Sistema de calefacción por circulación natural: esquemas comunes del circuito de agua.
Se elige la construcción de una red de calefacción autónoma por gravedad si no es práctico, y a veces imposible, instalar una bomba de circulación o conectarse a una fuente de alimentación centralizada.
Un sistema de este tipo es más económico de instalar y es completamente independiente de la electricidad. Sin embargo, su rendimiento depende en gran medida de la precisión del diseño.
Para que un sistema de calefacción con circulación natural funcione sin problemas, es necesario calcular sus parámetros, instalar correctamente los componentes y seleccionar razonablemente el diseño del circuito de agua. Ayudaremos a resolver estos problemas.
Describimos los principios fundamentales de funcionamiento del sistema de gravedad, brindamos consejos sobre la elección de una tubería y describimos las reglas para ensamblar el circuito y colocar las unidades de trabajo. Prestamos especial atención a las características de diseño y funcionamiento de los sistemas de calefacción de uno y dos tubos.
El contenido del artículo:
Principios del proceso de circulación natural.
El proceso de movimiento del agua en el circuito de calefacción sin el uso de una bomba de circulación se produce debido a leyes físicas naturales.
Comprender la naturaleza de estos procesos permitirá que las personas competentes desarrollar un proyecto de sistema de calefacción para casos estándar y no estándar.
Diferencia máxima de presión hidrostática
La principal propiedad física de cualquier refrigerante (agua o anticongelante), que facilita su movimiento a lo largo del circuito durante la circulación natural, es una disminución de su densidad al aumentar la temperatura.
La densidad del agua caliente es menor que la del agua fría y por tanto existe una diferencia en la presión hidrostática de las columnas de líquido caliente y fría. El agua fría que fluye hacia el intercambiador de calor desplaza el agua caliente por la tubería.
El circuito de calefacción de una casa se puede dividir en varios fragmentos. El agua se dirige hacia arriba a lo largo de los fragmentos "calientes" y hacia abajo a lo largo de los fragmentos "fríos".Los límites de los fragmentos son los puntos superior e inferior del sistema de calefacción.
La tarea principal en el modelado. sistemas de circulación naturalesagua es lograr la máxima diferencia posible entre la presión de la columna de líquido en los fragmentos "calientes" y "fríos".
Un elemento clásico del circuito de agua para la circulación natural es el colector de aceleración (elevador principal), una tubería vertical dirigida hacia arriba desde el intercambiador de calor.
El colector de aceleración debe tener una temperatura máxima, por lo que queda aislado en toda su longitud. Aunque, si la altura del colector no es alta (como en las casas de un piso), es posible que no se realice el aislamiento, ya que el agua que contiene no tendrá tiempo de enfriarse.
Normalmente, el sistema está diseñado de tal manera que el punto superior del colector de aceleración coincida con el punto superior de todo el circuito. Hay una salida a tanque de expansión abierto o una válvula de ventilación si se utiliza un tanque de membrana.
Entonces la longitud del fragmento del circuito "caliente" es la mínima posible, lo que conduce a una disminución de la pérdida de calor en esta zona.
También es deseable que la parte "caliente" del circuito no se combine con una sección de larga duración que transporta refrigerante enfriado. Lo ideal es que el punto más bajo del circuito de agua coincida con el punto más bajo del intercambiador de calor colocado en el dispositivo de calefacción.
El segmento "frío" del circuito de agua también tiene sus propias reglas que aumentan la presión del fluido:
- mayor será la pérdida de calor en la sección "fría" de la red de calefacción, cuanto menor es la temperatura del agua y mayor su densidad, por lo tanto, el funcionamiento de sistemas con circulación natural solo es posible con una transferencia de calor significativa;
- cuanto mayor sea la distancia desde el punto inferior del circuito hasta la conexión del radiador, mayor es el área de la columna de agua con temperatura mínima y densidad máxima.
Para garantizar el cumplimiento de esta última regla, muchas veces el horno o caldera se instala en el punto más bajo de la casa, como por ejemplo el sótano. Esta colocación de la caldera asegura la máxima distancia posible entre el nivel inferior de los radiadores y el punto de entrada de agua al intercambiador de calor.
Sin embargo, la altura entre los puntos inferior y superior del circuito de agua durante la circulación natural no debe ser demasiado alta (en la práctica, no más de 10 metros). El horno o caldera calienta únicamente el intercambiador de calor y la parte inferior del colector de aceleración.
Si este fragmento es insignificante en relación con toda la altura del circuito de agua, entonces la caída de presión en el fragmento "caliente" del circuito será insignificante y el proceso de circulación no comenzará.
Minimizar la resistencia al movimiento del agua.
Al diseñar un sistema con circulación natural, es necesario tener en cuenta la velocidad de movimiento del refrigerante a lo largo del circuito.
En primer lugar, cuanto más rápida sea la velocidad, más rápida se producirá la transferencia de calor a través del sistema “caldera - intercambiador de calor - circuito de agua - radiadores de calefacción - habitación".
En segundo lugar, cuanto más rápida sea la velocidad del líquido a través del intercambiador de calor, es menos probable que hierva, lo cual es especialmente importante para calentar una estufa.
en sistemas calefacción por circulación forzada la velocidad del movimiento del agua depende principalmente de los parámetros bomba de circulación.
En el caso del calentamiento de agua con circulación natural, la velocidad depende de los siguientes factores:
- diferencia de presión entre fragmentos del contorno en su punto inferior;
- resistencia hidrodinámica sistema de calefacción.
Los métodos para garantizar la máxima diferencia de presión se discutieron anteriormente. La resistencia hidrodinámica de un sistema real no se puede calcular con precisión debido al complejo modelo matemático y a la gran cantidad de datos de entrada, cuya precisión es difícil de garantizar.
Sin embargo, existen reglas generales que, si se siguen, reducirán la resistencia del circuito de calefacción.
Las principales razones de la disminución en la velocidad del movimiento del agua son la resistencia de las paredes de la tubería y la presencia de estrechamientos debido a la presencia de accesorios o válvulas de cierre. A caudales bajos, prácticamente no hay resistencia de la pared.
La excepción son los tubos largos y delgados, típicos de la calefacción con piso calentado. Como regla general, se le asignan circuitos separados con circulación forzada.
Al elegir los tipos de tuberías para un circuito de circulación natural, deberá tener en cuenta la presencia de restricciones técnicas a la hora de instalar el sistema. Es por eso tubos de metal y plástico No es deseable utilizarlos con circulación natural de agua debido a su conexión con accesorios con un diámetro interior significativamente menor.
Reglas para la selección e instalación de tuberías.
Elección entre acero o tubos de polipropileno para cualquier circulación se produce según el criterio de posibilidad de su uso para agua caliente, así como desde el punto de vista del precio, facilidad de instalación y vida útil.
El tubo ascendente de suministro está montado a partir de una tubería de metal, ya que a través de él pasa el agua de la temperatura más alta y, en el caso de calentamiento de la estufa o mal funcionamiento del intercambiador de calor, puede pasar vapor.
Con circulación natural, es necesario utilizar un diámetro de tubería ligeramente mayor que cuando se utiliza una bomba de circulación. Normalmente, para calentar habitaciones de hasta 200 metros cuadrados. m, el diámetro del colector de aceleración y la tubería en la entrada de retorno al intercambiador de calor es de 2 pulgadas.
Esto se debe a una menor velocidad del agua en comparación con la opción de circulación forzada, lo que provoca los siguientes problemas:
- reducción de la cantidad de calor transferido por unidad de tiempo desde la fuente hasta la habitación calentada;
- la aparición de obstrucciones o bolsas de aire, que un poco de presión no puede manejar.
Cuando se utiliza circulación natural con un circuito de suministro inferior, se debe prestar especial atención al problema de eliminar el aire del sistema. No se puede eliminar completamente del refrigerante a través del tanque de expansión, porque El agua hirviendo ingresa primero a los dispositivos a través de una línea ubicada más abajo que ellos.
Con circulación forzada, la presión del agua impulsa el aire hacia un colector de aire instalado en el punto más alto del sistema, un dispositivo con control automático, manual o semiautomático. Mediante el uso grúas mayevsky Básicamente, se ajusta la transferencia de calor.
En las redes de calefacción gravitacional con un suministro ubicado debajo de los dispositivos, los grifos Mayevsky se utilizan directamente para purgar el aire.
El aire también se puede eliminar mediante salidas de aire instaladas en cada tubo ascendente o en una línea aérea tendida paralela a la red del sistema. Debido a la impresionante cantidad de dispositivos de extracción de aire, los circuitos de gravedad con cableado inferior se utilizan muy raramente.
Con baja presión, una pequeña esclusa de aire puede detener completamente el sistema de calefacción. Por lo tanto, según SNiP 41-01-2003, no está permitido tender tuberías del sistema de calefacción sin pendiente a una velocidad del agua inferior a 0,25 m/s.
Con la circulación natural tales velocidades son inalcanzables. Por tanto, además de aumentar el diámetro de las tuberías, es necesario mantener pendientes constantes para eliminar el aire del sistema de calefacción. La pendiente se calcula a razón de 2-3 mm por 1 metro, en redes de apartamentos la pendiente alcanza los 5 mm por metro lineal de línea horizontal.
La pendiente de suministro se realiza en el sentido del movimiento del agua para que el aire se desplace hasta el depósito de expansión o sistema de purga de aire situado en el punto superior del circuito. Aunque es posible realizar una contrapendiente, en este caso es necesario instalar adicionalmente válvula de ventilación.
La pendiente de la línea de retorno suele realizarse en la dirección del movimiento del agua enfriada. Entonces el punto más bajo del circuito coincidirá con la entrada del tubo de retorno al generador de calor.
En instalar pisos calefaccionados En un área pequeña en un circuito con circulación natural, es necesario evitar que entre aire en las tuberías estrechas y ubicadas horizontalmente de este sistema de calefacción.Es necesario instalar un dispositivo de eliminación de aire frente al piso calentado.
Esquemas de calefacción de una y dos tuberías.
Al desarrollar un esquema de calefacción para una casa con circulación natural de agua, es posible diseñar uno o varios circuitos separados. Pueden diferir significativamente entre sí. Independientemente de la longitud, la cantidad de radiadores y otros parámetros, se fabrican según un esquema de una o dos tuberías.
Circuito usando una línea
Un sistema de calefacción que utiliza la misma tubería para el suministro secuencial de agua a los radiadores se denomina monotubo. La opción monotubo más sencilla es calentar con tubos metálicos sin utilizar radiadores.
Ésta es la forma más barata y menos problemática de calentar una casa si se elige la circulación natural del refrigerante. El único inconveniente importante es la aparición de tuberías voluminosas.
Como mucho mas economico versión monotubo Con los radiadores de calefacción, el agua caliente fluye secuencialmente a través de cada dispositivo. Aquí se requiere un número mínimo de tuberías y válvulas de cierre.
A medida que avanza refrigerante se enfría, por lo que los radiadores posteriores reciben agua más fría, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de calcular el número de secciones.
La forma más eficaz de conectar dispositivos de calefacción a una red de tubería única es la opción diagonal.
Según este esquema de circuitos de calefacción con circulación natural, el agua caliente ingresa al radiador desde arriba y, después de enfriarse, se descarga a través de la tubería ubicada debajo.Al pasar de esta manera, el agua calentada desprende la máxima cantidad de calor.
Cuando tanto el tubo de entrada como el de salida están conectados a la batería en la parte inferior, la transferencia de calor se reduce significativamente, porque el refrigerante calentado tiene que recorrer el camino más largo posible. Debido al importante enfriamiento, en dichos circuitos no se utilizan baterías con una gran cantidad de secciones.
Los circuitos de calefacción con conexión similar de radiadores se denominan "Leningrado". A pesar de las pérdidas de calor observadas, se prefieren en la disposición de sistemas de calefacción residenciales, debido a la apariencia más estética de la tubería.
Una desventaja importante de las redes monotubo es la imposibilidad de apagar una de las secciones de calefacción sin detener la circulación de agua en todo el circuito.
Por ello, suelen utilizar una modernización del esquema clásico con la instalación “derivación» bypass del radiador mediante un ramal con dos válvulas de bola o una válvula de tres vías. Esto permite regular el suministro de agua al radiador, incluso apagándolo por completo.
Para edificios de dos o más plantas, se utilizan variantes de un esquema de un solo tubo con contrahuellas verticales. En este caso, la distribución del agua caliente es más uniforme que con las columnas horizontales. Además, las contrahuellas verticales son más cortas y se adaptan mejor al interior de la casa.
Opción con tubo de retorno
Cuando se utiliza una tubería para suministrar agua caliente a los radiadores y la segunda para drenar el agua enfriada a una caldera u horno, este esquema de calefacción se denomina sistema de calefacción de dos tuberías. En presencia de radiadores de calefacción, dicho sistema se utiliza con más frecuencia que un sistema de tubería única.
Es más caro porque requiere la instalación de una tubería adicional, pero tiene una serie de ventajas importantes:
- distribución de temperatura más uniforme refrigerante suministrado a los radiadores;
- más fácil de calcular dependencia de los parámetros del radiador del área de la habitación calentada y los valores de temperatura requeridos;
- control de calor más eficiente a cada radiador.
Dependiendo de la dirección del movimiento del agua enfriada en relación con el agua caliente, sistemas de dos tubos dividido en paso y callejón sin salida. En los circuitos asociados, el movimiento del agua enfriada se produce en la misma dirección que el agua caliente, por lo que la duración del ciclo para todo el circuito es la misma.
En los circuitos sin salida, el agua enfriada se mueve hacia el agua caliente, por lo que para diferentes radiadores la duración de los ciclos de circulación del refrigerante difiere. Dado que la velocidad del sistema es baja, el tiempo de calentamiento puede variar significativamente. Aquellos radiadores cuyo ciclo del agua sea más corto se calentarán más rápido.
Hay dos tipos de ubicación del revestimiento con respecto a los radiadores de calefacción: superior e inferior.En la conexión superior, la tubería que suministra agua caliente se encuentra encima de los radiadores de calefacción, y en la conexión inferior, debajo.
Con una conexión inferior, es posible evacuar el aire a través de los radiadores y no es necesario tender tuberías desde arriba, lo cual es bueno desde el punto de vista del diseño de la habitación.
Sin embargo, sin un colector de aceleración, la caída de presión será mucho menor que cuando se utiliza la línea superior. Por lo tanto, el revestimiento inferior prácticamente no se utiliza para calentar habitaciones según el principio de circulación natural.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Organización de un circuito monotubo a base de termo eléctrico para una casa pequeña:
Funcionamiento de un sistema de dos tubos para una casa de madera de un piso basado en una caldera de combustible sólido de combustión prolongada:
El uso de la circulación natural durante el movimiento del agua en el circuito de calefacción requiere cálculos precisos y trabajos de instalación técnicamente competentes. Si se cumplen estas condiciones, el sistema de calefacción calentará eficazmente las instalaciones de una casa privada y aliviará a los propietarios del ruido de las bombas y de la dependencia de la electricidad.
Si tiene alguna pregunta sobre el tema o desea compartir su experiencia personal en la organización y operación de un sistema de calefacción por gravedad, deje comentarios sobre este artículo. El bloque de comentarios se encuentra debajo.
Los sistemas de calefacción con circulación natural se utilizan, por regla general, en casas privadas, por lo que el tipo a elegir, monotubo o con retorno (dos tubos), lo determina el presupuesto del proyecto. Además, con un área pequeña y una disposición racional de las habitaciones, es posible calcular la disposición de las baterías de tal manera que el efecto de enfriar el refrigerante en cada una sea insignificante.En cuanto a la complejidad de la construcción, es preferible un sistema monotubo y además es más económico.
Me estoy decidiendo por un proyecto de calefacción para mi casa particular. No puedo decidir qué tipo es mejor elegir: ¿monotubo o doble tubo? Por un lado, el primer método es menos costoso. Puedes ahorrar mucho en materiales, pero por otro lado tiene sus inconvenientes. Por ejemplo, es imposible regular la temperatura de calefacción; en las habitaciones alejadas de la caldera el refrigerante está más frío. Por ejemplo, con un sistema de dos tubos, si hacía calor en el dormitorio, abrían la válvula para reducir la temperatura. Y en una casa con calefacción monotubo, después de esto también se enfriarán las demás habitaciones.
Hola. Nada se enfriará si instala bypass con termostatos. EN Este artículo describe en detalle acerca de los bypass en el sistema de calefacción. Sin embargo, es aún más preferible un sistema de calefacción de dos tubos, aunque económicamente caro.
Hola. Por favor dígame. Estufa de leña, batería con un pequeño intercambiador de calor (1,3 l), al lado hay un barril de 200 l para regar el invernadero. ¿A qué altura se debe colocar para que circule el agua?
Expreso mi agradecimiento a los autores por una presentación accesible de información técnica. Accesible a personas sin formación técnica especial. Sin muchas fórmulas y términos.
Gracias por su competente presentación.
Muchas gracias por la información. Lo leo para mi tranquilidad, si hay algún error lo corregiré. Pero, en principio, he elaborado un esquema en mi cabeza, espero que funcione como debería.
Buenas tardes.Con un sistema de dos tubos con movimiento paralelo del refrigerante, también en la planta baja, me gustaría prever una conexión inferior a los radiadores mediante el paso de un tubo de suministro en el sótano de la casa. ¿Puedes decirme los detalles de la conexión? ¿Cuál es la altura máxima permitida de la conexión del radiador desde el sótano? ¿En qué punto (en el sótano o arriba) es mejor conectar las líneas al tubo ascendente? La caldera se encuentra en el sótano, en el punto más bajo. ¿Y está permitido tener secciones no verticales en un tubo ascendente caliente? Gracias.
Déjame intentar ayudarte a resolver tu pregunta, hasta donde puedo imaginar visualmente todo lo que describiste. Para ver un ejemplo claro, adjuntaré inmediatamente un diagrama general que le ayudará a comprender cómo se realizará el cableado en el futuro. En este caso, con la instalación de un depósito de expansión en el ático.
Yo recomendaría hacerlo por la conexión superior a los radiadores, será más práctico, en el diagrama se ve todo bastante claro. No creo que su sótano sea muy alto para que podamos hablar de restricciones en la altura del revestimiento.
Lo mejor sería conectar la tubería principal al elevador en el sótano por varias razones. En primer lugar, una unidad de este tipo llamará la atención en la casa e incluso si sucede algo, será difícil realizar reparaciones. En el sótano hay una sala técnica donde se pueden realizar cualquier reparación.
Es necesario pasar un tubo desde el tanque de expansión hasta la línea de retorno para que se caliente, de lo contrario siempre estará frío.