Схема отопления естественной циркуляции: Закрытая система отопления – схема разводки отопления частного дома
Схема отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома
Качественное отопление зданий жилого назначения в осенне-зимний период является главным фактором создания комфортных условий проживания. Состоит система теплоснабжения из источника тепла, труб и обогревательных агрегатов. В домах с индивидуальным отоплением и частном секторе более активно применяется отопительная система с естественной циркуляцией. Рассмотрим, какие бывают схемы теплоснабжения с естественной циркуляцией теплоносителя более подробно.
Часто можно встретить такие понятия, как схема самотечная и схема гравитационная система отопления – все это является синонимом схемы системы с естественной циркуляцией. Данные термины обозначают единый принцип построения системы – отсутствие насоса. Системы теплоснабжения с естественной циркуляцией иметь могут верхний розлив и нижний. Но схема отопления верхний розлив используется чаще.
В чем плюсы и минусы использования самотечной системы теплоснабжения?
Прежде чем рассмотреть схемы отопления в одноэтажных и двухэтажных домах с естественной циркуляцией, надо отметить, что самотечная система теплоснабжения может иметь плюсы и минусы.
Основными положительными сторонами таких систем отопления можно назвать:
- Экономичность. Для функционирования системы не требуются электронасосы.
- Независимость от электричества. Теплоснабжение осуществляется за счет наличия топлива в котле. Поэтому отключение электроэнергии не сказывается на работе отопительных приборов.
- Отсутствует вибрация и различные шумы, которые характерны при функционировании электрооборудования.
- Саморегуляция. Такая схема естественной циркуляции отопления обеспечивает подачу одинакового количества тепла на все радиаторы.
- Простота монтажа. Установку системы можно произвести и самостоятельно, даже не имея специальных навыков и знаний.
- Инерционность. Если котел отключить, тепло еще будет долго сохраняться в батареях и обогревать помещение.
Правда, и нагревается система, после возобновления работы котла, также будет очень долго. Что можно отнести к недостаткам. Объем воды в подобных системах раза в три больше, нежели в моделях с электронасосом. Трубы должны быть сделаны только из металла. Полимерные магистрали не выдержат высоких температур. Среди прочих минусов можно назвать и то, что системы с естественной циркуляцией отопления подходят лишь для малоэтажных сооружений.
Схемы отопления деревянных жилых сооружений
Надо отметить, что схема отопления в деревянном доме является непростой. Конечно, можно использовать электрические, воздушные и печные варианты. Но большинство пользователей останавливают выбор на водяных системах отопления.
Дом из дерева отличается большой теплоемкостью, поэтому для его прогрева понадобиться больше тепловой энергии.
Помимо этого схема отопления частного дома предполагает, что надо постоянно поддерживать комнатную температуру воды. Необходимо это для того, чтобы помещение не отсырело. При подобном устройстве отопления система состоит из теплонагревательного котла, магистрали и отопительных агрегатов. Конструкцию необходимо оснастить шаровыми кранами и терморегуляторами.
Схема отопления двухэтажной жилой постройки
Реализуется система отопления с естественной циркуляцией двухэтажного дома в двухтрубных и однотрубных системах. Принцип у них один – от котла вверх на максимальную высоту поднимается труба, а потом идет распределение теплоносителя по конструкциям отопления. Различие заключается в следующем: в двухтрубной системе отопления вода, которая уже остыла, собирается в другую трубу, которая заводится на вход обратки теплового котла. Что касается однотрубной системы, на вход обратки котла идет трубопровод от выхода последней батареи. Двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией – наиболее подходящий вариант для домов с двумя этажами.
От однотрубной двухтрубная система отличается лишь порядком подключения отопительных элементов. Перед каждой батареей рекомендуется ставить регулировочный бак. Для обеспечения нормальной циркуляции воды в двухэтажном доме всегда хватает расстояния между центром теплового котла и верхней точкой подающего трубопровода. Поэтому аккумулирующая емкость для обогрева может быть оборудована не на чердаке помещения, а на втором этаже.
Схема отопления одноэтажной жилой постройки
Однотрубная схема отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома является наиболее подходящей для таких сооружений. Состоит такая система из одной трубы и включает котел для нагрева, трубопроводную разводку, проводку и расширительный бак.
Монтируется труба внутри жилого помещения. Со стороны подачи разводка должна быть выше, нежели там, где обратка возвращается к отопительному котлу. В закольцовку врезаются радиаторы либо конвекторы. Для этого применяются трубы с диаметром поменьше. Желательно на подводках установить дроссели и вентили. Также нелишним будет ивоздушник. Подобная схема позволяет обогревать помещение без использования вспомогательной арматуры.
В частном секторы широко применяют горизонтальную систему отопления, которая классифицируется на тупиковые и попутные системы движения воды. При тупиковой системе каждая из батарей располагается дальше от котла. Подобная система может быть легко разбалансирована. Поэтому настраивают ее очень долго. Надо отметить, что попутная система отопления схема которой предполагает больший расход труб по сравнению с тупиковой, используется преимущественно в простых системах теплоснабжения.
Выбирая попутную систему, надо учесть, что циркуляционные кольца должны быть одинаковыми.
Все радиаторы в системе работают как один. Сегодня очень часто используют гибкие шланги для отопления дома. Они служат для подсоединения обогревателей к системе теплоснабжения.
Причины отсутствия циркуляции воды
Часто пользователи одно- или двухэтажных домов сталкиваются с такой ситуацией, когда обогреватели начинают работать менее эффективно. Если нет циркуляции в системе отопления, на то могут быть свои причины.
Отсутствие циркуляции в системе теплоснабжения может быть вызвано:
- Загрязнением системы. Батареи необходимо периодически промывать, иначе конструкция может забиться по всему диаметру. Если такое произошло, придется менять трубы.
- Диаметр труб слишком маленький. А чем диаметр труб меньше, тем гидравлическое сопротивление больше. Это тоже может быть причиной того, что нет циркуляции в радиаторе отопления либо она есть, но очень слабая.
- Завоздушиванием обогревателя. Для решения такой проблемы устанавливают краны Маевского.
Очень часто в системах теплоснабжения с естественной циркуляцией устанавливают насосы мокрого типа мощностью до 40-60 Вт. Более подробно о работе тепловых насосов для отопления можно прочитать здесь. Это один из вариантов, как улучшить циркуляцию воды в системе отопления дома. Помимо этого насосы могут помочь сэкономить до 25% затрат.
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
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
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
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.
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.
Система отопления с естественной циркуляцией
Несмотря на то, что сейчас распространены передовые технологии обогрева помещений, система отопления с естественной циркуляцией весьма востребована. В первую очередь это связано с тем, что она проста в монтаже, а если еще и учитывать нестабильность обеспечения частного сектора электричеством, то становится понятна популярность такой автономной системы отопления.
Как это работает
Схема гравитационной системы отопления
Сразу стоит сказать, что благодаря особому устройству, система работает без принудительной циркуляции теплоносителя. Движение воды в трубах происходит за счет того, что при охлаждении плотность воды увеличивается, и она стекает к котлу по трубам, установленным под уклоном, выталкивая из него подогретую воду.
Хотя система отопления с естественной циркуляцией может работать без насоса, всё же его лучше поставить. При включенном насосе теплоноситель быстрее проходит по трубам, следовательно, помещение прогревается быстрее.
При выходе из котла вода поступает в разгонный коллектор, доходит по нему до верхней точки и по трубам, установленным под уклоном от котла, охлаждаясь, продолжает свой путь по кругу.
Недостатки и преимущества
Приходится долго ждать
Вначале поговорим о недостатках. Такой подход поможет определиться, подойдет ли вам такая система отопления.
- Если в системе нет насоса, то нужно довольно долго ждать, пока горячая вода достигнет батарей и пройдет по ним.
- Неравномерный разогрев радиаторов отопления. Связано это с тем же нюансом – сверху горячая вода, а снизу холодная.
- Монтаж выполняется более дорогими трубами большого диаметра.
- Необходима установка открытого расширительного бачка, вследствие чего вода испаряется и ее периодически нужно доливать в систему. Установка расширительного бачка закрытого типа может ухудшить работу системы.
- Страдает дизайн помещения.
- Нельзя нарушать уклон труб, даже если нужно обойти двери.
- В системе должно быть как можно меньше поворотов.
- При планировании системы отопления без насоса, нужно правильно определить уровень расположения батарей, расширительного бачка и котла, который должен быть установлен в самой нижней точке.
Преимущества
- Электронезависимость. Даже если установлен насос, то при отключении электроэнергии (или при выходе насоса из строя), система отопления продолжает работать.
- Монтаж и дальнейшее обслуживание не требует особых навыков.
- Бесшумность работы.
Виды систем
Самотечная система
Как уже говорилось, в самотечной системе отопления не должно быть перепадов по высоте, иначе она просто не будет работать. По этой причине может быть сделано несколько контуров.
Одноконтурная
Схема подключения с естественной циркуляцией
Здесь всё предельно ясно – одна труба идет от котла, а другая к нему, а между ними подключаются батареи. Представленная схема поможет в этом разобраться.
Одноконтурная система может быть и однотрубной, только в этом случае нужно учесть тот фактор, что каждая последующая батарея в самотечной системе будет чувствительно холоднее предыдущей.
Двухконтурная
Двухконтурная система
Двухконтурные системы могут отличаться направлением движения теплоносителя:
- Со встречным движением.
- С попутным движением.
Выбор способа монтажа труб с учетом направления движения теплоносителя, в основном зависит от того, где в помещении расположены двери или есть другие нюансы, из-за которых монтаж обратки в этом месте невозможен.
Независимо от выбранной системы, угол уклона труб не изменяется.
Как рассчитать мощность батарей и котла отопления
Как рассчитать мощность радиатора
Говорить о точных результатах не приходится, так как каждый дом индивидуален и может отличаться по многим параметрам, учесть которые в общей схеме невозможно, да и в этом нет необходимости.
При идеальных условиях принято считать, что для обогрева 1 м2 достаточно 60 Вт мощности радиатора. Вполне понятно, что если дом не утеплен, в нем установлены простые деревянные окна, то потребуется установить более мощные батареи.
Чтобы потом не заниматься переделкой, важно еще на этапе планирования выяснить, какой должна быть мощность батареи (или батарей), которая будет установлена в конкретном помещении. Для этого можно воспользоваться одним из двух методов.
По объему
Более точные данные можно получить, учитывая объем помещения. Выполняем замеры и, получив данные по высоте, ширине и длине комнаты, перемножаем их между собой, а результат умножаем на 40 Вт. Учитывая особенности строения, вводим поправочный коэффициент. Для:
- одноэтажного частного дома с неутепленным чердаком – 1,5;
- комнаты с утепленной стеной – 1,1;
- комнаты с неутепленной стеной – 1,3;
Важно учитывать количество дверей и окон.
- Если в помещении есть входная дверь, то к полученной цифре нужно добавить еще 150–200 Вт.
- Если окна небольшие и энергоемкие, то для каждого потребуется еще по 70 Вт.
- Для больших или неутепленных окон нужно добавить по 100 Вт.
По площади
Площадь помещения
Рассчитывая количество батарей по площади помещения, используется усредненный показатель – 1 кВт на 10 м2. По такому же принципу высчитывается мощность приобретаемого для дома котла отопления.
Рассмотрим на примере, как можно произвести расчеты.
- Имеется дом с внутренними габаритами 9×8 м. Умножаем ширину на длину и получаем площадь – 72 м2.
- 72 м2 разделим на 10 (1 кВт на 10 м2), и получим 7,2 – это мощность котла в кВт.
- Теперь узнаем мощность батареи для помещения 2×4 м.
- Площадь получилась 8 м2.
- Пользуясь теми же расчетами, что и для котла, получим цифру 0,8 – мощность батареи в кВт.
Теперь внесем поправки по климатическим зонам. Рассмотрим коэффициенты:
- В Южных регионах – 0,8–0,9.
- Для Крайнего Севера – 1,5–2.
- В зоне Средней полосы – 1,2–1,4.
В нашем примере требовался котел мощностью 7,2 кВт. С учетом коэффициента рассчитаем окончательные данные для Средней полосы:
- 7,2×1,4=10,08.
- Учитывая, что котел должен иметь запас мощности, приобретаем отопительный прибор мощностью 12–15 кВт.
- Таким же образом подходим к подсчетам мощности батареи для использованного в примере помещения: 0,8×1,4=1,12 кВт. Округляем в большую сторону и получаем 1,2 кВт.
Мощность батареи указана в паспорте изделия. Если не уверены в правильности своих расчетов, то приобретите более мощный радиатор, установив на него терморегулятор.
Монтаж
Монтаж самотечной системы
- Как уже упоминалось, котел должен быть установлен в самой нижней точке.
- Ни одна труба не должна находиться ниже уровня входа обратки в наш отопительный прибор. Пренебрежение этим требованием приведет к существенному ухудшению работы отопительной системы.
- На стенах делается разметка расположения труб и радиаторов.
- Выполняется навешивание радиаторов – их положение проверяется строительным уровнем.
- От трубы подачи котла монтируется разгонный коллектор. Это должна быть труба большого диаметра.
Расширительный бак для системы отопления дома
- В верхней точке устанавливается открытый расширительный бачок. Если он будет находиться на чердаке, то емкость и трубопровод нужно основательно утеплить.
- Трубы крепятся с уклоном в 1 см на погонный метр трубы. Если нет возможности придерживаться этой нормы, то можно уменьшить перепад до 0,5 см, но не меньше. Нужно учитывать, что с уменьшением уклона трубы, уменьшается КПД всей системы отопления.
- В нужном месте выполняется врезка трубы, идущей к радиатору. В металлическом трубопроводе отвод может быть приварен или подключен через тройник. При работе с пластиковыми трубами нужно пользоваться фитингами, спаивая их, не забывая про краны и терморегуляторы (если их установка предусмотрена).
- В нижней точке системы (обычно это возле котла) нужно установить отвод с краном – через него вода будет заливаться в систему.
Планируя изготовление самотечной системы в двухэтажном доме, нужно учесть, что подача теплоносителя выполняется на второй этаж, а потом он по стоякам опускается в радиаторы, установленные на первом этаже.
Осталось заполнить систему водой, и, проверив ее на наличие протечек, обогревать помещение, не беспокоясь о том, что могут отключить электричество.
Видео
Посмотрите видео о том, как выполнить расчет отопления с естественной циркуляцией:
В этом видео демонстрируется пример отопления с естественной циркуляцией:
Система отопления с естественной циркуляцией в частных домах
Автор Евгений Апрелев На чтение 4 мин. Просмотров 547
В дачных и загородных коттеджах получила распространение система отопления с естественной циркуляцией. Для ее установки не потребуется существенных денежных вложений, в отличие от системы с принудительной циркуляцией. Однако, несмотря на простоту схемы данного вида отопительной системы, необходимо ее правильно рассчитать и построить в строгом соответствии с полученными цифровыми значениями. В противном случае вся схема будет неработоспособной.
Что такое естественная циркуляция систем отопления?
Для того чтобы происходил обогрев помещения, необходимо создать условия, чтобы вода или иной теплоноситель могли проходить по трубам. Система водяного отопления с естественной циркуляцией работает по следующим принципам:
- движение воды по трубам обеспечивается благодаря различию в ее плотности в обычном и нагретом состоянии;
- теплоноситель попадает в котельный теплообменник, происходит повышение его температуры и, как следствие, снижение плотности;
- в системе одновременно присутствует теплая и холодная вода: поскольку у последней уровень плотности выше, чем у нагретого теплоносителя, она способна его вытолкнуть;
- разность в плотности жидкостей и позволяет им циркулировать по трубам естественным образом.
Однако данный физический процесс для работы системы недостаточен: важно соблюсти правильные значения для уклона труб, чтобы теплоноситель не застопорился на месте.
Виды и особенности систем отопления с естественной циркуляцией
Существует несколько разновидностей отопительных систем с естественной циркуляцией теплоносителя:
- Закрытая схема. Она распространена в странах Запада благодаря ее экономичности, однако в России ее применение весьма ограничено. Все дело в объеме воды, которая может находиться в котле. Дело в том, что в закрытой системе может находиться лишь строго обозначенное в технических характеристиках конструкции количество теплоносителя, и расширить бак невозможно, поскольку это повредит работе схемы. Полость бака делится на 2 части: в одной находится циркулирующая жидкость, а в другой – азот, позволяющий создать нужный уровень давления для выталкивания воды и способствующий ее охлаждению. И, если в Европе малого количества теплоносителя для обогрева помещения достаточно, то в России его может далеко не хватить.
- Открытая схема. Эта система работает по общим принципам естественной циркуляции и схожа с конструкцией закрытой формы. Единственное отличие – это строение расширительного бака, который, в отличие от системы закрытого типа, можно соорудить самостоятельно. Бак устанавливается на крыше или на любой другой высокой точке дома. Недостатками открытой системы является частое попадание воздуха во внутренние полости конструкции. В связи с этим батареи в помещении обычно монтируются под определенными углами, а наличие кранов Маевского – обязательный элемент схемы. С их помощью можно выпускать накопившийся лишний воздух из системы.
- Однотрубная схема. Поскольку такая система не способна в должной мере прогреть помещения, в России ее использование ограничено. Суть системы состоит в следующем: к радиатору последовательно подсоединены подающие трубы, теплая вода доходит до верхнего участка батареи и устраняется из радиатора через отвод снизу. Теплоноситель далее поступает к следующему отопительному узлу, и его движение проходит в несколько циклов.
Однотрубную систему просто установить, и выглядит она достаточно эстетично.
- Двухтрубная схема. Она распространена в России повсеместно. Подача теплоносителя и его отвод происходят по отдельным трубам. Подающая труба соединяется с каждой батареей. Эта система позволяет равномерно прогреть дом даже с малым количеством секций радиаторов. Отрегулировать схему также проще, и абсолютная точность при ее монтаже не требуется (допускаются небольшие погрешности в расчетах).
Каждая система имеет свои достоинства и отрицательные свойства, но среди них можно подобрать приемлемый вариант под конкретные потребности дома.
Расчет системы отопления с естественной циркуляцией
Самому проводить расчет системы отопления с естественной циркуляцией нежелательно, лучше обратиться к грамотным специалистам во избежание цифровых погрешностей. Однако наиболее точный пример расчета самостоятельно осуществляется в нижеследующей последовательности:
- Чтобы согреть 1 м3 помещения, в среднем требуется 400 Вт тепловой энергии.
Потому мощность умножается на вычисленный объем здания, и выясняется начальное число, определяющее количество тепла.
- Учитываются и потери тепла через двери и окна. Количество окон умножается на 100 Вт, а количество дверей, ведущих наружу – на 200 Вт. Значения вычитаются из начального числа.
- Практически все комнаты в частных домах имеют наружные стены. Потому, чтобы осуществить верные вычисления, имеющийся результат умножается на коэффициент поправки, равный 1,2.
- Должны учитываться еще потери тепла через пол и кровлю. Результат умножается на очередной коэффициент поправки, равный 1,5.
Это коэффициенты усредненного значения. Они отличаются по регионам России. В южных частях страны он колеблется в пределах 0,7 – 0,9. В средней полосе значения варьируются в пределах 1 – 1,3. Северные области России имеют самые высокие коэффициенты: 1,4 – 2.
Использование карты потока естественной циркуляции для оценки систем естественной циркуляции
Цель этой статьи — собрать и возобновить работу, проделанную для создания и развития,
в Пизанском университете — инженерный инструмент, связанный с естественной циркуляцией. После
краткое описание различных режимов обтекания в однофазном и двухфазном режимах,
создание подходящего инструмента для оценки производительности ЧПУ в общей системе
представлены.Наконец, обширное сравнение производительности ЧПУ различных
АЭС, имеющие различную конструкцию, сделаны для демонстрации практического применения
Карта потоков ЧПУ.
1. Введение
Естественная циркуляция (NC) является важным механизмом в нескольких
промышленных систем и знание их поведения представляют интерес для ядерных
конструкция реактора, эксплуатация и безопасность. В ядерной технологии
это особенно верно для новых концепций, которые в значительной степени используют гравитацию
силы для способности отвода тепла.НК происходит из-за наличия
источника тепла и радиатора на атомной электростанции (АЭС)
активная зона и парогенераторы соответственно. В гравитационной среде с
активная зона расположена ниже парогенераторов, движущие силы
происходят так, что для создания подходящей скорости потока для удаления ядерного деления
сила. В то время как возможность отключения питания ядра NC использовалась только для
аварийных ситуаций в основном для демонстрации неотъемлемых функций безопасности
станции, недавно использовавшиеся в концепции пассивного реактора, производительность NC предполагает
большое значение имеет большое влияние на этапе проектирования.
Поведение ЧПУ был (и остается) объектом нескольких экспериментов, направленных на решение такие проблемы, как масштабирование или испытание характеристик на испытательном стенде. С этой точки зрения создана довольно большая база данных по экспериментальным измерениям различные объекты. Сценарии ЧПУ, возникающие при разных значениях учтены запасы массы первичной системы (ссылка делается на однофазные и двухфазная естественная циркуляция) путем сбора и анализа данных из следующих Симуляторы PWR: Semiscale, Spes, Lobi, Bethsy, Pkl и Lstf [1].
Для того, чтобы
оценить показатели естественной циркуляции (NCP) указанных объектов,
значительная информация поступает из анализа тренда ввода керна
массовый расход и инвентарь массы первого контура. Скорость потока и
остаточные массы нормированы с учетом объема каждого
объекта и соответствующий уровень мощности (обычно от 1 до 5%
номинальной мощности ядра), использованных в выбранном эксперименте.Четыре основных потока
закономерности характеризовались в зависимости от величины массового запаса
первичный контур.
2. Режимы естественной циркуляции
2.1. Однофазный NC (SPNC)
Режим SPNC подразумевает отсутствие пустот в верхней камере
система. Следовательно, охлаждающая жидкость на выходе из активной зоны будет переохлаждена почти до
насыщенный. Скорость потока керна определяется балансом между движением и
силы сопротивления. Движущие силы являются результатом разницы в плотности жидкости
возникает между нисходящей стороной U-образных труб и сливным стаканом емкости и сердечником, а также восходящей стороной U-образных труб.Стойкий
силы возникают из-за необратимых перепадов давления на трение по всей петле.
Результирующие скорости жидкости достаточны для снятия мощности сердечника в
(недогретое) пузырьковое кипение или режимы теплообмена с принудительной конвекцией: нет
В активной зоне наблюдается пленочное кипение. Можно отметить, что
вторичная сторона ПГ также представляет собой систему естественной циркуляции, работающую в двухфазном режиме.
условия.
SPNC может возникать при любом давлении в первичной системе, в соответствии с SG давление.Однако типичное давление в первичной системе составляет от 8 до 16 МПа. с вторичным давлением, близким к номинальному рабочему состоянию. это Ожидается, что от проекта АЭС ООПТ при условии наличия ПГ охлаждение, способно отвести тепло ядерного распада от активной зоны. Экспериментальная база данных, включая испытания АЭС, подтверждает эту возможность.
2.2. Стабильный двухфазный НЗ (TPNC)
Режим TPNC возникает вследствие потери теплоносителя из первого контура
система.Вследствие этого увеличивается как движущая сила, так и сила сопротивления, когда
уменьшение массового запаса первичной системы. Назначены типовые геометрические
В схеме PWR первый эффект, то есть увеличение движущих сил,
преобладает при небольших сокращениях массовых запасов. Обратное происходит для больших
уменьшение массовых запасов. Конечный результат — «пик» массового расхода ядра.
по сравнению с запасами первичной системы (при уменьшении массового расхода первичного контура), как можно
можно наблюдать на рисунке 1.Принудительная конвекция, переохлаждение и насыщенное тепло
переходные режимы происходят в активной зоне. Конденсация происходит внутри U-образных трубок.
SG. Средняя пустотная фракция керна обычно составляет менее 30%, тогда как на
выходных значений около 50% можно достичь без возникновения теплового кризиса в
рассматриваемый диапазон давления.
2.3. Сифонный конденсат NC (SCNC)
Уменьшение движущих сил NC, малая температура
разница в U-образных трубках парогенераторов и возникновение противотока
Явление ограничения потока (CCFL) на входе U-образных трубок (например,g., см. [2]) являются
в происхождении широких системных колебаний расхода на входе в активную зону. Этот
явление исследовано в [3, 4] и основано на естественной циркуляции
эксперимент, проведенный на установке Лоби в [5]. Однако свидетельства сифона
конденсат был обнаружен и на других объектах.
При массовых запасах первичной системы около 70% от номинальной
значение, эффективность конденсационной теплопередачи через U-образные трубы вызывает
высвобождение почти всей тепловой мощности сердечника в восходящей стороне U-образных труб.Жидкость
уровень повышается, и парожидкостная смесь препятствует его опусканию
скорости на входе в трубу, то есть выполняется условие CCFL. Следовательно,
уровень жидкости в U-образных трубках поднимается до самого верха. В течение этого периода,
типичная продолжительность порядка 10 секунд, расход на входе в активную зону составляет
близко к нулю, следовательно, происходит испарение ядра. Как только уровень жидкости достигнет
верхний изгиб U-образных трубок, возникает сифонный эффект, вызывающий опорожнение
восходящая сторона U-образных трубок и восстановление скорости потока на входе в керн.А
начинается новый цикл. Явление усложняется взаимодействием
несколько тысяч U-образных трубок, составляющих пучок труб SG. Разные группы
трубок могут одновременно находиться на разных стадиях колебания,
также вызывая реверс потока в пучке труб. Подходящее охлаждение ядра все еще может
быть достигнутым в этих условиях.
2.4. Конденсация орошения (RCNC)
При «малых» запасах теплоносителя первого контура и / или при низком уровне активной зоны
мощность, скорость пара в верхней части системы, включая горячие ноги
и вход парогенератора низкий.Слабые взаимодействия происходят на
границы раздела пар-жидкость, которых недостаточно, чтобы вызвать CCFL. В этих условиях
жидкость, которая конденсируется или увлекается на восходящей стороне U-образных трубок, может
течь обратно к горячей ноге и к сердцевине. Стратифицированный противоточный пар и
жидкость одновременно течет в горячих ногах. Массовый расход в активной зоне
вход близок к нулю, хотя «второстепенный» путь естественной циркуляции может
установить между активной зоной и сливным стаканом внутри емкости.Однако наверх
на выходе из активной зоны возникают двухфазная смесь и нисходящие потоки жидкости. Ядро
тепловая мощность может быть удалена путем кипячения в насыщенной теплоте пузырькового кипения
режим передачи.
2.5. Возникновение высыхания
Термин «возникновение высыхания» появляется в правой части Рисунка 1, когда первичный Масса системы составляет примерно менее 40% от номинальной. Высыхание вызвано сочетанием низкого расхода и высокой паросодержания. Как следствие, режим теплопередачи пленочного кипения испытывает с низким коэффициентом теплообмена перевод.Температура поверхности стержня увеличивается в различных зонах активной зоны, и общий процесс передачи тепловой энергии от топливных стержней к жидкости может стать нестабильным. Работа системы в этих условиях недопустима. с технологической точки зрения. Можно отметить, что температура экскурсия сильно зависит от давления в первичной системе и тепловой мощности уровни: мощность линейного стержня играет роль в этих условиях. На начальном давление в системе около 15 МПа (номинальный режим для PWR), «постсушка» скачки температуры поверхности могут достигать нескольких десятков Кельвинов, допустимое механическое сопротивление материала стержневой оболочки.
Все вышеперечисленные режимы суммированы на Рисунке 1, на котором как экспериментальные, так и расчетные данные. По вертикальной оси процент номинальной жилы указывается мощность (P), а запас остаточной массы в первом контуре (RM) отображается на горизонтальной оси.
3. Карта потока естественной циркуляции
База данных, собранная из десяти экспериментов, выполненных в шести интегральных схемах. Испытательные установки (ITF), перечисленные в таблице 1, использовались ([6, 7]) для создания карты естественного циркуляционного потока.
|
Во всех рассмотренных ITF, NC эксперименты с подобными были выполнены, а режимы NC, обсужденные в предыдущем главы опытны.Линейная мощность имитаторов твэлов, доля номинальной мощности ядра и давление в системе первого контура составляют основные отличия граничных условий рассматриваемых экспериментов. В относительно давления на первичной стороне, эксперименты PKL проводились при значение давления примерно вдвое меньше значения, принятого в других установках. В диапазон конструктивных и эксплуатационных параметров ITF (например, диаметр трубы, объем системы, количество парогенераторов, теплопотери в окружающую среду), не обсуждаются здесь явно, и предполагается, что выявленные различия создать огибающую для любой ожидаемой ситуации NC в типичном PWR при распаде касается отвода тепла.
Измеренные значения расхода на входе в активную зону (G, кг / с), мощности сердечника (P, MW), запас массы жидкости в первичной системе (RM, кг) и чистый объем первичная система (V = const., м 3 ) использовалась для создания естественного карта циркуляционных потоков (НКФР). Диаграмма G / P по сравнению с RM / V была предпочтительнее для НКФР по сравнению с другими возможными вариантами, включая безразмерные величины.
Экспериментальная база данных от ITF (шесть ITF, десять экспериментов) и огибающие кривых приведены на рисунках 2 и 3 соответственно.В Предполагается, что огибающая на рисунке 3 составляет NCFM PWR при мощности затухания ядра.
Первая демонстрация использования NCFM была сделана в [8], где семь коммерческих систем АЭС и три ITF, не использованные для установки базы данных, представленные на рисунке 2, были проанализированы. Основные характеристики NPP и ITF могут быть взяты из таблиц 2 и 3 соответственно. Рассматриваемая АЭС включает U-образную трубку, прямоточную и горизонтальную конструкцию SG.ITF — это Pactel и РД14М (см. Табл.3) экспериментальные тренажеры ВВЭР-440 и АЭС CANDU, соответственно. Их геометрическая схема отличается от таковой у PWR. в в корпусе с ВВЭР-440 к судну подключены шесть шлейфов, оборудованных ГТС, хотя в Pactel смоделированы только три. Горизонтальная конфигурация сердечника характеризует конструкцию CANDU, то есть оборудованную UTSG.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
° CMT = резервуар для подпитки сердечника. + Определение для базы данных представлено в таблице 1. |
Сравнивая расчетные данные с НКФР, авторы пришли к выводу что (i) PWR оснащен У OTSG плохие показатели естественной циркуляции; (ii) АЭС спроектирована вокруг концепции пассивной системы показал довольно протяженный SPNC даже при малой массе инвентаризация; (iii) реакторы российского дизайна, оборудованные горизонтальными ПГ, также подходят для режима NC; (iv) база данных РД-14м не полностью квалифицирован (например, документация не была такой исчерпывающей), это довел до большого отклонения от карты.NCFM использовался для характеристики поведения CNA-I PHWR АЭС в условиях потока NC, в сценарии с уменьшенным запасом первичной массы [6]. Моделирование было выполнено с использованием трех различных нодализаций увеличения деталь. Более грубый (НАБОР I) использовался как базовый набор только для представления Схема установки аналогична PWR (см. рисунок 4). Это позволило проверить, что тенденции, известные большинству ITF, работающих в аналогичных ситуациях, позволяют поведение CNA-I, учитывая соответствующие поездки, некоторые из его безопасности системы.
4. Недавнее использование карты потока ЧПУ
4.1. Применение к объекту ПСБ-ВВЭР
Как уже было показано в предыдущих примерах (другие можно получить, например, из [8, 9]), НКФМ представляет собой удобный инструмент для изображения ЧПУ. возможность удаления основного питания. Начиная с этого момента, было сделано больше приложений, которые покрывают практически все типы АЭС.
На рисунке 5 (взятом из [10]) видно использование СКФМ для тренажера ВВЭР-1000 с масштабным коэффициентом 1: 300.В эксперимент был проведен в рамках проекта ОЭСР, в котором мощность сердечника и давление ПГ поддерживаются постоянными, а масса поэтапно сливается. И измеренная (синим цветом), и рассчитанная дата (фиолетовым цветом) указаны сообщил. Экспериментальные данные исчезают с карты, поскольку скорость потока системы измерения не были квалифицированы для двухфазного потока, что дает индикация. Однако расчет с одной стороны подтверждает пригодность NCFM и, с другой стороны, хорошие характеристики NC реактора ВВЭР тип.
4.2. Повторное посещение объекта РД-14м
В Разделе 3 были рассмотрены данные РД14м, но результаты были достигнуты. далеко от того, чего ожидала НКФР. Недавно повторили расчет фиксируя постоянными мощность активной зоны и давление ПГ, а массу первичной стороны сокращается пошагово, следуя типичному способу выполнения такого рода NC-теста. Нодализация была квалифицирована по тесту LBLOCA (B-9401), проведенному в в рамках проекта МАГАТЭ [11].Анализируя результаты кода (вкратце на рисунках 6 и 7) можно сделать два основных вывода. (i) Средство CANDU кажется не очень подходящим для статуса NC (Рисунок 6). Однако это должно быть отметил, что НКФР разумно возобновляет работу ИК, но не рассматривает другой механизм просто потому, что они находятся за пределами его определения. (ii) На рисунке 7 показано что в установке CANDU присутствуют другие типы ЧПУ. Канал для канальный режим кажется актуальным с точки зрения отключения питания ядра.Этот поведение объясняет, почему даже при значении RM / V более 500 кг / м 3 , где NCFM прогнозирует состояние низкого расхода (следовательно, снижение производительности в Относительно последней точки (т. е. режима NC от канала к каналу), на рисунке 7 показано отношение массового расхода канала к мощности в зависимости от времени, равного двум. разные горизонтальные каналы. Видно, что как только один основной канал положительный массовый расход (т. е. вода следует по нормальному пути потока, входя от входа и выхода из канала), другой — охлаждается водой, циркулирующей в обратном направлении.Это означает, что только часть от общего расхода активной зоны (сумма массового расхода каналов активной зоны) достигает охлаждаемый ПГ.
4.3. Учет данных BWR
Последнее использование НКФР касается учет типа реактора с кипящей водой исходя из заводских измерений (BWR) и результаты расчетов (РБМК).
На рисунке 8 представлена типичная карта распределения мощности BWR, на котором отмечена кривая NC. Максимальная съемная мощность в режиме ЧПУ составляет примерно 40% при средней скорости потока 25%.
На рисунке 9 данные BWR передаются в NCFM (зеленые точки и зеленый квадрат). На карте присутствуют четыре точки: полная состояние мощности (зеленый квадрат) при полной скорости насоса, 25%, 4% и 3% от номинальная мощность (зеленые точки). Видно, что точки практически выровнен по линии, обозначающей RM / V рассматриваемого растения, что подтверждает пригодность BWR для работы в режиме ЧПУ. Значения G / P сравнимы с измеренными в условиях TP-потока в симуляторах PWR испытаны в BWR, но с RM / V соотношение уменьшилось почти вдвое.Ухудшение производительности основного съемного блока питания типичный для PWR отсутствует в BWR, который, в свою очередь, может работать на 25% своей Номинальная мощность.
Снова на рисунке 9 можно увидеть также данные РБМК. Эти расчетные значения (красные и синие звезды получены с использованием квалифицированная нодализация разработана и протестирована в рамках проекта, финансируемого Европейской комиссией [12]. В Следующее соображение возникает, когда расчетные данные помещаются в НКФР и сравнили со значениями BWR.
(i) Данные РБМК практически совпадают на разных уровнях мощности, как в BWR. (Ii) Полная мощность обоих реакторов с кипящей водой (западный и восточный тип проекта, соответственно) имеет (практически) такое же соотношение G / P, но отличается в два раза по отношению RM / V. Это подчеркивает разнообразие типов проектов. (реактор корпусного типа по сравнению с реактором канального типа), разные номинальные значения работы, и влияние на массу первой стороны (PS) двух паровых барабанов, используемых в РБМК в качестве сепаратора.(iii) Отношение G / P остается сравнимым между двумя реакторами на разных уровнях мощности до 4%. (iv) Отклонение от рассмотрения вышеуказанного пункта наблюдается, когда байпас между напорным и всасывающим коллекторами закрыт (синий звездочка на рисунке 9) и когда уровень мощности составляет 20% от номинальной мощности ядра. Первый случай имеет важное негативное влияние на производительность NC. РБМК; последний случай, кажется, представляет собой последнюю возможную рабочую точку NC для РБМК — ниже соответствующей точки BWR.(v) Когда рассматривается уровень мощности около 3%, два реактора ведут себя как иначе: видно, что в РБМК меньший массовый расход увеличивает производительность BWR с низким паросодержанием.5. Выводы
Исследование масштабирования системы было предшественником этой работы, в которой основной задачей была установка инженерного инструмента для оценки ЧПУ. производительность АЭС. NCFM был создан на основе экспериментальных данных из шести Симуляторы PWR.
В последнее время использование НКФР было распространено практически на все типы реакторов: ВВЭР-1000 с использованием экспериментальных данных, имеющихся после Эксперимент с ЧПУ на стенде ПСБ-ВВЭР; CANDU на РД-14М данные после квалификации нодализации; BWR и РБМК сравнивают измеренные и расчетные данные соответственно.
И снова NCFM дает очень полезный инструмент для оценки NC производительность различных типов реакторов. Следует отметить, что НКФР подходит для захвата типа SG NC, следовательно, не может иметь дело с другим типом NC, например, межканальная циркуляция, наблюдаемая на РД-14м.Учитывая характеристики и способ создания НКФР, другие приложения может рассматриваться поддержка по анализу масштабирования, проектированию и / или оптимизации ЧПУ система и проверка вычислительных средств.
Как упоминалось выше, этот инструмент проектирования был получен напрямую из анализа экспериментальных данных. Однако теоретический и обобщенный взаимосвязь между системным инвентарем и расходом на единицу мощности может быть цель будущей исследовательской работы.
Экспериментальное исследование солнечной водонагревательной системы с термосифоном с принудительной циркуляцией
Безвиклерные термосифоны с гравитационной петлей широко используются для сбора тепла на расстояниях до нескольких метров. Это двухфазное закрытое устройство, которое работает при пониженном давлении, полезно в системах солнечного нагрева воды (SWH), поскольку оно может решить проблему замерзания зимой. По сравнению с обычным типом, фитинги LT с принудительной циркуляцией имеют значительные преимущества в отношении передачи тепла на большие расстояния и свободы установки секции конденсации.В этом исследовании была предложена система LT-SWH без фитиля с насосом и переделанным плоским солнечным коллектором. Солнечный коллектор действовал как испарительная секция LT без фитиля, в то время как спиральный теплообменник в резервуаре для воды действовал как секция конденсации. В качестве рабочей жидкости использовался R600a, проводились длительные эксперименты на открытом воздухе. Результаты показывают, что мгновенная и среднесуточная фототермическая эффективность предлагаемой системы может достигать 69,54% и 58,22% соответственно.Разница температур между верхней и нижней, а также средней и нижней частью испарительной секции LT без фитиля была небольшая и обычно составляла от 1,1 до 3,9 ° C. Линейная арматура коллектора и общие характеристики системы без фитиля с насосом LT-SWH демонстрируют многообещающие потенциальные возможности применения системы.
1. Введение
Солнечные водонагревательные системы (SWH) широко применяются как в быту, так и на промышленном уровне, и SWH оказались легкодоступными технологиями, которые могут напрямую заменить возобновляемую энергию для обычного нагрева воды.В зависимости от типа вовлеченной циркуляции SWH можно разделить на две группы: естественная циркуляция и принудительная циркуляция. Ожидается, что будут доступны различные типы циркуляции систем SWH, подходящие для различных применений [1, 2]. SWH с принудительной циркуляцией обычно используются в коммерческой и промышленной термической обработке [3]. Солнечный коллектор имеет большое значение и работает как сердце системы SWH. Наиболее распространенными солнечными технологиями являются вакуумные трубчатые коллекторы в Китае и плоские солнечные коллекторы в остальном мире [4].Однако для обычного плоского солнечного коллектора возникают проблемы с замерзанием, когда температура окружающей среды ниже нуля, а также проблемы с коррозией, когда температура воды высока, а pH отклоняется от нейтрального уровня [5].
Петлевые термосифоны (LTs) [6], пародинамические термосифоны (VDT) [7, 8] и пульсирующие тепловые трубки (PHP) [9] являются альтернативными решениями вышеупомянутых проблем. Среди этих теплопередающих устройств LT наиболее ценятся при интеграции с солнечным коллектором для упрощения производственного процесса.LT — это двухфазное закрытое устройство, которое обеспечивает альтернативное решение вышеупомянутых проблем. Секции испарения и конденсации LT разделены; таким образом, он может осуществлять эффективную и удаленную передачу тепла с помощью капиллярной откачки или силы тяжести [10, 11]. Он имеет отличные характеристики теплопередачи благодаря вакуумному уплотнению и теплопередаче с фазовым переходом. Он также имеет отличные изотермические характеристики на основе внутренней двухфазной теплопередачи. LT-SWH интенсивно исследуются в последние десятилетия.В экспериментах Soin et al. [12, 13] изучались фототермические характеристики низкотемпературного солнечного испарителя, заполненного ацетоном и петролейным эфиром. Фототермический КПД двухфазного солнечного коллектора составлял всего примерно 6–11%, что ниже, чем у водяной системы SWH. M. Esen и H. Esen [14] исследовали тепловые характеристики LT солнечного коллектора при использовании различных рабочих жидкостей. Результаты показали, что все они имели одинаковую максимальную эффективность сбора около 50%. Chien et al.[15] разработали теоретическую модель, подтвержденную экспериментальными данными; Результат показал, что наилучший мгновенный тепловой КПД составил 82%, что выше, чем у обычных систем SWH. Джоуди и Аль-Таббах [16] также показали, что фототермическая эффективность системы LT-SWH была примерно на 20% выше, чем у коллектора на водной основе. Arab et al. [17] использовали пульсирующие тепловые трубки (PHP) в системе SWH. Был разработан очень длинный PHP, и результаты показали, что конфигурация обеспечивает удовлетворительную производительность.Матиулакис и Белессиотис [18] теоретически и экспериментально представили свои исследования энергетического поведения нового типа солнечного коллектора, в котором используется LT без фитиля, заполненный этанолом. Наблюдался мгновенный КПД до 60%. Хусейн [19, 20] представил теоретический и экспериментальный анализ плоского солнечного водонагревателя LT. Были исследованы различные метеорологические условия, начальная температура резервуара для воды, характер нагрузки забора горячей воды, соотношение объема резервуара-хранилища к площади коллектора, соотношения размеров резервуара-хранилища и высота резервуара-хранилища нагревателя и коллектора.Ордаз-Флорес и др. [21] представили косвенные характеристики системы LT-SWH, использующей ацетон и метанол в качестве рабочих жидкостей. Результаты показали, что средняя экспериментальная фототермическая эффективность в течение дня испытания составила 48% и 50% соответственно. Zhang et al., . [22] использовал сверхкритический CO 2 в качестве рабочего тела; была представлена средняя эффективность сбора 58% в течение всего года испытаний. Pei et al. [23] сравнили коллектор LT-PV / T и обычный коллектор PV / T с использованием R600a в качестве рабочего тела.Результаты показали, что коллектор LT-PV / T имел более высокую эффективность фотоэлектрического преобразования, но более низкую фототермическую эффективность и меньшую разницу температур между элементами коллектора, чем нормальный коллектор PV / T. Однако обе системы показали практически одинаковую энергоэффективность. Albanese et al. [24] представили солнечную стену с тепловыми трубками, а также были разработаны экспериментальные и компьютерные модели для оценки производительности системы. Также представлены некоторые исследования с использованием LT в системе BIPV / T.Zhao et al. [25] теоретически исследовали характеристики LT-SWH для типичного многоквартирного дома в Пекине. Была установлена, проанализирована и подробно обсуждена взаимосвязь между эффективностью системы и рабочими параметрами. Wang et al. [26] исследовали новую фасадную солнечную водонагревательную систему LT с использованием как теоретических, так и экспериментальных методов. Обсуждались различные рабочие параметры и два типа стеклянной крышки. Результаты эксперимента и моделирования хорошо согласуются.
Двухфазный циркуляционный поток в LT управляется разницей температур с помощью силы тяжести или капиллярной силы. Фитиль, расположенный в испарителе, обычно изготавливается из пористой структуры, что требует сложного и дорогостоящего производственного процесса. Он создает капиллярную силу для возврата жидкости в испаритель и гарантирует, что рабочая жидкость равномерно распределяется по поверхности теплопередачи в испарителе. Однако установка фитилей в медных трубках за плоскими солнечными коллекторами обходится дорого.
Принимая во внимание, что солнечные коллекторы обычно наклоняются и устанавливаются, более предпочтительным является LT без фитиля с гравитационным питанием из-за его низкой стоимости и простой конструкции. Тем не менее, система LT-SWH без фитиля не может использоваться, когда резервуар для воды ниже солнечного коллектора, что означает, что ее трудно интегрировать в здания и она не подходит для домашнего использования. Используя данные SWH на водной основе с активным циклом, насос хладагента может быть внедрен в систему LT-SWH без фитиля. Хотя система требует дополнительного энергопотребления, резервуар для воды не имеет ограничений по положению, трубы не имеют ограничений по длине, и систему можно легко интегрировать в здания.Однако было проведено несколько экспериментов или испытаний без фитиля с принудительной циркуляцией LT-SWH. LT-SWH без фитиля с принудительной циркуляцией является новым, и о поведении системы еще не сообщалось. Поэтому в данном исследовании изначально предлагается прототип новой системы LT-SWH без фитиля с принудительной циркуляцией. Он состоит из насоса хладагента, испарительного солнечного коллектора, резервуара для водного конденсата, резервуара для хранения испарительной жидкости и резервуара для хранения конденсируемой жидкости. Был проведен длительный открытый тест; была изучена производительность системы.
2. Конструкция системы и экспериментальная установка
Схема предлагаемой системы показана на рисунке 1. Она включает солнечный коллектор, действующий как испарительную секцию LT, резервуар для хранения испарительной жидкости, резервуар для хранения конденсируемой жидкости, бак со спиральным змеевиком, выполняющим функцию конденсационной секции LT, четыре смотровых стекла и насос хладагента. Информация об используемых устройствах и медных трубах подробно представлена в таблице 1. В качестве рабочего тела использовался хладагент R600a.
|
Программы онлайн-обучения BYJU для K3, K10, K12, NEET, JEE, UPSC и банковских экзаменов
послать OTP Если OTP не доставляется по SMSЗапрос OTP для голосового вызова
Отправить OTP
В случае, если OTP не доставляется через SMS
Запрос OTP на
Голосовой звонок
я бы хотел получать обновления через WhatsApp
Торопитесь, количество мест ограничено!
.