Движение горячей воды в сосуде
Что это такое?
Организовать непрерывный подогрев воды обычными методами невозможно, поэтому используется простой и действенный способ – линию ГВС закольцовывают и запускают процесс циркуляции.
Поток выходит из бойлера, проходит по кругу и возвращается в нагревательную емкость.
Остается лишь настроить скорость перемещения, чтобы обеспечить подачу воды с нормативной температурой для всех абонентов линии.
Для передвижения используются циркуляционные насосы, хотя в небольших системах возможна естественная циркуляция.
Когда необходима?
Необходимость циркуляции возникает в протяженных линиях с большим количеством абонентов, например, в многоквартирных домах или общественных зданиях. В тупиковом трубопроводе вода быстро остынет.
Это явление ярко выражено в ночное время, когда водоразбор практически прекращается, и вода теряет тепловую энергию.
Запуск циркуляции позволяет:
- постоянно обновлять поток в трубах,
- подогревать остывшую воду для обеспечения нормативных значений.
В небольших системах водоснабжения одноэтажных частных домов циркуляция используется редко. Расстояние от водонагревателя до точек водоразбора сравнительно невелико, поэтому нецелесообразно тратиться на приобретение или установку насоса, собирать петлю, запускать процесс.
Проще пропустить немного воды, успевшей остыть, чтобы получить нормальный горячий поток.
В двухэтажных домах или коттеджах система циркуляции становится необходимостью.
Естественное и принудительное циркулирование – в чем разница?
Естественная построена на физическом процессе подъема нагретой воды вверх. Плотность горячей воды меньше, чем холодной, поэтому теплые слои вытесняются менее нагретыми слоями. Это явление происходит без участия человека, надо лишь создать условия для запуска процесса.
Однако, естественная циркуляция проходит нестабильно, без необходимого напора. Скорость перемещения слоев воды невелика, протолкнуть поток сквозь трубопровод она не может. Кроме того, регулировать естественный процесс практически невозможно, только запустить или остановить его.
Принудительная – это перемещение воды с помощью специального насосного оборудования. Процесс происходит равномерно, его можно регулировать, изменять параметры потока или останавливать по необходимости. Насос создает давление, позволяющее перемещать воду по разветвленной, протяженной системе.
Естественный процесс используется там, где достаточно медленного, малоэффективного перемешивания слоев воды с разной температурой. Как правило, она применяется в небольших системах водоснабжения частного дома, когда нужен лишь небольшой обмен слоев.
Для многоквартирных домов подходит только принудительная циркуляция, позволяющая поднимать водный поток до верхних этажей, производить эффективную замену остывшей воды.
Схема
Существуют разные схемы циркуляции, отличающиеся степенью сложности и точкой установки насоса. Наиболее эффективный и надежный вариант – сборка петли с выходом и возвратом в бойлер (прямой и обратной линиями).
Насос ставится на обратной линии, в точке с самой низкой температурой воды. Обычно, это участок перед входным патрубком нагревателя.
Есть другие варианты, где линии ГВС и ХВС соединяются в одну петлю. Остывшая горячая вода становится холодной, обратная линия подключается к кранам ХВС сантехники. Этот вариант нельзя использовать для систем с большим количеством абонентов. Рассмотрим типичные схемы для систем водоснабжения разного типа.
В частном доме
Система ГВС частного дома сравнительно невелика, длина трубопроводов заметно меньше, чем в МКД. Это позволяет использовать естественную тип циркуляции, которой достаточно для поддержания температуры в подающем участке трубы.
Степень нагрева обратной линии особого значения не имеет, только в отношении экономии топлива или электроэнергии, потраченных на подогрев воды в бойлере. Чем короче трубы, тем меньше расход энергоносителей. Использование циркуляционного насоса в данном случае не имеет смысла.
Если дом большой, или воду приходится подавать в несколько помещений (например, в дом, баню и вспомогательные постройки), использование циркуляционного насоса становится необходимостью. В таких случаях делают полноценные системы ГВС с прямой и обратной линиями и насосным оборудованием.
Схема циркуляции горячей воды в частном доме:
В многоквартирном при теплоснабжении
Подача горячей воды в многоквартирные дома производится путем местного нагрева холодного потока в бойлерах, установленных в подвале. Эта схема называется закрытой. Открытая схема подачи ГВС предполагает подключение к магистральному трубопроводу с горячей водой.
В настоящее время открытые схемы законодательно запрещены и используются только в некоторых старых кварталах, где монтаж бойлеров по каким-либо причинам невозможен.
Как правило, используется метод подачи ГВС через стояк, проходящий по всем квартирам, расположенным одна над другой и соединенный с другим стояком (или несколькими), по которым вода возвращается в бойлер.
Поскольку вода находится в постоянном движении, она не остывает, всем абонентам обеспечена нормативная подача горячей воды. Однако, часто стояк проходит по квартирам и возвращается в подвал как отдельный трубопровод. Это делается в многоэтажных домах, где обеспечить достаточный напор для нескольких стояков технически невыполнимо.
Открытом
При открытом теплоснабжении подача ГВС зависит от конструкции отопительной и водопроводной сетей. Обычно используется закольцованная схема подачи теплоносителя, из которой отбирают горячую воду.
Такая схема использовалась ранее, но сегодня она считается неэффективной и расточительной.
Отбор воды из системы обогрева не позволяет использовать специальные добавки против накипи, создает неравномерное наполнение системы ЦО.
Серьезные недостатки стали причиной отказа от применения открытых схем, которые сохранились только в отдельных кварталах старой застройки.
Закрытом
Закрытая система работает на холодной воде, которую нагревают в бойлере. Этот вариант позволяет создавать петлю из трубопровода ГВС и запускать циркуляцию, поддерживая нормативную температуру и стабильное давление.
Эта схема дает возможность:
- регулировать температурный режим;
- менять давление;
- настраивать параметры подачи воды в широких пределах.
Как организовать самостоятельно?
Схема циркуляции частного дома обычно создается самостоятельно, с учетом конфигурации помещений, количества точек водоразбора, ответвлений, дополнительных линий. Основная задача – постоянная работа полотенцесушителя, который устанавливают в разрыв линии ГВС.
Если вода остынет, прибор перестанет греть помещение и сушить полотенца, в ванной будет сыро и холодно.
Для построек среднего размера используют один розлив, но для коттеджей большой величины часто устанавливают несколько бойлеров с собственными системами. Рассмотрим наиболее распространенные варианты.
Через накопительный бойлер
Накопительный бойлер представляет собой емкость с утепленными стенками, где аккумулируется и выдается по необходимости горячая вода.
Система циркуляции для него не принципиальна, поскольку температура обратной линии будет ниже, чем в основном резервуаре. Это потребует подогрева или замены воды.
Если отказаться от циркуляции, вода в тупиковых линиях совсем остынет, режим подачи ГВС нарушится.
Поэтому, для организации перемещения потока, выполняют следующие действия:
-
прямая линия ГВС проводится до всех потребителей и возвращается к накопителю; - перед входом в емкость устанавливается циркуляционный насос;
- трубопровод подпитки от котла подключается либо отдельным входом, либо присоединяется к патрубку обратки через трехходовой кран.
Подпитка емкости производится только при падении давления в системе ГВС или при сильном понижении температуры. Для правильной работы такой системы необходим блок управления с системой датчиков, которые в непрерывном режиме будут давать информацию о состоянии потока.
Такая схема требует использования отдельного котла, не связанного с системой обогрева. Поэтому, она используется только в южных регионах.
Через бойлер косвенного нагрева
Бойлер косвенного нагрева представляет собой нагреватель, где рабочим «органом» служит змеевик с горячим теплоносителем. Как правило, он встроен в систему отопления.
Горячий поток проходит через змеевик с достаточной скоростью, чтобы тепловой энергии оставалось достаточно для обогрева дома. При этом, линия ГВС всегда готова к выдаче воды нужной температуры. Циркуляция нужна только для того, чтобы исключить остывание воды в тупиковых линиях.
Порядок сборки:
- Бойлер подключают к системе отопления. Для этого у него есть отдельная пара патрубков для подачи и выхода теплоносителя. Обычно, бойлер располагают рядом с котлом, чтобы получать теплоноситель с максимальной температурой.
- Линию подачи ГВС закольцовывают и подключают через циркуляционный насос к бойлеру. Как правило, обратку присоединяют к дальней точке водоразбора и направляют к емкости по максимально прямому пути, чтобы не терять тепловую энергию.
- Присоединяют трубопровод подпитки холодной водой. Он подает воду при понижении уровня в емкости. Команду на запуск дает поплавковый клапан.
- Запускают циркуляцию и настраивают режим нагрева, изменяя скорость или объемы подачи теплоносителя в нагреватель.
- Проверяют систему на работоспособность, устраняют обнаруженные недостатки.
Вариант циркуляции через бойлер косвенного нагрева считается самым эффективным и стабильным. В летнее время отопительный контур отключают, и котел работает только на подогрев емкости.
Эксплуатация и режим работы
Эксплуатация линий ГВС с циркуляцией требует периодической проверки состояния насосного оборудования, удаления воздушных пробок и прочих необходимых действий. Однако, если монтаж линии был выполнен правильно, проблем с воздушными пробками и трубопроводами не будет.
В своем доме
Система подачи ГВС частного дома полностью находится в ведении его владельца. Это позволяет ему производить ремонт без оглядки на УК или ТСЖ, но создает дополнительные заботы.
Основная задача состоит в наблюдении за состоянием циркуляционного насоса, поскольку выход его из строя станет причиной прекращения подачи горячей воды.
Кроме этого, приходится заботиться о работоспособности котельного оборудования и прочих элементов системы подачи воды.
В многоквартирном
От абонента никаких действий не требуется. Все заботы о состоянии систем и работе насосов производят специалисты УК.
Жителям МКД необходимо своевременно оповещать компанию о возникающих проблемах, соблюдать правила эксплуатации систем подачи воды и не устанавливать недозволенных элементов в линии ГВС.
Если движение приостановилось – что делать?
Несмотря на высокую эффективность работы, циркуляция в линиях ГВС иногда останавливается. Рассмотрим основные причины и способы решения проблемы.
В частном
Основная причина – выход из строя циркуляционного насоса. Решением проблемы станет ремонт или замена этого узла. Иногда причиной неисправности становится обычное отсутствие электропитания – обрыв провода или ложное срабатывание УЗО.
Вторая распространенная причина – завоздушивание трубопровода. В этом виновата неправильная сборка линии, где имеются вертикальные изгибы трубы.
В них понемногу накапливаются воздушные пузырьки, которые рано или поздно перекрывают все сечение и останавливают поток. Решение проблемы – установка крана Маевского.
В МКД
Прекращение циркуляции в системах ГВС многоквартирного дома практически всегда обусловлено выходом из строя циркуляционного насоса. При обнаружении проблемы, необходимо сразу обратиться в управляющую компанию, чтобы не затягивать ремонт.
Еще одна причина остановки циркуляции – неправильное подключение полотенцесушителя к стояку ГВС в одной из квартир.
Если на байпас установлен отсечной кран, появляется возможность остановки циркуляции и полное прекращение подачи горячей воды для всех абонентов, расположенных дальше по линии.
В этом вопросе поможет обращение в УК, а в сложных ситуациях приходится идти в суд.
Заключение
Циркуляция горячей воды является важной и полезной функцией, позволяющей экономить тепловую энергию и удешевить систему ГВС в целом. Она одинаково нужна в частном доме и в МКД, поскольку вода остывает в любой системе, независимо от ее конфигурации и степени сложности.
Для организации процесса необходим монтаж обратной линии и установка циркуляционного насоса. Это несколько усложняет эксплуатацию системы, но дает возможность получать ресурсы, соответствующие нормативным показателям.
Источник
Это одни из самых простых и, пожалуй, самые распространенные системы отопления для небольших загородных домов и квартир с индивидуальным отоплением. Системы весьма долговечны (при правильной эксплуатации 40 и более лет без капитального ремонта) и используют только природные физические законы, не требуя дополнительных источников энергии или дорогостоящего оборудования.
Недостатком таких отопительных систем являются: сокращенный радиус действия (до 30 м по горизонтали), обусловленный небольшим циркуляционным давлением; замедленное включение в действие из-за большой теплоемкости воды и низкого циркуляционного давления, и повышенная опасность замерзания воды в расширительном бачке, смонтированном в неотапливаемом помещении.
Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией состоит из котла (водоподогревателя), подающего и обратного трубопроводов, нагревательных приборов и расширительного бачка. Нагретая в котле вода поступает по подающему трубопроводу и стоякам в нагревательные приборы, отдает им часть своего тепла, затем по обратному трубопроводу возвращается в котел, где вновь подогревается до необходимой температуры, и далее цикл повторяется. Все горизонтальные трубопроводы системы делаются с наклоном в сторону движения воды: нагретая вода, поднявшись по стояку вследствие температурного расширения и выдавливания более холодной водой обратки, растекается по горизонтальным отводам самотеком, охлажденная вода также самотеком поступает обратно в котел. Уклоны трубопроводов способствуют и отводу пузырьков воздуха к расширительному баку: газ легче воды, поэтому он стремится вверх, а наклонные участки трубопроводов помогают ему нигде не задерживаться и поступать в расширитель, а затем в атмосферу. Расширительный бачок создает постоянное давление в системе, принимает увеличивающийся при нагревании объем воды, а при охлаждении отдает воду обратно в трубопровод.
Вода в системе отопления поднимается за счет расширения при нагревании и под действием гравитационного давления, движение (циркуляция) возникает вследствие разности плотностей нагретой (поднимающейся по подающему стояку) и охлаждённой воды (спускающейся по обратному). Гравитационное давление расходуется на движение теплоносителя и преодоление сопротивлений в сети трубопроводов. Эти сопротивления вызываются трением воды о стенки труб, а также наличием в системе местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся: ответвления и повороты трубопроводов, арматура и сами нагревательные приборы. Чем больше сопротивлений возникает в трубопроводе, тем больше должно быть гравитационное давление. Для снижения трения применяются трубы увеличенных диаметров.
Циркуляционный напор Pц = h(ρо- ρг) зависит (рис. 1):
- От разности отметок центра котла и центра нижнего отопительного прибора (h), чем больше разность высот между центрами котла и прибора, тем лучше будет циркулировать теплоноситель;
- От плотности горячей (ρг) и охлажденной воды (ρо).
рис. 1. Принципиальная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя
Как появляется циркуляционный напор? Представим, что в котле и радиаторах отопления температура теплоносителя меняется скачкообразно по центральным осям этих приборов, что, кстати, недалеко от истины. То есть в верхних частях котла и радиаторов находится горячая вода, а в нижних – охлажденная. Горячая вода имеет меньшую плотность, а следовательно, меньший вес, чем охлажденная вода. Мысленно срежем верхнюю часть отопительного контура (рис. 2) и оставим только нижнюю часть. И что же мы видим? А то, что мы имеем дело с двумя сообщающимися сосудами, хорошо знакомым нам из школьной физики. Верх одного сосуда находится выше верха другого; вода под действием сил гравитации стремится переместиться из верхнего сосуда в нижний. Отопительный контур – замкнутая система, вода в нем не выплескивается, как в сообщающихся сосудах, а стремится «успокоиться» (занять один уровень). Таким образом, высокий столб охлажденной тяжелой воды после радиаторов постоянно выталкивает низкий столб воды перед котлом и подталкивает горячую воду – возникает естественная циркуляция. Иными словами, чем выше находится центр радиаторов относительно центра кола, тем больше циркуляционный напор. Высота установки – это, первый показатель напора. Уклоны подающих трубопроводов в сторону радиаторов и обратки от радиаторов к котлу только способствуют этому процессу, помогая воде преодолевать местные сопротивления в трубах.
рис. 2. Графическая схема возникновения циркуляционного напора
В частных домах лучше всего размещать котел ниже отопительных приборов, например, в подвале. При квартирном отоплении, когда котел устанавливается непосредственно в квартире почти на одном уровне с радиаторами, для увеличения циркуляционного напора котел лучше устанавливать «в яму» прямо на плиты перекрытия, выпилив вокруг него пол. Разумеется, «в яме» должны быть сделаны противопожарные мероприятия: плиты выровнены тонкой стяжкой, уложены листы асбеста и железа.
Второй показатель, от которого зависит циркуляционный напор, это разница между плотностями охлажденной и горячей воды. Здесь необходимо заметить, что системы с естественной циркуляцией теплоносителя относятся к саморегулирующимся системам. При проведении качественного регулирования, то есть при изменении температуры нагрева воды, самопроизвольно возникают количественные изменения – изменяется расход воды. Из-за изменения плотности горячей воды будет увеличиваться (уменьшаться) естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Другими словами, когда на улице холодно, становится холодно и в доме, включая котел на полную мощность, мы увеличиваем нагрев воды, значительно уменьшая ее плотность. Придя в отопительные приборы, вода отдает теплоту охлажденному воздуху в помещении, ее плотность при этом сильно повышается. А если взглянуть на ту часть формулы (рис. 1), которая стоит в скобках, мы видим, что чем больше разность между плотностями охлажденной и горячей воды, тем больше циркуляционный напор. Следовательно, чем сильнее нагрета вода в котле и чем сильнее она остывает в радиаторе, тем быстрее она начинает «бегать» (циркулировать) по системе отопления и это происходит до тех пор, пока воздух в помещении не прогреется. После чего вода начинает остывать в радиаторах медленнее, плотность ее уже не сильно отличается от плотности воды, вышедшей из котла, и циркуляционный напор начинает постепенно снижаться. Водичка уже не «бегает» по трубам, как «угорелая» стремясь нагреть помещение, а степенно перекатывается в них. Но как только температура в помещении начнет снижаться, например, из-за резкого похолодания или просто из-за открытой по забывчивости входной двери, циркуляционный напор начнет повышаться и водичка «побежит» по трубам веселее, стремясь выровнять температуру. Таким образом и происходит саморегуляция системы: одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплоотдачу отопительных приборов для поддержания ровной температуры помещений.
Системы водяного отопления с естественной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, а также однотрубные с верхней разводкой.
Источник