Koncept gravitačného chladiaceho zariadenia možno v istom zmysle prirovnať k prirodzenému vetraniu, pri ktorom sa realizuje voľná cirkulácia prúdenia vzduchu. V prípade vodného prostredia dochádza k pohybu pozdĺž obrysov bez podpory energie a energie zo zariadení a zdrojov tretích strán. To dáva výhody gravitačného vykurovacieho systému, ale spôsobuje aj množstvo nevýhod. Jedným z nich je zložitosť jeho technickej implementácie.
Ako systém funguje
Gravitácia je zabezpečená fyzikálnym zákonom, podľa ktorého horúce prúdy vzduchu a vody prirodzene stúpajú. Na rozdiel od systémov s núteným obehom nie je potrebné zapínať čerpacie zariadenia alebo parogenerátory, ktoré tlačia pracovné médium pod tlakom pozdĺžobrysy. V podmienkach súkromného domu je gravitačný vykurovací systém výhodný už len minimálnym prepojením nepriamych komunikačných a energetických uzlov. To však vôbec neznamená, že používateľ sa bude musieť zaoberať iba potrubím. Za ohrev vody bude zodpovedný kotol umiestnený v najnižšom bode komplexu. Z neho cez potrubia budú toky smerované k ohrievačom - spotrebiteľom chladiacej kvapaliny (konvektory, radiátory, batérie). Ďalej už ochladzujúca voda prechádza do sekcie expanznej nádoby a ako sa hromadí, preteká do odtokového kanála - buď do kotla alebo do kanalizácie.
Jednorúrkové a dvojrúrkové systémy
Schémy pre vykurovacie okruhy môžu byť rôzne. V najjednoduchšom jednorúrkovom systéme nie je žiadna spätná stúpačka chladiacej kvapaliny s prívodom vody. Vertikálne systémy tohto typu sú technicky jednoduchšie na realizáciu, čo šetrí fyzickú námahu a financie. Jednorúrkové gravitačné vykurovacie systémy však majú aj vážne nevýhody, ktoré sú vyjadrené v nasledujúcich nuansách:
- Neschopnosť nastaviť teplotu pre každý ohrievač samostatne, keďže sú zapojené do série.
- Povinné umiestnenie expanznej nádoby pre vertikálne plnenie.
- Požiadavky na vyšší tlak na cirkuláciu vody. Z tohto dôvodu sa jednorúrkové systémy častejšie vykonávajú podľa princípov núteného pohybu chladiacej kvapaliny s pripojením čerpadiel.
V dvojrúrkovom systéme sa teplo rozvádza rovnomerne. Jeden okruh smeruje horúce prúdy do podmienených radiátorov,a druhá slúži vratnej vetve, cez ktorú sa studená voda vracia do prijímacieho zariadenia. Vzhľadom na rovnováhu chladiacej kvapaliny v potrubí je dvojokruhová schéma ľahšie prístupná prirodzenej regulácii účinkom gravitácie bez podpory prídavných cirkulačných zariadení.
Otvorené a uzavreté systémy
Rozdiel medzi týmito systémami spočíva vo výkone expanznej nádoby - vrcholového bodu celého komplexu. V otvorených nádržiach sa voda hromadí, kým nepracuje plavákový mechanizmus. Kvapalina naplní nádrž na určitú úroveň, po ktorej plavák aktivuje uvoľnenie vzduchovej zmesi a plnenie cez pripojenú stúpačku. V uzavretom gravitačnom vykurovacom systéme sa používa membránová nádrž, v ktorej sú dve sekcie - vzduch (zmes plynov) a voda v spodnej časti. Pri minimálnom tlaku je nádoba prázdna, ale keď sa naplní kvapalinou, membrána začne stláčať hornú časť, čím sa otvorí vzduchový ventil a tlak sa vyrovná.
Výber kotla
Použitie konceptu samospádového vykurovania znamená, že v dome nie je zabezpečený plyn ani elektrina. V opačnom prípade by bolo racionálnejšie organizovať nútený obeh s dodávkou tepla dostatočného výkonu z hlavného zdroja energie. Preto jedinou možnosťou pre kotol pre gravitačný vykurovací systém bude jednotka na tuhé palivo - napríklad na drevo. Dôvody dáva aj kombinácia prirodzenej cirkulácie a tradičnej pieckyhovoriť o nízkej sile komplexu. Systém bude spočiatku neefektívny, ale jeho účinnosť sa dá zvýšiť pyrolýznym efektom, ktorým sa vyznačujú moderné úpravy kotolní na tuhé palivá s výkonom 20 až 40 kW s dvomi spaľovacími komorami. V prídavnom oddelení sa spaľujú plyny vznikajúce pri prvom spaľovaní paliva. Mimochodom, minimalizácia produktov spaľovania na výstupe tiež zníži požiadavky na komín.
Výber materiálu potrubia
Rovnako ako pri inštalatérskych prácach, aj v systéme vykurovania s prirodzenou cirkuláciou možno použiť rúry vyrobené z plastu a kovu. Obmedzenia používania určitých materiálov závisia od individuálnych faktorov a podmienok. Napríklad otvorený vykurovací systém poskytuje väčší účinok prevzdušňovania okruhov kyslíkom a oxidom uhličitým, čo je pre oceľ nežiaduce. Naopak, polovodičový kov sa ospravedlní v uzavretých vetvách veľkoformátových sietí pracujúcich s vysokým zaťažením. Pri údržbe nekvalitnej vody je lepšie použiť medené rúry. Pre gravitačný vykurovací systém je použitie tohto kovu výhodné kvôli jeho odolnosti voči vysokým teplotám a minerálnym inklúziám v chladiacej kvapaline.
Meď aj plast majú v zásade tú výhodu, že ide o ľahké materiály, ktoré umožňujú presnú inštaláciu zložitých potrubných komunikačných vedení, čo je veľmi dôležité pri realizácii gravitačných systémov. Plast však stále nie je najlepšou možnosťou pre vykurovací systém ako taký – o to viacpracujúce pod vysokým tlakom rádovo 0,6 MPa. Existujú žiaruvzdorné polypropylénové rúry navrhnuté špeciálne na vykurovanie a vydržia asi 120 °C, ale problémy s tesnením sú bežnejšie na tupoch a prechodoch, ktoré nie sú také spoľahlivé ako kovové obrysové zvary.
Optimálny priemer potrubia
Na rozdiel od systémov s núteným obehom bude v tomto prípade hrúbka obrysov väčšia. Priemer potrubia gravitačného vykurovacieho systému je 50 mm, ale v rôznych oblastiach môžu existovať úpravy. Napríklad, aby sa zachovala tepelná účinnosť komplexu, inštalatéri odporúčajú zúžiť obrysy. Rozsah úpravy závisí od dĺžky plnej čiary od švu k druhému bodu prechodu.
Montážne nástroje a spotrebný materiál
Hlavný nástroj bude potrebný na kladenie, upevňovanie a spájanie rúr. Rezanie a zváranie sa vykonáva rezačkami rúr, plynovými rezačkami, invertorovými zariadeniami a spájkou. Ako pre plast, tak aj pre meď s oceľou, je vybraný váš zvárací nástroj s príslušným výkonom. To isté platí pre spotrebný materiál. Napríklad medené konštrukcie sú spojené spájkovaním pomocou svoriek a lisovacích tvaroviek. Na prepojenie medeného gravitačného vykurovacieho systému s okruhmi z iných materiálov sa používajú iba odnímateľné adaptéry a armatúry. Tento kov nepriľne dobre k iným materiálom. Ale v iných prípadoch je možné získať ľahkú spájku až do 450 ° Cacetylénové alebo propán-butánové horáky, ako aj elektrické spájkovačky. Okrem toho bude pre vysokokvalitné spojenie užitočné použiť teflónové pásky, tvarovky, T-kusy, dielektrické tesnenia atď.
Inštalačná technika
Pred začatím práce je potrebné vypracovať komunikačnú schému a akčný plán. Ďalej sa typická inštalácia vykonáva v nasledujúcom poradí:
- Montáž jednotlivých uzlov, prechodových úsekov a veľkých vedení bez pripevnenia k základni lokality.
- Inštalácia zariadenia - expanznej nádoby a kotla. Nádrž je možné namontovať v podkroví - hlavnou vecou je zachovať možnosť voľného zásobovania komunikáciou. Kotol môže vyžadovať malý tepelne odolný poter. Dodatočné upevnenie nie je potrebné, pretože tento typ podlahového zariadenia je na rovnom povrchu prakticky nehybný.
- Kovania ložísk sú inštalované pozdĺž obrysov tesnenia - podpery, svorky, závesy a iné upevňovacie jednotky.
- Pripravené obrysy rúr, prechodové diely, kolená a rohy sú namontované. Ako vyrobiť gravitačný vykurovací systém tak, aby bol čo najspoľahlivejší a chránený pred vonkajšími vplyvmi? Na upevnenie sa odporúča použiť takzvané plávajúce svorky, ktoré poskytujú nie tvrdú, ale mäkkú fixáciu. Sú pevne pripevnené k pripravenému nosnému zariadeniu, ale upínacie mechanizmy dávajú rúre určitú voľnosť pohybu - pružiaci efekt, vďaka ktorému je eliminované riziko poškodeniapotrubia pod vonkajším dynamickým zaťažením.
- Komunikácia a vybavenie sú zviazané – odbočky, armatúry a prístrojové vybavenie sú v prípade potreby pripojené.
Sklon potrubia
Charakteristickým rysom zariadenia gravitačných systémov je potreba udržiavať uhol v polohe horizontálnych obrysov. Je potrebné zabezpečiť účinok prirodzenej gravitačnej cirkulácie potrebný na pohyb vody. Ako je uvedené v technických predpisoch SNiP, sklon gravitačného vykurovacieho systému by mal byť 10 mm na 1 m. Ak sa táto nuansa nepredvída, vedenia sa naplnia vzduchom a ohrev okruhov bude nerovnomerný.
Akú chladiacu kvapalinu použiť?
Optimálnym pracovným médiom pre systémy s prirodzenou cirkuláciou je voda. Odmietnutie nemrznúcej zmesi, ktorá sa často používa pri ohreve kvapaliny, je spojená s jej vysokou hustotou a nízkym prenosom tepla. Berúc do úvahy skromný výkon gravitačného vykurovacieho systému a povinnú požiadavku na gravitačný posun chladiacej kvapaliny, nemrznúca zmes je eliminovaná. To však neznamená, že alternatívne nemrznúce zmesi možno v zásade opustiť. Vhodné zmesi musia mať vysokú tekutosť (nie nižšiu ako voda) a schopnosť nestrácať fyzikálne vlastnosti pri extrémne vysokých a nízkych teplotách.
Výhody systému gravitačného prúdenia
Medzi silné stránky vykurovacích systémov s prirodzenou cirkuláciou patria:
- Energetická nezávislosť. Neprítomnosťžiadny externý zdroj energie nie je prekážkou využívania gravitačného vykurovania, takže v mnohých odľahlých regiónoch zostáva táto možnosť jedinou možnosťou.
- Spoľahlivosť a odolnosť. Absencia vibrácií, ktoré v bežných systémoch vytvárajú obehové čerpadlá. To umožňuje použitie medených potrubí, ako aj organizáciu gravitačných vykurovacích systémov vyrobených z polypropylénu, avšak s výhradou ich odolnosti voči vysokým teplotám.
- Jednoduchá údržba. Absencia zložitých regulačných jednotiek s automatizáciou robí systém dostupnejším pre diagnostiku a opravy doma.
Nevýhody systému gravitačného prúdenia
Samozrejme, nedostatok podpory pohybu chladiacej kvapaliny z obehového čerpadla alebo iného energetického zariadenia so zdrojmi viedol k množstvu nedostatkov takýchto systémov:
- Funkčné obmedzenia z hľadiska nastavenia. Týka sa to najmä možnosti flexibilného nastavenia teplotných režimov ohrievačov, no prevádzka kotlov na tuhé palivá sama o sebe vylučuje akúkoľvek automatizáciu riadenia.
- Systém gravitačného vykurovania je možné vzhľadom na jeho skromný výkon použiť len v malých domoch s nízkymi požiadavkami na vykurovanie. K tomu sa pridáva nestabilita obehu.
- Oneskorenie pohybu chladiacej kvapaliny v zime môže viesť k zamrznutiu kvapaliny. Z tohto dôvodu je hľadanie nemrznúcich prísad do vody opodstatnené.
Záver
Potrubie s prirodzenou cirkuláciou pracovného média v dobe progresívnej mechaniky a programovateľné kotly s kotlami pôsobia zastaralo a neefektívne. V mnohých ohľadoch je to pravda, ale v kontexte rastúcej spotreby energie nevyzerá gravitačný vykurovací systém pre súkromný dom úplne mimo. Po prvé, ak podmienky krajiny neumožňujú používanie plynových a elektrických kotlov, potom bude toto rozhodnutie viac ako opodstatnené. Po druhé, niekoľko nákladových položiek sa odstráni naraz kvôli nákladom na energiu s palivom a údržbe komplexného zariadenia.
