Гравітаційна система опалення: принцип роботи, будова, переваги та особливості проєктування
Що таке гравітаційна система опалення
Гравітаційна система опалення — це водяна система опалення, у якій циркуляція теплоносія відбувається природним шляхом, без постійного використання циркуляційного насоса. Рух теплоносія забезпечується різницею густини нагрітої та охолодженої води.
Під час нагрівання вода розширюється, її густина зменшується, тому гарячий теплоносій піднімається вгору подавальним трубопроводом. У радіаторах або інших опалювальних приладах вода віддає тепло приміщенню та охолоджується. Охолоджений теплоносій стає щільнішим і рухається вниз зворотним трубопроводом до котла.
Таким чином формується природний циркуляційний контур.
Гравітаційне опалення також називають системою з природною циркуляцією, самопливною системою опалення або безнасосною системою опалення.
Принцип роботи гравітаційної системи
Робота системи базується на різниці густини теплоносія за різної температури.
Котел нагріває теплоносій, після чого гаряча вода переміщується подавальним трубопроводом до опалювальних приладів. У радіаторах тепло передається повітрю приміщення.
Після охолодження густина теплоносія збільшується, і він зворотним трубопроводом повертається до котла.
Цикл відбувається за схемою:
котел → подавальний трубопровід → опалювальні прилади → зворотний трубопровід → котел.
Для стабільної природної циркуляції мають значення перепад висот, діаметри труб, ухили, довжина контурів та гідравлічний опір системи.
Будова гравітаційної системи опалення
Типова система природної циркуляції може включати:
- опалювальний котел;
- подавальний трубопровід;
- зворотний трубопровід;
- радіатори або інші опалювальні прилади;
- розширювальний бак;
- запірну арматуру;
- регулювальну арматуру;
- повітровідвідники;
- пристрої безпеки;
- з’єднувальні елементи;
- трубопроводи;
- додаткові теплообмінники та інше обладнання залежно від проєктного рішення.
Комплектація визначається типом будівлі, джерелом тепла, тепловим навантаженням та обраною схемою.
Схеми гравітаційного опалення
Гравітаційна система може виконуватися за різними схемами.
Однотрубна система
В однотрубній системі опалювальні прилади підключаються до загального циркуляційного контуру.
Перевагою є відносно проста конструкція. Водночас під час проєктування необхідно враховувати зміну температури теплоносія вздовж системи.
Двотрубна система
У двотрубній системі передбачаються окремі подавальний та зворотний трубопроводи.
Таке рішення дає змогу більш гнучко розподіляти теплоносій між опалювальними приладами та регулювати тепловіддачу.
Система з верхнім розведенням
За верхнього розведення нагрітий теплоносій піднімається до верхньої точки системи, після чого розподіляється по опалювальних приладах.
Така схема може створювати необхідний перепад висот для природної циркуляції.
Переваги гравітаційної системи
До основних переваг належать:
- природна циркуляція теплоносія;
- можливість роботи без постійної роботи циркуляційного насоса;
- зменшення залежності від електропостачання;
- проста конструкція;
- відносно невелика кількість обладнання;
- відсутність електроспоживання циркуляційним насосом;
- можливість застосування на об’єктах, де важлива автономність;
- можливість використання з окремими типами твердопаливних котлів;
- тривалий строк експлуатації за умови правильного проєктування та обслуговування.
Водночас рівень енергонезалежності всієї котельні залежить від фактичного складу обладнання. Автоматика, вентилятори, насоси та інші електричні пристрої можуть залишатися необхідними.
Недоліки та обмеження
Гравітаційна система має певні конструктивні обмеження.
Природний циркуляційний напір є відносно невеликим, тому система чутлива до гідравлічного опору.
Під час проєктування враховують:
- довжину трубопроводів;
- діаметри труб;
- перепади висот;
- кількість поворотів;
- опір арматури;
- кількість опалювальних приладів;
- температуру теплоносія;
- розташування котла;
- висотні відмітки елементів системи.
Складна конфігурація або значна протяжність трубопроводів можуть ускладнювати забезпечення необхідної природної циркуляції.
Діаметри трубопроводів
У насосних системах необхідна швидкість руху теплоносія забезпечується насосом. У гравітаційній системі рух створюється природним циркуляційним напором.
Тому діаметри труб необхідно визначати за результатами гідравлічного розрахунку.
Збільшення діаметра магістрального трубопроводу може зменшити гідравлічний опір і полегшити природну циркуляцію. Однак надмірне збільшення діаметрів збільшує вартість матеріалів та монтажу.
Оптимальні діаметри визначаються для конкретної системи.
Ухили трубопроводів
Ухили трубопроводів мають важливе значення для правильної роботи гравітаційного опалення.
Трубопроводи необхідно прокладати так, щоб забезпечити необхідний напрямок руху теплоносія та можливість видалення повітря у передбачені проєктом точки.
Неправильно виконані ухили можуть спричинити утворення повітряних пробок, погіршення циркуляції та зниження ефективності опалення.
Гравітаційна система з твердопаливним котлом
Природна циркуляція часто розглядається під час проєктування систем із твердопаливними котлами.
Це пов’язано з тим, що після припинення подачі електроенергії процес горіння палива не припиняється миттєво. Тому можливість циркуляції теплоносія без насоса може бути важливим елементом загальної концепції безпеки.
Однак конкретна система має проєктуватися відповідно до вимог виробника котла та проєктної документації. Природна циркуляція сама по собі не є універсальним засобом захисту від усіх аварійних режимів.
Чи можна встановити насос у гравітаційну систему
У деяких випадках можна застосувати комбіновану систему, у якій природна циркуляція доповнюється циркуляційним насосом.
Таке рішення дає змогу використовувати насос під час штатної роботи та передбачити можливість роботи системи в окремих режимах без нього.
Конструкція байпасів, клапанів, арматури та місце встановлення насоса мають визначатися проєктом з урахуванням конкретної гідравлічної схеми.
Де застосовується гравітаційне опалення
Система природної циркуляції може розглядатися для:
- приватних будинків;
- котеджів;
- невеликих виробничих будівель;
- господарських споруд;
- окремих автономних об’єктів;
- будівель, де необхідно мінімізувати залежність опалення від електропостачання.
Для великих багатоповерхових будівель та складних розгалужених систем необхідно виконувати повноцінний гідравлічний аналіз. У таких випадках може застосовуватися насосна або комбінована система.
Проєктування гравітаційної системи опалення
Проєктування починається з визначення теплового навантаження будівлі.
Необхідно визначити:
- тепловтрати приміщень;
- необхідну потужність джерела тепла;
- тип і параметри теплоносія;
- кількість та характеристики опалювальних приладів;
- розташування котла;
- висотні відмітки;
- траси подавального та зворотного трубопроводів;
- діаметри труб;
- ухили;
- гідравлічний опір;
- параметри розширювального обладнання;
- необхідні пристрої безпеки.
Після цього формується принципова схема та виконується перевірка можливості стабільної природної циркуляції.
ГРАВІКС — проєктування та монтаж систем опалення
ГРАВІКС виконує комплекс робіт зі створення інженерних систем опалення для житлових, комерційних, виробничих та інших об’єктів.
До комплексу послуг можуть входити:
- обстеження об’єкта;
- визначення теплового навантаження;
- розроблення схеми опалення;
- гідравлічний розрахунок;
- підбір котельного обладнання;
- підбір трубопроводів;
- підбір радіаторів та теплообмінного обладнання;
- підбір арматури;
- розроблення проєктних рішень;
- монтаж;
- пусконалагоджувальні роботи;
- налаштування системи;
- технічний супровід.
Гравітаційна система опалення проєктується індивідуально з урахуванням архітектури будівлі, теплового навантаження, потужності джерела тепла, довжини трубопроводів та вимог до надійності.
Висновок
Гравітаційна система опалення — це інженерне рішення, засноване на природній циркуляції теплоносія. Її основними особливостями є відсутність необхідності в постійній роботі циркуляційного насоса, відносна простота конструкції та можливість зменшити залежність системи від електропостачання.
Водночас така система потребує грамотного проєктування. Діаметри труб, ухили, висотні відмітки, розташування котла та опалювальних приладів повинні визначатися з урахуванням гідравлічних параметрів конкретного об’єкта.
ГРАВІКС розробляє індивідуальні рішення для систем опалення, підбирає обладнання та виконує монтаж і пусконалагодження відповідно до параметрів об’єкта.
