Koncepcję grawitacyjnego urządzenia chłodzącego można w pewnym sensie porównać z wentylacją naturalną, w której realizowana jest swobodna cyrkulacja strumieni powietrza. W przypadku środowiska wodnego ruch odbywa się wzdłuż konturów bez energii i wsparcia zasilania z urządzeń i zasobów firm trzecich. Daje to zalety systemu ogrzewania grawitacyjnego, ale powoduje również szereg wad. Jednym z nich jest złożoność jego technicznego wdrożenia.
Jak działa system
Grawitację zapewnia prawo fizyki, zgodnie z którym gorące strumienie powietrza i wody unoszą się naturalnie. W przeciwieństwie do systemów z wymuszonym obiegiem, nie ma potrzeby włączania urządzeń pompujących ani wytwornic pary, które przepychają czynnik roboczy pod ciśnieniem wzdłużkontury. W warunkach prywatnego domu grawitacyjny system grzewczy jest korzystny właśnie dzięki minimalnemu połączeniu pośrednich węzłów komunikacyjnych i energetycznych. Ale to wcale nie oznacza, że użytkownik będzie miał do czynienia tylko z rurami. Za podgrzewanie wody odpowiedzialny będzie kocioł znajdujący się w najniższym punkcie kompleksu. Z niego przez rury przepływy będą kierowane do grzejników-odbiorników chłodziwa (konwektory, grzejniki, akumulatory). Ponadto już schładzająca się woda przechodzi do sekcji zbiornika wyrównawczego i, gdy się gromadzi, przelewa się do kanału odpływowego - albo do kotła, albo do kanalizacji.
Systemy jednorurowe i dwururowe
Schematy dla obiegów grzewczych mogą być różne. W najprostszym systemie jednorurowym nie ma pionu powrotnego chłodziwa z poborem wody. Systemy pionowe tego typu są technicznie łatwiejsze do wykonania, co pozwala zaoszczędzić na wysiłku fizycznym i finansach. Ale są też poważne wady jednorurowych systemów ogrzewania grawitacyjnego, które wyrażają się w następujących niuansach:
- Brak możliwości regulacji temperatury dla każdej grzałki z osobna, ponieważ są one połączone szeregowo.
- Obowiązkowe umieszczenie zbiornika wyrównawczego do napełniania pionowego.
- Wyższe wymagania ciśnieniowe dla obiegu wody. Z tego powodu systemy jednorurowe są częściej wykonywane zgodnie z zasadami wymuszonego ruchu chłodziwa z podłączeniem pomp.
W systemie dwururowym ciepło jest rozprowadzane równomiernie. Jeden obwód kieruje gorące strumienie do grzejników warunkowych,a drugi służy do odgałęzienia powrotnego, przez które zimna woda wraca do urządzenia odbiorczego. Ze względu na równowagę chłodziwa w rurociągu schemat dwuobwodowy jest łatwiej podatny na naturalną regulację z efektem grawitacji bez wsparcia dodatkowego sprzętu cyrkulacyjnego.
Systemy otwarte i zamknięte
Różnica między tymi systemami polega na wydajności zbiornika wyrównawczego - najwyższego punktu całego kompleksu. W otwartych zbiornikach woda gromadzi się do momentu zadziałania mechanizmu pływakowego. Ciecz wypełnia zbiornik do pewnego poziomu, po czym pływak aktywuje uwolnienie mieszanki powietrza i napełnienie przez podłączony pion. W zamkniętym grawitacyjnym systemie grzewczym stosuje się zbiornik membranowy, w którym doprowadzone są dwie sekcje - z powietrzem (mieszaniną gazów) i wodą w dolnej części. Przy minimalnym ciśnieniu pojemnik jest pusty, ale w miarę wypełniania się płynem membrana zaczyna ściskać górną część, otwierając zawór powietrza i wyrównując ciśnienie.
Wybór kotła
Korzystanie z koncepcji ogrzewania grawitacyjnego samo w sobie oznacza, że w domu nie ma ani gazu, ani elektryczności. W przeciwnym razie bardziej racjonalne byłoby zorganizowanie wymuszonego obiegu z doprowadzeniem ciepła o wystarczającej mocy z głównego źródła energii. Dlatego jedyną opcją dla kotła do grawitacyjnego systemu grzewczego będzie jednostka na paliwo stałe - na przykład opalana drewnem. Połączenie naturalnego obiegu i tradycyjnego pieca również daje powodymówić o małej mocy kompleksu. System będzie początkowo nieefektywny, ale jego sprawność można zwiększyć dzięki efektowi pirolizy, który wyróżnia nowoczesne modyfikacje kotłowni na paliwo stałe o mocy od 20 do 40 kW z dwiema komorami spalania. W dodatkowej komorze dopalane są gazy powstałe podczas pierwszego spalania paliwa. Nawiasem mówiąc, minimalizacja produktów spalania na wylocie zmniejszy również wymagania dotyczące komina.
Wybór materiału rury
Podobnie jak w przypadku instalacji wodociągowych, rury wykonane z tworzywa sztucznego i metalu mogą być używane w systemie ogrzewania z naturalną cyrkulacją. Ograniczenia w stosowaniu niektórych materiałów zależą od indywidualnych czynników i warunków. Na przykład otwarty system grzewczy zapewnia większy efekt przewietrzania obwodów tlenem i dwutlenkiem węgla, co jest niepożądane w przypadku stali. Z drugiej strony metal półprzewodnikowy sprawdzi się w zamkniętych gałęziach sieci wielkoformatowych pracujących z dużymi obciążeniami. Podczas serwisowania wody złej jakości lepiej używać rur miedzianych. W przypadku grawitacyjnego systemu grzewczego zastosowanie tego metalu jest korzystne ze względu na jego odporność na wysokie temperatury i wtrącenia mineralne w chłodziwie.
Zasadniczo zarówno miedź, jak i plastik mają tę zaletę, że są lekkimi materiałami, które umożliwiają precyzyjną instalację złożonych linii komunikacyjnych rurociągów, co jest bardzo ważne przy wdrażaniu systemów grawitacyjnych. Jednak plastik wciąż nie jest najlepszą opcją dla samego systemu grzewczego – tym bardziejpracujące pod wysokim ciśnieniem rzędu 0,6 MPa. Istnieją żaroodporne rury polipropylenowe zaprojektowane specjalnie do ogrzewania i mogą wytrzymać około 120 ° C, ale problemy z uszczelnieniem są bardziej powszechne w przypadku końcówek i przejść, które nie są tak niezawodne jak spoiny konturowe z metalu.
Optymalna średnica rury
W przeciwieństwie do systemów z wymuszonym obiegiem, w tym przypadku grubość konturów będzie większa. Średnica rury grawitacyjnego systemu grzewczego wynosi 50 mm, ale mogą wystąpić korekty w różnych obszarach. Na przykład, w celu utrzymania sprawności cieplnej kompleksu, hydraulicy zalecają zwężanie konturów. Wielkość korekty zależy od długości linii ciągłej od szwu do drugiego punktu przejścia.
Narzędzia montażowe i materiały eksploatacyjne
Główne narzędzie będzie potrzebne do układania, mocowania i łączenia rur. Cięcie i spawanie wykonujemy za pomocą przecinarek do rur, przecinarek gazowych, urządzeń inwertorowych oraz lutowia. Zarówno w przypadku tworzyw sztucznych, jak i miedzi ze stalą dobierane jest narzędzie spawalnicze o odpowiedniej mocy. To samo dotyczy materiałów eksploatacyjnych. Na przykład konstrukcje miedziane są łączone przez lutowanie za pomocą złączek zaciskowych i zaciskanych. Do połączenia miedzianego grawitacyjnego systemu grzewczego z obwodami wykonanymi z innych materiałów stosuje się wyłącznie rozłączne przejściówki i złączki. Metal ten nie przylega dobrze do innych materiałów. Ale w innych przypadkach można uzyskać lekki lut do 450 ° Cpalniki acetylenowe lub propanowo-butanowe, a także lutownice elektryczne. Dodatkowo do połączeń wysokiej jakości przydadzą się taśmy teflonowe, kształtki, trójniki, uszczelki dielektryczne itp.
Technika instalacji
Przed rozpoczęciem pracy należy sporządzić schemat komunikacji i plan działania. Ponadto typowa instalacja odbywa się w następującej kolejności:
- Montaż pojedynczych węzłów, sekcji przejściowych i dużych linii bez mocowania do podstawy witryny.
- Montaż wyposażenia - zbiornik wyrównawczy i kocioł. Czołg można zamontować na strychu - najważniejsze jest zachowanie możliwości swobodnego dostarczania komunikacji. Kocioł może wymagać małego jastrychu żaroodpornego. Dodatkowe mocowanie nie jest wymagane, ponieważ tego typu sprzęt podłogowy jest praktycznie nieruchomy na płaskiej powierzchni.
- Złączki łożyskowe są instalowane wzdłuż konturów uszczelki - wsporniki, zaciski, zawieszenia i inne elementy mocujące.
- Montowane są przygotowane kontury rur, części przejściowe, kolanka i narożniki. Jak wykonać grawitacyjny system grzewczy, aby był jak najbardziej niezawodny i chroniony przed wpływami zewnętrznymi? Do mocowania zaleca się stosowanie tzw. klamer pływających, które zapewniają nie twarde, ale miękkie mocowanie. Są mocno przymocowane do przygotowanego osprzętu nośnego, ale mechanizmy zaciskowe dają rurze pewną swobodę ruchu – efekt sprężystości, dzięki czemu wyeliminowane jest ryzyko uszkodzeniarury pod zewnętrznym obciążeniem dynamicznym.
- Komunikacja i sprzęt są wiązane - w razie potrzeby podłącza się odgałęzienia, armaturę i oprzyrządowanie.
Nachylenie rury
Cechą urządzenia systemów grawitacyjnych jest konieczność utrzymania kąta w położeniu konturów poziomych. Niezbędne jest zapewnienie efektu naturalnej cyrkulacji grawitacyjnej niezbędnej do ruchu wody. Jak zauważono w regulaminie technicznym SNiP, nachylenie systemu ogrzewania grawitacyjnego powinno wynosić 10 mm na 1 m. Jeśli nie przewiduje się tego niuansu, linie wypełnią się powietrzem, a ogrzewanie obwodów będzie nierównomierne.
Którego płynu chłodzącego użyć?
Optymalnym medium roboczym dla naturalnych systemów cyrkulacji jest woda. Odrzucenie płynu niezamarzającego, który jest często stosowany w podgrzewaniu cieczy, wiąże się z jego dużą gęstością i niskim przenikaniem ciepła. Biorąc pod uwagę skromną wydajność grawitacyjnego systemu grzewczego i obowiązkowy wymóg grawitacyjnego przemieszczenia chłodziwa, środek przeciw zamarzaniu został wyeliminowany. Nie oznacza to jednak, że zasadniczo można zrezygnować z alternatywnych kompozycji przeciw zamarzaniu. Odpowiednie mieszanki muszą charakteryzować się wysoką płynnością (nie mniejszą niż woda) oraz zdolnością do nie utraty właściwości fizycznych w ekstremalnie wysokich i niskich temperaturach.
Plusy systemu przepływu grawitacyjnego
Wśród mocnych stron systemów ogrzewania z naturalnym obiegiem są:
- Niezależność energetyczna. Brakbrak zewnętrznego źródła energii jest przeszkodą w stosowaniu ogrzewania grawitacyjnego, dlatego w wielu odległych regionach ta opcja pozostaje jedyną opcją.
- Niezawodność i trwałość. Brak wibracji, które w konwencjonalnych układach tworzą pompy obiegowe. Pozwala to na zastosowanie rurociągów miedzianych, a także organizację grawitacyjnych systemów grzewczych wykonanych z polipropylenu, ale poddawanych ich odporności na wysokie temperatury.
- Łatwa konserwacja. Brak skomplikowanych regulatorów z automatyką sprawia, że system jest bardziej dostępny do diagnostyki i napraw w domu.
Wady systemu przepływu grawitacyjnego
Oczywiście brak obsługi ruchu chłodziwa z pompy obiegowej lub innych urządzeń zasilających z zasobami doprowadził do szeregu niedociągnięć takich systemów:
- Ograniczenia funkcjonalne w zakresie regulacji. Dotyczy to głównie możliwości elastycznej regulacji reżimów temperaturowych grzałek, ale sama praca kotłów na paliwo stałe wyklucza jakąkolwiek automatyzację w sterowaniu.
- Ze względu na swoją skromną wydajność, grawitacyjny system grzewczy może być stosowany tylko w małych domach o niskich wymaganiach grzewczych. Do tego dochodzi niestabilność krążenia.
- Opóźnienia w ruchu chłodziwa zimą mogą prowadzić do zamarzania płynu. Z tego powodu poszukiwanie dodatków przeciw zamarzaniu wody jest uzasadnione.
Wniosek
Rury z naturalnym obiegiem czynnika roboczego w dobie postępowej mechaniki i programowalne kotły z kotłami wydają się przestarzałe i nieefektywne. Pod wieloma względami to prawda, ale w kontekście rosnącego zużycia energii grawitacyjny system ogrzewania domu prywatnego nie wygląda zupełnie nie na miejscu. Po pierwsze, jeśli warunki krajowe nie pozwalają na korzystanie z kotłów gazowych i elektrycznych, to ta decyzja będzie więcej niż uzasadniona. Po drugie, kilka pozycji wydatków jest usuwanych naraz ze względu na koszty energii, paliwa i konserwacji złożonego sprzętu.
