Система отопления закрытого типа с естественной циркуляцией: Закрытая система отопления в частном доме

Содержание

Открытая система отопления и закрытая

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.

Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

Открытая система отопления

В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе, кроме электрических.

В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.

Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.

Закрытая система отопления

В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос.

В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.

Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.

Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть — куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

По месту размещения расширительного бака.В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

простое обслуживание системы;
отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
равномерный прогрев отапливаемого помещения;
быстрый пуск и остановка системы;
независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
высокая надёжность;
не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
медленный нагрев системы после включения;
необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
достаточна громоздка;
низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

простой монтаж;
нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
возможность применения антифриза, не боясь размораживания системы отопления;
путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
самостоятельное регулирование давления;
система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

самый главный недостаток — зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения;
при работе насоса требуется электричество;
для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор;
при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

видео-инструкция по монтажу своими руками, особенности расширительных баков, схем с принудительной, естественной циркуляцией, цена, фото

В наше время существует множество схем отопительных коммуникаций, при этом каждый из вариантов имеет свои особенности, которые следует учитывать при выборе. Например, закрытая система отопления с естественной циркуляцией – отличный вариант для домов, где нередки перебои с электроснабжением, но все-таки при возможности лучше собрать отопление закрытого типа с циркуляционным насосом, ниже вы сами убедитесь, что именно это решение оптимально для большинства строений.

Естественная циркуляция в закрытой системе отопления реализуется посредством уклонов труб и увеличенного диаметра обратного трубопровода

Основные достоинства закрытой системы

Данный вариант является наиболее популярным во всех европейских странах, это обусловлено целым рядом факторов:

Долговечность	Правильно собранные коммуникации имеют очень большой ресурс работы. Это обусловлено как качеством используемых комплектующих, так и тем, что во всех узлах коррозионные процессы практически не протекают, так как доступа воздуха нет. Главное – использовать в качестве теплоносителя чистую воду
Простота	Собрать систему можно даже своими руками, что позволяет сэкономить значительные средства, так как цена работы специалистов довольно высока. Кроме того, закрытые системы отопления просты в обслуживании и не потребуют больших затрат на поддержание работоспособного состояния
Автономность	В отличие от вариантов коммуникаций открытого типа замкнутый контур не позволяет испаряться воде, поэтому вам не придется постоянно следить за уровнем теплоносителя и периодически добавлять его
Безопасность	Расширительный бак для отопления закрытого типа – обязательный элемент системы, благодаря которому показатели давления варьируются в небольших пределах. Это снижает до минимума вероятность аварий и протечек. Ведь чаще всего причиной поломок является избыточное давление

Расширительный бачок компенсирует давление в системе за счет того, что излишки воды, расширяющейся при нагревании, собираются в нем

Основные элементы закрытой системы принудительного типа

Рассмотрим данный вариант более подробно, так как он оптимален для частного дома. Для того чтобы коммуникации работали эффективно и правильно, необходимо уделить некоторым узлам и их выбору особое внимание.

Расширительный бачок

Так что такое расширительный бак?

Это специальная емкость, состоящая из нескольких частей:

Корпус, изготавливаемый методом штамповки из высокопрочной стали. Самые надежные варианты делаются из нержавейки – она устойчива к коррозии, а значит, минимально подвержена негативному воздействию перепадов температур. Вместимость расширительного бака отопления рассчитывается индивидуально для каждой системы.

Совет!
Лучше всего поручить все проектные и расчетные работы специалистам, это избавит вас от ошибок и дорогостоящих переделок, вызванных просчетами.

На фото: нержавеющая сталь – отличный вариант для бачка, но и стоимость таких изделий достаточно высока

Мембрана изготавливается из эластичного материала, который прогибается под воздействием давления. Она может быть как стационарной (при ее выходе из строя заменяется весь бачок), так и сменной (крепится посредством фланца, и в случае повреждения ее просто заменить).
В качестве заполнителя используется либо воздух, закачанный под давлением, либо инертный газ (в более дорогостоящих моделях). Именно он обеспечивает требуемые характеристики оборудования при различных показателях давления.

Схема отопления закрытого типа должна обязательно предусматривать установку расширительного бачка, без него корректная и безопасная работа невозможна.

Котел

Именно теплогенератор обеспечивает поддержание необходимой температуры в помещении, при его выборе важно учитывать следующие факторы:

Схема закрытой системы отопления может включать в себя два котла, работающих на разных видах топлива, это позволит гарантировать, что в доме будет тепло даже при поломке одного из теплогенераторов

Мощность оборудования, как правило, для расчета используется простое правило: при высоте потолков до 3-х метров и качественной теплоизоляции стен на 10 м² должен приходиться 1 кВт мощности. Приобретать слишком мощное оборудование не стоит, так как расходы на обогрев будут заметно выше.
Вид топлива: на сегодняшний день оптимальный вариант – это природный газ; но если местность, на которой возведен дом, не газифицирована, то придется выбирать из других вариантов: сжиженный газ в специальной емкости (газгольдере), использование дерева или торфобрикета, электрический обогрев, дизельный теплогенератор. Конкретное решение зависит от особенностей вашего региона и стоимости на тот или иной вид топлива.

Совет!
Лучше всего приобретать оборудование известных фирм, это гарантирует его надежность и долговечность.

У каждого бытового котла для системы отопления в комплекте должна быть инструкция по установке и эксплуатации на русском языке, это поможет разобраться во всех особенностях монтажа и обслуживания.

Циркуляционный насос

Система отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа обязательно включает в себя специальный насос, отвечающий за движение теплоносителя

Здесь важны следующие факторы:

Ввиду того, что насос будет работать практически постоянно, к нему предъявляются высочайшие требования: он должен функционировать с минимальным уровнем шума, потреблять как можно меньше энергии и иметь внушительный ресурс. Система отопления закрытого типа во многом зависит именно от этого узла и его правильной работы.
Располагается оборудование на обратной магистрали недалеко от котла, важно предусмотреть в проекте место расположения.

Схема отопления с принудительной циркуляцией закрытого типа обязательно должна включать в себя узел, собранный так, как показано на картинке, это обеспечит его надежность и простоту ремонтных работ в случае необходимости

Важные замечания

Монтаж закрытой системы отопления проводится с соблюдением всех требований, предъявляемых к коммуникациям подобного рода.

Чтобы не возникло проблем после окончания работ, следует помнить следующее:

Заполнение водой закрытой системы отопления позволяет проверить на герметичность все соединения. Для удаления воздуха из труб на каждом радиаторе должен присутствовать кран Маевского, а на верхних точках устанавливаются специальные клапаны.
Запуск в эксплуатацию производится в присутствии специалиста надзорной организации, особенно если монтаж закрытой системы отопления производился своими силами, ведь без заключения о соответствии коммуникаций требованиям использовать их запрещено.

Если при пуске на соединениях появились капельки влаги, их необходимо подтянуть

Вывод

Из всего вышеизложенного можно заключить, что закрытая система отопления с принудительной циркуляцией является одним из наилучших вариантов на сегодняшний день. Советуем посмотреть видео, в котором наглядно показаны некоторые из вышеописанных работ.

типы, особенности эксплуатации, принцип работы

Система отопления частного дома – последовательность соединенных трубами элементов, по которым циркулирует теплоноситель. Температура обычно нестабильна, она то выше, то ниже. Вместе с температурой увеличивается/уменьшается объем теплоносителя, так как он, как и любая жидкость, при нагревании расширяется, увеличиваясь в объеме, а при остывании сжимается. Чтобы при нагревании не разорвало трубы или радиаторы, устанавливают специальное устройство – расширительный бачок, в который вытесняется излишек теплоносителя при высокой температуре. Из него же при понижении температуры он попадает обратно с систему. Таким образом поддерживается стабильное давление в контуре отопления (в определенных пределах). Бачок может быть открытого или зарытого типа, соответственно и система тогда называется открытой или закрытой.

Открытая и закрытая система отопления

Если установлен расширительный бачок открытого типа, то и система называется открытой. В простейшем варианте он представляет собой какую-то емкость (кастрюля, пластиковая небольшая бочка и т.п.) к которой подсоединены следующие элементы:

Сегодня открытые системы делают все реже, а все потому, что в ней постоянно присутствует большое количество кислорода, который является активным окислителем и ускоряет процессы коррозии. При использовании этого типа в разы быстрее выходят из строя теплообменники, разрушаются трубы, насосы и другие элементы. К тому же приходится из-за испарения постоянно контролировать уровень теплоносителя и периодически его подливать. Еще один недостаток – не рекомендуют в открытых системах использовать антифризы – из-за того, что они испаряются, то есть вредят окружающей среде, а также изменяют свой состав (увеличивается концентрация). Потому все более популярными становятся закрытые системы – они исключают поступление кислорода, и окисление элементов происходит в разы медленнее потому считается, что они лучше.

Бачок мембранного типа устанавливается в закрытых системах отопления

В закрытых системах устанавливают бачки мембранного типа. В них герметичная емкость разделена упругой мембраной на две части. Внизу находится теплоноситель, а верхняя часть заполнена газом – обычным воздухом или азотом. Когда давление в небольшое, бак или пуст, или содержит небольшое количество жидкости. С увеличением давления в него вытесняется все большее количество теплоносителя, который сжимает содержащийся в верхней части газ. Чтобы при превышении порогового значения не разорвало устройство, в верхней части бака устанавливают воздушный клапан, который срабатывает при определенном давлении, выпуская часть газа, выравнивает давление.

Преимущества и недостатки

Кроме того, что окисление в закрытой системе происходит медленнее, у них есть еще несколько плюсов:

не испаряется теплоноситель, нет его контакта с внешней средой, что позволяет использовать не только воду, но и специальные составы, повышающие эффективность отопления и улучшающие ее характеристики;
более высокое давление и скорость циркуляции теплоносителя, потому — бесшумное движение его по трубам.

При правильной организации отопления разница между температурой обратки и подачи невелика, что положительно влияет на длительность эксплуатации котла (исключение – конденсационные котлы, но там другой принцип работы).

Однотрубная схема открытого типа — расширительный бачок устанавливается в верхней точке

Недостатков немного:

для эффективной работы требуется активное движение теплоносителя, что достигается или установкой насоса или созданием естественной циркуляции с достаточными уклонами;
при большом объеме системы требуется бак большого размера, место для которого отыскать непросто (его объем должен быть 10% от объема теплоносителя).

Контроль работоспособности закрытой системы

Основной показатель работоспособности – давление. Оно контролируется манометрами. Для индивидуальных систем отопления закрытого типа с принудительной циркуляцией рабочее давление составляет 1,5-2 Атм. Причем врезать манометры в ключевые точки желательно через трехходовые клапаны, которые дают возможность снять устройство для ремонта/замены, продуть или сбросить на ноль.

В этой системе мы видим расширительный бак (красный слева) и менометры

Если система большая и мощная, то точек контроля (манометров) много:

с обоих сторон от котла;
перед и после циркуляционного насоса;
при использовании регуляторов отопления — до и после них;
желательна установка до и после грязевиков и фильтров для контроля степени их засоренности.

По показаниям манометров в этих точках можно контролировать работоспособность всей системы.

Что делать, если в системе падает/возрастает давление

Если обнаружили снижение давления, первым делом нужно выключить насос. И делее действовать исходя и з показаний манометра:

Если статическое давление тоже падает – где-то есть течь. Нужно осмотреть все элементы и устранить ее. Учтите, что причиной может быть даже очень маленькая дырка (меньше миллиметра), так что найти повреждение бывает сложно. При большой протяженности трубопровода можно локализовать участок утечки: поочередно отключать ветки. Как только падение прекратилось, участок определен – разгерметизация на том, который только что отключили.
Если при отключенном насосе давление стабильно – вышел из строя насос, его нужно нести в ремонт или менять.

Рост давления наблюдается реже, но также бывает. Он вызван обычно повышением температуры в системе, а она поднимается из-за недостаточной циркуляции теплоносителя. А вот почему плохо циркулирует теплоноситель нужно разбираться.

Сначала проверяем работоспособность насоса. Отключаем и смотрим. Если рост давления продолжается, дело не в насосе. Если стабилизировалось — виноват он.
Прочищаем фильтры и грязевики.
Если давление по-прежнему растет, может быть образовалась воздушная пробка – спускаем воздух в системе.
Если и это не помогло, проверяем состояние запорных кранов – может случайно или намеренно кто-то его закрыл, перекрыв поток теплоносителя.
Еще одна причина – из-за поломки или сбоя автоматики система под постоянной подпиткой.

По этому алгоритму вы сможете самостоятельно определить причину нештатного состояния системы отопления и устранить ее.

Как спустить воздух

Теперь немного о том, как спустить воздух в закрытой системе. Все зависит от типа разводки. Если разводка нижняя – на каждом радиаторе устанавливают краны «Маевского». Через них и спускают воздух в каждой батарее. Для этого с помощью специального ключа или отвертки поворачивают находящийся в центре замок. Если воздух есть, слышно шипение и воде если и идет, то не ровным потоком, а как газированная. Когда воздух выпущен, струйка течет ровно. Так обходят все радиаторы по кругу несколько раз. Так как при нижней разводке верхушки радиаторов – практически самые верхние точки всей системы, то весь воздух скапливается в них.

Для стравливания воздуха из системы устанавливают на радиаторы кран «Маевского»

Если в системе сеть обходной контур (например над дверью), верхние точки находятся выше уровня батарей и котла. Тогда в контуре ставят спускной клапан, через который и происходит автоматическое удаление воздуха.

При верхней разводке аналогичные спускные клапана ставят в верхних точках подачи. Они также работают в автоматическом режиме, не допуская закупорки потока. Во многих современных котлах такие же клапана стоят во встроенных группах безопасности. Если такого устройства нет, ставят насосы с деаэраторами. Даже если в котле будет стоять клапан, при проектировании системы, лучше предусмотреть их установку в самых высоких точках: затраты небольшие, а эксплуатация становится легче.

Подробнее о воздухоотводчиках (спускных клапанах) читайет тут.

Спускной клапан — автоматически отводит воздух

Как создать давление в закрытой системе отопления

Для быстрого движения теплоносителя по трубам требуется создание определенного давления. Его величина определяется типом системы – для естественной циркуляции давление должно быть только немного выше атмосферного, и этого будет достаточно, а для принудительной циркуляции требуется как можно большая его величина, но не превышающая 2 Бар.

Самотечная система однотрубная с вертикальной разводкой на два крыла (контура). Для нормальной работы нужен уклон

Для создания необходимого перепада давления в схемах с естественной циркуляцией (ЕЦ) необходимо соблюдать уклон – 1 см на 1 метр длины трубопровода. На подающей магистрали уклон идет от котла вниз. На обратке — наоборот, к котлу трубы понижаются с той же разницей высот. При использовании труб недостаточного диаметра такой величины может не хватить, тогда можно уклон увеличить до 5% (5см на метр трубы). Вообще, для нормальной гравитационной системы необходим тщательный подбор диаметров труб и уклона – только тогда она будет нормально работать.

Двухтрубная горизонтальная система с принудительной циркуляцией

Схема с ЕЦ требует обязательной установки группы безопасности, в которую входит манометр и подрывной клапан, настроенный на рабочее давление. При возрастании давления клапан сработает, предотвращая разрыв самого «слабого» из элементов. Такая ситуация может случиться при использовании котла без автоматического управления, в частности твердотопливного, который то сильно разогревается, то практически затухает. Выручает эта группа и при сбоях автоматики.

Виды схем закрытых систем отопления

Основным плюсом схем с естественной циркуляцией является их независимость от наличия электроэнергии, но они имеют ограничение: длина контура должна быть не более 30 метров, иначе система будет неработоспособной. Есть еще один нюанс – при естественной циркуляции даже в закрытой системе нужно в верхней точке поставить спускной клапан, при помощи которого можно будет удалять воздух, который попал, например, при добавлении теплоносителя.

Система с естественной циркуляцией одноэтажного дома. Схема однотрубная, разводка — верхняя

В схеме с принудительной циркуляцией давление создается циркуляционным насосом. В некоторых котлах он встроенный, в некоторых нет. Некоторые контуры большой длины требуют установки двух насосов.Тогда необязательно соблюдение уклонов, самое главное – не сделать участки уклоном в другую сторону, что негативно скажется на работоспособности отопления и может даже потребоваться переделка.

С одной стороны использование циркуляционных насосов – недостаток, так как работоспособность его зависит от наличия электроэнергии, а с другой — большой плюс:

позволяет использовать трубы меньшего сечения и радиаторы меньшего объема, а значит, меньше тратить денег на закупку материалов;
повысить скорость движения теплоносителя, а значит – снизить ее инерционность и повысить уровень комфорта;
меньше теплоносителя, меньше тратится топлива на его обогрев — экономятся деньги.

Уменьшенные объемы труб и радиаторов означают уменьшение объема системы, что снова-таки позволяет снизить инерцию нагрева теплоносителя – он греется быстрее, а отопление получается более эффективным. Меньший объем теплоносителя – меньший объем расширительного бака, и нет необходимости искать место для его установки. Современные котлы имеют встроенные мембранные баки (например, настенные газовые котлы), а эффективность отопления с их использованием очень велика из-за того, что установлен мощный насос (он тоже встроенный).

Подключать насос лучше с байпасом — для возможности его ремонта/замены без разрушения системы

Выбирая насос, помните, что существует прямая зависимость между его мощностью и эффективностью отопления. Потому выбирайте малошумный, мощный и надежный.

Стоит отметить, что из открытой системы сделать закрытую легко – нужно только поменять расширительный бак – поставить мембранного типа и система будет уже работоспособна. Для большей ее эффективности нужно будет врезать насос. Причем современные насосы можно ставить и в подачу и в обратку. Раньше ставили на обратку потому что температуры теплоносителя там ниже. Но в современных насосах используются термостойкие материалы, для них не столь критичны температуры отопительных систем. Просто при покупке обратите внимание на диапазон рабочих температур, ну или поставьте его в обратку – только так, чтобы он «давил» в котел. Мощность насоса при этом может быть небольшой, так как в открытых системах используют большие диаметры труб, чем в закрытых, и гидравлическое сопротивление системы невелико.

Итоги

Нюансов и особенностей в отоплении частного дома много, и разобраться нелегко. Но задавшись целью, все можно сделать своими руками – создать работоспособный хороший проект, правильно подобрать оборудование и самостоятельно все смонтировать. И закрытые системы в этом смысле не исключение.

Самотечная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией: схема и диаметр труб

Частный загородный дом практически не ограничивает хозяина в выборе типа и схемы прокладки отопительных конструкций. Разнообразие вариантов позволяет сформировать систему для строений малых и больших площадей, оборудовать экономный способ получения тепла из самых разных энергоносителей. Оптимальный вариант – самотечная система отопления, особенности и характеристики которой следует рассмотреть подробно.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Работа выстроена на физических законах. При нагревании плотность и вес воды снижаются, а при остывании показатели возвращаются к стандартным параметрам. Давление в системе почти отсутствует – в формулах теплотехнических расчетов принимается соотношение 1 атм. на 10 м напорного водяного столба. Таким образом, при обустройстве отопительной системы в 2-х этажном строении расчет гидростатического давления показывает не более 1 атм., в одноэтажных не более 0,7 атм. на 10 м напорного водяного столба.

Из-за увеличения объема прогретой жидкости самотечная система отопления частного дома дополняется расширительным баком, который устанавливается на трубе подачи теплоносителя вверху системы. Задача емкости – компенсировать повышение объема воды.

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Физические свойства воды помогают транспортировке жидкости по трубопроводам – при нагревании жидкость устремляется вверх самотеком по разгонному участку трубопровода, а после остывания перемещается от радиаторов обратно в котел. Важно выложить трубопровод с определенным углом наклона, иначе гравитационная циркуляция не будет работать.

Преимущества и недостатки самотечной системы

Популярностью система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией пользуется из-за простоты монтажа и удобства эксплуатации. Нет необходимости в установке дорогостоящего дополнительного оборудования, не будет расходов на электроэнергию. Поддержание автономности работы отопления – еще один плюс.

К минусам можно отнести только небольшую эффективность конструкции – отопление с принудительной транспортировкой обладает повышенной теплоотдачей. Это достигается за счет ускорения транспортировки нагретого теплоносителя, вода не успевает остывать и доходит в нужном температурном режиме до самых крайних радиаторов. Однако снижение температуры теплоносителя наблюдается в помещениях значительных площадей, а если обустраивается тепловая конструкция в строении малого объема, отопление самотеком является лучшим выбором.

Основные виды гравитационной системы отопления

Определяя, какое лучше делать водяное отопление в частном доме без насоса, требуется выполнить несколько расчетов, принять во внимание технические характеристики источника тепла, просчитать диаметр трубы и составить проект.

Закрытая система

Рекомендуем к прочтению:

Принцип работы такой:

Нагрев теплоносителя приводит к вытеснению воды из контура отопления. Под воздействием повышенного давления жидкость перемещается в закрытый расширительный бак с мембраной.
В этом баке одна половина заполнена газом, вторая – пустая. Пустая половина заливается прогретым теплоносителем, что приводит к сжатию газообразного вещества.
Как только вода остывает, газ снова расширяется и выталкивает из бака воду.

Простое решение пока не набрало популярность, однако возможность полной автономности и поддержания оптимального давления в трубах – явные плюсы варианта, которые пригодятся хозяевам частных домов небольшой площади. Минус конструкции в повышении объема емкости при необходимости прогревать большие помещения, поэтому закрытая система в основном используется в домах площади до 40 м2.

Открытая система

Этот вариант отличается от закрытого лишь конструкцией расширительного бака. Схему можно увидеть в старых строениях, где бак установлен под кровлей или потолком жилого помещения. Емкость можно сделать самостоятельно, но при такой схеме есть риск завоздушивания радиаторов, что снижает эффективность работы системы. Кроме того, кислород в воде приводит к образованию коррозии, появлению дефектов внутри труб и быстрому выходу элементов из строя.

Важно! При открытой системе самотечного отопления необходимо установить радиаторы под определенным углом и оснастить каждую батарею краном Маевского.

Двухтрубная система

Особенности конструкции:

Прокладывается 2 трубы – одна для подачи теплоносителя, вторая для обратки. Подающий трубопровод соединяется входным отводом, обратный подводкой стыкуется с баком и батареей.
Двухтрубная схема систем отопления частного дома с естественной циркуляцией обеспечивает равномерное распределение тепла по помещению.
Нет необходимости добавлять секции батарей, расположенных далеко от бака, чтобы гарантировать прогрев комнаты.
Для контура выбираются трубы меньшего диаметра, регулировать интенсивность подачи теплоносителя и уровень нагрева намного проще.

В 2-х трубной системе можно допустить некоторые отклонения от параметров уклона труб, причем это не скажется на скорости транспортировки теплоносителя. Выполнить работы по силам домашнему мастеру, ошибки в расчетах устраняются в процессе обустройства конструкции.

Однотрубная система

Это простая горизонтальная схема выкладки с одной трубой, которая подключена последовательным образом ко всем батареям. Подача носителя через верхний отвод – отток через нижний, таким образом, вторая батарея получает чуть более остывший носитель, третья – еще более прохладный. От крайнего радиатора обратка возвращается в бак для прогрева.

Обустроить такую самотечную систему не представляет труда, но если количество радиаторов более 3-5 шт., однотрубная система не является целесообразной. Даже если увеличить количество секций последней батареи, температура носителя слишком мала, чтобы обеспечить равномерность отопления.

К достоинствам схемы относят простоту монтажа, экономию средств, а недостаток наблюдается только при установке одной трубы в больших комнатах. Сформировать однотрубную схему в 2-х и более этажных строениях без насоса нельзя – велик риск допустить ошибку в уклонах трубопроводов, из-за чего теплоноситель не будет транспортироваться с нужной скоростью, и строение останется без отопления.

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Если дом не отличается величиной площадей, насчитывает всего 1 этаж и количество радиаторов не превышает 3-5 шт., самотечная система отопления будет оптимальным решением задачи.

Во всех прочих случаях следует продумать установку циркуляционного насоса, и вот по каким причинам:

Рекомендуем к прочтению:

При наличии насоса жидкость быстрее прогревается, достигает положенной температуры в + 50 С, расширяется и начинает циркулировать по системе. То есть прогрев помещений будет более быстрым.
При самотечном движении воды теплоноситель в крайнем радиаторе будет остывшим, поэтому число модулей в батарее нужно увеличить, а это дополнительные расходы.
Если стоит насос, риск завоздушивания батарей минимальный, даже при формировании открытой системы отопления.

При подключении насоса есть возможность управлять температурой прогрева, интенсивностью подачи теплоносителя в трубы, самотечная система такого не подразумевает.

Правила монтажа системы отопления без насоса

Во всех гравитационных схемах один минус – нет давления в системе, потому нарушения в монтаже приводят к снижению функциональности конструкции. На работу влияют повороты, высокие или низкие уклоны, отсутствие продуманной схемы.

Чтобы сформировать правильную теплосистему, следует обратить внимание на:

выкладку уклонов;
тип, диаметр трубы;
подачу, вид теплоносителя.

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Различается несколько видов материала, пригодного для сооружения трубопровода:

Сталь. Это трубы с относительно невысокой стоимостью, но увеличенной теплопроводностью, прочностью. Сталь хорошо переносит разницу давлений, стойко противостоит коррозии. Минус – потребуется сварка.
Металлопластик. Трубы с гладкой внутренней стороной, минимизирующие образование засоров. Малый вес и линейное расширение – плюсы, небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая цена – минусы.
Полипропилен. Простой монтаж, герметичность, прочность, длительный срок пользования и неподверженность к промерзанию – достоинства труб, а вот цена товара – минус. Следует учитывать, что стыковка осуществляется пайкой, что снижает затраты на монтаж. Срок службы до 25 лет.
Медь. Предельно прочный материал, который выдерживает нагрев до +500 С. Срок пользования от 100 лет, предельная стойкость к коррозии – плюсы. Но очень высокая цена и масса – явные минусы трубопроводов.

Что касается выбора диаметра, то его нужно просчитать так:

учесть потребность помещения в тепловой энергии и к конечной цифре добавить 20%;
по СНиП найти параметры соотношения мощности теплосети к внутреннему сечению трубы;
выбрать в таблице материал, из которого сделаны трубы, принять в расчет стандартные параметры, в частности, для стальных труб диаметр должен быть не менее 50 мм, но при подборе широких труб эффективность теплоносителя снижается.

Важно! Чтобы самотечная система работала без сбоев, можно сделать так: после каждого разветвления трубы диаметр снижать на один размер. То есть, если к котлу подсоединяется труба в 2 дюйма, после первой батареи диаметр 1,2 дюйма, после следующей – 1,3 дюйма.

Что касается уклона, то по строительным нормам на каждый погонный метр трубы нужно делать наклон размером в 10 мм. Эти стандарты и нужно принимать в учет, планируя отопление самотеком, а схема выкладки, предварительно составленная в виде проекта, поможет промерить параметры укладки при проведении монтажных работ.

Выбор теплоносителя для системы

Чтобы естественная циркуляция в системе отопления частного дома поддерживалась с нужной скоростью, следует выбрать оптимальный теплоноситель. В большинстве случаев выбирается чистая вода – безопасный и дешевый вариант. Можно применять антифриз, но большая плотность с меньшей теплоотдачей нивелируют достоинства жидкости. Гликолевые составы нужны только при условии, что теплосистема не будет использоваться очень длительное время, антифриз не замерзает, и в отличие от воды не прорывает трубы.

Выбор верхнего или нижнего разлива

Верхний розлив лучше подходит для частных строений. В этом случае горячий поток подается через трубу под потолком, вода вытесняет воздух, который можно стравить краном Маевского. При верхнем розливе можно делать однотрубную схему отопления, теплоэффективность в этом случае поддерживается на оптимальных величинах.

Зная, как сделать циркуляцию воды без насоса, следует внимательно относиться ко всем этапам проектирования и монтажа. Ошибки в работе приводят к переустановке всех элементов, модификации контура или монтажу насоса, а это увеличивает финансовые вложения.

Модернизация системы с естественной циркуляцией. Установка циркуляционного насоса.

Ни для кого не секрет, что старые отопительные системы гравитационного типа, в которых теплоноситель перемещается естественно — в результате нагревания и последующего охлаждения, обладают только одним весомым плюсом — это энергонезависимость. Во всех остальных случаях гравитационные системы значительно проигрывают отопительным системам с принудительной циркуляцией, то есть, таким, в которых теплоноситель приводится в движение с помощью циркуляционного насоса. Присутствие циркуляционного насоса положительно сказывается на КПД всей системы, обеспечивает равномерный прогрев всех помещений, и даже самых отдаленных от котла, а также позволяет увеличивать или изменять существующую систему без страха снизить ее производительность.

Врезка циркуляционного насоса

Современные циркуляционные насосы для индивидуальных систем отопления небольших частных домов и квартир, довольно привлекательный продукт — они недороги, бесшумны, экономичны, отличаются высокой надежностью и долгим сроком службы.

Старые отопительные системы с естественной циркуляцией чаще всего монтировались с расширительным баком открытого типа, такое решение — еще один минус, который необходимо устранить. Дело в том что через расширительный бак в теплоноситель все время попадает воздух, а это в свою очередь приводит к образованию ржавчины и накипи на стенках трубопровода и узлах системы, которые контактируют с теплоносителем — в результате трубы зарастают, повышается шероховатость внутренних стенок и гидравлическое сопротивление трубопровода возрастает, а это равноценно падению эффективности всей системы.

В итоге расширительный бак необходимо заменить на аналогичный, но закрытого типа. Кстати установку его не обязательно выполнять в самой высокой точке системы, его можно установить на любом удобном отрезке трубопровода, желательно рядом с котлом. Необходимо помнить, что одновременно с установкой закрытого расширительного бака обязательно следует устанавливать предохранительный клапан — для сброса избыточного давления, которое возникает в случае аварийного расширения теплоносителя, в результате перегрева. Циркуляционный насос устанавливается рядом с расширительным баком.

Предварительные процедуры

Перед установкой выше перечисленного оборудования, систему отопления желательно промыть. Достаточно обычной промывки, для этого разрез трубопровода, в который Вы собрались монтировать насос, можно подключить к обычному водопроводу и под полным напором промыть систему на протяжении примерно 20 минут.

Системы отопления с естественной циркуляцией: особенности и принципы построения

Автор Евгений Апрелев На чтение 6 мин Просмотров 1к. Обновлено 26.04.2018

Несмотря на «пророчества» большинства специалистов-теплотехников в 70-х годах прошлого столетия, отопительные системы, в которых теплоноситель перемещается самотеком (гравитационные), успешно применяются и в XXI веке. Почему данный факт имеет место, какие силы заставляют теплоноситель перемещаться по контуру, что нужно знать чтобы создать такую систему отопления (СО) и будет темой нашей публикации.

Механизм естественного перемещения теплоносителя

Прежде всего, давайте разберемся, почему гравитационные СО так популярны в нашей стране. На это существует две основных причины:

Система водяного отопления с естественной циркуляцией – энергонезависима, а в нашей стране (и большинстве стран СНГ) существуют районы, в которых перепады с электроснабжением являются нормой.
Отсутствие насоса, сложного электронного оборудования достаточно сильно удешевляет сметную стоимость системы отопления, что является немаловажным фактором для многих застройщиков.

Действительно, принцип работы данной СО не требует механизмов, которые заставляют теплоноситель перемещаться по трубам. Он основан на физическом принципе расширения жидкостей при их нагревании. Работает система просто: в теплообменнике котла происходит нагрев воды. Расширяясь, она поднимается по стояку после чего начинает самотеком перемещаться по подающему трубопроводу, который смонтирован под уклоном. Из магистральной трубы вода попадает в радиатор, проходит его изгибы и возвращается в обратную магистральную трубу, которая также смонтирована под уклоном, но уже к котлу.

Естественная циркуляция воды в системе отопления обеспечивается расширением горячего теплоносителя и правильным монтажом отопительного контура

На рисунке показана простейшая гравитационная схема обогрева, состоящая из:

Котельной установки, которая может быть газовой, электрической, жидко – или твердотопливной.
Контура. Магистральную трубу рекомендуется использовать большого диаметра (например, 1 дюйм с четвертью), а отводы на отопительные приборы, диаметром не менее ¾ дюйма. Чем больше диаметр – тем меньше сопротивление движению теплоносителя.

Важно! Больший диаметр трубопровода подразумевает больший объем теплоносителя. Чем его больше, тем медленнее происходит прогрев контура! Именно поэтому перед созданием гравитационной СО следует провести расчет диаметра трубы на каждом участке контура.

Радиаторов. Их в системе может быть до 10 шт. Важным является правильный подбор количества секций, материала, и схемы их включения в контур.
Расширительного бака, который служит для компенсации теплового расширения теплоносителя и отвода воздушных пробок.

Чаще всего в СО с естественной циркуляцией применяются бачки открытого типа (атмосферные). Есть схемы, в которых используются устройства закрытого типа (мембранные), что и определяет название – закрытая система отопления с естественной циркуляцией. Во-первых при чрезмерном давлении, лишняя вода из контура стравливается в дренаж; во-вторых тепловое расширение теплоносителя компенсируется мембраной.

Кроме перечисленного оборудования, в данной СО используются запорные шаровые краны, которые служат для замены отопительных приборов без вывода системы из рабочего состояния.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод о недостатках данной СО:

Масса нюансов при монтаже: уклон, эффективная схема подсоединения батарей и пр.
Сложная балансировка.
Сравнительно небольшая протяженность контура (до 30 м.)
Не самый привлекательный внешний вид. Конструкция предполагает прокладку подающего трубопровода по стене в верхней части помещения, а обратного – по нижней.

Совет: Можно разместить подачу на чердаке, а обратку под полом, но тогда котел нужно опустить ниже последнего радиатора и принять все меры к тщательному утеплению контура.

Тонкости выбора оборудования

Выбор наиболее подходящей гравитационной схемы, расчеты и подбор оборудования стоит доверить профессионалам. Многие застройщики, выбравшие для обогрева дома самотечную СО, предпочитают подбор оборудования делать самостоятельно не переплачивая дорогостоящим специалистам.

Подбор котла. Как уже говорилось выше, котел для гравитационных систем обогрева может быть практически любого типа. Единственное, при естественной циркуляции нельзя создавать многоконтурную схему. Что касаемо топлива – выбирайте установку, которая работает на наиболее доступном для вашего региона топливе. Мощность установки рассчитывается исходя из теплопотерь каждого отапливаемого помещения.
Материал трубопровода. В принципе, вы можете использовать сталь, медь и современный полипропилен. Единственное, что нужно знать: твердотопливные котлы нагревают теплоноситель до температур, при которых ни о каком полипропилене не может быть и речи – только сталь или медь.

Совет: Контур из стальных труб требует сложных сварочных работ; медь достаточно дорогостоящий материал; полипропилен теряет форму при температуре более 80°С. Мы рекомендуем использовать для создания естественного отопления армированный полипропилен, который не дорог, имеет небольшую массу, легко монтируется и не теряет форму.

Подбор диаметра трубопровода – это достаточно сложный процесс, требующий знаний и сложных вычислений. Если вы решили самостоятельно рассчитать необходимый диаметр контура, то воспользуйтесь специальным программным обеспечением или таблицами подбора, которые можно найти в теплотехнической литературе.
Емкость расширительного бака зависит от количества теплоносителя и коэффициента расширения теплоносителя. Скажем сразу, что для водяного отопления нужен бак, с емкостью в 10% от количества воды в системе.

И последнее: для создания эффективной отопительной системы с естественной циркуляцией обратитесь к профессионалам. Грамотно созданный и настроенный обогрев будет вам служить десятилетия, без какого-либо вашего вмешательства с вашей стороны.

подключение котла к двухтрубной отопительной системе частного дома своими руками, как правильно сделать – Ремонт своими руками на m-ston

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Преимущества и недостатки самотечной системы

Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией

Мы уже писали о выборе и особенностях монтажа циркуляционного насоса. Вкратце напомним, что производительность оборудования следует рассчитывать с учетом проекта системы и мощности котла, а монтировать насос лучше на байпас.

Простота монтажа систем с принудительной циркуляцией заключается не только в отсутствии необходимости соблюдения уклонов при установке труб, но и в том, что различные элементы системы можно располагать более свободно – нет необходимости слишком “занижать” котёл, а расширительный бак и вовсе может находится в любой части системы.

Выбираете тип системы и планируете делать отопление? Наша компания предлагает услуги по обустройству автономных систем отопления под ключ – наши специалисты быстро и грамотно реализуют проект любой сложности, а вы сэкономите средства и собственное время.

Основные виды гравитационной системы отопления

Различается 4 типа самоциркулирующейся конструкции с гравитационным течением теплоносителя. Выбор варианта зависит от требований хозяина по производительности отопления, материала строения, утепления дома и прочих нюансов.
Определяя, какое лучше делать водяное отопление в частном доме без насоса, требуется выполнить несколько расчетов, принять во внимание технические характеристики источника тепла, просчитать диаметр трубы и составить проект.

Закрытая система

Схема отопительной системы двухэтажного частного дома с принудительной циркуляцией

Принцип работы такой:

Нагрев теплоносителя приводит к вытеснению воды из контура отопления. Под воздействием повышенного давления жидкость перемещается в закрытый расширительный бак с мембраной.
В этом баке одна половина заполнена газом, вторая – пустая. Пустая половина заливается прогретым теплоносителем, что приводит к сжатию газообразного вещества.
Как только вода остывает, газ снова расширяется и выталкивает из бака воду.

Открытая система

Важно! При открытой системе самотечного отопления необходимо установить радиаторы под определенным углом и оснастить каждую батарею краном Маевского.

Двухтрубная система

Особенности конструкции:

Прокладывается 2 трубы – одна для подачи теплоносителя, вторая для обратки. Подающий трубопровод соединяется входным отводом, обратный подводкой стыкуется с баком и батареей.
Двухтрубная схема систем отопления частного дома с естественной циркуляцией обеспечивает равномерное распределение тепла по помещению.
Нет необходимости добавлять секции батарей, расположенных далеко от бака, чтобы гарантировать прогрев комнаты.
Для контура выбираются трубы меньшего диаметра, регулировать интенсивность подачи теплоносителя и уровень нагрева намного проще.

Однотрубная система

Самотечное отопление частного дома

Самотечное отопление возможно только в домах с радиаторной разводкой. Естественная циркуляция обеспечивается благодаря законам физики, в частности за счет теплового расширения воды. Более горячий теплоноситель (вода) поднимается вверх, а остывший – опускается вниз. Исходя из этого все элементы системы с естественной циркуляцией необходимо располагать правильно – котёл должен находится в самой нижней точке (оптимально в подвале для увеличения градиента температуры), а трубы в контуре должны размещаться с постоянным уклоном. Только при соблюдении всех правил при проектировании и монтаже самотечная система будет работать, в противном случае эффективного движения теплоносителя не получится.

Также существует ряд ограничений, обусловленных всё теми же законами физики и потребностью в определенной скорости движения теплоносителя.

В каких домах не получится установить систему с естественной циркуляцией:

Строения, имеющие более 3 этажей.
Здания, где длина отопительного контура более 30 метров.
Дома, где невозможно реализовать уклон труб разводки не менее 0,5%.
Проекты, при которых необходим малый диаметр труб отопления.

Справедливо заметить, что большие здания, при желании, можно всё же отопить самотечными системами, однако в таком случае придется прокладывать несколько контуров отопления и монтировать несколько котлов – подобные проекты практически никогда не реализуются в связи с нецелесообразностью с точки зрения финансов. Установить генератор энергии и циркуляционный насос обойдется значительно дешевле, даже в регионах, где электроэнергия вообще не подключена.

Большинство недостатков мы уже описали – это не универсальность системы и значительный расход при обустройстве на трубы большого диаметра и сложный монтаж. Помимо этого к недостаткам можно отнести:

Значительную инерционность системы – за счет медленного движения теплоносителя по трубам, а также его значительного объема быстро скорректировать интенсивность отопления не удастся, а значит, вы потратите больше ресурсов.
Необходимость установки массивных радиаторов.
Различная температура теплоносителя по контуру – чем дальше радиатор от котла, тем более холодный теплоноситель в него поступает (за счет остывания теплоносителя при медленном продвижении по контуру).
Невозможность использовать систему теплого пола.

Впрочем, система с естественной циркуляцией имеет свои преимущества:

Максимальная автономность – такая система не зависит от электроэнергии и может быть обустроена даже в регионах, не имеющих централизованных коммуникаций (например, при установке твердотопливного котла).
Многие эксперты в качестве преимущества естественной циркуляции указывают более доступную стоимость отопительной системы при обустройстве, однако единственным моментом экономии является сокращение затрат на насос, при этом возрастает стоимость эксплуатации (за счёт большего объема теплоносителя) и расход на закупку труб большего диаметра, не говоря уже о сложности монтажа. Таким образом, экономия получается достаточно сомнительная.

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Во всех прочих случаях следует продумать установку циркуляционного насоса, и вот по каким причинам:

Схема отопительной системы – петли Тихельмана в двухэтажном доме

При наличии насоса жидкость быстрее прогревается, достигает положенной температуры в + 50 С, расширяется и начинает циркулировать по системе. То есть прогрев помещений будет более быстрым.
При самотечном движении воды теплоноситель в крайнем радиаторе будет остывшим, поэтому число модулей в батарее нужно увеличить, а это дополнительные расходы.
Если стоит насос, риск завоздушивания батарей минимальный, даже при формировании открытой системы отопления.

Аксонометрия водопровода, отопления, канализации

Согласно ГОСТ 2.317-2011 все аксонометрические схемы, относящиеся к санитарно-техническим системам водопровода, канализации, отопления строятся во фронтальной диметрической (косоугольной) изометрии с левой системой координат.

Соответственно размеры по осям z и x будут без искажений, а по оси y в два раза меньше.

Вы спросите, какое отношение это черчение имеет к трубам и монтажу сантехники? Теперь представьте, что плоскости по осям аксонометрии это стены вашего дома или квартиры. Сантехнические трубы, трассы водопровода, трубы канализации и отопления идут вдоль стен, вертикально или горизонтально. Это значит, мы может нарисовать трассы труб в аксонометрии, не показывая сами стены.

Правила монтажа системы отопления без насоса

Чтобы сформировать правильную теплосистему, следует обратить внимание на:

выкладку уклонов;
тип, диаметр трубы;
подачу, вид теплоносителя.

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Различается несколько видов материала, пригодного для сооружения трубопровода:

Сталь. Это трубы с относительно невысокой стоимостью, но увеличенной теплопроводностью, прочностью. Сталь хорошо переносит разницу давлений, стойко противостоит коррозии. Минус – потребуется сварка.
Металлопластик. Трубы с гладкой внутренней стороной, минимизирующие образование засоров. Малый вес и линейное расширение – плюсы, небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая цена – минусы.
Полипропилен. Простой монтаж, герметичность, прочность, длительный срок пользования и неподверженность к промерзанию – достоинства труб, а вот цена товара – минус. Следует учитывать, что стыковка осуществляется пайкой, что снижает затраты на монтаж. Срок службы до 25 лет.
Медь. Предельно прочный материал, который выдерживает нагрев до +500 С. Срок пользования от 100 лет, предельная стойкость к коррозии – плюсы. Но очень высокая цена и масса – явные минусы трубопроводов.

Что касается выбора диаметра, то его нужно просчитать так:

учесть потребность помещения в тепловой энергии и к конечной цифре добавить 20%;
по СНиП найти параметры соотношения мощности теплосети к внутреннему сечению трубы;
выбрать в таблице материал, из которого сделаны трубы, принять в расчет стандартные параметры, в частности, для стальных труб диаметр должен быть не менее 50 мм, но при подборе широких труб эффективность теплоносителя снижается.

Важно! Чтобы самотечная система работала без сбоев, можно сделать так: после каждого разветвления трубы диаметр снижать на один размер. То есть, если к котлу подсоединяется труба в 2 дюйма, после первой батареи диаметр 1,2 дюйма, после следующей – 1,3 дюйма.

Выбор теплоносителя для системы

Выбор верхнего или нижнего разлива

Если применяется нижний розлив, то трубопровод прокладывается на уровне напольного покрытия. При формировании однотрубной самотечной схемы нижний розлив считается не теплоэффективным, схема оправдана для трубопроводов с высоким давлением теплоносителя.
Верхний розлив лучше подходит для частных строений. В этом случае горячий поток подается через трубу под потолком, вода вытесняет воздух, который можно стравить краном Маевского. При верхнем розливе можно делать однотрубную схему отопления, теплоэффективность в этом случае поддерживается на оптимальных величинах.

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Термогидравлический контур с естественной циркуляцией (NCL) является важным аспектом в конструкции, эксплуатации и безопасности всех концепций Gen IV. Некоторые концепции полагаются на естественную циркуляцию для нормальных рабочих условий и нестандартных условий безопасности. Другие зависят от естественной циркуляции только в пассивных ненормальных условиях безопасности. Целью пассивных систем безопасности с естественной циркуляцией является поддержание системы в безопасном отключенном состоянии в течение длительных периодов времени без необходимости вмешательства оператора или наличия электроэнергии.

Пассивные системы безопасности на основе естественной циркуляции предназначены для обеспечения максимального теплоотвода в случае нарушения нормальной работы системы охлаждения реактора. Из-за его критической важности фундаментальное понимание свойств и характеристик гидродинамики естественной циркуляции, тепловых откликов и термодинамики в сложном инженерном оборудовании энергетических систем ядерных реакторов имеет важное значение. Для систем поколения IV, которые основаны на естественной циркуляции в нормальных рабочих состояниях, также необходимо хорошо понимать свойства и характеристики в установившихся условиях.

Как правило, потоки с естественной циркуляцией, встречающиеся на атомных электростанциях, будут связаны с замкнутыми контурами, состоящими из трубопроводов, проточных каналов различной формы и нескольких компонентов оборудования. Петли обычно закрыты, но отказ трубопровода, составляющего петлю, может нарушить естественную циркуляцию и сделать систему непригодной для использования по назначению. Вторичная сторона парогенераторов (ПГ) для заводов, использующих естественную циркуляцию для нормальной работы, характеризуется как НКП с пропускной способностью; ввод питательной воды из конденсатора и отбор пара на выходе из ПГ для питания турбин.Все эти системы будут иметь области, в которых поток идет по параллельным каналам, таким как тепловыделяющие стержни и пучки тепловыделяющих элементов, в активной зоне и трубки в SG и HEX.

Потоки с естественной циркуляцией вокруг контуров и потоки в параллельных каналах подвержены как отклонениям от установившегося режима работы, так и переходам в колебательные и потенциально нестабильные состояния. Таким образом, энергетические системы ядерных реакторов поколения IV сочетают в себе тип потока жидкости и геометрию, которые, как известно, потенциально могут привести к нежелательным состояниям.В частности, следует избегать нежелательных колебательных состояний при установившемся режиме работы. Вся система и связанный с ней рабочий диапазон предназначены для предотвращения нестабильных состояний.

Обсуждения в следующих разделах будут сосредоточены на теплогидравлических свойствах и характеристиках потоков в параллельных каналах и NCL. Будет кратко рассмотрена литература по общим аспектам аналитического, экспериментального, математического моделирования, численным методам решения и вычислительным аспектам этих потоков.Эти аспекты, связанные с конкретными системами Gen IV, также будут обсуждаться.

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

И для паровых барабанных систем, и для прямоточных парогенераторов (OTSG) мы должны иметь непрерывный поток воды по трубам, чтобы система могла непрерывно генерировать пар.

В системе OTSG вода проходит только один раз (за один проход) по трубам котла, прежде чем превратиться в пар и направить в паротурбинный генератор для производства электроэнергии.С другой стороны, в системах с паровым барабаном вода должна пройти много раз (несколько проходов) по трубам, прежде чем она уйдет в виде пара.

На основе двух основных типов циркуляции, обычно используемых, паропроизводящие котлы высокого давления (ВД) могут быть классифицированы как:

— Котлы с естественной или тепловой циркуляцией и
— Котлы с принудительной или насосной циркуляцией

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Как показано на рисунке-1 (a), в сливном стакане (труба, по которой поток направлен вниз) отсутствует пар, и секция трубы A-B не нагревается.Подвод тепла приводит к образованию пароводяной смеси в секции B-C, обычно называемой стояком (труба, по которой поток направлен вверх). Из-за того, что пароводяная смесь на участке BC менее плотная (поскольку она более горячая) по сравнению с водой участка AB, термосифонический эффект (сила тяжести) заставит воду течь вниз на участке AB и вверх на участке BC. к паровому барабану.

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

В котлах с естественной или тепловой циркуляцией скорость циркуляции сильно зависит от разницы плотностей между ненагретой водой и нагретой пароводяной смесью.Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от следующих факторов:
— Высота котла — Более высокие котлы дают большую разницу давлений между нагретой и неотапливаемой секциями и, как следствие, большую скорость потока.
— Рабочее давление котла — Более высокое рабочее давление дает пар более высокой плотности, а также пароводяные смеси более высокой плотности. Это имеет тенденцию к уменьшению общей разницы в плотности между нагретым и ненагретым сегментами, поскольку плотность жидкой воды остается неизменной, независимо от рабочего давления.Следовательно, более высокое давление снижает расход производимого пара.
— Скорость подводимого тепла — Более высокая мощность подводимого тепла помогает снизить среднюю плотность в нагретой секции и тем самым увеличить общий расход.

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Насос добавлен в замкнутую систему проточного контура, указанную в разделе A-B на рисунке 1 (b). Разница давлений, создаваемая насосом (напор насоса), помогает контролировать расход воды. Устройство понижения давления (отверстие или подобное) также обычно используется в качестве дополнительного механизма управления.

Проверка контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах (Технический отчет)

Звирин Ю.А. Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах . США: Н. П., 1981. Интернет. DOI: 10,2172 / 6943561.

Звирин, Ю. Проверка контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6943561

Звирин Ю. Чт. «Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6943561. https://www.osti.gov/servlets/purl/6943561.

@article {osti_6943561, title = {Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах}, author = {Звирин, Ю.}, abstractNote = {Представлен обзор теоретических и экспериментальных работ по однофазным контурам естественной циркуляции (термосифонам). Он включает доступные методы моделирования (аналитические и численные) для описания стационарных потоков, переходных процессов и характеристик устойчивости различных контуров. Они варьируются от систем простой геометрии и небольших (лабораторных) контуров до полномасштабных систем - ядерных реакторных установок и солнечных водонагревателей. Сделана попытка сравнить некоторые аналитические модели и представить результаты с использованием обобщенных параметров.Приводятся имеющиеся данные и обсуждается сравнение с теоретическими результатами.}, doi = {10.2172 / 6943561}, url = {https://www.osti.gov/biblio/6943561}, журнал = {}, номер =, объем =, place = {United States}, год = {1981}, месяц = {1} }

Естественная циркуляция | Определение и условия

Это явление имеет ту же природу, что и естественная конвекция , но в данном случае коэффициент теплопередачи не является объектом исследования.В этом случае основной поток через контур является объектом исследования. Это явление представляет собой скорее гидравлическую проблему , чем проблему теплопередачи, хотя в результате естественная циркуляция отводит тепло от источника и переносит его к радиатору, что имеет первостепенное значение для безопасности реактора.

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Аналогично естественная конвекция , естественная циркуляция по существу не работает на орбите Земли.Естественная циркуляция происходит в петле только при определенных условиях. Даже после того, как естественная циркуляция началась, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественной циркуляции . Условия естественного обращения следующие:

Наличие правильного ускорения. Естественная циркуляция может происходить только в гравитационном поле или при наличии другого надлежащего ускорения, такого как ускорение, центробежная сила.
Наличие источника тепла и радиатора .Требуются источник тепла и теплоотвод, поскольку естественная циркуляция создается разницей плотности жидкости, возникающей из-за разницы температур. Жидкость, поступающая в источник тепла, получает тепло и в результате теплового расширения становится менее плотной и поднимается вверх. Решающую роль играет тепловое расширение жидкости. Процесс в теплоходе противоположен, тепло получает тепло, и жидкость становится плотнее. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока. Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур.Добавление тепла от источника тепла должно происходить в зоне с высокой температурой. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры в конечном итоге выровнялись бы, и дальнейшая циркуляция прекратилась.
Правильная геометрия . Наличие и величина естественной циркуляции также зависят от геометрии задачи. Наличие градиента плотности жидкости в гравитационном поле не гарантирует существования естественных конвективных течений.Естественная циркуляция в замкнутом контуре, заполненном жидкостью, достигается путем размещения радиатора в контуре на высоте, превышающей источник тепла. Циркулирующая жидкость отводит тепло от источника и переносит его в раковину. Поток может быть однофазным или двухфазным, в котором пар течет вдоль жидкости. Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно происходить в зоне с высокой температурой. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором.В противном случае температуры в конечном итоге выровнялись бы, и дальнейшая циркуляция прекратилась. Можно иметь естественную циркуляцию в двухфазном потоке, но, как правило, поддерживать поток труднее.
Контактные жидкости . Эти две области должны соприкасаться, чтобы между ними был возможен поток. Если путь потока заблокирован или заблокирован, естественная циркуляция невозможна.

Естественная циркуляция — расход

Естественная циркуляция Скорость потока в контуре в установившемся режиме определяется из баланса между движущей силой и силами сопротивления .Движущая сила возникает из-за разницы в плотности между горячим и холодным участками петли. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и перепадами высоты.

Термоголовка

Тепловая приводная головка — это сила, которая вызывает естественную циркуляцию . Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости. Рассмотрим два равных объема жидкости одного и того же типа. Если два объема имеют разную температуру, тогда объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу.Известно, что плотность газов и жидкостей зависит от температуры, обычно уменьшаясь (из-за расширения жидкости) с повышением температуры. Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет оказываться меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, будет приводить к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная жидкость опускается. Тепловая приводная головка может быть просто рассчитана с использованием разницы гидростатических давлений:

Как можно видеть, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше термодвигательной головки и результирующий расход.

Плотность воды как функция температуры

Сила гидравлического сопротивления

Как было написано, скорость потока естественной циркуляции , V, в контуре в условиях устойчивого состояния определяется из баланса между приводной головкой и силами сопротивления. Как и трение в трубе, общие потери давления пропорциональны квадрату расхода , и поэтому они могут быть легко интегрированы в уравнение Дарси-Вайсбаха .Инженеры часто используют коэффициент потери давления , PLC . Обозначается K или ξ (произносится как «xi»). Этот коэффициент характеризует потерю давления в определенной гидросистеме или части гидросистемы. Его легко измерить в гидравлических контурах. Коэффициент потери давления может быть определен или измерен как для прямых труб, так и особенно для местных (малых) потерь . Поскольку коэффициент трения Дарси является функцией скорости (в числе Рейнольдса), то расчет коэффициента потери давления является итерационным процессом.

Естественная циркуляция в реакторостроении

Естественная циркуляция в замкнутом контуре

В реакторостроении естественная циркуляция является очень желательным явлением, поскольку она способна обеспечить охлаждение активной зоны реактора после потери ГЦН (например, после потери внешнего питания — LOOP). В реакторах PWR конструкция станции предусматривает перепад высот , h , приблизительно 12 метров между осевой линией парогенератора и осевой линией активной зоны реактора.Компоновка системы должна обеспечивать возможность естественной циркуляции после потери потока, чтобы обеспечить охлаждение без перегрева активной зоны. Кроме того, соединительный трубопровод от корпуса высокого давления реактора к парогенераторам должен быть неповрежденным, без препятствий, таких как неконденсирующиеся газы (например, паровые карманы). Таким образом, естественная циркуляция будет гарантировать, что текучая среда будет продолжать течь, пока реактор будет горячее, чем теплоотвод, даже когда мощность не может быть подана на насосы.

RCP обычно не являются «системой безопасности», как определено. После выхода из строя RCP (например, после потери внешнего питания — LOOP) реактор должен быть немедленно остановлен, так как RCP медленно сбегают до нулевого расхода. Тогда достаточный и безопасный отвод остаточного тепла обеспечивается естественной циркуляцией потока через реактор. При отсутствии принудительного потока теплоноситель в активной зоне начинает нагреваться. Повышение температуры охлаждающей жидкости вызывает снижение плотности охлаждающей жидкости, которая, в свою очередь, перемещает охлаждающую жидкость в парогенератор.Следует отметить, что естественной циркуляции недостаточно для отвода тепла, выделяемого при работе реактора.

В современных конструкциях реакторов используется естественная циркуляция, что является очень важным элементом безопасности . Многие системы пассивной безопасности в современных конструкциях реакторов работают без использования каких-либо насосов, что обеспечивает повышенную безопасность, целостность и надежность конструкции при одновременном снижении общей стоимости реактора.

Показатели естественного обращения

В PWR различные параметры могут использоваться для индикации или проверки наличия естественной циркуляции.Это зависит от типа установки и систем установки. Например, для PWR можно использовать следующие параметры:

В идеале расход можно измерить в каждом из контуров.
ΔT ( T _{Горячий} — T _{Холодный} ). Разница температур между горячими и холодными ногами должна составлять 25-80% от значения полной мощности и должна быть постоянной или медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло удаляется из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения внутренней температуры.
Температура горячих и холодных ног должна быть постоянной или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло удаляется, а тепловая нагрузка распада, как и ожидалось, уменьшается.
Давление пара парогенератора (давление вторичного контура) должно соответствовать температуре системы теплоносителя реактора. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от охлаждающей жидкости RCS.

Специальная ссылка: Естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением, IAEA-TECDOC-1474.МАГАТЭ, 2005. ISBN 92–0–110605 – X.

Улучшение теплопередачи с использованием CO 2 в контуре естественной циркуляции

Контуры теплопередачи (вторичные контуры) подразделяются на контур принудительной циркуляции (FCL) и контур естественной циркуляции (NCL). Контур принудительной циркуляции — это активная система, для которой требуется насос или компрессор для управления потоком жидкости, тогда как контур естественной циркуляции (NCL) представляет собой простую систему, в которой поток жидкости происходит из-за градиента плотности, вызванного наложенной разницей температур.

В NCL радиатор расположен выше, чем источник тепла. Это устанавливает градиент плотности в системе, из-за которого более легкая (более теплая) жидкость поднимается вверх, а более тяжелая (более холодная) жидкость движется вниз. Следовательно, тепловая энергия может передаваться от высокотемпературного источника к низкотемпературному поглотителю без прямого контакта друг с другом, а также без использования какого-либо первичного двигателя.

NCL предпочтительнее контура с принудительной конвекцией, где безопасность является превыше всего.Он также обеспечивает бесшумную и необслуживаемую работу. NCL является многообещающим вариантом для многих инженерных приложений, таких как ядерные реакторы ¹, химическая экстракция ^2,3, электронная система охлаждения ⁴, солнечные нагреватели ^5,6,7,8,9,10, геотермальные приложения ^11,12, криогенные холодильные системы ¹³, охлаждение лопаток турбины ¹⁴, термосифонные ребойлеры ^15,16, а также охлаждение и кондиционирование воздуха ¹⁷ и т. Д.По сравнению с системами с принудительной конвекцией скорость теплопередачи в системах с естественной конвекцией находится на более низком уровне, и ее улучшение является сложной задачей. Исследователи пытаются разными способами улучшить скорость теплопередачи, например, используя различные рабочие жидкости / наножидкости. Misale и др. . ¹⁸ и Наяк и др. . ¹⁹ экспериментально сообщил об увеличении скорости теплопередачи на 10–13% с наножидкостью (Al ₂ O ₃ + вода) по сравнению с NCL на водной основе.

Выбор рабочих жидкостей для NCL обычно осуществляется на основе некоторых благоприятных теплофизических свойств. Обычно используемые рабочие жидкости можно разделить на водные и неводные. Водные растворы обычно представляют собой продукты на основе соли или спирта. Они обладают одним или несколькими неблагоприятными эффектами, такими как коррозионная активность, токсичность, высокое значение pH и т. Д. Неводные растворы представляют собой коммерчески доступные химические вещества.

В последние годы CO ₂ приобрел популярность в качестве циркуляционной жидкости в NCL благодаря своим превосходным теплофизическим свойствам и экологичности (отсутствие потенциала разрушения озонового слоя и незначительный потенциал глобального потепления) и использовался для различных приложений, таких как солнечное тепло. коллектор ²⁰, тепловой насос ²¹, геотермальная система ²² и т. д.Пригодность CO ₂ в качестве циркуляционной жидкости была изучена Kiran Kumar и др. . ²³ для NCL, а также Ядав и др. . ²⁴ для контура принудительной циркуляции.

Любые жидкости, работающие в области, близкой к критической, демонстрируют очень хорошие характеристики теплопередачи и потока жидкости благодаря своим благоприятным теплофизическим свойствам. Преимущество двуокиси углерода заключается в низкой критической температуре (~ 31 ° C) и вполне разумном критическом давлении (73,7 бар).

Swapnalee и др. .²⁵ провели экспериментальные исследования по изучению статической нестабильности сверхкритических СО ₂ и НКЛ на водной основе с нагревателем в качестве источника тепла. Kiran и др. . ²⁶ провели эксперименты и изучили поведение теплопередачи NCL с использованием докритического CO ₂ с ограниченным диапазоном температуры и давления.

Хотя экспериментальных исследований очень мало из-за риска, связанного с работой с CO ₂ при высоком рабочем давлении, достаточно большое количество численных исследований поведения теплопередачи для NCL на основе CO ₂ доступно в открытая литература ^27,28,29.

Киран Кумар и др. . ²⁷ выполнили численное исследование стационарного анализа однофазных прямоугольных NCL с параллельными потоками теплообменников типа «труба в трубе». Ядав и др. . ²⁸ выполнили переходный анализ контура естественной циркуляции (NCL) на основе диоксида углерода с торцевыми теплообменниками. Басу и др. . ²⁹, направлена на разработку теоретической модели для моделирования стационарных характеристик прямоугольного однофазного контура естественной циркуляции и исследования роли различных геометрических параметров в поведении системы.Ядав и др. . ³⁰ провели трехмерное исследование CFD и заявили, что скорость теплопередачи на ~ 700% выше в случае докритической жидкости, а также сверхкритического CO ₂ по сравнению с водой. Двумерный анализ при 90 бар для различных температур источника тепла сообщил о нестабильности, связанной со сверхкритическим потоком ^31,32.

Доступны обширные численные исследования ^27,28,29 на CO _{2 Доступны NCL на основе} с различными конфигурациями.Однако в литературе сообщается об очень небольшом количестве экспериментальных исследований из-за риска, связанного с обращением с CO ₂ при более высоком рабочем давлении. Как и в большинстве инженерных исследований, имеющих практическое значение, экспериментальные исследования являются эталоном. Экспериментальные исследования NCL, использующих сверхкритический / докритический CO ₂ с концевыми теплообменниками в широком диапазоне температур, охватывающем отрицательную температуру, ограничены. Чтобы заполнить эту критическую пустоту, в данном экспериментальном исследовании представлено исследование поведения теплопередачи субкритических / сверхкритических НКЛ на основе CO ₂ с торцевыми теплообменниками для широкого применения в диапазоне от минусовых (-18 ° C) до плюсовых (70 ° C) температуры.Исследование также включает в себя явление теплопередачи в однофазном (жидкость и пар) и двухфазном НХЛ на основе CO ₂. Далее сравниваются скорости теплопередачи воды (для положительной температуры) и рассола (для отрицательной температуры) в NCL.

Детали эксперимента

Полное изображение испытательной установки представлено на рис. 1. Испытательная установка состоит из резервуара CO ₂, теплообменников типа «труба в трубе» (горячего и холодного) с вертикальными трубками (стояк и сливной стакан).

Рисунок 1

Схема NCL с торцевыми теплообменниками. (1) Цилиндр резервуара CO ₂, (2) Термостатическая ванна для HHX, (3) Термостатическая ванна для CHX (4) Система сбора данных, (5) Увеличенная часть внутренней конструкции термопары (гайка и наконечник).

Термопары Т-типа соответствующей длины подключаются для измерения температуры текучей среды контура (CO ₂ / вода / солевой раствор) и внешней текучей среды (вода / метанол), которая течет внутри внутренней трубы и кольцевого пространства, соответственно, как показано на рис.1.

Фотографический вид используемого оборудования представлен на рис. 2. Контур естественной циркуляции 2 × 2 м изготовлен из нержавеющей стали (SS-316), имеет внешний диаметр 32 мм, внутренний диаметр 26 мм, толщину 3 мм. мм и выдерживает давление до 250 бар. Для управления теплопередачей от контура к окружающей среде весь контур изолирован асбестовым тросом и изоляционным материалом из вспененной ленты толщиной 3 мм каждый. Теплообменники длиной 1600 мм, наружным диаметром 51 мм и толщиной 3 мм.

Рисунок 2

Экспериментальная установка. (1) Термостатическая ванна — 1 (HHX), (2) DAQ, (3) Компьютер для считывания данных DAQ, (4) Термостатическая ванна -2 (CHX), (5) Манометр, (6) Ротаметр, (7) Датчик перепада давления, (8) предохранительный клапан, (9) баллон CO ₂, (10) вакуумный насос.

Две термостатические ванны (Thermo Scientific PC200) с мощностью нагрева / охлаждения 2 кВт подают внешнюю жидкость (воду / метанол) с фиксированной температурой в теплообменники. Массовый расход внешней жидкости измеряется с помощью двух калиброванных ротаметров (диапазон 2–20 л / мин) с клапанным устройством, подключенных отдельно к HHX и CHX.

Манометр Бурдона с диапазоном 0–150 бар подключается для измерения давления в линии контура в центре правой ноги. Шесть термопар Т-типа используются для контроля температуры CO ₂ в различных местах вдоль контура, термопары напрямую связаны с жидкостью внутреннего контура CO ₂, как показано на рис. 1 увеличенной части гайки и расположение наконечника. Система сбора данных (DAQ, Keighley — модель 2700) используется для регистрации различных температур контура.Геометрические характеристики испытательного стенда указаны в таблице 1. Рабочие параметры и их рабочий диапазон представлены в таблице 2 для всего эксперимента.

Таблица 1 Геометрические параметры экспериментальной установки. Таблица 2 Диапазон рабочих параметров, учитываемых при исследовании.

Методология

Холодный и горячий теплообменники испытываются на герметичность при давлении до 10 бар, а контур — на герметичность при давлении 150 бар. Позже весь контур естественной циркуляции откачивается, и необходимое количество CO ₂ загружается в контур из цилиндра CO ₂.Зарядка CO ₂ прекращается, когда давление жидкости в контуре достигает необходимого рабочего состояния. Внешняя жидкость заставляется течь внутри кольцевой трубы обоих теплообменников с заданными массовым расходом и температурами. Когда внешняя жидкость начинает течь, температура контура начинает изменяться с небольшим изменением давления контура. Для поддержания заданного рабочего давления CO ₂ перемещается в / из цилиндра, в котором поддерживается рабочее давление. Эта практика продолжается, пока цикл не достигнет устойчивого состояния.Считается, что контур достигает установившегося состояния, если переходные колебания всех температур и давлений составляют менее 0,5%.

При заданном рабочем давлении состояние CO ₂ подтверждается контролем температуры во всех точках контура (однофазная, двухфазная или сверхкритическая фаза). Как только вся система достигает устойчивого состояния, результаты записываются. Чтобы сравнить результаты CO ₂ в качестве жидкости контура, рассол используется в качестве жидкости контура для приложений с более низкими температурами, тогда как вода используется для приложений с температурой выше нуля.Метанол используется в качестве внешней жидкости для приложений с более низкими температурами (ниже 0 ° C) и вода в качестве внешней жидкости для приложений с более высокими температурами (выше 0 ° C).

Чтобы обеспечить условия турбулентного потока для внешней жидкости, массовый расход 0,083 кг / с (5 л / мин) поддерживается как в CHX, так и в HHX.

Скорость теплопередачи (Q) рассчитывается по формуле

$$ {\ rm {Q}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-HHX} \ times { \ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {HHX}}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-CHX} \ times {\ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {CHX}}} $$

(1)

где m = массовый расход внешней жидкости в кг / с

c _{p — HHX} = удельная теплоемкость HHX в Дж / кг-K

c _{p — CHX} = удельная теплоемкость CHX в Дж / кг-K

ΔT _HHX = разница температур HHX между входом и выходом

ΔT _CHX = разница температур CHX между входом и выходом

Средняя температура рассчитывается по

$ $ {T} _ {avg} = \ frac {{T} _ {C} + {T} _ {H}} {2} $$

(2)

где, T _C = температура на входе CHX в ° C

T _H = температура на входе HHX в ° C

Численный анализ общих тенденций в однофазной естественной циркуляции в a 2D-кольцевой контур

Целью данной статьи является рассмотрение поведения потока жидкости при естественной циркуляции в 2D-кольцевом контуре, заполненном водой.Двумерный численный анализ естественной конвекции в двумерном кольцевом термосифоне с замкнутым контуром был проведен для различных соотношений радиусов от 1,2 до 2,0, при этом контур нагревается с постоянным потоком в нижней половине и охлаждается с постоянной температурой в течение верхняя половина. Численно показано, что естественная конвекция в двумерном кольцевом термосифоне с замкнутым контуром способна демонстрировать псевдопроводящий режим при бифуркации вил, стационарные конвективные режимы без и с рециркуляционными областями, возникающими на входе в теплообменники, колебательную конвекцию на бифуркациях Хопфа и Лоренца. -подобный хаотический поток.Таким образом, здесь также обнаруживается сложность динамических свойств, экспериментально обнаруженных в тороидальных или прямоугольных петлях.

1. Введение

Естественная циркуляция — важный механизм, и знание его поведения представляет интерес для целей охлаждения в промышленных процессы, в том числе солнечные водонагреватели, геотермальные процессы, газовая турбина охлаждения лопастей, а также в составе системы аварийного охлаждения активной зоны ядерных реакторов. Отвод тепла за счет естественной циркуляции обеспечивает практичное средство для охлаждения и сбросить давление в системе теплоносителя первого контура после аварии реактора.Но в перспективных конструкциях ядерных реакторов системы отвода тепла за счет естественного конвекция также является потенциально важной конструктивной особенностью. Действительно, некоторые продвинутые В конструкции атомных электростанций используется естественная циркуляция для снижения мощности активной зоны. нормальная работа (запуск, нормальная работа с питанием и выключение), а некоторые в конструкции используется естественная циркуляция для охлаждения защитной оболочки. Из-за их практического значения термосифоны стали предметом исследования. большое количество теоретических и экспериментальных исследований.Обзор широкого дано применение контуров естественной циркуляции в инженерных системах. Звирина [1]. Они также привлекают внимание из-за разнообразия движений жидкости и сложности встречающихся динамических свойств, несмотря на простота их геометрии. Исследования, начатые Келлером [2], Веландером [3] и Малкусом [4], были рассмотрены Грейфом [5]. Наличие область обратного потока впервые была качественно описана Creveling et al. [6], которые также впервые в своих экспериментах наблюдали хаотическое течение лоренцевского типа (см. также [7–9]).

Предыдущие исследования тороидальных петель использовали одномерный подход путем усреднения определяющих уравнений по поперечному сечению трубы, что требовало априорной спецификации трения и теплопередачи коэффициенты. Насколько нам известно, в литературе только один численный эксперимент по установившемуся трехмерному течению в тороидальной петле существует (Lavine et al. [10]).

Цель настоящего исследования заключается в исследовании путем прямого численного интегрирования определяющими уравнениями установившихся и нестационарных движений в термосифоне простых четкая геометрия, 2D-кольцевой контур.

2. Управляющие уравнения и разрешение

Рассмотрим двумерную кольцевую петлю ламинарного жидкость, нагретая на половине своей площади с однородным тепловым потоком () и охлаждаемая на оставшейся половине при постоянной температуре () как показано на рисунке 1. Внутренний (соответственно внешний) радиус цилиндра равен (соответственно), зазор канала определяется как. В классические управляющие уравнения (Навье-Стокса плюс энергия) для несжимаемой жидкость с приближением Буссинеска, используемым в цилиндрических координатах, не написано здесь из-за нехватки места, но его можно найти в работе Desrayaud et al. al.[11]. Обезразмерность уравнений осуществляется следующим образом: для размера, времени, скорости и температуры: Теплофизические характеристики жидкости: его температуропроводность, его кинематическая вязкость, и его теплопроводность. Знак — коэффициент теплового расширения и безразмерные радиальная и осевая скорости равны и.

Безразмерные граничные условия следующие: угловой координата отсчитывается от нисходящей вертикали (см. рисунок 1): Неподвижный изотермический раствор, использованный в качестве начальное предположение для вычислений дается Безразмерными параметрами, определяющими течение, являются рэлеевские параметры. число Ra, основанное на зазоре канала, числе Прандтля и соотношении радиусов, которые определяются Безразмерный массовый расход циркулирующего внутри петля (которая также является безразмерной средней поперечной скоростью) определяется как и не зависит от угла из-за ламинарной несжимаемости жидкости.
Процедура контрольного объема используется для дискретизации на шахматной равномерной цилиндрической сетке нелинейная система управления уравнения и граничные условия с центрированной схемой второго порядка для конвективные условия. Алгоритм SIMPLER используется для связь скорость-давление. Уравнения импульса и энергии записываются в виде переходная форма и интегрирование по времени выполняется с использованием переменного неявная схема направления (ADI). Граничные условия периодического типа применялись при и .Этот состоит из использования решений, рассчитанных на предыдущем радиальном поиске, в качестве граничные условия в угловой прогонке процедуры ADI. Единая сетка с контролем объемы по направлениям и использованы для получения всех результатов, представленных в этой статье. Цифровой код был широко проверены на нескольких случаях (см. [11, 12]).
3. Результаты и обсуждение
Более 100 прогонов были выполнены для установившихся течений и 50 для нестационарных течений для отношения радиусов и рабочие жидкостью была вода с числом Прандтля, во всех случаях.К этой статье прилагаются три видеоролика (см. Видеоролики в дополнительных материалах, доступных на сайте http://dx.doi.org/10.1155/2008/895695). Они были сжаты в mp4 формат и, как следствие, они несколько уступают по качеству; однако в в результате получилось стилизованное представление, важные черты видны довольно хорошо (хотя цвета не соответствуют цветам на иллюстрациях в текст).
Карта различных режимов, иллюстрирующая «маршрут к хаосу »в такой конфигурации представлена на рис. 2 для отношений радиусов и.Эти режимы являются псевдопроводящим (ps-), конвективным ( усл. ), вторичным движением ( секунда, ), колебательный ( осцилляция ) и хаотический ( обратный ) режимы. Следует отметить, что эта карта показывает только общие тенденции потока. Никаких попыток найти точный переход чисел Рэлея был сделан потому, что нестационарные движения очень Требует много времени процессора. Например, сложно правильно захватить интегрирование грубой силы числа Рэлея, при котором монопериодическое движение происходит потому, что Ra-зазор очень узкий.Более того, этот режим может вырождаться после долгой интеграции в хаотично реверсивное движение. в Ниже приведены результаты, используемые для иллюстрации различных режимов, для разных отношения радиусов, но, как показано на рисунке 2, все эти режимы были найдены независимо от отношения радиусов.

3.1. Устойчивый поток
3.1.1. Псевдопроводящий режим
При очень низких значениях числа Рэлея (,; см. рис. 3) стратифицированная температура, которая почти симметрично распределена в обеих половинах кольцо ( И в Рисунок 3 (а)) показывает важность осевой проводимости с конвекцией. играет лишь второстепенную роль в передаче тепла.Следовательно, тепло в основном передается проводимость от нижней горячей части к верхней холодной части, и, таким образом, этот режим может быть соответственно квалифицированным как псевдопроводящий. Глобальный против часовой стрелки движение по всей петле практически отсутствует и две очень большие рециркуляции слабого движения происходят (см. рисунок 3 (б)). Эти два больших, но слабых вихря характеризуют псевдопроводящий режим, оба расположены у нагревателя, один вдоль внутренней стены, а другой — вдоль внешней стены.Эти двое вихри занимали почти четверть петли, слабое глобальное движение течет между вихрями. Слабое глобальное движение всегда происходит вокруг петли даже при очень малых числах Рэлея из-за цилиндрической геометрии петля, и чисто проводящее решение так и не было найдено (т.е. без глобального движения жидкости). Эта конфигурация похожа на Рэлея-Бенара (нагрев внизу и охлаждение в верхней части), но в отличие от этого хорошо известного случая, когда движение не ожидается до тех пор, пока достигнуто критическое число Рэлея, нагретая жидкость немедленно движется вверх вдоль внутреннего нижнего нагретого цилиндра, поскольку не может существовать устойчивого равновесия по выпуклой стене.Кроме того, из-за симметрии секции нагрева и охлаждения к вертикальной оси, глобальное движение может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки в произвольном порядке. Два конвективных решения очень слабой движение ответвляется симметрично от состояния покоя (т. е.) претерпевает раздвоение вил [11]. Как ни странно, на рисунке 2 показано, что уменьшение отношения радиусов уменьшает число Рэлея, при котором псевдопроводящий происходит режим. Когда отношение радиусов уменьшается, это может произойти одним из способов. за счет уменьшения зазора канала между стенками, размер ячеек становится слишком большим, чтобы позволить жидкости двигаться, вена контракта становится слишком маленькой.Затем клетки отталкиваются поток и таким образом исчезнут.
3.1.2. Конвективный режим
При умеренных значениях числа Рэлея a вдоль контура существует квазиодномерное течение, и течение стационарное без претерпевает какой-либо колебательный процесс. На рисунке 4 показаны температура и поток. функциональные поля на двух ветвях бифуркации вил для рэлеевского число, равное 1000, и коэффициент радиуса. Один из этих двух решение было получено увеличением числа Рэлея от 0 до 1000 (см. рис. 4 (а)), в то время как другой был получен путем увеличения рэлеевского номер шаг за шагом (см. рисунок 4 (б)).С увеличением Ra расход жидкости претерпевает кратковременные колебания, прежде чем станет стабильным. Температура и поля функции тока для и показаны на рисунке 5, где жидкость движется по петле в против часовой стрелки. Линии тока, концентрические для низких значения числа Рэлея теперь немного деформируются во входной области обменников, а больше искажается у нагревателя (см. Рисунок 5 (b)). Это искажение связано с в зону очень сильного повышения температуры, хорошо заметного на входе обогревателя вдоль внешней стены (см. Рисунок 5 (а)).Эти искаженные линии тока менее выражены на входе в охладитель из-за наложенного температура у стен.

(a) движение против часовой стрелки; изотермы, от 0,1 (синий) до 1,1 (красный) с шагом 0,1
(b) движение по часовой стрелке; поле функции тока, от 1 до 11 с шагом 1
(a) движение против часовой стрелки; изотермы, от 0,1 (синий) до 1,1 (красный) с шагом 0,1
(b) движение по часовой стрелке; поле функции тока, от 1 до 11 с шагом 1
3.1.3. Режим вторичного потока
При и (см. Рисунок 6) следует отметить, что, помимо основного кровотока кровообращения, можно увидеть две клетки в первом и третьем квадрантах. Эти два рециркуляционных области возникают около внешней стены входа теплообменников (см. Рисунок 6 (б)), при этом больший вихрь всегда находится у нагревателя, а другой — у кулера. очень слабый. Как следствие, зона сильного повышения температуры которые простирались в основном вниз по течению вдоль внешних стен, теперь уменьшены (см. рис. 6 (а)).
Безразмерные температуры на внутренней и внешней стенках показаны на рис. Рисунок 7 только вдоль нагревателя, охладитель находится при заданной температуре. В температура наружной стены всегда значительно выше, чем температура внутренняя стена. Это связано с граничным условием, наложенным тепловым потоком на утеплитель, совмещенный с кривизной. Так как поверхность внешней стены раз больше, чем поверхность внутренней стенки, общий тепловой поток переходящий в конвективный поток жидкости также в разы больше и там приводит к более высокому уровню температуры у внешней стены.В (22 500, соотв.), Средняя температура внешняя стенка (соответственно 0,527), в то время как на внутренней только 0,390 (соответственно 0,394) стена. После основной циркуляции от до на рис. 7 () четко виден вход в у обогревателя резкое повышение температуры у наружной стены с последующим незначительным снижение температуры. Этот обратный градиент температуры объясняет, почему жидкость может проходить вверх по потоку вдоль внешней стенки на входе в теплообменник.При очень большом рециркуляция происходит на входе в нагреватель (см. рисунок 6 (b)), усиливая сильную обратную температурный градиент (см. рисунок 7). Более того, нет увеличения среднего температура у внутренней стенки от 22 000 до 22 500, в то время как большая возникает у внешней стены.

В вторичные клеточные структуры появляются при значениях числа Рэлея, которые все высоки, поскольку радиус отношение невелико, и они представляют верхний предел установившегося движения (см. рисунок 2).Уменьшение радиуса имеет очень сильный стабилизирующий эффект, с продвижение вторичных ячеек, таким образом, становится очень трудным для узких промежутки между каналами, потому что следствием появления ячеек всегда является уменьшение массового расхода, как видно на рисунке 8 (а). Eсть конкуренция между усилением ячеек за счет температурного градиента и основная циркуляция потока, который содержит и ограничивает ячейки » рост.

(a) Динамика массового расхода во времени; р а знак равно 2 3 5 0 0 , 𝑅 знак равно 1 .6 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 23500
(б) Предельный цикл; р а знак равно 2 4 6 0 0 , 𝑅 знак равно 1 . 6 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 24600
(a) Динамика массового расхода во времени; р а знак равно 2 3 5 0 0 , 𝑅 знак равно 1 . 6 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 23500
(б) Предельный цикл; р а знак равно 2 4 6 0 0 , 𝑅 знак равно 1 . 6 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 24600
3.2. Колебательный режим
Хронология массового расхода во времени представлена на Рисунке 8 (а) из до 23 500 для радиуса, .При и для этого отношения радиусов циркуляционный поток является однонаправленным (см. Рисунок 5 (b)), в то время как вторичные ячейки изображено на (см. рисунок 6 (b)). После первоначального демпфирования колебания, массовый расход резко уменьшается из-за возникновения вторичные ячейки по внешней стене у входа в теплообменники. Это с последующими небольшими устойчивыми колебаниями вторичных ячеек на месте с незначительным изменением их силы (и размера). Течение структурное поведение поля функции тока в течение той же временной истории, что и на Рисунке 8 (а) хорошо задокументировано в видео 1 (см. дополнительные материалы), ясно демонстрируя возникновение вторичного клетки с последующим небольшим колебательным движением этих клеток.В , амплитуда периодического движения очень мала и колебания очень медленно затухают (не различимы на рисунке 8 (а) или в видео 1 (см. дополнительные материалы)). Вот почему предельный цикл, к которому притягивается система, тянется при . При этом числе Рэлея предел цикл, показанный на Рисунке 8 (b), показывает, что движение (почти) периодические с одной частотой,. Фаза портрет для интервала выборки 0,0025 за время интервал 1 представляет 6 циклов с почти 310 итерациями за цикл.
3.3. Хаотически реверсивное движение
Рисунок 9 (a), представляющий очень долгую временную историю массового расхода от до 47 000 за четко показывает апериодическое поведение потока. Безразмерный интервал времени равен равно 35, что соответствует 70 000 итераций. Следует отметить, что процесс реверсирования потока достигается только через долгое время, равное 15 во время скорость потока колеблется с увеличением амплитуды до тех пор, пока не изменится на противоположное. направления, после чего возникают колебания в новом направлении потока.Этот переменная четко указывает на изменение направления потока с его изменением знак. Эти изменения направления потока также сопровождаются большим колебания температуры, которые могут быть вредны для безопасной эксплуатации тепла системы удаления. На рисунке 9 (b) представлены для и , увеличение временной истории осевой составляющей скорость в середине охладителя во время короткий период времени, который представляет собой три колебания, за которыми следуют четыре обратных потоки.На рисунках 10 и 11 приведены восемь снимков температуры и поля функции тока, равномерно распределенные во времени (0,048) в прогрессии по часовой стрелке вокруг фигуры в центре во время одного процесса обратного потока. Временные местоположения этих снимков также обозначены закрашенными красными квадратами на Рисунке 9 (b). Направление потока ясно различимы на полях температуры, причем изотермы следуют направление потока (см. рисунок 10). Относительно поля потока рециркуляционная регионы на входе в обменники меняют свое положение при каждом потоке разворот, занимающий первый и третий квадранты для движения против часовой стрелки (см. снимки 8,1 на Рисунке 11) и второй и четвертый квадранты для движения по часовой стрелке (см. Рисунок 11, снимки 4, 5).В центре рисунков 10 и 11 также показаны средние поля температуры и функции тока, которые получаются сложением всех мгновенные поля на каждом временном шаге в течение двух квазипериодических потоков эволюция показывает обратные потоки во времени (см. рисунок 9 (b)). Средние поля не совсем симметричны относительно вертикали. центральная плоскость, потому что развитие потока не является периодическим. Видео 2 и 3 (см. Дополнительные материалы), соответственно, представляют поведение полей температуры и функции тока в одно и то же время история, как на рисунках 9 (b), и полезно дополнять рисунки 10 и 11.Первое три колебания полей температуры и функции тока и способ четко видны четыре обратных направления потока.

а) хронология; р а знак равно 4 7 0 0 0 , 𝑅 знак равно 1 . 4 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 47000
(б) Расширение временной истории; р а знак равно 1 5 0 0 0 , 𝑅 знак равно 2 . 0 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 15000
(а) История времени; р а знак равно 4 7 0 0 0 , 𝑅 знак равно 1 . 4 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 47000
(б) Расширение временной истории; р а знак равно 1 5 0 0 0 , 𝑅 знак равно 2 .0 , а также 𝑃 𝑟 знак равно 5 Ra = 15000
Несколько экспериментов по тепловой конвекции в закрытом петли были сделаны. Хотя они проводились в тороидальном [6, 13, 14] или прямоугольные [7–9, 15] петли и не Тем не менее, в кольцевом контуре можно провести некоторые качественные сравнения. Во-первых, Stern et al. [14], используя те же граничные условия, что и в настоящем численное исследование, но для тороидальной петли, экспериментально продемонстрировал течение реверсирование в секции нагрева должно быть сильнее, чем реверсирование в охлаждающей раздел.Более того, все эти эксперименты [6–9, 14, 15] показали, что после установившегося режима возникли колебательные движения с последующими обратными потоками, как в настоящее время численный эксперимент. Наконец, некоторые из них также испытали на себе подобие Лоренца. поведение [6–9], как на рисунке 12, где можно увидеть узнаваемую форму аттрактора Лоренца. Аттрактор спроектирован в этом плане напоминает бабочку. Эта фаза портрет был построен на только с одним временным рядом (горизонтальная ось), массовым расходом и с использованием двух лагов по времени и 0.06 по другой оси и за общее безразмерное время, равное 10. Только одна итерационная точка (красная) из десяти используется для рисования аттрактора Лоренца. На рисунке 12 есть только два отклонения потока вокруг положительного крыло (при этом движение идет против часовой стрелки), а большая часть они кружатся над отрицательным крылом (движение по часовой стрелке направление). Нет лучшего описания этого явления, чем следующее: «В качестве аттрактора Лоренца нанесен, прядь будет вычерчена из одной точки, и начнется плетение контур правого крыла бабочки.Затем он переходит на левое крыло и рисует его центр. Аттрактор продолжит колебаться между два крыла, его движение кажется случайным, само его действие отражает хаос что движет процессом ». (http://zeuscat.com/andrew/chaos/lorenz.html). Для тех, кто хочет посмотреть фильмы с аттракторами Лоренца в реальном времени, есть множество примеров. можно легко найти в Интернете.

4. Заключение
Поведение двумерного кольцевого контура естественной циркуляции, равномерно обогреваемого по нижнюю половину и охлаждают, поддерживая постоянную температуру стенки над верхней половина исследована численно.Подробные численные результаты для потока в термосифоне представлены для различных соотношений радиусов и все эти результаты были продемонстрированы путем грубой интеграции полного Уравнения Навье-Стокса.
Это численно продемонстрировано, что сложность динамических свойств здесь также встречается экспериментально встречающийся в тороидальных и прямоугольных петлях. следующим образом: (i) псевдопроводящий режим, при котором тепло в основном передается за счет теплопроводности от нагревателя к охладитель; (ii) установившийся поток показывающее глобальное движение по всему контуру с теплом, выделяемым жидкость из нагревателя в охладитель.Движение может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки по случайности из-за разветвления вил; (iii) устойчивый поток с рециркуляционными зонами, показывающими замедление массового расхода из-за возникновение вихря на входе в нагреватель, уменьшающего « вена контракта »; (iv) периодический движение, во время которого клетки колеблются на пятно с постоянной амплитудой очень малой величины; (v) лоренц-подобный хаотический поток. Скорость потока колеблется с увеличивая амплитуду, пока в конечном итоге не изменит направление на противоположное, после чего колебания возникают в новом направлении потока.Этот хаотический режим, кажется, достигается через Ruelle-Takens сценарий, включающий последовательность бифуркаций Хопфа: от фиксированной точки до периодическая орбита, поэтому вполне вероятно, что система обладает странной аттрактор.
Номенклатура
: Ширина зазора, м
: Ускорение свободного падения, м / с ²
: Удельный номер 9058 тепловой поток на нагревателе, Вт / м ²
: Безразмерный массовый расход
: Безразмерная радиальная координата
: Радиус внутреннего цилиндра, м Радиус наружного цилиндра, м
: Отношение радиусов
Ra: Число Рэлея ()
: Размерная температура, K
K
: Безразмерная радиальная и осевая скорость
Греческий 9006 2 , отсчитываемая снизу по вертикали
: Температуропроводность жидкости, м ² / с
: Коэффициент теплового расширения жидкости, K ^-1
: Теплопроводность жидкость, Вт / (мК)
: Кинематическая вязкость жидкости, м ² / с
: Безразмерное время
: Угловая координата
: Безразмерная температура
: Разница температур, К
Надстрочный индекс 1 9062 9062
*: Переменная с размером
Холодный теплообменник: Горячий теплообменник: 90 583 Внутренний цилиндр: Внешний цилиндр: На стенках
Благодарности
Эта работа была поддержана исследовательским грантом No.031265 от Французского национального института достижений в области научных вычислений (IDRIS-Computer Center). Авторы признательны Р. Спампинато за помощь в выполнении некоторых вычислительных работ.
Дополнительные материалы
Видео 1 показывает эволюцию структуры потока поля функции тока от Ra = 22000 до Ra = 23500 при R = 1,6 в течение той же временной истории, что и на рисунке 7a. Видео 2 показывает эволюцию структуры потока температурного поля в течение того же периода времени, что и на рисунке 9.Видео 3 показывает эволюцию структуры потока поля функции потока в течение того же периода времени, что и на рисунке 10.
Видео 1
Видео 2
Видео 3
Hochdruck-Naturumlaufkessel | ГекаКонус | Hersteller von Thermalölerhitzer, Dampfgenerator, Abhitzekessel
— котел высокого давления с естественной циркуляцией, работающий по принципу самотечной циркуляции.
Следовательно, для работы NUK-HP® циркуляционные насосы не требуются.В качестве теплоносителя используется котловая вода. В этом котле вода испаряется в герметичном контуре. Пар поступает в теплообменник, а конденсат самотеком возвращается в котел.
Приложение
Пищевая промышленность для дистилляции и фракционирования жирных кислот, этерификации жирных кислот, дистилляции глицерина, дезодорирования пищевого масла, расщепления жира. Применимо во всех технологических отопительных установках, в которых может быть реализована естественная циркуляция в системе отопления.
Преимущества
Эффективная, нетоксичная система обогрева. Очень низкое гидравлическое сопротивление в вертикальных трубах испарителя, гарантирующее высокую скорость циркуляции воды. Низкая радиационная нагрузка в камере сгорания и большая конвекционная поверхность нагрева. Таким образом, образование пузырьков пара в системе трубопроводов очень низкое. Гарантируется контролируемая теплопередача на поверхностях нагрева и достигается высокая эффективность сгорания.
Дополнительную техническую информацию по каждому типу обогревателя вы найдете в разделе загрузок нашего Интернет-сайта.
Производство Оснащено и произведено в соответствии с техническими правилами Европейского сообщества (PED 2014/68 / EU) и другими всемирными организациями по принятию решений (например, SELO, GOST-R, RTN, ASME, AS).
Оборудование
Котельное оборудование работает без надзора (согласно PED и EN 12952). Давление, минимальный уровень котловой воды и температура дымовых газов постоянно контролируются системой безопасности.
Control
Производительностью можно управлять с помощью различных систем управления.
Контроль давления:
Производительность NUK-HP® и давление насыщенного пара регулируются независимо от температуры продукта (например, растительного масла).
Каскадное управление:
Производительность NUK-HP® регулируется в зависимости от температуры продукта (например, растительного масла). Давление насыщенного пара регулируется в определенном диапазоне в зависимости от потребности теплообменника (например, растительного масла) в тепле при температуре продукта.
Горелка
NUK-HP® может быть оснащена горелками для дизельного топлива, мазута, биодизеля, природного газа, сжиженного газа, биогаза или двухкомпонентными горелками.Выбор горелки зависит от мощности котла, топлива и требований, ожидаемых от регулирования мощности. Производительность может контролироваться различными системами управления: 2-ступенчатая: высокая / низкая / выключенная или регулируемая
Постоянный мониторинг
Низкий уровень воды
Давление пара
Температура дымовых газов
Автомат горения
Более подробную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.
* Расчетное давление 80 бар или 95 бар
Дополнительную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.
M 22 заправочный насос
V 1 заправочный и сливной клапан
V 2 обратный клапан низкого уровня
V 3 промывочный и выпускной клапан
V 4 манометрический клапан
V 6 обратный клапан
PI манометр
SV 1 безопасность клапан
SV 3 предохранительный клапан для заправочного насоса
теплообменник WT
датчик температуры TE
регулятор температуры TIC
ограничитель давления PASH
датчик давления PE
регулятор давления PIC
разрывная мембрана RP
датчик давления PIASH-сигнализатор
LE водяной электрод низкого уровня
LASL датчик низкого уровня
XZA датчик пламени
TSAH ограничитель температуры дымовых газов
Дополнительную техническую информацию по каждому типу котла вы найдете в области загрузок на нашем сайте.
.

Открытая система отопления и закрытая

Открытая система отопления

Закрытая система отопления

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Преимущества открытой системы отопления

Недостатки открытой системы отопления

Преимущества закрытой системы отопления

Недостатки закрытой системы отопления

видео-инструкция по монтажу своими руками, особенности расширительных баков, схем с принудительной, естественной циркуляцией, цена, фото

Основные достоинства закрытой системы

Основные элементы закрытой системы принудительного типа

Расширительный бачок

Котел

Циркуляционный насос

Важные замечания

Вывод

типы, особенности эксплуатации, принцип работы

Открытая и закрытая система отопления

Преимущества и недостатки

Контроль работоспособности закрытой системы

Что делать, если в системе падает/возрастает давление

Как спустить воздух

Как создать давление в закрытой системе отопления

Виды схем закрытых систем отопления

Итоги

Самотечная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией: схема и диаметр труб

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Преимущества и недостатки самотечной системы

Основные виды гравитационной системы отопления

Закрытая система

Открытая система

Двухтрубная система

Однотрубная система

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Правила монтажа системы отопления без насоса

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Выбор теплоносителя для системы

Выбор верхнего или нижнего разлива

Модернизация системы с естественной циркуляцией. Установка циркуляционного насоса.

Врезка циркуляционного насоса

Рекомендации по установке циркуляционного насоса в систему с твердотопливным котлом.

Предварительные процедуры

Системы отопления с естественной циркуляцией: особенности и принципы построения

Механизм естественного перемещения теплоносителя

Популярные гравитационные схемы

Тонкости выбора оборудования

подключение котла к двухтрубной отопительной системе частного дома своими руками, как правильно сделать – Ремонт своими руками на m-ston

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Преимущества и недостатки самотечной системы

Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией

Основные виды гравитационной системы отопления

Закрытая система

Открытая система

Двухтрубная система

Однотрубная система

Самотечное отопление частного дома

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Аксонометрия водопровода, отопления, канализации

Правила монтажа системы отопления без насоса

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Выбор теплоносителя для системы

Выбор верхнего или нижнего разлива

Рекомендации по монтажу своими руками

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Проверка контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах (Технический отчет)

Естественная циркуляция | Определение и условия

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Естественная циркуляция — расход

Термоголовка

Сила гидравлического сопротивления

Естественная циркуляция в реакторостроении

Показатели естественного обращения

Улучшение теплопередачи с использованием CO 2 в контуре естественной циркуляции

Детали эксперимента

Методология