Трудно помыслить жизнь жителя в нашей стране без обогревающего комплекса жилища. Любой нормальный житель желает разобраться: что сделать, чтобы улучшить отопительный комплекс коттеджа. Скорее всего Вы знаете, что топливо для отопления всегда дорожает. В любом уколке Российской Федерации необходимо в холодный период года обогревать коттедж. На web ресурсе опубликовано множество разнообразных комплексов отопления дома, применяющих абсолютно различные способы получения тепловой энергии. Указанные системы обогрева можно реализовывать как самостоятельный комплекс или комбинировать.
Отопление с естественной циркуляцией воды применялось в прошлом столетии сначала в виде однотрубных, затем в виде двухтрубных систем. С внедрением электрических циркуляционных насосов гравитационные системы отопления с начала текущего века и особенно после Октябрьской революции постепенно уступают свое место насосным системам.
В настоящее время область применения систем с естественной циркуляцией воды ограничена. Их используют для отопления отдельных жилых квартир, небольших гражданских зданий, железнодорожных вагонов, зданий, в которых недопустима вибрация конструкций (например, при точных измерениях), вызываемая работой насосов. Использование естественной циркуляции целесообразно при водяном отоплении отдельных верхних помещений высотных зданий (например, технического этажа). Кроме того, естественная циркуляция воды в стояках встречается в описанных выше децентрализованных системах водо-водяного отопления.
Рассмотрим особенности гравитационных систем отопления в сравнении с насосными. Прежде всего отметим существенные недостатки, которые ограничивают область их применения:
а) сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обуслов
ленный небольшим циркуляционным давлением;
б) высокая первоначальная стоимость (до 5—7% стоимости неболь
ших зданий), связанная с применением труб значительного диаметра;
в) увеличенные расход металла и затраты труда на монтаж теплопроводов;
г) замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости
массы воды и малого циркуляционного давления;
д) повышенная опасность замерзания воды в трубах, проложенных
в неотапливаемых помещениях.
Вместе с тем гравитационные системы отопления имеют преимущества, определяющие в отдельных случаях их выбор:
а) относительная простота устройства и эксплуатации;
б) независимость действия от снабжения электрической энергией;
в) отсутствие циркуляционных насосов и соответственно шума и ви
брации;
г) сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации систе
мы действуют 35—40 лет и более без капитального ремонта);
д) повышенная тепловая надежность, обусловленная действием с
количественным саморегулированием.
Остановимся на явлении количественного саморегулирования. В гравитационной системе создается своеобразный механизм естественного регулирования: при проведении качественного регулирования, т. е. при изменении температуры воды, самопроизвольно происходит количественное регулирование — изменяется расход воды. Действительно, если изменять температуру греющей воды в зависимости от температуры наружного воздуха, то в системе из-за иного распределения плотности воды изменяется естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплопередачу отопительных приборов.
В двухтрубной системе усиление или ослабление циркуляции воды в циркуляционном кольце каждого отопительного прибора изменяет теплопередачу в помещение, которая, изменяясь, кроме того, во взаимодействии с теплопотереи помещения, сама влияет на расход воды, изменяя температуру обратной воды и циркуляционное давление. В результате сохраняется соответствие между теплопередачей прибора и теплопотереи помещения, т. е. обеспечивается тепловая надежность каждого отдельного прибора и, следовательно, всей системы отопления.
Таким образом, естественное циркуляционное давление, которое в насосной двухтрубной системе отопления вызывает вертикальное тепловое разрегулирование, поддерживает тепловую надежность гравитационной двухтрубной системы.
В вертикальной однотрубной системе имеется такое же количественное саморегулирование, но в циркуляционных кольцах не каждого прибора, а уже целых стояков с их последовательно соединенными приборами. При этом усиление или ослабление циркуляции воды происходит более интенсивно, чем требуется по графику оптимального режима. В результате в теплый период отопительного сезона наблюдается отклонение от необходимой теплоподачи у части приборов: при движении в стояке сверху вниз сильно уменьшенного количества воды нижние приборы недогревают помещения. Это явление усугубляется с увеличением числа этажей здания.
Таким образом, естественное циркуляционное давление, способствующее тепловой надежности насосной вертикальной однотрубной системы отопления, вызывает вертикальное тепловое разрегулирование гравитационной однотрубной системы.
Можно сделать вывод, что при естественной циркуляции воды преимущество следует отдавать двухтрубным системам отопления. Правда, вертикальная однотрубная система позволяет увеличивать естественное циркуляционное давление и скорость движения воды по сравнению с двухтрубной, а также располагать отдельные отопительные приборы ниже теплообменника.
Схемы гравитационных систем подобны схемам насосных систем отопления Зная зависимость естественного циркуляционного давления от вертикального расстояния между центрами охлаждения и нагревания и закономерности движения воздушных скоплений в горизонтальных трубах, можно установить целесообразность применения верхней разводки подающей магистрали в гравитационной системе. При этом расширительный бак присоединяют непосредственно к главному стояку, уклон подающей магистрали делается в сторону движения воды и бак используется для удаления воздуха из системы. В отопительных приборах создается наиболее рациональная для двухтрубной системы схема движения воды сверху — вниз.
Теперь можно изобразить принципиальную схему гравитационной системы отопления с верхней разводкой подающей магистрали. Она получается из принципиальной схемы, если из нее исключить насосы, а расширительный бак присоединить к подающей магистрали.
Возможно применение гравитационных систем отопления с нижней разводкой обеих магистралей, двухтрубные и однотрубные. Однако при этом уменьшается циркуляционное давление, что влечет за собой увеличение диаметра труб, усложняются сбор и удаление воздушных скоплений из системы. Расширительный бак присоединяют к магистрали в нижней части системы, и его можно использовать для удаления воздуха только при прокладке специальных воздушных труб
Система с «опрокинутой» циркуляцией воды в данном случае не используется, так как в ней иногда возникает «обратное» движение воды в стояках.
Расчетное циркуляционное давление в системе отопления с естественным движением воды определяется по формуле
В двухтрубной гравитационной системе отопления для создания до
статочного циркуляционного давления стремятся всемерно увеличить
вертикальное расстояние между центром охлаждения в нижних отопи
тельных приборах и центром нагревания в теплообменнике с тем, чтобы
довести его хотя бы до 3 м. Если это осуществимо в отдельных зданиях,
то при отоплении одноэтажных квартир и домов или железнодорожных
вагонов теплообменник (котел) вынужденно располагается на одном
уровне с отопительными приборами.
Квартирные системы отопления применяются уже около ста лет. За это время изменялись и совершенствовались котлы и их топливо, трубы и отопительные приборы, использовались различные схемы, но принцип устройства и действия оставался одним и тем же: для создания устойчивой циркуляции воды одна из магистралей прокладывалась и прокладывается под потолком отапливаемого помещения. Тогда необходимое циркуляционное давление обеспечивается за счет охлаждения воды в трубах. Что же касается охлаждения воды в отопительных приборах, то центр охлаждения в них может оказаться не только не выше центра нагревания, но даже ниже ег», а это, как уже известно, препятствует естественной циркуляции воды.
Наиболее распространена двухтрубная схема, при которой подающая магистраль размещается под потолком отапливаемого помещения, обратная прокладывается у пола или в подпольном канале.
Возможна двухтрубная схема, когда не только подающую, но и обратную магистраль размещают под потолком помещения, но при этом необходимо для обеспечения циркуляции воды опускать эту магистраль петлями до низа каждого отопительного прибора, вследствие чего увеличивается протяженность труб и усложняется спуск воды из системы.
Не исключается также горизонтально однотрубная схема соединения отопительных приборов, но и здесь одна из магистралей прокладывается поверху.
Для водогрейного котла за центр нагревания принимается зона наиболее интенсивного нагревания воды, находящаяся приблизительно на 250 мм выше уровня колосниковой решетки.
Для вычисления естественного циркуляционного давления необходимо знать температуру и плотность воды в различных точках системы. Следовательно, при проектировании квартирной и вагонной систем отопления необходим расчет теплопередачи труб и определение степени охлаждения воды в трубах. Эта особенность расчета в необходимых случаях распространяется и на гравитационные системы отопления протяженных зданий.
Наименьшее охлаждение воды, а следовательно, и наименьшее естественное циркуляционное давление получается в циркуляционном кольце через прибор, ближний к теплообменнику (например, в кольце прибора 3 на IV.48), вследствие малой протяженности труб. Поэтому через такой прибор протекает меньшее количество воды, чем через приборы, удаленные от теплообменника.
При расчете площади нагревательной поверхности каждого прибора квартирной и вагонной систем отопления учитываются уже известные теплопередача труб, проложенных в помещении, и температура воды при входе в прибор" и выходе из него. В этом особенность расчета приборов такой системы отопления.
Система отопления железнодорожного вагона дополняется электрическим насосом для возможности усиления циркуляции воды. В квартирных системах отопления применение циркуляционных насосов вызывает конструктивные изменения. Насосная квартирная система отопления делается горизонтальной однотрубной или двухтрубной с нижней прокладкой магистралей.
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Б р о м л е й М. Ф. Гидравлические машины и холодильные установки. М. Строй-издат, 1971.
Каменев П. Н. Гидроэлеваторы в строительстве. Изд. 2-е, М„ Стройиздат, 1970.
К р а у з А. А. Вопросы отопления и вентиляции. М.—Л. ОНТИ, Госстройиздат, 1934.
Сканави А. Н. Динамика давления в системе водяного отопления группы зданий. — В инф. реферат, сб. серии V. Проектирование отопительно-вентиляционных систем. М. изд. ЦИНИС Госстроя СССР, вып 3, 1971.
Л и в ч а к И. Ф. Квартирное вбдяное отопление малоэтажных зданий. М. Изд. МКХ РСФСР, 1950.
Белинкий Е. А. Рациональные системы водяного отопления. М. Госстройиздат, 1963.
Сканави А. Н. Водяное отопление высотных зданий. — В сб. Теплогазоснаб-жение и вентиляция. Каунас, изд. Каунасского политехнического института, 1972,
Источник: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-138-otoplenie/66.htm
Гравитационная система отопления имеет значительные отличия от иных подобных систем, которые проявляются в следующем :
- Вода внутри системы циркулирует самотёком.
- В качестве обогревающего оборудования используются специальные змеевики, выполненные из труб достаточно большого диаметра.
Преимущества.
- Оборудование, применяемое в указанной системе, имеет достаточно простую конструкцию, благодаря чему процесс монтажа не представляет особой сложности. Это же качество определяет простоту эксплуатации рассматриваемой системы.
- Данная аппаратура абсолютно не зависит от интенсивности энергоснабжения здания. Следовательно, наличие либо отсутствие электрического тока никак не влияет на микроклимат отапливаемого помещения.
- Система не требует применения специальных насосов, обеспечивающих бесперебойную циркуляцию жидкости. Данное обстоятельство полностью исключает вибрацию, а также обеспечивает бесшумный режим работы оборудования.
- Указанная система отличается высоким уровнем надёжности, а также имеет длительный эксплуатационный период. Она может функционировать порядка сорока лет.
- Гравитационная обогревательная аппаратура способна регулировать свою работу в автоматическом режиме.
Важно заметить, что надёжность данной системы напрямую зависит от количественного спморегулирования. Это значит, что, по мере изменения температуря обогревающей жидкости, некоторые метаморфозы претерпевает также расход теплоносителя. В связи с изменением плотности упомянутого элемента, увеличивается либо уменьшается уровень теплоотдачи. Следовательно, на интенсивность последнего влияет количественное содержание воды.
Кроме того, большое значение имеют теплопотери самого помещения, относительно которого функционирует данная система. Чем выше показатель теплопотнрь, тем интенсивнее процесс теплоотдачи.
Если рассматривать двухтрубную систему, то в ней циркуляционный круг определяется одним устройством, что обусловливает несколько иной способ саморегулирования. В этом случае упомянутый круг является более коротким. Благодаря указанному обстоятельству, теплоотдача значительно улучшается.
Что касается однотрубной — здесь отопительный круг включает в себя несколько агрегатов. В связи с указанной особенностью отмечается неравномерное распределение тепла. Это часто провоцирует необходимость применения специального циркуляционного насоса, однако такая система не имеет отношения к рассматриваемому виду.
Недостатки.
Как и всё рукотворное, гравитационная отопительная система имеет свои недостатки, которые выражаются в следующем:
- В системе присутствует достаточно низкое циркуляционное давление, из-за чего радиус её действия сокращается до тридцати метров по горизонтали.
- Тот же фактор, наряду с большой теплоёмкостью воды, определяют низкую скорость запуска оборудования.
- Зачастую расширительный резервуар для воды устанавливается в неотапливаемом помещении, что может спровоцировать замерзание указанной жидкости в зимний период. Сие чревато нежелательными последствиями, проявляющимися в разрушении труб.
Двухтрубная система отопления. Принцип действия.
Данный вариант состоит из следующих элементов:
- Котёл.
- Подающий трубопровод.
- Обратный трубопровод.
- Отопительные приборы.
- Расширительный резервуар (бачок).
Теплоноситель, в качестве которого выступает вода, нагревается в теплогенераторе, после чего подаётся к отопительным приборам через прямой трубопровод. Возвращение обогревающей жидкости к источнику энергии осуществляется посредством обратной трубы.
Стоит отметить, что расчёт гравитационной системы отопления предполагает, в данном случае, выполнение небольшого уклона горизонтальных труб. Это создаёт оптимальные условия для выдавливания горячей воды вверх по стояку, где осуществляется её распределение по отопительным приборам.
Отдав своё тепло, охлаждённая вода направляется назад к котлу. Имея большую массу, она буквально выталкивает подогретую жидкость, благодаря чему приобретает возможность нагреться. Сей цикл повторяется снова и снова, однако необходимо периодически проверять уровень воды в бачке, поскольку она имеет свойство испаряться.
Таким образом, особенностью закрытой гравитационной системы отопления является то, что перемещение теплоносителя внутри системы осуществляется за счёт перепада температур, который обусловливает изменение плотности воды.
Уклон труб позволяет также избавиться от воздуха, который может попадать в систему. Указанное вещество обладает меньшим весом, нежели теплоноситель, что способствует беспрепятственному проникновению оного в расширительный бак, удаляясь, таким образом, из отопительного оборудования.
Важно заметить, что двухтрубная система может иметь два варианта разводки:
Наиболее оптимальным является первый вариант, поскольку второй связан с большими затратами на обеспечение следующих моментов:
- Отвод воздуха, который скапливается в трубах.
- Увеличение давления теплоносителя, которое способствует движению воды внутри системы.
Однотрубная система отопления. Принцип действия.
Однотрубная система может быть выполнена исключительно с верхней разводкой. В 
ней присутствует только подающий трубопровод, наличие обратной трубы не предусмотрено конструкцией.
Монтаж такой системы возможен по двум схемам:
- Проточная.
- Имеющая замыкающие участки.
В первом случае подающий стояк отсутствует. Отопительные радиаторы, смонтированные друг над другом, имеют последовательное соединение, что обусловливает прохождение теплоносителя через указанные приборы по нисходящей. В связи с данной особенностью системы, нижние радиаторы наполняются уже охлаждённой жидкостью. Это провоцирует отличный отопительный эффект на верхних этажах здания и достаточно невысокую температуру воздуха на нижних.
Система, имеющая замыкающие участки, оснащена байпасами. Благодаря этому, часть горячей воды поступает непосредственно в нижние радиаторы, способствуя более равномерному распределению температур.
Следует заключить, что гравитационная система с двухтрубной развязкой более надёжна и удобна для эксплуатации в жилых помещениях. Но нельзя исключать применение однотрубной развязки, поскольку она обеспечивает увеличение скорости перемещения теплоносителя, что качественно отражается на теплоотдаче и равномерности распределения тепла.
Источник: http://www.prouteplenie.ru/gravitacionnaya-sistema-otopleniya/