O conceito de um dispositivo de refrigeração por gravidade pode ser comparado em certo sentido com a ventilação natural, na qual a livre circulação de fluxos de ar é realizada. No caso do ambiente aquático, o movimento ocorre ao longo dos contornos sem suporte de energia e energia de dispositivos e recursos de terceiros. Isso oferece as vantagens de um sistema de aquecimento por gravidade, mas também causa várias desvantagens. Uma delas é a complexidade de sua implementação técnica.
Como o sistema funciona
A gravidade é assegurada pela lei da física, segundo a qual correntes quentes de ar e água sobem naturalmente. Ao contrário dos sistemas com circulação forçada, não há necessidade de ligar equipamentos de bombeamento ou geradores de vapor que empurram o meio de trabalho sob pressão ao longo docontornos. Nas condições de uma casa particular, um sistema de aquecimento por gravidade é benéfico apenas pela conexão mínima de comunicação indireta e nós de energia. Mas isso não significa que o usuário terá que lidar apenas com tubos. Uma caldeira localizada no ponto mais baixo do complexo será responsável pelo aquecimento da água. A partir dele, por meio de tubulações, os fluxos serão direcionados para os aquecedores-consumidores do refrigerante (convectores, radiadores, baterias). Além disso, a água já resfriada passa para a seção do tanque de expansão e, à medida que se acumula, transborda para o canal de drenagem - para a caldeira ou para o esgoto.
Sistemas de um e dois tubos
Os esquemas para circuitos de aquecimento podem ser diferentes. No sistema de tubo único mais simples, não há riser de retorno de refrigerante com entrada de água. Sistemas verticais desse tipo são tecnicamente mais fáceis de implementar, o que economiza esforço físico e financeiro. Mas também existem sérias desvantagens nos sistemas de aquecimento por gravidade de tubo único, que são expressos nas seguintes nuances:
- A f alta de capacidade de ajustar a temperatura para cada aquecedor separadamente, pois eles estão conectados em série.
- Colocação obrigatória de tanque de expansão para enchimento vertical.
- Exigências de pressão mais altas para circulação de água. Por esta razão, os sistemas de tubo único são mais frequentemente executados de acordo com os princípios de movimento forçado do refrigerante com a conexão de bombas.
Em um sistema de dois tubos, o calor é distribuído uniformemente. Um circuito direciona fluxos quentes para radiadores condicionais,e o segundo atende ao ramal de retorno, por meio do qual a água fria retorna ao equipamento receptor. Devido ao equilíbrio do refrigerante na tubulação, o esquema de dois circuitos é mais facilmente passível de regulação natural com o efeito da gravidade sem o suporte de equipamentos de circulação adicionais.
Sistemas abertos e fechados
A diferença entre esses sistemas está no desempenho do tanque de expansão - o ponto alto de todo o complexo. Em tanques abertos, a água se acumula até que o mecanismo de flutuação funcione. O líquido enche o tanque até um certo nível, após o qual o flutuador ativa a liberação da mistura de ar e o enchimento através do riser conectado. Em um sistema de aquecimento por gravidade fechado, é usado um tanque de membrana, no qual são fornecidas duas seções - com ar (mistura de gases) e água na parte inferior. Na pressão mínima, o recipiente está vazio, mas à medida que se enche de líquido, a membrana começa a comprimir a parte superior, abrindo assim a válvula de ar e equalizando a pressão.
Seleção de caldeira
Usar o conceito de aquecimento por gravidade em si significa que nem gás nem eletricidade são fornecidos na casa. Caso contrário, seria mais racional organizar a circulação forçada com fornecimento de calor de energia suficiente da fonte de energia principal. Portanto, a única opção para uma caldeira para um sistema de aquecimento por gravidade será uma unidade de combustível sólido - por exemplo, a lenha. A combinação de circulação natural e um fogão tradicional também dá motivosfalar sobre o baixo poder do complexo. O sistema será inicialmente ineficiente, mas sua eficiência pode ser aumentada devido ao efeito de pirólise, que distingue as modificações modernas das caldeiras de combustível sólido com capacidade de 20 a 40 kW com duas câmaras de combustão. No compartimento adicional, os gases gerados durante a primeira combustão do combustível são queimados. A propósito, minimizar os produtos de combustão na saída também reduzirá os requisitos para a chaminé.
Escolha do material do tubo
Assim como no encanamento, tubos de plástico e metal podem ser usados para um sistema de aquecimento por circulação natural. As restrições ao uso de certos materiais dependem de fatores e condições individuais. Por exemplo, um sistema de aquecimento aberto proporciona um efeito maior de arejamento dos circuitos com oxigênio e dióxido de carbono, o que é indesejável para o aço. Por outro lado, o metal em estado sólido se justificará em ramais fechados de redes de grande formato operando com altas cargas. Ao fazer a manutenção de água de má qualidade, é melhor usar tubos de cobre. Para um sistema de aquecimento por gravidade, o uso deste metal é benéfico devido à sua resistência a altas temperaturas e inclusões minerais no refrigerante.
Em princípio, tanto o cobre quanto o plástico têm a vantagem de serem materiais leves que permitem a instalação precisa de linhas de comunicação de dutos complexas, o que é muito importante na implementação de sistemas de gravidade. No entanto, o plástico ainda não é a melhor opção para o sistema de aquecimento como tal - ainda maisoperando sob alta pressão da ordem de 0,6 MPa. Existem tubos de polipropileno resistentes ao calor projetados especificamente para aquecimento e podem suportar cerca de 120°C, mas problemas de vedação são mais comuns em pontas e transições, que não são tão confiáveis quanto soldas de contorno de metal.
Diâmetro ideal do tubo
Ao contrário dos sistemas com circulação forçada, neste caso, a espessura dos contornos será maior. O diâmetro do tubo de um sistema de aquecimento por gravidade é de 50 mm, mas pode haver ajustes em diferentes áreas. Por exemplo, para manter a eficiência térmica do complexo, os encanadores recomendam estreitar os contornos. A quantidade de ajuste depende do comprimento da linha sólida da costura até o outro ponto de transição.
Ferramentas de montagem e consumíveis
A ferramenta principal será necessária para colocação, fixação e conexão de tubos. O corte e a soldagem são realizados com cortadores de tubos, cortadores de gás, dispositivos inversores e solda. Tanto para plástico quanto para cobre com aço, sua ferramenta de soldagem de potência apropriada é selecionada. O mesmo se aplica aos consumíveis. Por exemplo, as estruturas de cobre são conectadas por solda usando acessórios de grampo e crimpagem. Para conectar um sistema de aquecimento por gravidade de cobre com circuitos feitos de outros materiais, são usados apenas adaptadores e acessórios destacáveis. Este metal não adere bem a outros materiais. Mas em outros casos, solda leve até 450 ° C pode ser obtidamaçaricos de acetileno ou propano-butano, bem como ferros de solda elétricos. Além disso, para conexões de alta qualidade, será útil usar fitas de teflon, conexões, tês, juntas dielétricas, etc.
Técnica de instalação
Antes do trabalho, deve ser elaborado um esquema de comunicação e um plano de ação. Além disso, a instalação típica é realizada na seguinte ordem:
- Montagem de nós individuais, seções de transição e grandes linhas sem fixação na base do terreno.
- Instalação de equipamentos - tanque de expansão e caldeira. O tanque pode ser montado no sótão - o principal é manter a possibilidade de fornecimento gratuito de comunicações. A caldeira pode exigir uma pequena mesa resistente ao calor. A fixação adicional não é necessária, pois esse tipo de equipamento de piso fica praticamente imóvel em uma superfície plana.
- As conexões do rolamento são instaladas ao longo dos contornos da gaxeta - suportes, grampos, suspensões e outras unidades de fixação.
- Contornos de tubos preparados, peças de transição, cotovelos e cantos são montados. Como fazer um sistema de aquecimento por gravidade para que seja o mais confiável e protegido possível de influências externas? Para fixação, recomenda-se o uso dos chamados grampos flutuantes, que proporcionam uma fixação não dura, mas macia. Eles estão firmemente presos ao equipamento transportador preparado, mas os mecanismos de fixação dão ao tubo alguma liberdade de movimento - um efeito elástico, devido ao qual o risco de danos é eliminadotubos sob carga dinâmica externa.
- Comunicações e equipamentos estão sendo amarrados - ramais, conexões e instrumentação são conectados, se necessário.
Inclinação da tubulação
Uma característica do dispositivo de sistemas de gravidade é a necessidade de manter o ângulo na posição dos contornos horizontais. É necessário fornecer o efeito da circulação gravitacional natural necessária para o movimento da água. Conforme observado nos regulamentos técnicos do SNiP, a inclinação do sistema de aquecimento por gravidade deve ser de 10 mm por 1 m. Se essa nuance não for prevista, as linhas se encherão de ar e o aquecimento dos circuitos será irregular.
Qual refrigerante usar?
O meio de trabalho ideal para sistemas de circulação natural é a água. A rejeição do anticongelante, que é frequentemente usado no aquecimento de líquidos, está associada à sua alta densidade e baixa transferência de calor. Tendo em conta o desempenho modesto de um sistema de aquecimento por gravidade e o requisito obrigatório para o deslocamento gravitacional do refrigerante, o anticongelante é eliminado. Mas isso não significa que composições anticongelantes alternativas possam ser abandonadas em princípio. Misturas adequadas devem ter alta fluidez (não inferior à água) e a capacidade de não perder propriedades físicas em temperaturas extremamente altas e baixas.
Prósias de um sistema de fluxo por gravidade
Entre os pontos fortes dos sistemas de aquecimento por circulação natural estão os seguintes:
- Independência energética. Ausêncianenhuma fonte externa de energia é um obstáculo para o uso de aquecimento por gravidade, então em muitas regiões remotas esta opção continua sendo a única opção.
- Confiabilidade e durabilidade. Ausência de vibrações, que em sistemas convencionais criam bombas de circulação. Isso permite o uso de tubulações de cobre, bem como a organização de sistemas de aquecimento por gravidade em polipropileno, mas sujeitos à sua resistência a altas temperaturas.
- Fácil manutenção. A ausência de unidades regulatórias complexas com automação torna o sistema mais acessível para diagnósticos e reparos em casa.
Contras do sistema de fluxo por gravidade
Claro, a f alta de suporte para o movimento do refrigerante da bomba de circulação ou outro equipamento de energia com recursos levou a uma série de deficiências de tais sistemas:
- Limitações funcionais em termos de ajuste. Isso diz respeito principalmente à possibilidade de ajuste flexível dos regimes de temperatura dos aquecedores, mas a operação de caldeiras a combustível sólido por si só exclui qualquer automação no controle.
- Devido ao seu desempenho modesto, um sistema de aquecimento por gravidade só pode ser usado em casas pequenas com baixos requisitos de aquecimento. Soma-se a isso a instabilidade da circulação.
- Atrasos no movimento do refrigerante no inverno podem levar ao congelamento do líquido. Por isso, justifica-se a busca por aditivos anticongelantes para água.
Conclusão
Tubos com circulação natural do meio de trabalho na era da mecânica progressiva e caldeiras programáveis com caldeiras parecem obsoletas e ineficientes. De muitas maneiras, isso é verdade, mas no contexto do crescente consumo de energia, um sistema de aquecimento por gravidade para uma casa particular não parece completamente deslocado. Em primeiro lugar, se as condições do país não permitirem o uso de caldeiras a gás e elétricas, essa decisão será mais do que justificada. Em segundo lugar, vários itens de despesas são retirados de uma só vez, devido ao custo de energia com combustível e manutenção de equipamentos complexos.
