Jak funguje gravitační systém vytápění?

Zdravím všechny čtenáře mého blogu! Dnes v tomto článku vám řeknu o gravitačních topných systémech.

A konkrétně o tom, jak fungují a kde je vhodné je používat.

Pokusím se, jako obvykle, být stručný, ale informativní, abych vám dal základní informace, které o nich potřebujete vědět, bez zbytečných chmýří.

Pro stručnost použiji buď žargon “gravitace” nebo zkratku GSO.

To se provádí proto, aby nedošlo k přetížení textu dlouhými slovy. Tak pojďme!

Princip činnosti samotížného topného systému

Samotížný systém vytápění je nejarchaičtější systém ohřevu vody.

Poprvé byl použit v první polovině 19. století k vytápění skleníků.

Fyzikální princip jeho činnosti je založen na tom, že zahřátá kapalina expanduje a mění se její hustota (kapalina se stává „lehčí“).

Uvnitř kotle dochází k oddělení podle hustoty – ohřátá chladicí kapalina stoupá podél přívodního potrubí a chlad stéká dolů po opačné straně kotle.

Vlivem spojitosti paprsku začíná kruhový pohyb kapaliny – cirkulace.

Rychlost cirkulace v GSO závisí na rozdílu hladin (označeno jako H na obrázku níže) topného centra (kotel) a chladicího centra (radiátory).

Čím větší je rozdíl hladin, tím větší je rychlost tekutiny v systému.

Výstavba samotížného topného systému

Struktura GSO je poměrně jednoduchá. Abychom vás nenudili zbytečnými slovy, přejděme okamžitě ke kresbě:

Na obrázku je dvoutrubkový gravitační systém (předtím jsem psal článek o dvoutrubkových a jednotrubkových systémech, doporučuji přečíst).

V nejvyšším bodě systému je v klasické verzi umístěna expanzní nádrž otevřeného typu.

Z kotle stoupá přívodní potrubí (na obrázku je horké potrubí), kterým jde ohřátá chladicí kapalina do topných zařízení.

V nich se ochladí a vratným potrubím (zpátečka na obrázku) jde zpět do kotle.

U dvoutrubkového GSO jsou rozvody vedeny v souladu se sklony.

Přívodní potrubí má sklon k topným zařízením a zpětné potrubí má sklon ke kotli.

Nyní se podívejme na jednotrubkovou verzi gravitačního topného systému:

Jednotrubkový GSO funguje stejně jako dvoutrubkový. Rozdíl zde bude přítomnost zrychlovacího potrubí – speciální trubky, ve které se rychlost chladicí kapaliny zvyšuje pod vlivem gravitace.

V důsledku sekvenčního průchodu chladičů se teplota chladicí kapaliny snižuje od počátečního chladiče ke konečnému.

Abychom to kompenzovali, je nutné zvýšit počet sekcí nejnovějších radiátorů, což není vždy možné kvůli omezenému prostoru.

Je také možná varianta GSO s membránovou expanzní nádrží namísto otevřené.

V tomto případě je vhodné, aby byl kotel dimenzován na tlak 3 atmosféry, protože bude nutné instalovat bezpečnostní skupinu na přívodní potrubí.

Pojistný ventil ve standardní bezpečnostní skupině je určen pro 3 atmosféry.

Pokud je váš kotel navržen pro otevřený systém (tlak 1 – 1,5 atm), může při instalaci membránové nádrže a standardní skupiny selhat.

Membránová expanzní nádrž může být umístěna na libovolném vhodném místě GSO a v nejvyšším bodě systému musí být instalován odvzdušňovací ventil.

Pokračujme. Promluvme si o tom, jak vypočítat gravitační systém a jak pro něj zvolit průměr potrubí.

Výpočet samotížného topného systému

Pokud plánujete výrobu samotížného topného systému, pak je třeba provést alespoň minimální výpočty. Nebo ještě lépe udělat plnohodnotný projekt.

To bude ideální a pokud váš rozpočet bude takové výdaje tolerovat, pak je vřele doporučuji.

Možná již ve fázi projektu technik identifikuje možné potíže při implementaci a vy se budete moci vyhnout přepracování. Pojďme se tedy začít dívat na vzorce!

První vzorec, který potřebujeme, je:

Je dešifrován takto:

• p_dno – tlak na spodní úrovni.
• p_ver – tlak na horní úrovni.
• ρ je hustota kapaliny.
• g – gravitační zrychlení 9,8 m/s².
• h je výškový rozdíl mezi úrovněmi.

Tento vzorec se používá pro stanovení hydrostatického tlaku v topném systému. Z toho vyplývá zřejmý závěr, že tlak v systému bude tím větší, čím větší bude jeho výška.

Ale chladicí kapalina (v konkrétním případě voda) cirkuluje přes GSO a tento okamžik bere v úvahu Bernoulliho rovnost, která vypadá takto:

Bernoulliho rovnice ukazuje, že celkový tlak závisí nejen na výšce, ale také na rychlosti pohybu tekutiny v systému.

Příspěvek hydrodynamického tlaku k celkovému tlaku je však výrazně menší než hydrostatický tlak (méně než 5 %) a je proto pro jednoduchost výpočtů zanedbáván.

Jak je známo, cirkulace v GSO nastává v důsledku rozdílu tlaku vytvořeného horkou a studenou vodou.

Tento rozdíl se nazývá přirozený cirkulační tlak a vypočítá se pomocí následujícího krátkého a jednoduchého vzorce:

Dešifruje se takto:

• ρ_hala — hustota studené vody.
• ρ_hory — hustota horké vody.
• Δp je přirozený cirkulační tlak.

Hustoty vody při určitých teplotách jsou referenční hodnoty, které lze snadno zjistit z referenčních knih.

Tento vzorec je vhodný pro výpočet přirozeného cirkulačního tlaku v jednopatrovém domě, kde je jedno chladicí centrum. ve dvoupatrovém domě již budou 2 taková centra a vzorec bude mít následující podobu:

• h1, ρ1 – úroveň chladícího centra, hustota vody v prvním patře.
• h2, ρ2 – úroveň chladícího centra, hustota vody ve druhém patře.

Po výpočtu přirozeného cirkulačního tlaku je nutné vypočítat průtok vody.

To se provádí takto:

Zde je dekódování:

• G – průtok chladicí kapaliny kg/sec.
• Q je množství tepla generovaného kotlem.
• C je měrná tepelná kapacita.
• Δt je teplotní rozdíl mezi horkou a chlazenou chladicí kapalinou.

Pro přehlednost doporučuji zhlédnout krátké video s příkladem výpočtu GSO:

Systém gravitačního vytápění: průměry potrubí

Při výběru potrubí potřebujeme, aby zajistily požadovaný průtok vody a přirozený cirkulační tlak by měl postačovat na vyrovnání ztrát způsobených třením o stěny a překonáním místních odporů (odbočky, ohyby, ventily atd.).

Pokles tlaku způsobený třením je určen Darcy Weisbachovou rovností:

• ΔP je pokles tlaku v úseku potrubí.
• λ—součinitel ztráty třením po délce úseku. Tabulková hodnota.
• L je délka úseku.
• D je průměr trubky v řezu.
• V je rychlost kapaliny v potrubí.
• ρ je hustota kapaliny.

Celková tlaková ztráta v systému bude stanovena jako součet ztrát ve všech úsecích potrubí a místních odporů (ztráty místních odporů se zjistí podle vzorce

∆P_armaturu = ξ*(v²ρ/2), kde ξ jsou tabulkové koeficienty).

Psal jsem o tom ve svém článku o hydraulických výpočtech.

Aby došlo k cirkulaci, musí přirozený cirkulační tlak překročit celkovou tlakovou ztrátu v GSO:

Δp ≥ ΔP + ΔP_armaturu

Aby stavitelé ušetřili čas, dlouho vyvíjeli speciální tabulky, pomocí kterých lze rychle vybrat požadovaný průměr potrubí.

Hned to řeknu v GSO kovové trubky začínají od průměru 50 a plastové trubky lze použít od průměru 63 mm.

Jejich největší nevýhodou bude jejich cena. Kromě toho existují určité potíže s jejich instalací.

Zde budete muset zapojit zkušenou osobu, která dokáže pozorovat všechny odchylky a další nuance systému.

Systém gravitačního vytápění: klady a zápory

Tento článek se samozřejmě netváří, že pokrývá celou problematiku a má čtenáři poskytnout pouze základní znalosti o samotížných topných systémech. Proto prosím nesuďte přísně.

Hlavní výhodou takového vytápění je nezávislost na provozu čerpadel a odolnost systému.

Nejvýhodnější je použití v odlehlých koutech naší země, kde může dojít k dlouhým výpadkům proudu.

Hlavní nevýhodou GSO jsou vysoké počáteční náklady na materiál a složitost instalace. Jeho dlouhá životnost ale platí úplně za všechno.

To je zatím vše, čekám na vaše dotazy v komentářích! Nezapomeňte článek sdílet prostřednictvím sociálních sítí.

Líbil se vám článek? Sdílej se svými přáteli!