Происходит циркуляция. Циркуляция воды в котлах

Общая циркуляция атмосферы - круговоротные движения воздушных масс, простирающиеся по всей планете. Они являются переносчиками различных элементов и энергии по всей атмосфере.

Прерывистое и сезонное размещение тепловой энергии вызывает воздушные течения. Это приводит к разному прогреванию почвы и воздуха на всевозможных территориях.

Именно поэтому солнечное влияние является основоположником движения воздушных масс и циркуляции атмосферы. Воздушные движения на нашей планете бывают абсолютно разные - достигающие нескольких метров или десятков километров.

Самая простая и понятная схема циркуляции атмосферы бала создана еще много лет назад и используется в наши дни. Движение воздушных масс неизменно и безостановочно, они движутся по нашей планете, создавая замкнутый круг. Быстрота передвижения этих масс напрямую связана с солнечной радиацией, взаимодействия с океаном и взаимодействия атмосферы с почвой.

Атмосферные движения вызываются нестабильностью распределения солнечного тепла по всей планете. Чередование противоположных воздушных масс - теплых и холодных, - их постоянное скачкообразное перемещение вверх и вниз, образует различные циркуляционные системы.

Получение тепла атмосферой происходит тремя путями - использованием солнечной радиации, с помощью конденсации пара и теплообмена с земным покровом.

Влажный воздух также важен для насыщения атмосферы теплом. Огромную роль в этом процессе играет тропическая зона Тихого океана.

Воздушные потоки в атмосфере

(Потоки воздуха в атмосфере Земли )

Воздушные массы различаются по своему составу, зависящему от места зарождения. Воздушные потоки подразделяются на 2 основных критерия - континентальные и морские. Континентальные формируются над почвенным покровом, поэтому они мало увлажнены. Морские, наоборот, очень влажные.

Основными воздушными потоками Земли являются пассаты, циклоны и антициклоны.

Пассаты образуются в тропиках. Их движение направлено в сторону экваториальных территорий. Это связано с перепадами давления - на экваторе оно низкое, а в тропиках - высокое.

(Красным на схеме отображены пассаты (trade winds) )

Образование циклонов происходит над поверхностью теплых вод. Воздушные массы передвигаются от центра к краям. Их влияние характеризуется обильными осадками и сильными ветрами.

Тропические циклоны действуют над океанами на приэкваториальных территориях. Они формируются в любое время года, вызывая ураганы и штормы.

Антициклоны образуются над материками, где понижена влажность, но есть достаточное количество солнечной энергии. Воздушные массы в этих потоках движутся от краев к центральной части, в которой они нагреваются и постепенно снижаются. Именно поэтому циклоны приносят ясную и безветренную погоду.

Муссоны являются переменными ветрами, направление которых меняется посезонно.

Также выделяются вторичные воздушные массы, такие как тайфун и торнадо, цунами.

Сооружение автономной сети отопления гравитационного типа выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключиться к централизованному электроснабжению.

Такая система обходится дешевле в обустройстве и полностью независима от электричества. Однако ее работоспособность во многом зависит от точности проектирования.

Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить компоненты и обоснованно выбрать схему водяного контура. Мы поможем в решении этих вопросов.

Мы описали главные принципы работы гравитационной системы, привели советы по выбору трубопровода, обозначили правила сборки контура и размещения рабочих узлов. Отдельное внимание мы уделили особенностям проектирования и функционирования одно- и двухтрубной схемам отопления.

Процесс движения воды в контуре отопления без применения циркуляционного насоса происходит в силу естественных физических законов.

Понимание природы этих процессов позволит грамотно для типовых и нестандартных случаев.

Галерея изображений

Максимальная разность гидростатического давления

Основное физическое свойство любого теплоносителя (воды или антифриза), которое способствует его движению по контуру при естественной циркуляции – уменьшение плотности при увеличении температуры.

Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому возникает разница в гидростатическом давлении теплого и холодного столба жидкости. Холодная вода, стекая к теплообменнику, вытесняет горячую вверх по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является перепад гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости

Отопительный контур дома можно условно разделить на несколько фрагментов. По “горячим” фрагментам вода направляется вверх, а по “холодным” – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точка системы отопления.

Главной задачей при моделировании воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в “горячем” и “холодном” фрагментах.

Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является коллектор разгона (главный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.

Коллектор разгона должен иметь максимальную температуру, поэтому его утепляют на всей протяженности. Хотя, если высота коллектора не велика (как для одноэтажных домов), то можно не проводить утепление, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно систему проектируют таким образом, чтобы верхняя точка коллектора разгона совпадала с верхней точкой всего контура. Там устанавливают выход на или клапан для отвода воздуха, если используют мембранный бак.

Тогда длина “горячего” фрагмента контура является минимально возможной, что приводит к уменьшению теплопотерь на этом участке.

Также желательно, чтобы “горячий” фрагмент контура не сочетался с длительным участком, транспортирующим остывший теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, помещенного в устройство нагрева.

Чем ниже в системе отопления расположен котел, тем меньше гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура

Для “холодного” сегмента водяного контура тоже есть свои правила, увеличивающие давление жидкости:

чем больше теплопотери на “холодном” участке отопительной сети , тем ниже температура воды и больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
чем больше расстояние от нижней точки контура к подключению радиаторов , тем больше участок столба воды с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Чтобы обеспечить выполнение последнего правила, часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Таким размещением котла обеспечивают максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагревают только теплообменник и нижнюю часть коллектора разгона.

Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то падение давления в “горячем” фрагменте контура будет несущественным и процесс циркуляции не будет запущен.

Использование систем с естественной циркуляции для двухэтажных строений вполне оправдано, а для большей этажности будет необходим циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо учитывать скорость движения теплоносителя по контуру.

Во-первых , чем быстрее скорость, тем быстрее будет происходить передача тепла по системе “котел – теплообменник – водяной контур – радиаторы отопления – помещение”.

Во-вторых , чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше вероятность ее закипания, что особенно важно при печном отоплении.

Закипание воды в системе может обойтись очень дорого – стоимость демонтажа, ремонта и обратной установки теплообменника требует много времени и средств

При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:

разницы давления между фрагментами контура в нижней его точке;
гидродинамического сопротивления отопительной системы.

Способы обеспечения максимальной разницы давления были рассмотрены выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы не поддается точному расчету по причине сложной математической модели и большого числа входящих данных, точность которых трудно гарантировать.

Тем не менее, существуют общие правила, соблюдение которых позволит уменьшить сопротивление отопительного контура.

Основным причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок труб и присутствие сужений из-за наличия фитингов или запорной арматуры. При небольшой скорости потока сопротивление стенок практически отсутствует.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . Как правило, для него выделяют отдельные контуры с принудительной циркуляцией.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией придется учитывать наличие технических сужений при монтаже системы. Поэтому использовать при естественной циркуляции воды нежелательно по причине соединения их фитингами, со значительно меньшим внутренним диаметром.

Правила выбора и монтажа труб

Уклон магистрали обратки делают, как правило, по ходу движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура будет совпадать с входом обратной трубы в теплогенератор.

Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо не допустить попадания воздуха в узкие и горизонтально расположенные трубы этой обогревательной системы. Необходимо поставить устройство удаления воздуха перед теплым полом.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров, их выполняют по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с использованием одной магистрали

Систему отопления с использованием одной и той же трубы для последовательного подвода воды к радиаторам называют однотрубной. Самым простым однотрубным вариантом является отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решения обогрева дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный значимый минус – внешний вид громоздких труб.

При самом экономном с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения остывает, поэтому последующие радиаторы получают воду более холодную, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная схема (вверху) требует минимального количества монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант внизу позволяет отключать радиаторы без остановки всей системы

Самым эффективным способом подключения приборов отопления к однотрубной сети считается диагональный вариант.

Согласно этой схеме контуров отопления с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после охлаждения отводится через расположенный внизу патрубок. При прохождении подобным образом нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входного патрубка, так и выходного, теплоотдача существенно уменьшается, потому что нагретому теплоносителю надо пройти максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» характеризуется внушительными теплопотерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Плюс ее в том, что при использовании запорных вентилей на входном и выходном патрубке приборы выборочно можно отключать для ремонта без остановки отопительного цикла (+)

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов получили название “ “. Несмотря на отмеченные потери тепла, им отдают предпочтение в обустройстве систем квартирного отопления, что обусловлено более эстетичным видом прокладки трубопровода.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключить одну из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру.

Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой “ ” для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до полного его отключения.

Для двух и более этажных строений применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. К тому же вертикальные стояки менее протяженные и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубную схему с вертикальной разводкой успешно применяют при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов

Вариант с применением обратной трубы

Когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, такую схему отопления называют двухтрубной. Подобную систему при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную.

Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
проще выполнить расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значениях температуры;
эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, подразделяют на попутные и тупиковые. В попутных схемах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах, охлажденная вода движется навстречу горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя отличаются. Так как скорость в системе небольшая, то и время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды меньше, будут нагреты быстрее.

При выборе тупиковой и попутной схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратной трубы

Существует два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхняя и нижняя. При верхней подводке труба, подающая горячую воду, располагается выше радиаторов отопления, а при нижней подводке – ниже.

При нижней подводке возможно удаление воздуха через радиаторы и отсутствует необходимость проведения труб поверху, что хорошо с позиции дизайна помещения.

Однако без коллектора разгона перепад давления будет гораздо меньше, чем при использовании верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции практически не применяют.

Выводы и полезное видео по теме

Организация однотрубной схема на основе электрокотла для небольшого дома:

Работа двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на основе твердотопливного котла длительного горения:

Использование естественной циркуляции при движении воды в отопительном контуре требует точных расчетов и технически грамотного выполнения монтажных работ. При выполнении этих условий система отопления будет качественно нагревать помещения частного дома и избавит хозяев от шума насоса и зависимости от электроэнергии.

Циркуляция Тосола в двигателе — основное требование, предъявляемое к системе охлаждения (СО). Благодаря тому, что жидкость проходит по всем компонентам СО, обеспечивается стабильная работа мотора и предотвращение его перегревания. Из каких элементов состоит система охлаждения и как происходит циркуляция расходного материала, мы расскажем ниже.

[ Скрыть ]

Компоненты системы охлаждения

Сначала разберем основные элементы СО и их предназначение.

Расширительный бачок

Резервуар располагается в моторном отсеке. Через него в охладительную систему поступает расходный материал. Емкость для компенсации меняющегося в ходе эксплуатации, а также при расширении объема вещества.

Жидкостный насос

Один из основных компонентов СО. С помощью этого устройства выполняется непосредственно процедура циркуляции хладагента по магистралям охладительной системы. Жидкостный насос может быть оборудован дополнительным насосным устройством, в зависимости от конструктивных особенностей силового агрегата.

Пользователь Astragaz S. в своем ролике показал, как работает СО.

Радиаторы

Предназначение этого устройства заключается в понижении температурного режима охлаждающей жидкости под воздействием постоянного холодного воздушного потока. Это позволяет сильнее отдавать устройству тепло, таким образом, увеличивая эффективность свойства охлаждения. В СО используется радиатор охлаждения силового агрегата, а также радиаторное устройство отопителя. В холодное время года тепло, которое отдает двигатель, передается через радиатор на печку в салон авто. Чтобы понизить температуру горения топливовоздушной смеси, используется еще один тип радиаторного устройства, предназначенный для охлаждения выхлопных газов.

Электровентиляторы

В любой охладительной системе есть электрический вентилятор. Он применяется для обдува силового агрегата машины.

Датчики

Контроллеры СО применяются для фиксации температуры работы мотора. Показания с датчиков выводятся на приборную панель автомобиля. Благодаря этому водитель может своевременно узнать о перегреве двигателя. Есть еще один датчик — вентилятора. Он вступает в работу, когда фиксирует слишком высокую температуру хладагента.

Термостат

Предназначение этого устройства заключается в том, что прибор устанавливает определенный уровень и объем охлаждающей жидкости. Расходный материал контролируется термостатом, что позволяет ему поддерживать оптимальный температурный уровень. Располагается устройство между радиатором, а также рубашкой охлаждения, в шланге.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости

Простая схема циркуляции хладагента

Теперь поговорим о том, по какому пути в ДВС автомобиля происходит циркуляция жидкости. Информация, приведенная ниже, актуальна для всех моторов, независимо от того, сколько цилиндров в них стоит.

Итак, жидкость циркулирует следующим образом:

Вы заводите движок, расходный материал сразу начинает проходить по магистралям СО. На этом этапе циркуляция осуществляется с помощью насосного устройства. Он вступает в работу в результате воздействия ремешка ГРМ или специального ремня.
Охлаждающая жидкость еще не нагрелась, поэтому она закачивается в силовой агрегат с применением насосного устройства. Расходный материал начинает греться в результате его циркуляции по цилиндрам ДВС, которые отдают тепло. Антифриз начинает забирать тепло, таким образом повышая свою температуру. После этого хладагент поступает на насос. Это малый круг и он повторяется до того момента, пока хладагент до конца не прогреется.
Большой круг циркуляции расходного материала вступает в работу после того, как жидкость прогреется до нужной температуры. В момент начала его работы термостат блокирует малый круг. С помощью насосного устройства расходный материал начинает закачиваться в двигатель. Жидкость, обладая повышенной температурой, циркулирует по магистралям и поступает в радиатор. Здесь она оставляет часть тепла, передавая его в отопительную систему или в окружающую среду.
После этого хладагент опять закачивается в двигатель машины насосным устройством. Если расходный материал не может обеспечить должное охлаждение мотора, при этом температура жидкости продолжает расти, в работу вступает датчик вентилятора. Он обычно монтируется в нижней части радиаторного устройства. Его активация приводит к началу работы вентилятора.
После охлаждения антифриза до нужной температуры вентиляторы выключаются.

Диагностика системы охлаждения

Если нет циркуляции хладагента в охладительной системе, нужно проверить ее работоспособность. Причин неполадок может быть много.

Если циркуляция пропала, проверка выполняется следующим образом:

Сначала выполните диагностику состояния всех шлангов. На патрубках не должно быть изгибов. При диагностике удостоверьтесь в том, что шланги не перебиты и не соприкасаются с движущимися или слишком горячими компонентами силового агрегата. Появление перегибов станет причиной снижения потока расходного материала, что в итоге приведет к перегреву. Также желательно произвести диагностику температуры патрубков, для этого потребуется инфракрасный термометр. При активации печки температура подводящей и отводящей магистрали будет примерно одинаковой, если система работает правильно.
Проверьте работоспособность термостата. При сильном износе этот элемент может заклинить в закрытом или открытом положении. В первом случае произойдет перегрев мотора, во втором увеличится расход топлива, поскольку мотор будет работать на холодную. Если причина неработоспособности устройства заключается в неправильной его установке, надо демонтировать термостат и заново его установить. Если приспособление вышло из строя из-за износа, то его следует поменять, а если из-за загрязненной охлаждающей жидкости, то перед сменой обязательно выполните промывку СО.
Обязательно проверьте уровень жидкости в системе охлаждения. Обычно перегрев ДВС происходит в результате нехватки расходного материала. При необходимости долейте хладагент в систему. Проверьте состояние патрубков и радиаторного устройства, а также прочих элементов схемы. Часто причина утечки кроется в ослабленных хомутах на шлангах. Если поврежден радиатор, то устройство надо заваривать аргонной сваркой или менять. Все поврежденные шланги также подлежат замене.
Выполните проверку основного уплотнения на крышке радиатора. Если на нем имеются следы растрескивания либо повреждения, то пробка подлежит замене. Также на крышке имеются два клапана, предназначенных для изменения давления и вакуума в устройстве. Они без проблем поднимаются и устанавливаются в начальное положение под воздействием пружины. Если это не так, пробка подлежит замене. Что касается самой пружинки, то она всегда оказывает сопротивление. При его отсутствии крышку также надо менять.

Грязное радиаторное устройство Отложения в патрубках СО

Виды циркуляции теплоносителей в системах отопления

Система отопления с естественной циркуляцией

В системе с естественной циркуляцией движение нагретого теплоносителя происходит под действием гравитационной силы, которая возникает за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах. Плотность горячей воды меньше, чем холодной, значит, она легче.

Разность плотности охлажденной и нагретой воды создает в системе водяного отопления гидростатический напор, который заставляет воду двигаться от теплогенератора к отопительным приборам и в обратном направлении.

Иными словами горячая вода как более легкая вытесняется охлажденной водой.

Нагретая в отопительном котле вода становится легче и поднимается по подающей магистрали (главному стояку) вверх, откуда поступает в разводящие подающие стояки, поставляющие воду к приборам отопления.

По пути вода остывает и становится тяжелее. От отопительных приборов охлажденная, или обратная, вода спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали в отопительный котел, где вытесняет более легкую нагретую воду.

За счет разности температур нагретой и обратной воды циркуляция имеет непрерывный характер, обеспечивающий бесперебойную работу отопительной системы.

Величина циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией воды зависит от двух факторов:

Разность температур нагретой и охлажденной воды:

Обычно максимальная температура горячей воды в системе водяного отопления составляет 95, а охлажденной - 70С.

- Во избежание снижения температуры в подающей магистрали (главном стояке) и, как следствие, падения гидростатического давления в системе, ее необходимо защитить теплоизоляционным материалом.

Наоборот, обратные трубопроводы следует прокладывать без теплоизоляции. Только в этом случае обратная вода будет охлаждаться и создавать необходимый циркуляционный напор.

Расположение приборов отопления по отношению к теплогенератору (водогрейному котлу):

Общая закономерность такова: чем выше находится отопительный прибор над водогрейным котлом, тем больше циркуляционное давление.

- Это значит, что циркуляционное давление для отопительных приборов, расположенных на втором этаже, будет больше, чем у приборов, находящихся на первом этаже загородного дома.

Именно поэтому в условиях водяного отопления верхние этажи прогреваются лучше, чем нижние. Отопительные приборы, находящиеся на одном уровне с водогрейным котлом или ниже его, нагреваются незначительно и поэтому оказываются неэффективными.

Наименьшее расстояние между центрами водогрейного котла и отопительного прибора на первом этаже должно составлять не менее 3 метров.

Отопительная система с естественной циркуляцией воды может быть с нижней или верхней разводкой (рис. 20).

Принцип действия обеих систем идентичен. Единственное различие – в расположении подающей магистрали.

Система водяного отопления с естественной циркуляцией воды обладает рядом достоинств:

Ровным распределением температуры воздуха в жилых помещениях, обеспечивающим комфортный микроклимат.

Причина высокой комфортности - в саморегуляции системы отопления: изменение температуры и плотности воды автоматически изменяет ее расход из-за колебаний изменения естественного циркуляционного давления;

Простотой устройства и эксплуатации системы отопления;

Отсутствием вибраций и шума, неизбежного спутника циркуляционных насосов;

Долговечностью отопительной системы (до 50 лет при условии грамотной эксплуатации).

Несмотря на перечисленные достоинства в настоящее время систему водяного отопления с естественной циркуляцией воды можно встретить только в деревнях.

В загородных же домах и коттеджах предпочитают использовать отопительные системы, функционирующие на базе циркуляционных насосов.

Непопулярность отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя объясняется ее недостатками:

Большим диаметром труб и, как следствие, большим расходом строительных материалов;

Увеличенными затратами на монтаж отопительной системы;

Большими энергозатратами (включая непомерный расход топлива);

Замедленным включением системы отопления;

Невозможностью регулировать температуру воздуха в жилых помещениях;

Высокой вероятностью замерзания воды на участках трубопровода, проложенного в неотапливаемых помещениях;

Низкими эстетическими качествами (из-за труб большого диаметра).

В силу перечисленных недостатков отопительная система с естественной циркуляцией воды зачастую оказывается малоэффективной и экономически невыгодной.

Отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя

В системе традиционного отопления с принудительной циркуляцией движение теплоносителя происходит под действием специального агрегата - циркуляционного насоса.

Насос обеспечивает постоянную циркуляцию теплоносителя по замкнутой отопительной системе. Прибор подключают к обратной магистрали, что способствует продлению срока службы деталей, взаимодействующих с нагретой водой.

К обратной же магистрали подсоединяют и расширительный бак, о котором речь пойдет ниже, в отдельной главе.

Использование циркуляционного насоса позволяет значительно увеличить протяженность трубопровода, что особенно актуально для отопления многоэтажных коттеджей и жилых домов, и применять новые схемные решения отопительной системы (рис. 19).

Однако использовать циркуляционные насосы можно только в условиях бесперебойной подачи электроэнергии, так как они работают от сети.

Рис. 19. Водяное отопление с принудительной циркуляцией

А - нижняя разводка: 1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - сигнальная линия; 5 - подающая линия; 6 --воздухосборник; 7 - подающие стояки; 8 - обратные стояки; 9 - обратная линия; 10- насос; 11 - расширительная труба; б - верхняя разводка: 1 - котел; 2 - подающая линия; 3 - обратная линия; 4 - подающие стояки; 5 - обратные стояки;6 - воздушная линия; 7 - воздухосборник; 8 - расширительный бак; 9 - насос; 10- расширительная труба

Рис. 20. Система с естественной циркуляцией воды

А - верхняя разводка; б - нижняя разводка; 1 - котел; 2 - воздушная линия (главный стояк); 3 - разводящая линия; 4 - горячие стояки 5 - обратные стояки; 6 - обратная линия; 7 - расширительный бак; 8 - сигнальная линия; 9 -уклон

Достоинства системы с принудительной циркуляцией теплоносителя

Благодаря работе циркуляционного насоса отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя обладает рядом достоинств:

Более полной теплоотдачей (по сравнению с системой с естественной циркуляцией воды);

Отсутствием потерь теплоносителя на испарение;

Возможностью использования труб небольшого диаметра, что значительно сокращает расход строительных материалов и облегчает монтаж системы;

Небольшой разницей температуры нагретого и охлажденного теплоносителя, что увеличивает срок службы водогрейного котла (из-за отсутствия необходимости перегревать воду);

Возможностью регулировать мощности всей системы отопления и температуры воздуха в жилых помещениях, что обеспечивает более высокую степень комфорта.

В целом отопительная система с принудительной циркуляцией теплоносителя более удобна в эксплуатации, да и качество такой системы выше.

__________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ КОТЛОВ

Одной из самых простых является система отопления с естественной циркуляцией. Однако эта простота при отсутствии надлежащего опыта работ с такими системами может «вылезти боком» в процессе эксплуатации.

Отопление с естественной циркуляцией было широко распространено еще десяток лет назад в загородных небольших домах и некоторых квартирах с индивидуальным отоплением. Сейчас же рынок «завоевывают» системы с принудительной циркуляцией теплоносителя, благодаря возможностям, которые они предоставляют.

Но поговорим все же про водяное отопление с естественной циркуляцией.

Конструкционные особенности системы

Системы отопления с естественной циркуляцией включают в свой состав:

отопительный котел, нагревающий воду;
подающий трубопровод, «поставляющий» горячую воду к отопительным приборам (радиаторам);
обратный трубопровод, по которому вода возвращается в котел;
нагревательные приборы - радиаторы, отдающие тепло в окружающую среду;
, предназначенный для компенсации температурного расширения жидкости.

Принцип действия системы

Вода, нагреваясь в котле, поднимается вверх по центральному стояку и по подающему трубопроводу поступает в радиаторы отопления (нагревательные приборы), где отдает часть своего тепла. Далее уже охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел и снова нагревается. Затем цикл повторяется, обеспечивая комфортную температуру в отапливаемом помещении.

Для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя (обычно воды) в системе горизонтальные части трубопровода монтируются с уклоном не менее 1 см на погонный метр длины горизонтального участка системы отопления.

Горячая вода, вследствие уменьшения своей плотности при нагревании, поднимается по центральному стояку вверх, выдавливаемая холодной водой, возвращающейся в котел. Далее самотеком растекается по подающему трубопроводу к радиаторам отопления. После «пребывания» в них вода также самотеком стекает обратно в котел, вновь выдавливая вверх уже нагретую в котле воду.

Воздух, попавший с теплоносителем в систему, может создать воздушную пробку в радиаторах отопления, но, зачастую, в таких системах отопления с естественной циркуляцией пузырьки воздуха благодаря уклонам трубопровода «путешествуют» вверх и выходят в расширительный бачок открытого типа (бак, контактирующий с атмосферным воздухом).

Расширительный бачок предназначен для поддержания постоянного давления в системе отопления, благодаря тому, что он заполняется увеличившимся при нагревании объемом теплоносителя, который затем «отдает» обратно в систему при понижении температуры жидкости.

Делаем выводы!

Итак! Подъем воды в системе (стояке к подающей трубе) осуществляется благодаря разнице между плотностями нагретой и охлажденной жидкости. Движение же (циркуляция) поддерживается еще и благодаря гравитационному давлению (обратная труба).

При движении теплоносителя по трубопроводу в системе отопления с естественной циркуляцией на жидкость действуют силы сопротивления:

трение жидкости о стенки труб (для снижения используются трубы большого диаметра);
изменение направления движения жидкостью на поворотах, ответвлениях, каналах отопительных приборов (радиаторов).

Основные физические параметры системы отопления с естественной циркуляцией

Циркуляционный напор Рц - физическая величина, определяемая разностью высот центров котла и самого нижнего отопительного прибора (радиатора).

Чем больше разница высот (h) и разница плотностей нагретой (ρ г) и охлажденной (ρ о) жидкостей в системе, тем более качественная и стабильная будет циркуляция теплоносителя.

Р ц =h(ρ о -ρ г)=м(кг/м 3 -кг/м 3)=кг/м 2 =мм.вод.ст.

«Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.

Если допустить, что температура теплоносителя в системе отопления «делает прыжок» между центрами приборов (котла и радиаторов), то есть верхняя часть системы содержит более горячую воду, чем нижняя часть системы.

Плотность (ρ г)(ρ г).

Отсекаем (мысленно) верхнюю часть на схеме контура и… Что мы видим? Знакомую картину со школы - два сообщающихся сосуда, находящиеся на разном уровне. А это приведет к тому, что жидкость с более высокой точки по действием гравитационной силы будет перетекать в более низкую.

Вследствие того, что отопительная система представляет собой замкнутый контур, то вода не выплескивается, а просто стремиться выровнять свой уровень, что приводит к выталкиванию нагретой воды вверх и к дальнейшему ее «самостоятельному гравитационному» пути по системе отопления.

Вывод таков! Основополагающим показателем циркуляционного напора является разница высот установки котла и последнего (нижнего) в системе радиатора. Поэтому в системах отопления частных домов котлы по возможности располагают в подвалах, соблюдая предельную высоту в 3 м.

В квартирных вариантах котлы стараются «углубить» до плиты перекрытия, соответственно «пожарообезопасив» «гнездо» посадки котла в пол.

Согласно формуле, приведенной выше, на циркуляционный напор существенной влияние оказывает и разница плотностей холодной и горячей воды в системе.

Система отопления с естественной циркуляцией является саморегулируемой системой, то есть, например, при повышении температуры нагрева теплоносителя естественным образом (см. формулу) увеличивается циркуляционный напор и, соответственно, расход воды.

При низкой температуре в отапливаемом помещении разница плотностей воды большая и циркуляционный напор достаточно большой. При прогреве помещения теплоноситель уже не так остывает в радиаторах, и разница плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя уменьшается. Соответственно уменьшается и циркуляционный напор, уменьшая «расход» воды.

Охладился воздух в помещении? Например, кто-то открыл двери на улицу. Разница плотностей опять возросла, увеличив напор воды.

Недостатки и преимущества систем отопления с естественной циркуляцией

К недостаткам водяных систем отопления с естественной циркуляцией можно отнести:

Небольшое циркуляционное давление, которое определяет ограниченное использование таких систем отопления - небольшой горизонтальный радиус действия (до 30 м).
Большая инертность системы отопления, обусловленная большим объемом теплоносителя в системе и низким циркуляционным давлением.
Вероятность замерзания воды в расширительном баке открытого типа, который, обычно находится в холодном (неотапливаемом) чердачном помещении.

Основным преимуществом таких систем является энергонезависимость котлов на твердом топливе. То есть такие системы можно использовать в домах, где отсутствует электроснабжение. Большая инертность системы из-за достаточно большого объема теплоносителя в системе может играть как положительную (некое подобие теплового аккумулятора при «потухшем» котле), так и отрицательную роль - значительное время изменения температуры системы, особенно на стадии запуска.