Природна циркуляція у системі опалення

Система опалення з природною циркуляцією (з використанням гравітаційного тиску) застосовується у приватних будинках. Основною перевагою такої системи є практично повна незалежність від енергопостачання будинку.

Циркуляція води (теплоносія) у такій системі обумовлена ​​гравітаційним тиском. Умовами виникнення такого тиску є різниця температури води та взаємне розташування по висоті котла та приладів опалення (батарей тощо).

На прикладі найпростішої системи можна зрозуміти принцип роботи системи. Нагріта котлом вода, як відомо, розширюється і її щільність (питома вага) зменшується. Оскільки вона стає легшою за холодну воду, вона, як масло, спливає нагору. Її місце в казані займає холодна вода і теж піддається нагріванню.

Очевидно, що цей процес можливий тільки в замкнутій системі. У приладах опалення нагріта вода охолоджується, стає важчою і, як наслідок, прагне вниз, активно допомагаючи циркуляції.Система завжди прагне рівноваги. Про це не можна забувати, розглядаючи ті чи інші варіанти.

Таким чином, гравітаційний тиск залежить від різниці температур. А як впливає відстань по вертикалі? На малюнку ми бачимо, що батарея знаходиться трохи вище за казан. Саме в батареї вода охолоджується, стає важчою. Оскільки охолоджена вода знаходиться вище нагрітої в котлі, вона природно прагне вниз і витісняє з котла нагріту воду, займаючи її місце.

В інших умовах, коли батарея знаходиться на рівні котла (зазвичай рівні визначаються по центрах котла та батареї), рівень охолодженої води в батареї знаходиться на тому ж рівні, що й холодна вода в котлі.

Результат очевидний:гравітаційний тиск знижується, погіршується та циркуляція. Рівно настільки, щоб тільки підтримувати рівень холоднішої води в батареї на рівні води такої ж температури в котлі.

Однак система ще залишається працездатною, і батарея продовжує віддавати тепло. Котел продовжує роботу, охолоджена вода в батареї має досить високу температуру, і створюється ефект повного прогріву батареї.

Але зовсім інакші справи, коли батарея знаходиться нижче котла. Її температура невисока, а охолоджена вода не може витіснити гарячу воду з котла, оскільки вона вже нижча за нього. Гравітаційний тиск на межі зникнення, циркуляція практично зникає.

Виникає парадоксальна ситуація: батарея холодна, а піднімати температуру котлом вже не можна, він і так на межі закипання. Ось така залежність гравітаційного тиску від висоти розташування батарей щодо казана.

А як виглядає система з природною циркуляцією з математичної точки зору? Повернемося до нашого першого варіанту і розглянемо тиск стовпа води заввишки H в області котла (Pкот) та в області батареї (Pбат).

Тиск в області батареї визначатиметься формулою:

Виходячи з вищевикладеного можна з упевненістю сказати, що від розташування труби, що подає, з гарячою водою гравітаційний тиск дуже мало залежить, адже труба не є основним охолоджуючим елементом в системі. Вона впливає на тиск настільки, наскільки вона здатна охолоджувати воду.

Тому іноді стояки від котла до верхньої труби, що подає разом з нею утеплюють, а від труби, що подає, до батареї воду подають трубою збільшеного діаметра без ізоляції, що цілком виправдано. Таким чином зберігають високу температуру по всій довжині горизонтальної труби, що подає.і створюють охолодження в стояку, що подає.

В результаті невеликого охолодження в трубі середня точка приладу охолодження дещо підвищується, що веде до деякого підвищення гравітаційного тиску в системі з природною циркуляцією.

Надійність роботи природної циркуляції у системі опалення залежить від загального опору руху води у системі, і навіть від схеми її побудови.

---