов создания данного движения:
- с естественной циркуляцией;
- с принудительной циркуляцией.
Чем они различаются?
Различие двух этих схем заключается в способе перемещения теплоносителя: если в первом случае он перемещается за счет естественной конвекции, то во втором варианте схема включает в себя насос для перекачки воды.
Разберем подробно оба варианта.
Системы отопления с естественной циркуляцией
В системе с естественной циркуляцией используется принцип перемещения теплоносителя под влиянием конвекции. Чем больше температура, тем меньше плотность среды, и под влиянием сил, объясняемых законом Архимеда, нагретый теплоноситель перемещается в верхние точки схемы отопления, а остыв опускается вниз.
Подобная схема не требует дополнительных затрат энергии на создание циркуляции и может работать только за счет тепла вырабатываемого котлом, или другой теплогенерирующей установкой.
Подобные схемы требуют тщательного гидравлического расчета и несколько большего диаметра труб разводки. Также такие системы требовательны к соблюдению уклонов при монтаже.
Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя
Для данной схемы обязательно используются насосы или другие устройства (инжекторы и т. п.), для принудительной перекачки воды (теплоносителя).
Возможность самостоятельной циркуляции в данном случае почти не важна. Это несколько усложняет конструкцию, но позволяет добиться и определенных преимуществ.
К достоинствам можно отнести:
- возможность упростить гидравлический расчет;
- возможность использовать трубы и арматуру меньших диаметров, делая отопление менее материалоемким;
- если здание имеет большую высоту, то единственный способ подать теплоноситель на верхние этажи – использование насосов. Например, в 10 этажном здании статическое давление воды в системе составляет порядка 3-4 атмосфер, а отопление с естественной циркуляцией чаще всего не может создать напор более 1,5 – 2 бар.
- для данной схемы не важна протяженность труб, так как не может из-за срыва конвекции сложится такая ситуация, что теплоноситель прекратит движение;
- при монтаже необязательно точно выдерживать уклоны – если конструкция здания требует, то можно расположить переходы со значительным перепадом по уровню;
- можно значительно повышать давление в системе, повышая КПД и эффективность работы котлов.
Выбор способа циркуляции
Разберем случаи, когда имеет смысл проектировать схемы с естественным движением теплоносителя (воды):
- если отопление монтируется для небольшого помещения;
- если принудительная система циркуляции с электронасосами не может быть обустроена из-за отсутствия электроснабжения;
- если возможны длительные перебои с подачей электроэнергии, которые при реализации схемы с принудительной циркуляцией могут вызвать остановку обращения воды и разморозку труб и радиаторов.
Если требуется создание высокого давления, повышение эффективности использования котельного оборудования, более интенсивная циркуляция теплоносителя (воды), то следует отказываться от естественной схемы движения потоков в пользу принудительной.
Часто как аргумент в пользу отказа от принудительной системы отопления приводят дополнительные затраты энергии на питание электронасосов.
В заключении нужно заметить – даже при затруднении с электроснабжением можно не отказываться от преимуществ системы с использованием циркуляционного насоса.
Для этого стоит обратить внимание на современные энергонезависимые котлы, которые имеют встроенный электрогенератор и насос.
Подобное оборудование позволяет реализовать все преимущества систем с принудительной циркуляцией без необходимости подключения внешнего питания. Но есть один минус – подобные установки чаще всего рассчитаны только на газ или жидкое топливо.
Водяные системы отопления
Дом
Водяные системы отопления — это системы водяного отопления, в которых вода используется в качестве среды для передачи и передачи тепла в различные помещения и пространства внутри здания. Водяные системы отопления основаны либо на самотечном принципе, либо на принудительной циркуляции.
В типичной системе водяного отопления вода нагревается в бойлере или водонагревателе и циркулирует по трубам к плинтусным конвекторам или радиаторам, расположенным в различных помещениях. Источником энергии, используемым для нагрева воды, может быть нефть, природный газ, пропан, электричество или твердое топливо, в зависимости от типа нагревателя.
Горячая вода циркулирует по трубам к плинтусным конвекторам или радиаторам, расположенным вдоль стен комнат, или через излучающие панели, установленные в полу или потолке. Расположенный в центре термостат регулирует температуру в небольших жилых и коммерческих зданиях. Когда термостат запрашивает тепло, бойлер или водонагреватель нагревает воду, нагревает воду и направляет ее в комнатные конвекторы или панели лучистого отопления, где она высвобождается и распределяется по комнатам за счет естественной конвекции.
В больших домах и коммерческих зданиях системы отопления разделены на зоны с индивидуальными термостатами, контролирующими температуру в каждой зоне.
Классификация систем водяного отопления
Системы водяного отопления можно классифицировать различными способами в зависимости от используемых критериев. Общепризнанными являются следующие классификационные категории:
- Тип циркуляции воды;
- расположение трубопроводов;
- Температура подаваемой воды.
Во всех системах водяного отопления вода циркулирует либо путем естественного протекания, либо принудительно через трубопровод. Первый называется самотечной системой водяного отопления
В системе принудительного водяного отопления ускоренная циркуляция воды может быть результатом:
- Использование высоких давлений;
- Нагрев оборотной воды и конденсация пара;
- Подача пара или воздуха в основной стояк;
- Использование комбинации насосов и локальных бустеров;
- Использование только насосов.
Если в системе водяного отопления используется температура подаваемой воды выше 250 град. F, классифицируется как высокотемпературная система . Системы высокотемпературного отопления широко используются в крупных отопительных установках, таких как коммерческие или промышленные здания.
A низкотемпературная система отопления – система, имеющая температуру подаваемой воды ниже 250 град. F и обычно используется в жилых и небольших коммерческих зданиях.
Преимущества водяных систем отопления
Существует несколько преимуществ использования водяных систем отопления по сравнению с паровыми и воздушными системами отопления. Некоторые из этих преимуществ:
- Водяное отопление является более гибким, чем паровые системы низкого давления, поскольку температуры могут варьироваться в широких пределах.
- Из-за низких рабочих температур воды тепло от водяного отопления относительно мягкое, а воздух не становится слишком сухим.
- Функционируют как резервуар для хранения тепла, так как радиаторы некоторое время остаются теплыми после того, как пожар в котле потушен.
- Системы водяного отопления обеспечивают равномерное и комфортное тепло без проблем с расслоением воздуха и холодными карманами.
- Комфортный уровень влажности.
- На циркуляцию воды расходуется меньше энергии, чем на продувку воздуховодов.
- Тихая работа.
- Легкое зонирование.
Недостатки водяных систем отопления
Основным недостатком водяных (водяных) систем отопления являются первоначальные затраты на установку, которые кажутся более высокими по сравнению с системами отопления с принудительной подачей теплого воздуха (FWA). Другие общеизвестные недостатки:
- Медленная тепловая реакция;
- Застой воздуха, вызванный отсутствием вентиляции;
- Плинтусные конвекторы могут мешать расстановке мебели;
- Конденсат в некоторых системах охлаждения Hydronic.
Циркуляционные контуры горячей воды – Мелкое домостроение
Нам всем знакомо долгое ожидание: вы открываете кран горячей воды и должны ждать полных две минуты, пока не прибудет горячая вода. Несколько факторов усугубили эту проблему в последние годы: наши дома стали больше, мы устанавливаем больше светильников и приборов, использующих горячую воду, а сантехнический кодекс предписывает трубы большего диаметра. В довершение всего, новые приспособления с низким расходом гарантируют, что время ожидания будет больше, чем когда-либо.
Если вы живете в компактном доме и водонагреватель находится в центре подвала, у вас может не возникнуть этой проблемы. Однако, если вы живете в вытянутом одноэтажном доме, а водонагреватель находится в пристроенном гараже, ваша ванная комната может находиться в 50 футах от водонагревателя, что в основном гарантирует долгое ожидание.
Сколько горячей воды тратится впустую?
Джеймс Лутц, научный руководитель Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, заключает, что из-за проблемы длительного ожидания «около 20% общего потребления горячей воды в частных домах тратится впустую».
Стоимость сбрасываемой воды и энергии, необходимой для ее нагрева, колеблется от 33 до 19 долларов.3 на домохозяйство в год; нижняя граница диапазона относится к семьям, которые не используют много горячей воды (особенно те, у которых есть водонагреватель на природном газе), а верхняя граница относится к семьям с интенсивным потреблением воды, использующим электрический водонагреватель.
Решение проблемы в существующем доме
Вы можете сократить время ожидания горячей воды несколькими способами. Первым делом нужно утеплить все трубы горячего водоснабжения. Второй шаг – уменьшить диаметр трубы от водонагревателя до арматуры. (Если это разрешено нормами, трубы диаметром 3/8 дюйма можно использовать для обслуживания одного туалета, а трубы диаметром 1/2 дюйма — для одного душа. Предупреждение, однако: если вы слишком сильно уменьшите размер трубы, скорость потока может пострадать.) Как отмечает Гэри Кляйн, консультант по энергетике и специалист по горячему водоснабжению, «по сравнению со временем, которое требуется горячей воде, чтобы добраться до 3/8 дюйма в диаметре.
трубы при заданном расходе требуется примерно в 1-1/2 раза больше длины трубы диаметром 1/2 дюйма. труба, в три раза длиннее 3⁄4 дюйма в диаметре. трубы и в шесть раз длиннее в 1-дюймовом диаметре. трубка.”
Другим возможным решением является установка второго водонагревателя ближе к дальним приборам — либо большого независимого водонагревателя, либо небольшого буферного резервуара, рассчитанного на ограниченную нагрузку до поступления воды из дальнего нагревателя. В последнем случае буферный бак обычно устанавливается последовательно с существующим водонагревателем.
Наконец, если вам не нравится мысль о двух водонагревателях, вы можете установить насос для циркуляции горячей воды от водонагревателя к наиболее удаленному устройству. Хотя это решение недешевое, хорошо спроектированная система циркуляции горячей воды сэкономит энергию, воду и сделает вашу жизнь немного удобнее.
Различные типы циркуляционных систем
В контуре горячего водоснабжения используется небольшой насос для циркуляции горячей воды между водонагревателем и удаленной ванной комнатой или кухней.
Создать цикл довольно просто; однако сделать это таким образом, чтобы не тратить много энергии, немного сложнее.
Постоянно работающий насос явно расточительный. Насос потребляет много электроэнергии, а потери тепла из трубы увеличивают нагрузку на водонагреватель. (Вариант постоянно работающего насоса, термосифонная система, которая заставляет горячую воду течь по кругу без помощи насоса, почти так же плох.) Трудно предсказать, когда кому-то понадобится горячая вода, поэтому включение насоса таймер — простое и расточительное решение, а работа помпы на слишком много часов просто тратит энергию.
Единственный тип контура циркуляции горячей воды, который стоит рассмотреть, — это система с регулированием по потребности, в которой используется насос, активируемый выключателем рядом с прибором с наибольшим временем ожидания. Системы управления спросом были разработаны компанией ACT Metlund, которая продает необходимые насосы (так называемые насосы D’Mand) и предоставляет лицензии другим компаниям (включая Taco и Uponor) на продажу комплектов D’Mand.
Стоимость такого комплекта составляет около 520 долларов.
Помпа D’Mand обычно устанавливается в тумбе под умывальником. Требуемый переключатель (входит в комплект) представляет собой кнопочный переключатель, который активирует электронное управление, которое включает насос. В большинстве модифицированных установок насос использует линию подачи холодной воды в качестве линии возврата к водонагревателю. В комплект D’Mand входит обратный клапан для предотвращения случайного термосифонирования, а также датчик температуры на линии горячей воды. Как только этот датчик обнаруживает, что горячая вода прибыла в конец контура, электронное управление отключает насос. В большинстве домов насос работает всего от 20 до 45 секунд за одну затяжку. Также можно управлять помпой D’Mand с помощью датчика движения; однако этот подход является несколько расточительным, поскольку насос будет включаться каждый раз, когда кто-то входит в ванную, независимо от того, нужна ли этому человеку горячая вода.
Если в доме более одного санузла, удаленного от водонагревателя, можно установить в каждом санузле отдельные выключатели, чтобы каждый выключатель управлял одним и тем же насосом.
В новых домах предусмотрена выделенная обратная линия
В новом доме система циркуляции горячей воды обычно включает выделенную обратную линию, соединяющую самый удаленный прибор с насосом рядом с водонагревателем. Еще лучше: убедите своего дизайнера создать сантехнический узел, который сгруппирует все ванные комнаты дома рядом с кухней, и установите самодельные трубы PEX, подключенные к центральному коллектору. Если вы будете следовать этим принципам проектирования, вам не понадобится циркуляционный насос.
Модернизация происходит в туалете
Циркуляционная система горячего водоснабжения с регулируемым насосом позволяет экономить воду и энергию. Эти системы лучше всего работают в старых домах с магистральной сантехникой. В модернизированных установках циркуляционный насос использует линию подачи холодной воды в качестве временной линии возврата горячей воды.
Магистральная или внутренняя линия снабжения?
Водопроводные трубы в большинстве старых домов имеют магистральную, а не домашнюю разводку. В магистрально-отводной системе магистральная труба большого диаметра проходит от водонагревателя до удаленного санузла. В этот момент отходят более мелкие трубы, которые обслуживают туалет, душ и (возможно) стиральную машину.
По сравнению с домашней системой, то есть системой с отдельными холодными и горячими линиями, соединяющими каждый прибор с центральным коллектором рядом с водонагревателем, магистральная система имеет как преимущества, так и недостатки. Один недостаток: ствол большого диаметра гарантирует, что вам придется долго ждать горячей воды. Одно преимущество: если вам нужно установить насос D’Mand, один насос может обслуживать все приборы в удаленной ванной комнате.
Если в вашем доме домашняя планировка, вам, вероятно, не нужен насос D’Mand, потому что объем воды в трубке малого диаметра, которая питает один прибор, невелик, что сокращает время ожидания.
Советы по эффективному дизайну
Если вы проектируете новый дом, вам повезло. Соблюдайте следующие принципы, и вы, вероятно, сможете предотвратить ужасное долгое ожидание горячей воды.
- Если возможно, сгруппируйте кухню и все ванные комнаты рядом друг с другом, либо спиной к спине, либо друг над другом. Это создает сантехнический сердечник, который удерживает трубы короткими.
- Установите водонагреватель в центральном месте рядом с водопроводной трубой.
- Если ваш проект предусматривает удаленную ванную комнату от водонагревателя, рассмотрите возможность установки второго нагревателя для обслуживания удаленных приборов.
- Установить внутреннюю систему трубопроводов, подключенную к центральному коллектору. Коллектор должен располагаться рядом с водонагревателем.
- Изолируйте все трубы горячей воды.
Более подробная информация на сайте
Некоторые из этих деталей являются новыми для коллекции энергоэффективных решений Green Building Advisor.