VALTEC | Мифы «гравитационки»
Несмотря на то что отопительная техника с каждым годом совершенствуется и дополняется новыми прогрессивными техническими решениями и высокоэффективным оборудованием, системы водяного отопления с естественной циркуляции теплоносителя продолжают занимать весьма существенную долю в теплоснабжении. Они широко и успешно применяются как в индивидуальном жилищном и коттеджном строительстве, так и при сооружении объектов в районах, где электроснабжение либо отсутствует, либо осуществляется с перебоями.
Гравитационная система водяного отопления, принцип действия которой показан на рис. 1, была изобретена еще в 1777 г. французским физиком Боннеманом (Bonneman) для обогрева инкубатора.
Рис. 1. Принцип действия гравитационной системы отопления.
Начиная с 1818 г., системы отопления Боннемана стали широко применяться в Европе, правда, в основном для теплиц и оранжерей. Основы методики теплового и гидравлического расчета систем с естественной циркуляцией были разработаны англичанином Гудом (Hood) в 1841 г.
Рис. 2. Пример двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией
Для этого используем пример классической двухтрубной гравитационной системы отопления (рис. 2), со следующими исходными данными: первоначальный объем теплоносителя в системе – 100 л; высота от центра котла до поверхности нагретого теплоносителя в баке Н = 7 м; расстояние от поверхности нагретого теплоносителя в баке до центра радиатора второго яруса h1 = 3 м, расстояние до центра радиатора первого яруса h2 = 6 м.
Температура на выходе из котла – 90 °С, на входе в котел – 70 °C. Действующее циркуляционное давление для радиатора второго яруса можно определить поформуле:
Δp2 = (ρ2–ρ1) · g · (H – h1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 3) = 470,4 Па.
Δp1 = (ρ2 –ρ1) · g · (H – h1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 6) =117,6 Па.
При более точных расчетах учитывается также остывание воды в трубопроводах.
Миф 1. Трубопроводы должны прокладываться с уклоном по направлению движения теплоносителя. Не спорим, так было бы не плохо, но на практике это требование не всегда удается выполнить. Где-то балка покрытия мешает, где-то потолки устроены в разных уровнях и т.п. Что же будет, если выполнить подающий трубопровод с контруклоном (рис. 3)?
Рис. 3. Пример выполнения верхнего розлива с контруклоном
Если грамотно подойти к решению этого вопроса, то ничего страшного не произойдет. Циркуляционное давление если и снизится, то на ничтожно малую величину (несколько паскалей), за счет паразитного влияния остывающего в верхнем розливе теплоносителя. Воздух из системы придется удалять с помощью проточного воздухосборника и воздухоотводчика. Пример этого устройства показан на рис. 4. Дренажный кран служит для выпуска воздуха в момент заполнения системы теплоносителем. В «крейсерском» режиме этот кран закрыт. Такая система останется полностью работоспособной.
Рис. 4. Пример устройства для выпуска воздуха из верхнего розлива
Миф 2. В системах с естественной циркуляцией охлажденный теплоноситель вверх двигаться не может. Это вовсе не так. Для циркуляционной системы понятие «верха» и «низа» очень условны. Если обратный трубопровод на каком-то участке поднимается, то где-то он на эту же высоту и опускается. То есть гравитационные силы уравновешиваются.Все дело лишь в преодолении дополнительных местных сопротивлений на поворотах и линейных участках трубопровода. Все это, а также возможное остываниетеплоносителя на участках подъема должно учитываться в расчетах. Если система грамотно рассчитана, то схема, представленная на
Рис. 5. Схема с верхним расположением обратного трубопровода
Миф 3. В гравитационных системах подающий трубопровод должен проходить над всеми ярусами радиаторов. Это тоже совсем не обязательно. Расположение подающего трубопровода с надлежащим уклоном под потолком верхнего этажа или на чердаке позволяет удалять воздух из системы через открытый расширительный бак. Однако проблему удаления воздуха можно решить и с помощью автоматических воздухоотводчиков ( рис. 6) или отдельной воздушной линии.
Рис. 6. Схема с нижним расположением подающей линии
Миф 4. При естественной циркуляции теплоносителя радиаторы обязательно должны располагаться выше центра теплогенератора (котла). Это утверждение справедливо только при расположении отопительных приборов в один ярус. При количестве ярусов два и более, радиаторы нижнего яруса можно располагать и ниже котла, что, естественно, должно быть проверено гидравлическим расчетом. В частности, для примера, показанного на рис. 7, при H = 7 м, h1 = 3 м, h2 = 8 м, действующее циркуляционное давление составит:
g · [H · (ρ2 –ρ1) – h1 · (ρ2–ρ1) – h2 · (ρ2–ρ3
Здесь: ρ1 = 965 кг/м3 – плотность воды при 90 °С; ρ2 = 977 кг/м3 – плотность воды при 70 °С; ρ3 = 973 кг/м3 – плотность воды при 80 °С.
Циркуляционного давления вполне достаточно для работоспособности такой системы.
Рис. 7. Однотрубная гравитационная система с расположением радиаторов ниже котла
Миф 5. Гравитационную систему отопления, рассчитанную на водяной теплоноситель, можно безболезненно перевести на незамерзающий теплоноситель. Без расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что этилен- и полипропиленгликолевые растворы обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих смесей несколько ниже, чем у воды, что требует, при прочих равных условиях, ускоренной циркуляции теплоносителя. Эти два фактора вместе взятые существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.
Миф 6. В открытый расширительный бак необходимо постоянно доливать теплоноситель, т.к. он интенсивно испаряется. Да, это действительно большое неудобство, но его можно легко устранить. Для этого используется воздушная трубка и гидравлический затвор, устанавливаемый, как правило, ближе к нижней точке системы, рядом с котлом (рис. 8). Такая трубка служит воздушным демпфером между гидравлическим затвором и уровнем теплоносителя в баке, поэтому, чем больше ее диаметр, тем лучше. Тем меньше будет уровень колебаний уровня в бачке гидрозатвора. Некоторые умельцы умудряются закачивать в воздушную трубку азот или инертные газы, тем самым предохраняя систему от проникновения кислорода.
Рис. 8. Воздушная трубка с гидрозатвором
Миф 7. Насос, установленный на байпасе главного стояка, не создаст эффекта циркуляции, т.к. установка запорной арматуры на главном стояке междукотлом и расширительным баком запрещена. Можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, т.к. каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. Установка обычного пружинного обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Домашние мастера пытаются препарировать обратные клапаны, снимая с них пружинки совсем или устанавливая их «наоборот» (превращая клапан в нормально открытый). Такие переделанные клапаны создадут в системе неповторимые звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя.Есть гораздо более эффективное решение: на главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем VT.202 ( рис. 9), который скоро появится в ассортименте VALTEC. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.
Рис. 9. Установка поплавкового нормально отрытого обратного клапана
Водяные системы отопления с естественной циркуляцией окутаны еще многими мифами, которые предлагаем вам развеять самостоятельно:
- расширительный бак можно врезать только над главным стояком;
- в таких системах нельзя ставить мембранный расширительныйбак;
- регулировать тепловой поток от радиаторов в гравитационных системах нельзя;
- естественная циркуляция не работает в межсезонье;
- байпасы перед радиаторами в таких системах недопустимы;
- водяные теплые полы в гравитационных системах работать не будут.
Автор: В.И. Поляков
© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя
и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.
это определение, схема и расчет
Приветствую всех читателей моего блога! Сегодня в этой статье я расскажу вам о гравитационных системах отопления.
А конкретно о том, как они работают и где их целесообразно применять.
Постараюсь, как обычно, быть кратким, но информативным, чтобы без лишней «воды» дать вам основное, что нужно о них знать.
Для краткости я буду использовать либо жаргонизм «гравитационка», либо сокращение ГСО.
Делается это для того, чтобы не перегружать текст длинными словами. Итак, поехали!
Принцип работы гравитационной системы отопления
Гравитационная система водяного отопленияГравитационная система отопления это наиболее архаичная система водяного отопления.
Впервые ее применили в первой половине 19 века для обогрева оранжерей.
Физический принцип ее действия основывается на том, что разогретая жидкость расширяется и меняется ее плотность (жидкость становится «легче»).
Внутри котла происходит разделение по плотности — нагретый теплоноситель поднимается по подающей магистрали, а холодный стремится вниз по обратной в сторону котла.
Из-за эффекта непрерывности струи начинается круговое движение жидкости — циркуляция.
Скорость циркуляции в ГСО зависит от разницы уровней (ниже на рисунке обозначено как H) центра нагрева (котла) и центра охлаждения (радиаторов).
Чем больше разница уровней, тем больше будет скорость жидкости внутри системы.
Устройство гравитационной системы отопления
Устроена ГСО достаточно просто. Чтобы не томить вас лишними словами сразу перейдем к рисунку:
Гравитационная система отопления с мембранным расширительным бакомНа рисунке изображена двухтрубная гравитационная система (ранее я уже писал статью про двухтрубные и однотрубные системы рекомендую ее к прочтению).
В самой верхней точке системы располагают в классическом варианте расширительный бак открытого типа.
От котла вверх уходит подающая труба (на рисунке горячая магистраль), по которой разогретый теплоноситель идет к приборам отопления.
В них он остывает и идет обратно в котел по обратной трубе (на рисунке обратная магистраль).
В двухтрубной ГСО магистрали прокладываются с соблюдением уклонов.
У подающей магистрали уклоны делаются в сторону отопительных приборов, у обратной магистрали уклон идет в сторону котла.
Теперь давайте рассмотрим однотрубный вариант гравитационной системы отопления:
Гравитационная однотрубная система отопленияРаботает однотрубная ГСО также, как и двухтрубная. Отличием здесь будет наличие разгонного коллектора — специальной трубы в, которой увеличивается скорость теплоносителя под действием силы тяжести.
Из-за последовательного прохождения радиаторов, температура теплоносителя снижается от начального радиатора к конечному.
Чтобы это компенсировать необходимо увеличивать количество секций у последних радиаторов, а это не всегда возможна из-за ограниченности пространства.
Возможен также вариант ГСО с мембранным расширительным баком вместо открытого.
В этом случае желательно, чтобы котел был рассчитан на давление 3 атмосферы, так как придется устанавливать группу безопасности на подающую магистраль.
Предохранительный клапан в стандартной группе безопасности как раз рассчитан на 3 атмосферы.
Если же ваш котел рассчитан на открытую систему (на давление 1 — 1,5 атм), то при установке мембранного бака и стандартной группы он может выйти из строя.
Мембранный расширительный бак может быть расположен в любом удобном месте ГСО, а в верхней точке системы необходимо установить воздухоотводчик.
Закрытая гравитационная система отопленияДавайте двигаться дальше. Поговорим о том, как рассчитывать гравитационную систему и как выбирать диаметр труб для нее.
Расчет гравитационной системы отопления
Расчет параметров гравитационной системы отопленияЕсли вы собрались сделать гравитационную систему отопления, то вам необходимо сделать хотя-бы минимум расчетов. А лучше вообще сделать полноценный проект.
Это будет идеал и если ваш бюджет потерпит такие траты, то я их весьма рекомендую.
Возможно уже на этапе проекта инженер выявит возможные сложности в реализации и вам удастся избежать переделок. Итак, давайте начнем рассматривать формулы!
Первая формула, которая нам понадобится:
pниж = pвер + ρgh
Расшифровывается она следующим образом:
- pниж — давление на нижнем уровне.
- pвер — давление на верхнем уровне.
- ρ — плотность жидкости.
- g — ускорение свободного падения 9,8 м/с².
- h — разность высот между уровнями.
По этой формуле определяется гидростатическое давление в системе отопления. Из нее следует очевидный вывод, что давление в системе будет тем больше, чем больше ее высота.
Но теплоноситель (в частном случае вода) циркулирует по ГСО и этот момент учитывает равенство Бернулли, которое выглядит так:
p = (ρv²/2) + ρgh
Уравнение Бернулли показывает, что полное давление зависит не только от высоты, но и от скорости движения жидкости в системе.
Однако, вклад гидродинамического давления в полное значительно меньше, чем гидростатического (менее 5%) поэтому им пренебрегают для простоты расчетов.
Как известно, циркуляция в ГСО происходит из-за разности давлений, создаваемых горячей и холодной водой.
Эта разность называется естественным циркуляционным давлением и вычисляется по следующей короткой и простой формуле:
Δp = pхол — pгор = gh(ρхол — ρгор).
Расшифровывается это так:
Плотности воды при определенных значениях температуры являются справочными величинами, которые просто узнать из справочников.
Эта формула подходит для расчета естественного циркуляционного давления в одноэтажном доме, где имеется один центр охлаждения. в двухэтажном доме таких центров будет уже 2 и формула примет следующий вид:
Δp = g〈h2(ρ1 — ρг) + h3(ρ2 — ρг)〉,
где:
- h2, ρ1 — уровень центра охлаждения плотность воды на первом этаже.
- h3, ρ2 — уровень центра охлаждения плотность воды на втором этаже.
После расчета естественного циркуляционного давления необходимо рассчитать расход воды.
Делается это следующим образом:
G = Q/(C•Δt)
Расшифровка здесь такая:
- G — расход теплоносителя кг/сек.
- Q — количество теплоты, генерируемое котлом.
- С — удельная теплоемкость.
- Δt — разность температур между горячим и остывшим теплоносителем.
Для наглядности предлагаю посмотреть короткое видео с примером расчета ГСО:
» src=»https://www.youtube.com/embed/MSXhGZn47o0?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»>Гравитационная система отопления: диаметры труб
При выборе труб нам необходимо, чтобы они обеспечивали необходимый расход воды, а естественного циркуляционного давления должно хватать для компенсации потерь на трение о стенки и преодоление местных сопротивлений (тройники, отводы, вентиля и так далее).
Падение давления, вызванное трением определяется по равенству Дарси Вейсбаха:
Здесь:
- ΔP — падение давления на участке трубопровода.
- λ — коэффициент потерь на трение по длине участка. Табличная величина.
- L — длина участка.
- D — диаметр трубы на участке.
- V — скорость жидкости в трубе.
- ρ — плотность жидкости.
Общие потери давления в системе будут определяться как сумма потерь на всех участках труб и местных сопротивлениях (потери в местных сопротивлениях находятся по формуле
ΔPарматура = ξ*(v²ρ/2), где ξ — табличные коэффициенты).
Об этом я писал в своей статье, посвященной гидравлическим расчетам.
Для того, чтобы появилась циркуляция, естественное давление циркуляции должно превысить общие потери давления в ГСО:
Δp ≥ ΔP + ΔPарматура
Для того, чтобы сэкономить время, строители давно разработали специальные таблицы, которым можно быстро выбрать необходимый диаметр трубы.
Скажу сразу, что в ГСО металлическая труба начинается от 50-го диаметра, а пластиковые трубы могут использоваться начиная от диаметра 63 мм.
Их самым главным недостатком будет их цена. Кроме того, есть определенные сложности с их монтажом.
Тут нужно будет привлекать опытного человека, который сможет соблюсти все уклоны и прочие нюансы системы.
Гравитационная система отопления: плюсы и минусы
Эта статья, конечно же, не претендует на полноту освещения вопроса и призвана дать читателю только начальные знания о гравитационных системах отопления. Поэтому прошу не судить строго.
Главным преимуществом такого отопления является его независимость от работы насосов и долговечность системы.
Ее наиболее удобно применять в глухих уголках нашей страны, где могут возникать долгие перебои с электроэнергией.
Главный недостаток ГСО — высока начальная стоимость материалов и сложности монтажа. Но долгий срок ее службы вполне все окупает.
На этом пока все, жду ваших вопросов в комментариях! Не забываем делиться статьей через социальные сети.
Проверка гравитационных печей — InterNACHI®
Ник Громицко, CMI®
Гравитационные печи — это отопительные агрегаты и связанное с ними оборудование, в которых теплый воздух перемещается по зданию под действием силы тяжести. Эти устаревшие печи устанавливались с конца 1800-х до середины -го -го века и до сих пор используются в некоторых старых зданиях.
Их конструкция проста: топливо подается через дверь в камеру сгорания, которая нагревает окружающий воздух, прежде чем он поднимется на верхние этажи жилища по воздуховодам, проходящим через стены и полы здания. Вентиляционные отверстия, которые стратегически прикреплены к воздуховодам, позволяют горячему воздуху выходить в комнаты дома. Эту конструкцию иногда называют «печью-осьминогом».
Первоначально в гравитационных печах сжигался только уголь, хотя со временем многие из них были переоборудованы для работы на более новых источниках топлива, таких как нефть, природный газ и пропан. Требования к воздуху для горения и вентиляции одинаковы в гравитационных печах и печах с принудительной подачей воздуха, и теплообменник аналогичен. Однако гравитационные печи больше, чем системы с принудительной подачей воздуха. У них меньше движущихся частей (что может объяснить их долговечность), и у них нет вентилятора. Без вентилятора, нагнетающего воздух через дом, печь работает тише, чем современные системы, поднимает меньше пыли, жильцы замечают меньше горячих точек вокруг вентиляционного отверстия, а поток теплого воздуха в комнату менее напористый и очевидный.
Эти преимущества незначительны по сравнению со следующими недостатками системы:
- неэффективность. По мнению некоторых специалистов, только половина тепла, вырабатываемого гравитационной печью, используется для обогрева дома, а остальное выбрасывается через дымоход. Напротив, многие современные печи с принудительной подачей воздуха имеют КПД 95%;
- расходы на отопление. Из-за их неэффективности домовладельцы обычно платят больше за отопление своих домов с помощью самотечной печи, чем с помощью обычной печи;
- медленное время отклика. Не имея средства, независимого от гравитации, для нагнетания воздуха по всему дому, этим печам может потребоваться много времени, чтобы нагреть комнату после их включения;
- выбросы парниковых газов. Поскольку для обогрева дома необходимо сжигать больше топлива, гравитационные печи выделяют больше парниковых газов, чем современные альтернативы;
- без кондиционера. Поскольку в гравитационных печах нет вентилятора для распределения воздуха, их нельзя соединить с центральным блоком кондиционирования воздуха;
- Асбест. До того, как стало известно об опасностях, связанных с асбестом, асбестовая изоляция использовалась в качестве изолятора и огнезащитного материала в самотечных печах по мере их установки. Инспекторы могут заметить толстую белую пленку вокруг печи и ее компонентов. Этот материал токсичен, его волокна известны как канцерогены, и с этим материалом нельзя обращаться или трогать его. Потенциальные покупатели должны договориться о цене дома, чтобы включить стоимость удаления асбестовой изоляции и, возможно, печи, квалифицированным специалистом;
- Воздуховод большого размера. Воздуховоды печи слишком велики и расположены не в том месте, чтобы их можно было использовать в современных печах. Когда гравитационная печь в конечном итоге будет заменена, воздуховод также необходимо будет изменить или отказаться от него; и
- угарный газ в приточном воздухе, который может образоваться из-за отверстий в швах камеры горелки.
Проверка может также включать следующие дефекты:
- хранящиеся поблизости предметы, которые могут блокировать поток воздуха, например чистящее оборудование или газеты;
- пыль или пух в регистре. Без периодического обслуживания пыль или ворс могут быть занесены сквозняком в печь; и
- коррозии.
Функциональные гравитационные печи, несмотря на их ограничения, не требуют замены. Однако обычно рекомендуется замена, потому что устройства, которые все еще работают сегодня, превысили свой ожидаемый срок службы, и им не хватает явных преимуществ и безопасности современных систем воздушного отопления.
Подводя итоги, можно сказать, что гравитационные печи неэффективны и устарели, хотя они все еще работают приемлемо там, где они установлены в некоторых старых зданиях.
Международная ассоциация сертифицированных авиационных консультантов
Что такое гравитационная печь?
Как работает гравитационная печь?
Гравитационная печь работает аналогично большой печи . Гравитационная печь имеет камеру , в которой сжигается топливо для выработки тепла, которое затем передается по воздуховодам для обогрева вашего дома. Поскольку тепло поднимается вверх, гравитационные печи обычно устанавливают в подвальных помещениях, чтобы получить наилучший приток воздуха. Гравитационные печи сейчас менее распространены, поскольку они не так эффективны, как более новые системы отопления. Кроме того, гравитационные печи также сложнее ремонтировать, поскольку они не так распространены, как стандартные печи. Чтобы узнать больше о системах отопления, позвоните нам сегодня.
Безопасны ли гравитационные печи?
Гравитационные печи обычно так же безопасны, как и стандартные печи, производимые сегодня . Тем не менее, основной причиной для беспокойства является материал, из которого сделана гравитационная печь. Большинство гравитационных печей содержат асбест , главным образом в изоляции внутри ваших воздуховодов, что представляет опасность для здоровья, если асбест разрушается. В некоторых случаях вы можете удалить и заменить детали, содержащие асбест, но вам придется нанять специализированного техника для выполнения работы таким образом, чтобы эффективно и безопасно удалить асбест. Чтобы узнать больше о системах отопления, свяжитесь с нами сегодня.
Зачем нужно менять печи?
Несколько причин, по которым вы можете захотеть заменить свою печь , включают:
- Вашей печи более 15 лет.
- Ваши счета за электроэнергию резко возросли.
- Ваша печь часто выходит из строя.
Еще одна причина, по которой вы можете захотеть заменить свою печь, — это если она больше не обогревает ваш дом эффективно. Замена вашей печи на более новую и более эффективную печь сэкономит вам деньги на энергию и затраты на ремонт. Чтобы заменить печь, позвоните нам сегодня.
Гравитационные печи были очень популярны в свое время.
Эти типы печей устанавливались с конца 1800-х до примерно середины 1900-х годов, прежде чем газовые и электрические печи стали стандартом.
Если вы когда-нибудь их видели, то знаете, что они могут выглядеть довольно устрашающе из-за своего размера!
Как работают гравитационные печи?
Эксплуатация гравитационной печи довольно проста.
Топливо помещается в камеру сгорания, которое затем нагревает окружающий его воздух, а затем этот воздух поднимается по воздуховоду для обогрева остальной части дома.
Тепло естественно поднимается вверх, поэтому вентилятор или двигатели не задействованы.
Первоначальные гравитационные печи работали на угле, который нужно было регулярно заменять, чтобы поддерживать поступление тепла.
По сути, это была гигантская печь, которая в то время отапливала дом.
По мере развития технологий новые источники топлива, такие как пропан, нефть и природный газ, заменили уголь для обогрева печи.
Недостатки гравитационных печей
Сегодня большинство гравитационных печей подлежат замене только из-за их возраста. Если это недостаточно убедительно, вот еще несколько веских причин для замены:
- Низкая эффективность – Сегодня КПД печи начинается с 80% и достигает 98%. Это означает, что не менее 80% сжигаемого топлива используется для обогрева дома.