Sistema de aquecimento com circulação natural: regras do dispositivo + análise de esquemas típicos

Para uma casa térrea

O esquema de aquecimento de tubo único mais simples, usado pelos desenvolvedores há mais de meio século, é Leningradka.

A figura mostra um esboço de uma versão modernizada de Leningradka, com uma conexão diagonal de radiadores. A figura mostra os seguintes elementos (da esquerda para a direita):

• Instalação de aquecimento. Caldeiras que operam com combustível sólido, gás (natural ou liquefeito) e eletricidade são adequadas para a implementação deste CO. Teoricamente, as caldeiras de combustível líquido também são adequadas, mas surge o problema de armazenar combustível em uma casa particular.
• Grupo de segurança, que consiste em uma válvula de jateamento ajustada para uma determinada pressão no sistema, um purgador de ar automático e um manômetro.
• Radiadores conectados ao sistema por meio de válvulas de esfera de fechamento.As válvulas de balanceamento de agulha são instaladas no jumper entre a entrada e a saída de cada radiador.
• Um tanque de expansão de membrana é instalado no ramal de retorno da tubulação para compensar a expansão térmica do refrigerante.
• Uma bomba de circulação que cria um movimento forçado do refrigerante através do CO.

Agora sobre o que ainda não está indicado neste esboço, mas é um elemento indispensável para a operação confiável deste circuito. Apenas a bomba foi mencionada acima, mas não foi indicada sua tubulação, que inclui três válvulas de fechamento de esfera, entre as quais estão instalados um filtro grosso e uma bomba. Muitas vezes, um grupo de bombeamento com uma tubulação é conectado ao CO através de um jumper, formando assim um desvio.

Muitas vezes, os desenvolvedores perguntam se precisam bypass em um sistema de aquecimento de tubo único? O fato é que esse esquema de CO é autossuficiente e eficiente. Mas no caso de falta de energia, a bomba de circulação parará e o movimento do líquido de arrefecimento será interrompido. Um bypass é opcional, mas é melhor construí-lo para mudar de circulação forçada para natural do refrigerante em caso de emergência.

Quanto à tubulação: como a temperatura na saída da caldeira pode atingir 80 ° C, recomenda-se o uso de tubos de polipropileno reforçados com o diâmetro necessário para o circuito de Leningradka. Por que reforçado? O fato é que os tubos de polímero são bastante baratos e práticos, são fáceis de instalar e têm uma massa pequena. Mas, tubos de polímero mudam de comprimento quando aquecidos. O polímero reforçado não sofre de tal "doença".

Dica: apesar desta versão do CO fornecer uma saída de ar automática, há casos de arejamento do circuito. Para resolver este problema, recomenda-se o uso de torneiras Mayevsky nos radiadores.

Diagramas de sistemas fechados

Os seguintes tipos de fiação são usados ​​​​para aquecer casas de campo e de campo:

1. Tubo único. Todos os radiadores estão ligados a uma única linha que percorre o perímetro da sala ou edifício. Como o refrigerante quente e o resfriado se movem ao longo do mesmo tubo, cada bateria subsequente recebe menos calor do que a anterior.
2. Dois tubos. Aqui, a água aquecida entra nos dispositivos de aquecimento por uma linha e sai pela segunda. A opção mais comum e confiável para qualquer edifício residencial.
3. Associado (alça de Tikhelman). Igual ao de dois tubos, apenas a água gelada flui na mesma direção da água quente e não retorna na direção oposta (mostrado no diagrama abaixo).
4. Coletor ou feixe. Cada bateria recebe refrigerante através de uma tubulação separada conectada a um pente comum.

Fiação horizontal de tubo único (Leningradka)

Um esquema horizontal de tubo único justifica-se em casas térreas de uma pequena área (até 100 m²), onde 4-5 radiadores fornecem aquecimento. Você não deve conectar mais a um ramo, as últimas baterias estarão muito frias. A opção com tirantes verticais é adequada para um edifício de 2 a 3 andares, mas no processo de implementação, quase todos os cômodos terão que ser cobertos com tubos.

Esquema de tubo único com fiação superior e risers verticais

O circuito de dois tubos com becos sem saída (mostrado no início do artigo) é bastante simples, confiável e inequivocamente recomendado para uso.Se você é proprietário de uma casa de campo com área de até 200 m² com altura de 2 andares, faça a fiação da rede com tubos com seção de fluxo de DN 15 e 20 (diâmetro externo - 20 e 25 mm), e para conectar radiadores, pegue DN 10 (exterior - 16 mm).

Esquema de passagem do movimento da água (loop de Tichelmann)

O loop Tichelman é o mais equilibrado hidraulicamente, mas mais difícil de instalar. As tubulações terão que ser colocadas ao redor do perímetro dos quartos ou de toda a casa e passar por baixo das portas. Na verdade, um “passeio” custará mais do que um de dois tubos, e o resultado será aproximadamente o mesmo.

O sistema de vigas também é simples e confiável, além disso, toda a fiação é escondida com sucesso no piso. A conexão das baterias mais próximas ao pente é realizada com tubos de 16 mm, os distantes - 20 mm. O diâmetro da linha da caldeira é de 25 mm (DN 20). A desvantagem desta opção - o preço da unidade coletora e a complexidade de instalação com o assentamento de rodovias, quando o piso já foi feito.

Esquema com conexão individual de baterias ao coletor

Regras para a seleção e instalação de tubos

A escolha entre tubos de aço ou polipropileno para qualquer circulação ocorre de acordo com o critério de uso para água quente, bem como do ponto de vista de preço, facilidade de instalação e vida útil.

O riser de alimentação é montado a partir de um tubo de metal, pois a água da temperatura mais alta passa por ele e, no caso de aquecimento do fogão ou mau funcionamento do trocador de calor, o vapor pode passar.

Com circulação natural, é necessário usar um diâmetro de tubo ligeiramente maior do que no caso de usar uma bomba de circulação. Normalmente, para aquecimento de ambientes até 200 sq.m, o diâmetro do coletor de aceleração e do tubo na entrada do retorno ao trocador de calor é de 2 polegadas.

Isso se deve à menor velocidade da água em comparação com opção de circulação forçada, o que leva aos seguintes problemas:

• redução no volume de calor transferido por unidade de tempo da fonte para a sala aquecida;
• o aparecimento de bloqueios ou congestionamentos de ar que uma pequena pressão não consegue lidar.

Atenção especial ao usar a circulação natural com um esquema de alimentação de fundo deve ser dada ao problema de remoção de ar do sistema. Não pode ser completamente removido do refrigerante através do tanque de expansão, porque

a água fervente entra primeiro nos dispositivos através de uma linha localizada abaixo deles.

Com circulação forçada, a pressão da água conduz o ar para o coletor de ar instalado no ponto mais alto do sistema - dispositivo com controle automático, manual ou semiautomático. Com a ajuda de guindastes Mayevsky, a transferência de calor é ajustada principalmente.

Nas redes de aquecimento gravitacional com alimentação localizada abaixo dos aparelhos, as torneiras Mayevsky são usadas diretamente para sangrar o ar.

Todos os radiadores de aquecimento do tipo moderno possuem dispositivos de saída de ar, portanto, para evitar a formação de plugues no circuito, você pode fazer uma inclinação, direcionando o ar para o radiador

O ar também pode ser removido usando saídas de ar instaladas em cada riser ou em uma linha aérea paralela às linhas do sistema. Devido ao impressionante número de dispositivos de exaustão de ar, os circuitos de gravidade com fiação inferior são usados ​​muito raramente.

Com baixa pressão, um pequeno bloqueio de ar pode parar completamente o sistema de aquecimento. Portanto, de acordo com o SNiP 41-01-2003, não é permitido colocar tubulações de sistemas de aquecimento sem inclinação a uma velocidade da água inferior a 0,25 m / s.

Com a circulação natural, tais velocidades são inatingíveis. Portanto, além de aumentar o diâmetro dos tubos, é necessário observar inclinações constantes para retirar o ar do sistema de aquecimento. A inclinação é projetada na taxa de 2-3 mm por 1 metro, nas redes de apartamentos a inclinação atinge 5 mm por metro linear de uma linha horizontal.

A inclinação de alimentação é feita no sentido do fluxo de água para que o ar se desloque para o tanque de expansão ou sistema de purga de ar localizado na parte superior do circuito. Embora seja possível fazer uma contra-inclinação, neste caso é necessário instalar adicionalmente uma válvula de purga de ar.

A inclinação da linha de retorno é feita, via de regra, na direção da água gelada. Em seguida, o ponto inferior do contorno coincidirá com a entrada do tubo de retorno ao gerador de calor.

A combinação mais comum de direção de inclinação de fluxo e retorno para remoção bolsas de ar de circuito de água com circulação natural

Ao instalar um piso quente em uma pequena área em um circuito com circulação natural, é necessário evitar que o ar entre nos tubos estreitos e horizontais desse sistema de aquecimento. Um exaustor de ar deve ser colocado na frente do piso radiante.

Seleção de tubos

Além disso, a escolha do material é muito influenciada pela caldeira, pois no caso do combustível sólido deve-se dar preferência ao aço, tubos galvanizados ou produtos de aço inoxidável, devido à alta temperatura do fluido de trabalho.

No entanto, tubos de metal-plástico e reforçados exigem o uso de conexões, o que reduz significativamente a folga, tubos de polipropileno reforçados serão uma opção ideal, a uma temperatura de operação de 70C e uma temperatura de pico de 95C.

Os produtos feitos de plástico PPS especial possuem temperatura de operação de 95°C e temperatura de pico de até 110°C, o que permite que sejam utilizados em sistema aberto.

Como escolher uma bomba de aquecimento

As mais adequadas para instalação são as bombas de circulação centrífugas especiais de baixo ruído com lâminas retas. Eles não criam pressão excessivamente alta, mas empurram o refrigerante, acelerando seu movimento (a pressão de trabalho de um sistema de aquecimento individual com circulação forçada é de 1 a 1,5 atm, o máximo é de 2 atm). Alguns modelos de bombas possuem acionamento elétrico integrado. Tais dispositivos podem ser instalados diretamente no tubo, também são chamados de "úmidos" e existem dispositivos do tipo "seco". Eles diferem apenas nas regras de instalação.

No instalação de qualquer tipo de bomba de circulação é desejável uma instalação com um bypass e duas válvulas de esfera, o que permite que a bomba seja removida para reparo/substituição sem desligar o sistema.

É melhor conectar a bomba com um desvio - para que possa ser reparado / substituído sem destruir o sistema

A instalação de uma bomba de circulação permite ajustar a velocidade do líquido refrigerante que se desloca pelos tubos. Quanto mais ativamente o refrigerante se move, mais calor ele carrega, o que significa que a sala aquece mais rapidamente. Depois que a temperatura definida é atingida (o grau de aquecimento do refrigerante ou o ar na sala é monitorado, dependendo das capacidades da caldeira e / ou das configurações), a tarefa muda - é necessário manter a temperatura definida e a vazão diminui.

Para um sistema de aquecimento de circulação forçada, não é suficiente determinar o tipo de bomba

É importante calcular o seu desempenho. Para fazer isso, antes de tudo, você precisa conhecer a perda de calor das instalações / edifícios que serão aquecidos

Eles são determinados com base nas perdas na semana mais fria. Na Rússia, eles são normalizados e instalados por serviços públicos. Eles recomendam usar os seguintes valores:

• para casas de um e dois andares, as perdas na temperatura sazonal mais baixa de -25 ° C são 173 W / m 2. a -30 ° C, as perdas são 177 W / m 2;
• edifícios de vários andares perdem de 97 W/m 2 para 101 W/m 2.

Com base em certas perdas de calor (indicadas por Q), você pode encontrar a potência da bomba usando a fórmula:

c é a capacidade calorífica específica do refrigerante (1,16 para água ou outro valor dos documentos de acompanhamento para anticongelante);

Dt é a diferença de temperatura entre o fornecimento e o retorno. Este parâmetro depende do tipo de sistema e é: 20 o C para sistemas convencionais, 10 o C para sistemas de baixa temperatura e 5 o C para sistemas de piso radiante.

O valor resultante deve ser convertido em desempenho, para o qual deve ser dividido pela densidade do refrigerante na temperatura de operação.

Em princípio, ao escolher a potência da bomba para circulação forçada de aquecimento, é possível orientar-se pelas normas médias:

• com sistemas que aquecem uma área de até 250 m 2. use unidades com capacidade de 3,5 m 3 / he pressão de cabeça de 0,4 atm;
• para uma área de 250m 2 a 350m 2, é necessária uma potência de 4-4,5m 3 / he uma pressão de 0,6 atm;
• bombas com capacidade de 11 m 3 / he pressão de 0,8 atm são instaladas em sistemas de aquecimento para uma área de 350 m2 a 800 m2.

Mas você precisa levar em conta que quanto pior a casa estiver isolada, maior a potência do equipamento (caldeira e bomba) e vice-versa - em uma casa bem isolada, metade dos valores indicados \u200b \u200bpode ser necessário. Esses dados são médios. O mesmo pode ser dito sobre a pressão criada pela bomba: quanto mais estreitos os tubos e mais rugosa sua superfície interna (quanto maior a resistência hidráulica do sistema), maior deve ser a pressão. O cálculo completo é um processo complexo e monótono, que leva em consideração muitos parâmetros:

A potência da caldeira depende da área da sala aquecida e da perda de calor.

• resistência de tubos e conexões (leia como escolher o diâmetro dos tubos de aquecimento aqui);
• comprimento da tubulação e densidade do refrigerante;
• número, área e tipo de janelas e portas;
• o material do qual as paredes são feitas, seu isolamento;
• espessura e isolamento das paredes;
• a presença/ausência de cave, cave, sótão, bem como o grau do seu isolamento;
• tipo de cobertura, composição do bolo de cobertura, etc.

Em geral, o cálculo da engenharia térmica é um dos mais difíceis da região. Portanto, se você deseja saber exatamente de qual potência precisa de uma bomba no sistema, solicite um cálculo a um especialista. Caso contrário, escolha com base nos dados médios, ajustando-os em uma direção ou outra, dependendo da sua situação. Só é necessário levar em consideração que, com uma velocidade de movimento insuficientemente alta do líquido de refrigeração, o sistema é muito barulhento. Portanto, neste caso, é melhor usar um dispositivo mais poderoso - o consumo de energia é pequeno e o sistema será mais eficiente.

Esquema de dois tubos de sistemas de aquecimento

Em esquemas de dois tubos, o refrigerante quente é fornecido ao radiador e o refrigerante resfriado é removido do radiador através de duas tubulações diferentes dos sistemas de aquecimento.

Existem várias opções para esquemas de dois tubos: clássico ou padrão, passante, ventilador ou feixe.

Fiação clássica de dois tubos

O diagrama de fiação clássico de dois tubos do sistema de aquecimento.

No esquema clássico, a direção do movimento do refrigerante na tubulação de alimentação é oposta ao movimento na tubulação de retorno. Este esquema é mais comum em sistemas de aquecimento modernos, tanto em edifícios de vários andares como em edifícios individuais privados. O esquema de dois tubos permite distribuir uniformemente o refrigerante entre os radiadores sem perda de temperatura e regular efetivamente a transferência de calor em cada ambiente, inclusive automaticamente usando válvulas termostáticas com cabeças térmicas instaladas.

Esse dispositivo possui um sistema de aquecimento de dois tubos em um prédio de vários andares.

Esquema de passagem ou "loop de Tichelman"

Diagrama de fiação de aquecimento associado.

O esquema associado é uma variação do esquema clássico com a diferença de que a direção do movimento do refrigerante na alimentação e no retorno é a mesma. Este esquema é usado em sistemas de aquecimento com ramificações longas e remotas. O uso de um esquema de passagem permite reduzir a resistência hidráulica do ramo e distribuir uniformemente o refrigerante por todos os radiadores.

Ventilador (feixe)

O esquema de ventilador ou feixe é usado na construção de vários andares para aquecimento de apartamentos com possibilidade de instalação em cada apartamento medidor de calor (contador de calor) e na construção de moradias particulares em sistemas com tubulação piso a piso.Com um esquema em forma de leque em um edifício de vários andares, um coletor é instalado em cada andar com saídas para todos os apartamentos de uma tubulação separada e um medidor de calor instalado. Isso permite que cada proprietário de apartamento leve em consideração e pague apenas pelo calor consumido.

fã ou sistema de aquecimento radiante.

Em uma casa particular, um padrão de ventilador é usado para a distribuição de tubulações no piso e para a conexão do feixe de cada radiador a um coletor comum, ou seja, um tubo de alimentação e retorno separado do coletor é conectado a cada radiador. Este método de conexão permite distribuir o líquido refrigerante o mais uniformemente possível pelos radiadores e reduzir as perdas hidráulicas de todos os elementos do sistema de aquecimento.

Do que é feito o sistema de aquecimento?

Do próprio nome - um sistema de aquecimento de água, fica claro que a água é necessária para sua operação. Nesse caso, é um refrigerante que circula constantemente em um circuito fechado. A água é aquecida em uma caldeira especial e, em seguida, através de tubos, é entregue ao elemento de aquecimento principal, que pode ser um sistema de "piso quente" ou radiadores.

Obviamente, para uma operação melhor, mais segura e econômica do sistema, você pode usar um grande número de equipamentos auxiliares. No entanto, o sistema de aquecimento de água mais simples é assim:

Os principais elementos do sistema de aquecimento

Os sistemas de aquecimento podem diferir de acordo com o princípio de circulação do refrigerante:

• aquecimento de água com circulação forçada;
• com naturais.

Sistema de circulação natural

Um sistema com circulação natural é um exemplo perfeito do uso que o homem faz das leis elementares da física. O princípio de sua operação é realmente simples - o movimento do refrigerante nos tubos ocorre devido à diferença na densidade da água fria e quente.

Sistema de aquecimento com circulação natural

Ou seja, o refrigerante aquecido na caldeira fica mais leve, sua densidade diminui. A água quente é deslocada da caldeira pelo refrigerante frio que entra nela e sobe facilmente pelo tubo ascendente central. E a partir dele - para os radiadores. Lá, o refrigerante libera seu calor, esfria e, tendo recuperado seu peso e densidade anteriores, retorna pelos tubos de retorno à caldeira de aquecimento - deslocando uma nova porção do refrigerante quente. E esse ciclo se repete infinitamente.

Para criar independentemente um sistema de aquecimento de água com circulação natural do refrigerante, é importante lembrar algumas regras simples. Em primeiro lugar, você deve selecionar tubos com o diâmetro mais adequado para criar um riser central e, além disso, observar o ângulo de inclinação necessário ao colocar os tubos. No entanto, o sistema de circulação natural também tem várias desvantagens significativas.

Em primeiro lugar, a necessidade de usar tubos de metal pesado (dificuldades surgem durante a instalação). Além disso, esse sistema exclui a possibilidade de regular o nível de aquecimento de cada sala individual. Outra desvantagem do sistema pode ser chamada de alto consumo de combustível.

No entanto, o sistema de circulação natural também tem várias desvantagens significativas. Em primeiro lugar, a necessidade de usar tubos de metal pesado (dificuldades surgem durante a instalação).Além disso, esse sistema exclui a possibilidade de regular o nível de aquecimento de cada sala individual. Outra desvantagem do sistema pode ser chamado de alto consumo de combustível.

Sistema com circulação forçada do refrigerante

Sistema de aquecimento com circulação forçada do refrigerante

Uma característica distintiva deste tipo de sistema é a adição obrigatória de uma bomba de circulação. É ele quem contribui para o movimento do refrigerante pelos tubos. O diagrama do sistema fica assim:

Uma das principais vantagens de um sistema de circulação forçada é que esse aquecimento de água a partir da eletricidade permite controlar o nível de pressão em cada radiador por meio de válvulas especiais - assim, o nível de aquecimento da sala também é controlado. Este facto permite, em certa medida, reduzir a quantidade de combustível utilizada para aquecer o refrigerante.

A desvantagem do sistema é a sua dependência energética. Caso ocorram picos de energia ou cortes de energia em sua casa, a solução mais razoável seria usar um sistema combinado que combina a circulação forçada e natural do refrigerante.

Instalação do sistema de aquecimento

O mais prático é a criação de um sistema de aquecimento de dois tubos em casa. Consiste em dois circuitos combinados, ao longo de um dos quais (tubos de alimentação) um refrigerante quente se move para os radiadores. E a água resfriada do radiador retorna à caldeira através do segundo circuito - os tubos de retorno.

O movimento do refrigerante no sistema de aquecimento

Um sistema de aquecimento de circulação forçada de dois tubos é uma excelente solução para qualquer casa particular.Ele permite conectar termostatos especiais que permitem controlar o grau de aquecimento em cada radiador individual. O sistema pode ser complementado com coletores especiais, o que o tornará ainda mais eficiente.

Tipos de caldeiras e outros aquecedores de água

A eficiência do aquecimento em uma casa particular depende da instalação que aquece o fluido de trabalho (água). Uma unidade devidamente selecionada gera a quantidade de calor necessária para radiadores e uma caldeira de aquecimento indireto (se houver), economizando energia.

O sistema de água autônomo pode ser alimentado por:

• uma caldeira de água quente que usa um determinado combustível - gás natural, lenha, carvão, óleo diesel;
• caldeira elétrica;
• fogões a lenha com circuito de água (metal ou tijolo);
• bomba de calor.

Na maioria das vezes, as caldeiras são usadas para organizar o aquecimento em casas - gás, eletricidade e combustível sólido. Estes últimos são feitos apenas na versão de piso, o restante dos geradores de calor - de parede e estacionários. As unidades a diesel são usadas com menos frequência, o motivo é o alto preço do combustível. Como escolher a caldeira de água quente sanitária certa é discutida num guia detalhado.

O aquecimento do fogão combinado com registros de água ou radiadores modernos é uma boa solução para aquecimento de chalé, garagem e uma pequena casa residencial com área de 50-100 m². Desvantagem - o trocador de calor colocado dentro do fogão aquece a água descontroladamente

Para evitar a ebulição, é importante garantir a circulação forçada no sistema

Moderno sistema de gravidade sem unidade de bombeamento, alimentado por circuito de água do forno de tijolos

As bombas de calor não são amplamente utilizadas nos países da antiga União Soviética.As razões:

• o principal problema é o alto custo do equipamento;
• devido ao clima frio, os dispositivos ar-água são simplesmente ineficientes;
• sistemas geotérmicos "terra - água" são difíceis de instalar;
• unidades eletrônicas e compressores de bombas de calor são muito caros para reparar e manter.

Devido ao alto preço, o período de retorno das unidades ultrapassa 15 anos. Mas a eficiência das instalações (3-4 kW de calor por 1 quilowatt de eletricidade consumida) atrai artesãos que tentam montar análogos caseiros de condicionadores de ar antigos.

Como fazer a versão mais simples de uma bomba de calor com suas próprias mãos, veja o vídeo: