Схема отопления с естественной циркуляцией: Страница не найдена – Совет Инженера

Системы отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления частного дома может быть реализовано с естественной или принудительной циркуляцией. От выбранного режима движения теплоносителя по трубам и радиаторам в значительной мере зависят характеристики и особенности эксплуатации системы. Традиционным вариантом, который используется уже в течение многих десятилетий, является система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

Такие системы применяются еще с тех пор, когда единственным доступным вариантом котельного оборудования для частного дома был простой твердотопливный котел. Достаточно широко самотечные системы распространены и сегодня.

В каталоге ТМ Ogint представлены эффективные радиаторы, комплектующие и дополнительные устройства для создания систем с естественной циркуляцией. Предлагаемая продукция позволит обеспечить максимально эффективную и надежную работу отопления.

Состав системы

Отопительная система с естественной циркуляцией (или система гравитационного типа) состоит из следующих основных компонентов:

• котел. Возможно применение любых типов котлов за исключением электрических;
• трубопровод;
• радиаторы. В качестве отопительных приборов могут использоваться все виды радиаторов Ogint, которые обеспечат максимальную теплоотдачу и эффективную работу системы;
• расширительный бак открытого типа.

Принцип действия

Принцип работы основан на разнице термодинамических характеристик нагретого и остывшего теплоносителя. Движение теплоносителя обеспечивается за счет его нагрева котлом.

При нагреве теплоноситель расширяется. Таким образом, горячая вода на выходе из котла имеет низкую плотность, а значит и меньший вес. При прохождении через систему радиаторов вода отдает свое тепло и охлаждается. Плотность холодной воды выше, а значит и выше ее вес. В результате создается разница давления в подающей и обратной магистралях, достаточная для циркуляции теплоносителя.

Более тяжелая вода из обратки вытесняет нагретую котлом воду. В свою очередь, горячий теплоноситель, обладающий меньшей плотностью, легко поднимается вверх по центральному стояку. Подающий трубопровод располагается в верхней части помещения. Вода распределяется по радиаторам, остывает и направляется в обратную магистраль. Так обеспечивается цикл движения теплоносителя.

Очень важно соблюсти уклон при монтаже трубопроводов. Это необходимо для нормальной гравитационной циркуляции теплоносителя. Наклон труб должен иметь величину не менее 0,005 м на погонный метр. Наклон подающего трубопровода должен иметь направления от котла, а обратного трубопровода — к котлу.

Чтобы теплоноситель эффективно циркулировал в системе, его расширение должно быть довольно значительным. Поэтому обязательным является использование расширительного бака достаточно большого объема, в который поднимаются излишки разогретого теплоносителя.

Бак размещается, как правило, на неотапливаемом чердаке и не закрывается крышкой. В связи с этим самотечную систему также называют открытой. Размещение бака вверху дает создает дополнительное давление, что улучшает движение теплоносителя.

Для монтажа трубопроводов могут использоваться различные схемы разводки. В том числе может применяться однотрубная система «ленинградка» и традиционная двухтрубная система. Отопление работает лучше при использовании двухтрубной схемы. Что касается выбора батарей, то оптимальным решением будут чугунные радиаторы Ogint за счет небольшого гидравлического сопротивления. Также можно использовать биметаллические радиаторы Ogint.

Преимущества и недостатки систем с естественной циркуляцией

По сравнению с закрытой системой с принудительной циркуляцией, самотечная система является более простой и надежной. Для нее характерны следующие преимущества:

• простота в эксплуатации, обслуживании и ремонте;
• бесшумная работа;
• повышенная надежность. В системе отсутствует циркуляционный насос, который может изнашиваться и выходить из строя;
• движение теплоносителя за счет разницы температур обеспечивает способность к саморегуляции системы, что дает равномерный прогрев помещений;
• энергонезависимость. В отличие от закрытых систем, а также от таких альтернативных решений, как теплые полы или электрические конвекторы, самотечная система может работать без электроснабжения.

Однако имеют такие системы и ряд серьезных недостатков. Даже небольшая ошибка в расчете может привести к тому, что теплоноситель не будет нормально циркулировать. Также необходимость соблюдения уклона обуславливает достаточно сложный монтаж. Для циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы большого диаметра, что приводит к повышению затрат.

Вода в расширительном баке испаряется, поэтому необходимо регулярно контролировать ее уровень. Также за счет открытого бака теплоноситель поглощает атмосферный воздух. Это может привести к завоздушиванию системы. Решить эту проблему позволяют комплектующие ТМ Ogint (краны Маевского для сброса воздуха и другие воздухоотводчики). Кроме того, открытый бак не дает возможности применять в качестве теплоносителя антифриз.

Характерной проблемой самотечных систем является то, что даже кратковременные перерывы в работе котла могут приводить к замерзанию воды в расширительном бачке и трубопроводах, что становится причиной аварии. Для предотвращения таких ситуаций может использоваться термоаккумулятор.

Система с естественной циркуляцией может использоваться только при ограниченной длине трубопроводов. Она подходит для обогрева только небольшого одноэтажного здания. Если необходимо обогреть двухэтажный дом с большим количеством помещений, то самотечная система с этой задачей не справится.

VALTEC | Мифы «гравитационки»

Несмотря на то что отопительная техника с каждым годом совершенствуется и дополняется новыми прогрессивными техническими решениями и высокоэффективным оборудованием, системы водяного отопления с естественной циркуляции теплоносителя продолжают занимать весьма существенную долю в теплоснабжении. Они широко и успешно применяются как в индивидуальном жилищном и коттеджном строительстве, так и при сооружении объектов в районах, где электроснабжение либо отсутствует, либо осуществляется с перебоями.

Гравитационная система водяного отопления, принцип действия которой показан на рис. 1,  была изобретена еще в 1777 г. французским физиком Боннеманом (Bonneman) для обогрева инкубатора.

Рис. 1.  Принцип действия гравитационной системы отопления.

Начиная с 1818 г., системы отопления Боннемана стали широко применяться в Европе, правда, в основном для теплиц и оранжерей. Основы методики теплового и гидравлического расчета систем с естественной циркуляцией были разработаны англичанином Гудом (Hood) в 1841 г. Именно он теоретически доказал пропорциональность скоростей циркуляции теплоносителя квадратным корням из разницы высот центра нагрева и центра охлаждения, то есть перепада высот междукотлом и радиатором. Естественная циркуляция воды в системах отопления была достаточно хорошо изучена и имела мощную теоретическую поддержку. Однако споявлением насосных отопительных систем интерес ученых к «гравитационке» постепенно угасал. Теорию естественной циркуляции бегло и поверхностно освещаютв институтских курсах. При устройстве таких систем монтажники в основном пользуются советами «бывалых» да теми скупыми требованиями, которые изложены внормативных документах. Но нормативные документы лишь диктуют требования, но не дают объяснения причин появления того или иного «постулата». В связи с этим в кругу специалистов циркулирует достаточно много мифов, которые и хотелось бы немного развеять.

Рис. 2. Пример двухтрубной системы отопления с естественной циркуляцией

Для этого используем пример классической двухтрубной гравитационной системы отопления (рис. 2), со следующими исходными данными: первоначальный объем теплоносителя в системе – 100 л; высота от центра котла до поверхности нагретого теплоносителя в баке Н = 7 м; расстояние от поверхности нагретого теплоносителя в баке до центра радиатора второго яруса h₁ = 3 м, расстояние до центра радиатора первого яруса h₂ = 6 м.

Температура на выходе из котла – 90 °С, на входе в котел – 70 °C. Действующее циркуляционное давление для радиатора второго яруса можно определить поформуле:

Δp₂ = (ρ_{2–ρ1) · g · (H – h1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 3) = 470,4 Па.}

Для радиатора первого яруса оно составит:

Δp₁ = (ρ₂ –_{ρ1) · g · (H – h1) = (977 – 965) · 9,8 · (7 – 6) =117,6 Па.}

При более точных расчетах учитывается также остывание воды в трубопроводах.

Миф 1. Трубопроводы должны прокладываться с уклоном по направлению движения теплоносителя. Не спорим, так было бы не плохо, но на практике это требование не всегда удается выполнить. Где-то балка покрытия мешает, где-то потолки устроены в разных уровнях и т.п. Что же будет, если выполнить подающий трубопровод с контруклоном (рис. 3)?

Рис. 3. Пример выполнения верхнего розлива с контруклоном

Если грамотно подойти к решению этого вопроса, то ничего страшного не произойдет. Циркуляционное давление если и снизится, то на ничтожно малую величину (несколько паскалей), за счет паразитного влияния остывающего в верхнем розливе теплоносителя. Воздух из системы придется удалять с помощью проточного воздухосборника и воздухоотводчика. Пример этого устройства показан на рис. 4. Дренажный кран служит для выпуска воздуха в момент заполнения системы теплоносителем. В «крейсерском» режиме этот кран закрыт. Такая система останется полностью работоспособной.

Рис. 4. Пример устройства для выпуска воздуха из верхнего розлива

Миф 2. В системах с естественной циркуляцией охлажденный теплоноситель вверх двигаться не может. Это вовсе не так. Для циркуляционной системы понятие «верха» и «низа» очень условны. Если обратный трубопровод на каком-то участке поднимается, то где-то он на эту же высоту и опускается. То есть гравитационные силы уравновешиваются.Все дело лишь в преодолении дополнительных местных сопротивлений на поворотах и линейных участках трубопровода. Все это, а также возможное остываниетеплоносителя на участках подъема должно учитываться в расчетах. Если система грамотно рассчитана, то схема, представленная на рис. 5, вполне имеет право на существование. Мало того, в начале прошлого века такие схемы достаточно широко применялись, несмотря на свою слабую гидравлическую устойчивость.

Рис. 5. Схема с верхним расположением обратного трубопровода

Миф 3. В гравитационных системах подающий трубопровод должен проходить над всеми ярусами радиаторов. Это тоже совсем не обязательно. Расположение подающего трубопровода с надлежащим уклоном под потолком верхнего этажа или на чердаке позволяет удалять воздух из системы через открытый расширительный бак. Однако проблему удаления воздуха можно решить и с помощью автоматических воздухоотводчиков (рис. 6) или отдельной воздушной линии.

Рис. 6. Схема с нижним расположением подающей линии

Миф 4. При естественной циркуляции теплоносителя радиаторы обязательно должны располагаться выше центра теплогенератора (котла). Это утверждение справедливо только при расположении отопительных приборов в один ярус. При количестве ярусов два и более, радиаторы нижнего яруса можно располагать и ниже котла, что, естественно, должно быть проверено гидравлическим расчетом. В частности, для примера, показанного на рис. 7, при H = 7 м, h₁ = 3 м, h₂ = 8 м, действующее циркуляционное давление составит:

g · [H  · (ρ₂ –_{ρ1)  – h1 · (ρ2–ρ1)  – h2 · (ρ2–ρ3)] = 9,9 · [ 7· (977 – 965) – 3 · (973 – 965) – 6 · (977 – 973)] = 352,8 Па.}

Здесь: ρ₁ = 965 кг/м³ – плотность воды при 90 °С; ρ₂ = 977 кг/м³ – плотность воды при 70 °С; ρ₃ = 973 кг/м³ – плотность воды при 80 °С.

Циркуляционного давления вполне достаточно для работоспособности такой системы.

Рис. 7. Однотрубная гравитационная система с расположением радиаторов ниже котла

Миф 5. Гравитационную систему отопления, рассчитанную на водяной теплоноситель, можно безболезненно перевести на незамерзающий теплоноситель. Без расчета такая замена может привести к полному отказу системы отопления. Дело в том, что этилен- и полипропиленгликолевые растворы обладают значительно большей вязкостью, чем вода. Кроме того, удельная теплоемкость этих смесей несколько ниже, чем у воды, что требует, при прочих равных условиях, ускоренной циркуляции теплоносителя. Эти два фактора вместе взятые существенно увеличивают расчетное гидравлическое сопротивление системы, заполненной теплоносителями с низкой температурой замерзания.

Миф 6. В открытый расширительный бак необходимо постоянно доливать теплоноситель, т.к. он интенсивно испаряется. Да, это действительно большое неудобство, но его можно легко устранить. Для этого используется воздушная трубка и гидравлический затвор, устанавливаемый, как правило, ближе к нижней точке системы, рядом с котлом (рис. 8). Такая трубка служит воздушным демпфером между гидравлическим затвором и уровнем теплоносителя в баке, поэтому, чем больше ее диаметр, тем лучше. Тем меньше будет уровень колебаний уровня в бачке гидрозатвора. Некоторые умельцы умудряются закачивать в воздушную трубку азот или инертные газы, тем самым предохраняя систему от проникновения кислорода.

Рис. 8. Воздушная трубка с гидрозатвором

Миф 7. Насос, установленный на байпасе главного стояка, не создаст эффекта циркуляции, т.к. установка запорной арматуры на главном стояке междукотлом и расширительным баком запрещена. Можно поставить насос на байпасе обратной линии, а между врезками насоса установить шаровой кран. Такое решение не очень удобно, т.к. каждый раз перед включением насоса надо не забыть перекрыть кран, а после выключения насоса – открыть. Установка обычного пружинного обратного клапана невозможна из-за его значительного гидравлического сопротивления. Домашние мастера пытаются препарировать обратные клапаны, снимая с них пружинки совсем или устанавливая их «наоборот» (превращая клапан в нормально открытый). Такие переделанные клапаны создадут в системе неповторимые звуковые эффекты из-за постоянного «хлюпанья» с периодом, пропорциональным скорости теплоносителя.Есть гораздо более эффективное решение: на главном стояке между врезками байпаса устанавливается поплавковый обратный клапан для гравитационных систем VT.202 (рис. 9), который скоро появится в ассортименте VALTEC. Поплавок клапана в режиме естественной циркуляции открыт и не мешает движению теплоносителя. При включении насоса на байпасе клапан перекрывает главный стояк, направляя весь поток через байпас с насосом.

Рис. 9. Установка поплавкового нормально отрытого обратного клапана

Водяные системы отопления с естественной циркуляцией окутаны еще многими мифами, которые предлагаем вам развеять самостоятельно:

• расширительный бак можно врезать только над главным стояком;
• в таких системах нельзя ставить мембранный расширительныйбак;
• регулировать тепловой поток от радиаторов в гравитационных системах нельзя;
• естественная циркуляция не работает в межсезонье;
• байпасы перед радиаторами в таких системах недопустимы;
• водяные теплые полы в гравитационных системах работать не будут.

Автор: В.И. Поляков

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя

Систему отопления с естественной циркуляцией водяного теплоносителя запантетовал в 1832 г. российский ученый-металлург П.Г. Соболевский. В наш век стремительно изменяющихся технологий эту схему (называемую также гравитационной или самотечной) теплоснабжения частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность. Самотечная система отопления по-прежнему широко используется в строительстве своими руками собственного дома и считается оптимальным технико-экономическим решением. Небольшое давление в сети ограничивает область ее применения, но для одноэтажного жилого здания данная схема весьма эффективна и часто рассматривается в качестве альтернативы отоплению с использованием насосных агрегатов.

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления с естественной циркуляции

Схема движения водяного теплоносителя в системе отопления с естественной циркуляцией

В схеме приняты следующие обозначения:

• поз. 1 – котел отопления;
• поз. 2 – бак расширительный;
• поз. 3 – радиаторы отопления;
• Т1 – нагретый теплоноситель, красными стрелками показано направление его движения;
• Т2 – остывший теплоноситель, синие стрелки указывают на его движение в контуре.

В автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается применение специальных незамерзающих составов-антифризов, но в системах с естественной циркуляцией теплоносителя использовать антифризы не рекомендуется.

Главные недостатки антифризов для использования в контуре отопления естественной циркуляции:

• В схеме отопления с естественной циркуляцией в конструкциях расширительных баков предусмотрен контакт с окружающим атмосферным воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую экологию;
• Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодическом пополнении;
• У антифризов низкая теплоотдача, способствующая малому съему тепла радиаторами от теплоносителя при его циркуляции. Это приводит к перегреву антифриза в контуре и самого котла;
• Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающих проходное сечение в трубках.

Наиболее оптимальным носителем тепла в контуре гравитационного типа для отопления одноэтажного или двухэтажного жилого здания является водяной теплоноситель благодаря своей дешевизне и доступности.

Естественная циркуляция в контурах отопления

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого здания являются:

• Котел, нагревающий водяной теплоноситель;
• Расширительный бак, представляющий собой емкость для сброса излишков воды, появляющихся при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагреве;
• Трубопроводы подачи из котла горячей воды в отопительные радиаторы и возврата остывшей жидкости из радиаторов обратно в котел (за что возвратная часть теплосети в обиходе получила название обратки). Вместе они составляют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
• Отопительные радиаторы.

Схема теплосети отопления с естественной циркуляцией для обогрева частного дома

При разогреве теплоносителя его объем увеличивается, излишки нагретой воды поднимаются вертикально вверх к расширительному баку, в системе создается гидростатическое давление, зависящее от разности весов водяных столбов горячей (линия подачи) и холодной (линия обратки) воды.

Под этим давлением горячая вода поступает с верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления. Остывшая в радиаторах вода поступает по обратке (синяя линия) на вход котла. Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна лишь в том случае, если при монтаже обеспечены уклоны горизонтальных участков трубопроводной теплотрассы в сторону движения жидкости. Тогда теплоноситель сможет перемещаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Другим фактором, влияющим на перемещение жидкости, является циркуляционный напор, обозначенный на рисунке буквой Н. Чем выше перепад уровней размещения радиаторов и котла, тем быстрее движение воды в контуре.

В гравитационных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому нередко данную систему называют открытой. Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, там и устанавливают бак, открытый для контакта с атмосферой. Систему, использующую герметичные баки, называют закрытой. В ее составе используется насос, по принципу действия она уже принудительного характера.

Скорость движения воды

При цикличных изменениях температуры горячая вода находится в верхней части теплосети, холодная влага движется в нижних трубах. Основной побудительной силой для естественного (без принуждения от насоса) движения жидкости в контуре является циркуляционный напор, зависящий от соотношения высот расположения котла и самого нижнего радиатора. На рисунке ниже представлена графическая схема возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянную величину для данной схемы и не изменяется во время работы системы отопления.

Схема возникновения циркуляционного напора

Для создания оптимального напора отопительный котел устанавливается с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь, расширительный бак необходимо установить повыше. Довольно часто его ставят на чердаке дома.

Скорость циркулирования воды в контуре при монтаже своими руками гравитационной отопительной системы частного дома определяется следующими факторами:

1. Величиной циркуляционного напора. Чем он больше, тем выше скорость протекания воды в теплотрассе;
2. Диаметрами труб отопительной разводки. Малые размеры внутреннего сечения трубы будут оказывать большее сопротивление водяному потоку, чем трубы с диаметром побольше. Для однотрубной или двухтрубной самотечных систем под разводку намеренно завышают размеры труб до Д_у 32-40 мм;
3. Материалами изготовления труб контура. У современных полипропиленовых труб сопротивление потоку в несколько раз ниже, чем у поврежденных коррозией и покрытых отложениями стальных трубопроводов;
4. Наличием поворотов в сети теплотрассы. Идеальный вариант – прямой трубопровод;
5. Обилием арматуры, переходников, подпорных шайб. Каждый вентиль снижает величину напора.

Процессы естественной циркуляции весьма инертны и протекают медленно. Время между растопкой котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Монтажные схемы контуров

По способу присоединения радиаторов отопления принято выделять две схемы монтажа контуров отопительных систем: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение обогревающих приборов на подающем контуре. Пройдя от верхней точки сквозь все радиаторы (линия красного цвета), вода возвращается по обратке (линия синего цвета) к котлу.

Однотрубная схема самотечной системы отопления

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных контура циркуляции. По одному протекает горячий теплоноситель, подводящий тепло к радиаторам, по другому контуру – остывшая вода отправляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже показана двухтрубная система отопления двухэтажного дома. Раздача теплоносителя (линия красного цвета) по радиаторам начинается с максимальной высоты Н, обеспечивающей требуемый циркуляционный напор. Остывший теплоноситель (линия синего цвета) собирается в обратке и направляется на вход котла.

Двухтрубная схема самотечной системы отопления

Схема циркуляции. Видео

О том, что из себя представляет схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, можно узнать из видео ниже.

Гравитационные системы обогрева частного дома импонируют своей простотой устройства, легкостью обслуживания и энергонезависимостью. В них отсутствуют насосные агрегаты, своим шумом создающие дискомфорт проживающим, нет вибраций, сопровождающих их работу. Срок безаварийной службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, поскольку в них отсутствуют электрические насосы и средства автоматики. В целом самотечные схемы проигрывают принудительным системам отопления по ряду пунктов:

• излишняя инерционность вынуждает ждать несколько часов, пока контур выйдет на требуемый тепловой режим;
• сложность монтажа, вызванная необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
• отсутствие насоса ограничивает общую протяженность теплотрассы;
• постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке.

Наиболее подходящей областью применения системы с естественной циркуляцией являются частные дома невысокой этажности (1-2 этажа), площадью до 100 кв. м и горизонтальным радиусом самотечной цепи не более 30 м.

Размещение оборудования системы отопления с естественной циркуляцией в доме

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Система отопления с естественной циркуляцией: принцип работы

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (гравитационная система отопления) не имеет в своей конструкции циркуляционных насосов, а циркуляция теплоносителя осуществляется путем использования природных физических законов. Ее большим плюсом есть то, что она является весьма долговечной и не требует для своего функционирования наличия дополнительных источников энергии и дорогостоящего оборудования. При правильном проектировании и качественно выполненном монтаже гравитационная система отопления может работать без капитального ремонта не менее 35-40 лет. Она характеризуется небольшой протяженностью трубопроводов (ограничен радиус действия по горизонтали до 30 м), низкие гидравлические напоры и потери давления.

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (гравитационная система отопления) была изобретена и запатентована в 1832 г. русским инженером-металлургом, членом-корреспондентом Российской академии наук П. Г. Соболевским.

Принципиальная схема гравитационной системы отопления состоит из теплогенератора (отопительного котла), подающего и обратного магистральных трубопроводов, расширительного бака, и отопительных приборов (радиаторов).

Нагретый в теплогенераторе теплоноситель поступает по подающему и горизонтальным трубопроводам в нагревательные приборы (радиаторы), где происходит отдача им части своего тепла, в свою очередь элементы радиатора передают тепло в помещение. Затем по обратке (обратному трубопроводу) теплоноситель возвращается в теплогенератор, где снова подогревается до требуемой температуры, и далее цикл повторяется.

Естественная циркуляция теплоносителя (воды) по замкнутой системе трубопроводов обусловлена изменением веса и плотности жидкости, при повышении и понижении температуры. При нагреве теплоносителя в теплогенераторе снижается его масса и плотность в подающем трубопроводе. В тоже время в обратном трубопроводе находится уже отдавший свое тепло более холодный теплоноситель, имеющий большую массу и плотность. В системе возникает давление под действием сил гравитации – горячий теплоноситель поднимается вверх по подающей магистрали и растекается по горизонтальным трубопроводам самотеком, замещая холодный теплоноситель, который также самотеком поступает обратно в теплогенератор (котел). Расширительный бак принимает в себя теплоноситель, объём которого увеличивается с повышением температуры, создаёт и поддерживает постоянное давление.

Гравитационное давление вызывает движение теплоносителя, однако оно также расходуется на преодоление сопротивлений в трубах. Сопротивления вызываются в основном трением теплоносителя о стенки труб, а всевозможные разветвления, угловые повороты, присутствующие в системе являются дополнительными источниками сопротивлений. При проектировании отопления одной из главных задач является свести к минимуму сопротивления в трубопроводе. Для снижения сопротивления применяются трубы с большим сечением, также немалое значение имеет материал из которого изготовлены трубы.

Важным условием, обеспечивающим естественную циркуляцию теплоносителя, является наличие уклона в горизонтальных магистралях трубопроводов в сторону движения воды – уклон от подающего стояка к радиаторам, и уклон обратной магистрали от радиаторов к отопительному котлу. Если уклон будет выполнен в другую сторону, от система работать не будет.

Уклон трубопровода должен составлять как минимум 0,005 м на 1 метр погонный трубы.

Помимо обеспечения циркуляции теплоносителя уклон в трубах позволяет эффективно бороться с «завоздушиванием» системы. Пузырьки воздуха, образующиеся в процессе нагрева теплоносителя в системе, устремляется вверх по трубам и поступают в расширительный бак, а затем, соответственно, удаляются в атмосферу.

Проектируя систему отопления, необходимое гравитационное давление (циркуляционный напор) следует обязательно просчитывать по специальной формуле. Оно зависит от разности высот расположения котла и самого нижнего радиатора – чем больше эта разница (h), тем больше давление. Увеличению циркуляционного напора способствует также увеличение угла наклона подающей магистрали трубопровода, направленной в сторону радиаторов, и уклон обратной магистрали, направленной к теплогенератору (котлу).
Уклон трубопровода должен составлять, как минимум 0,005 м на 1 метр погонный трубы.

Такая схема позволяет теплоносителю легче преодолеть местные сопротивления в трубах. Возникающий циркуляционный напор также напрямую зависит от высоты установки радиаторов. Выполняя проектирование и последующий монтаж системы отопления с естественной циркуляцией, котёл размещают в самой нижней точке так, чтобы все теплообменники (радиаторы) находились выше него.

Трубопроводы систем отопления по виду монтажа подразделяются на одно- и двухтрубные. (Не следует путать понятия «двухпоточная», «однотрубная», «двухтрубная»: первое характеризует направление потоков теплоносителя, «цикличность» их в системе, а два последних – только способы соединения трубопроводов с отопительными приборами при соблюдении цикличности).

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:

1. Экономичность. Для функционирования системы не требуются электронасосы.
2. Независимость от электричества. Теплоснабжение осуществляется за счет наличия топлива в котле. Поэтому отключение электроэнергии не сказывается на работе отопительных приборов.
3. Отсутствует вибрация и различные шумы, которые характерны при функционировании электрооборудования.
4. Саморегуляция. Такая схема естественной циркуляции отопления обеспечивает подачу одинакового количества тепла на все радиаторы.
5. Простота монтажа. Установку системы можно произвести и самостоятельно, даже не имея специальных навыков и знаний.
6. 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. Конечно, для отопления деревянного дома можно использовать и искусственную систему теплоснабжения, но схема отопления без насоса все же встречается чаще. Более детально о системе отопления с насосной циркуляцией мы уже писали здесь.

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. Схема подобной системы отличается простотой. Поэтому ее установку можно провести и своими руками. По периметру жилого помещения пускается труба. Выбирать надо трубы большого диаметра – не меньше ДУ32.

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.

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией — Отопление и утепление

Содержание статьи

Что такое система с естественной циркуляцией.

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Системы отопления (СО) частных домов выполняются по двум основным схемам работы: отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией (ЕЦ) и принудительной (ПЦ) циркуляцией теплоносителя.
Несмотря на то, что вторая является более эффективной, система ЕЦ до сих пор достаточно часто используется в частном домостроении, особенно в небольших по площади одноэтажных домах.

Если говорить о том, как работает данная система, без использования технических терминов, то выглядит это так.

В отопительном котле нагревается определённый объём воды, вследствие чего она увеличивается в объёме, плотность её уменьшается. За счёт этого поступающая снизу холодная вода выдавливает её в верхнюю часть отопительной системы. Отсюда вода самотёком начинает перемещаться по СО, постепенно остывая и отдавая тепло радиаторам и трубам отопления. Завершив полный круг, она возвращается в нижнюю часть котла. Затем этот цикл повторяется.

Система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома имеет особенности функционирования, которые достаточно часто используются для резервирования работы системы с ПЦ. Установленный в ней насос в штатном режиме работает, а при пропадании электропитания система переходит на работу по варианту с ЕЦ.

Общая информация.

Тот факт, что схема отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией практически не имеет движущихся элементов, позволяет эксплуатировать её без капитального ремонта длительное время. Если разводка СО проведена с использованием труб оцинкованных или полимерных, то сроки могут достигать пятидесяти лет.

ЕЦ автоматически подразумевает низкий перепад давлений на входе и выходе. Естественно, теплоноситель испытывает определённое сопротивление своему движению, проходя через отопительные приборы и трубы. С учётом этого определён оптимальный радиус для нормальной работы СО с ЕЦ, тридцать метров. Но надо понимать, что цифра достаточно условна и может колебаться.

В силу особенностей конструкции система отопления с естественной циркуляцией одноэтажного дома обладает высокой инерционностью. С момента розжига котла до стабилизации температуры в помещениях здания проходит не менее нескольких часов. Причина проста. Сначала прогревается теплообменник котла и только потом начинается медленное перемещение теплоносителя.

Схема отопление дома с естественной циркуляцией

Важно, чтобы в тех местах, где трубы СО проложены горизонтально, они имели обязательный уклон по направлению течения теплоносителя. Этим достигается перемещение воды в системе без застоя и автоматическое удаление воздуха из системы в её верхнюю точку, которая находится в расширительном бачке. Он выполняется по одному из трёх вариантов: открытый, со встроенным воздушником или герметичный.

Схемы разводки

Водяное отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией может быть выполнено по нескольким различным схемам.

Двухтрубная СО

Работы, вне зависимости от выбранной схемы, начинаются с того, что создаётся план отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией.

Упомянутая схема предусматривает прокладку по периметру строения двух трубопроводов. Используется тогда, когда требуется обогревать достаточно большие площади. Верхний используется для подачи горячей воды в СО, нижний – для возврата охлаждённого теплоносителя в котёл. Между ними монтируются радиаторы. По возможности, котёл монтируется ниже последних. Трубы прокладываются с соблюдением уклона по току воды не менее 5 градусов.

Розливы, особенно в местах запитки сразу нескольких радиаторов, требуется выполнять с использованием трубы, диаметр которой ≥ 32 мм. Лучше всего подходит металлопластиковая, либо полимерная труба. Подводку непосредственно к каждому радиатору следует выполнять трубой диаметром 20 мм.

Если диаметры труб подобраны правильно, такая СО в балансировке не нуждается. Несмотря на это следует установить дроссели на подводках, идущих к радиаторам.

Отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией, выполненное по двухтрубной схеме, является наиболее дорогим вариантом с точки зрения его исполнения (материалы, работа), поэтому используется достаточно редко.

Однотрубная СО

Простейшей системой, позволяющей обеспечить отопление одноэтажного частного дома своими руками, выполненной по указанной схеме, является «Ленинградка».
Условия монтажа (угол наклона и диаметры труб), аналогичны предыдущему варианту.

Специфика заключается в том, что радиаторы, в указанном случае, врезаются в основное кольцо отопления (параллельно основной трубе).

Кроме расширительного бака краны для стравливания воздуха, в обязательном порядке, ставятся на каждом из радиаторов. На ближних к котлу, и на самых дальних от него радиаторах ставятся термоголовки или дроссели, что помогает выравнивать температуру в них.

Лучевая СО

При выборе указанного варианта схема, по которой выполняется отопление одноэтажного дома с естественной циркуляцией, выглядит следующим образом.

На участках трубы, подающих в СО горячую воду, и возвращающих холодную в котёл, устанавливаются специальные коллекторы, представляющие собой гребёнки, на каждом отводе которых установлен дроссель. На каждый из радиаторов идёт две трубы, по одному с подачи и обратки.

Эта версия, с точки зрения возможностей для выполнения регулировки, наиболее удобная. Но её монтаж достаточно сложен, слишком много труб, которые, для сохранения приемлемого дизайна помещений, придётся убирать в полы или в за фальшстены, что автоматически приводит к значительному росту стоимости работ и приобретаемых материалов. Убедиться в этом просто, достаточно посмотреть на предварительно составляемый план отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией.

Преимущества и недостатки

Главными достоинствами СО, использующих для работы естественную циркуляцию, являются простота монтажа и длительный срок эксплуатации.

Однако плюсов без минусов не бывает. К числу основных недостатков указанных СО относятся:

• Малое рабочее расстояние (радиус действия). Приемлемые характеристики достигаются только в том случае, когда длина трубопроводов ≤ 30 погонных метров.
• Регулировать температуру в каждом из помещений дома по отдельности не представляется возможным технически.
• Вода циркулирует в СО под небольшим давлением, что приводит к различным температурам в разных помещениях (тем ниже, чем дальше от котла).
• Длительный промежуток времени, который требуется для выхода системы на рабочий режим и полного прогрева всех помещений дома.

Загрузка…

Система отопления с естественной циркуляцией

При отсутствии или нестабильной подаче электроэнергии системы отопления частных домов часто организуют на базе схемы с естественной циркуляцией теплоносителя. Такая схема является полностью энергонезависимой, способна обеспечить нужды отопления небольших домов площадью до 60 – 70 м². Материал статьи описывает принцип работы, устройство и виды системы с гравитационной циркуляцией, дает рекомендации по выбору материалов и монтажу.

Принцип работы схемы с естественной циркуляцией

Принцип работы самотечной системы отопления базируется на теплофизических свойствах воды. При нагреве жидкость приобретает меньшую плотность и соответственно – массу. Горячий теплоноситель, нагретый в котле, поднимается по вертикальному трубопроводу, часто называемому разгонным коллектором.

Освободившееся пространство естественным образом занимает более холодный теплоноситель, имеющий более высокую плотность и массу, сосредоточенный в нижней части системы. За счет образования разницы плотностей холодного и горячего теплоносителя возникает постоянный цикл движения воды в системе отопления.

Гравитационная составляющая циркуляции улучшается сооружением трубопроводов системы с нормативным уклоном, который составляет не менее 2 мм на 1 погонный метр длины. Уклон ориентирован в сторону движения теплоносителя.

Вода в процессе работы системы имеет малую скорость движения, на качество циркуляции отрицательно влияют любые гидравлические сопротивления. Схема работает без наличия насосного оборудования и потребления электрической энергии.

Устройство системы с естественной циркуляцией

Базовый элемент системы отопления – котел – располагается в нижней точке системы. От теплогенератора поднимается вертикальный разгонный коллектор. Рекомендуемая высота коллектора – от 2,5 метров, диаметр трубопровода – не менее 50 мм.

На верхней точке разгонного коллектора, в месте поворота трубопровода к радиаторам, располагают расширительный бак открытого типа. Расширительный бак по желанию оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. Через нее излишки воды, образовавшиеся при нагреве и расширении, переливаются в канализацию.

Расширительный бак может оборудоваться линией подпитки, соединенной с системой водопровода. В отсутствии линии подпитки пополнение системы водой производится вручную. Расширительные баки при размещении в неотапливаемом помещении должны качественно утепляться.

 Экспанзомат, кроме функций компенсации теплового расширения и подпитки, выполняет функцию естественного воздухоотводчика. Трубопроводы монтируются с уклоном таким образом, что пузырьки воздуха не уносятся в систему, так как вода имеет малую скорость, а поднимаются в верхнюю точку, на которой установлен РБ.

Из верхней точки разгонный коллектор меняет направление на горизонтальное и с нормативным уклоном прокладывается к радиаторам отопления. Система отопления в части обвязки радиаторов имеет 2 разновидности:

1. Однотрубная;
2. Двухтрубная.

Однотрубная система с естественной циркуляцией обладает свойством снижения температуры на каждом последующем радиаторе в ряду.

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией

Сооружение байпасов для улучшения качества регулирования создает излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому система чаще всего сооружается по простейшему принципу – радиаторы подключают к трубопроводу подачи последовательно, с последнего радиатора выходит обратный трубопровод и подсоединяется к котлу.

Наиболее эффективным по теплоотдаче считается диагональное подключение радиатора, менее качественными – боковое (при вертикальной разводке) и нижнее. Несовершенство однотрубной системы – снижение температуры на радиаторах – можно частично компенсировать увеличением числа секций на последних радиаторах.

Двухтрубная схема системы отопления более удобна в регулировании. Здесь радиаторы подключены к подающему и обратному трубопроводу параллельно.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией

Для монтажа системы этого типа требуется большее количество трубы, соответственно схема имеет большее гидравлическое сопротивление. Регулирование температуры на радиаторах производится 2 методами:

1. Принудительное, с помощью запорной арматуры;
2. Естественное, за счет поэтапного изменения диаметра трубопроводов.

Принудительное регулирование можно производить шаровыми кранами, имеющими полнопроходное сечение. Регулирующие вентили малопригодны для этой задачи, так как обладают высоким гидравлическим сопротивлением и имеют сниженное проходное сечение.

Поэтапное изменение диаметра производится по принципу постепенного уменьшения диаметра подачи к последнему радиатору и постепенному расширению обратки от него к котлу. Выполнение такой схемы требует тщательного расчета, выполнить самостоятельно который довольно трудно.

Оба метода регулирования в любом случае значительно повышают гидравлическое сопротивление системы в целом, что отрицательно влияет на качество циркуляции и может привести к ее остановке. Поэтому большей популярностью пользуется все же однотрубная система, даже со своим недостатком – разницей температур в начале и в конце контура отопления.

Для систем отопления с естественной циркуляцией, предназначенных для отопления домов площадью не более 70 м², падение температуры на последнем радиаторе может составлять 5 – 10⁰С. Обычно этот недостаток частично нивелируется увеличением числа секций последних в ряду приборов отопления. Кроме того, однотрубные схемы часто модернизируют установкой циркуляционного насоса.

В систему отопления с естественной циркуляцией иногда интегрируется бойлер косвенного нагрева. Его рекомендуется устанавливать в верхней точке разгонного коллектора, трубопровод выхода теплоносителя с бойлера направляют в горизонтальном направлении с уклоном к радиаторам. Работа бойлера в самотечной схеме не отличается высоким качеством – температура воды в нем не регулируется, температура воды напрямую зависит от температуры теплоносителя.

Подключение контуров теплых полов к системам гравитационного типа не производится. Это обусловлено тем, что отдельные контуры водяных теплых полов имеют большое сопротивление, циркуляция возможна только с помощью циркуляционного насоса. Установка насоса в точках подключения полов к системе с гравитационной циркуляцией внесет резкий гидродинамический дисбаланс и может нарушить принципы естественного циркулирования.

Материалы и оборудование системы отопления

Монтаж комплекса отопления рекомендуется производить с соблюдением следующих правил:

1. Котел следует размещать в нижней точке системы;
2. Уклон трубопроводов должен быть не менее 2 мм на 1 погонный метр длины;
3. Система монтируется с минимумом гидравлических сопротивлений – поворотов, сужений, минимальным числом запорной арматуры.

Напольный котел отопления

В качестве теплогенераторов для систем гравитационного типа применяются в основном напольные котлы, имеющие увеличенные диаметры подключения и размеры теплообменника по сравнению с настенными моделями.

Основным видом приборов отопления для самотечной схемы являются чугунные радиаторы. Они обладают увеличенным проходным сечением секций устройства.

Чугунный радиатор в системе с естественной циркуляцией

Другие виды радиаторов (а также конвекторы) имеют малое внутреннее сечение и создают излишнее сопротивление.

Зачастую системы с естественной циркуляцией выполняются вообще без приборов отопления – по периметру помещений прокладываются стальные трубы. В этом случае циркуляция имеет лучшие параметры, но для достижения требуемой величины поверхности теплообмена может требоваться увеличение диаметра трубопроводов. К тому же такая конфигурация отопления малопривлекательна внешне, занимает много места.

Для монтажа отопления применяются в основном стальные трубы.

Трубопроводы для отопления из стали

Разгонный стояк в любом случае сооружается из стали, так как температура в зоне котла достигает высоких значений. Несколько реже применяются трубы из стабилизированного полипропилена. Рекомендуемый диаметр трубопроводов – 32 мм и больше.

 Другие полимерные трубопроводы – металлопластик, трубы из сшитого полипропилена – применять не рекомендуется. Фитинги этих систем значительно снижают проходное сечение и создают излишнее гидравлическое сопротивление, препятствующее естественной циркуляции.

Прокладку трубопроводов отопления следует производить открыто. Скрытая прокладка подразумевает значительное увеличение числа соединений и поворотов.

Достоинства и недостатки системы с естественной циркуляцией

Достоинствами схемы с гравитационным движением теплоносителя являются следующие показатели:

1. Полная энергонезависимость;
2. Простота устройства и эксплуатации.

Система с естественной циркуляцией обладает и массой недостатков:

1. Сложность регулирования;
2. Неравномерное распределение тепла;
3. Непривлекательный внешний вид;
4. Ограничения по тепловой мощности;
5. Сложность самостоятельного монтажа – требуется привлечение сварщика.

Система отопления с естественной циркуляцией используется сейчас больше как вынужденная мера. Главная причина строительства гравитационного водяного отопления – серьезные перебои в электроснабжении. Тем не менее, в некоторых ситуациях сооружение гравитационного отопления является единственно возможным техническим решением для обогрева частных домов и дач.

(Просмотров 3 747 , 4 сегодня)

Рекомендуем прочитать:

Естественная циркуляция — обзор

16.9.1 Введение

Термогидравлический контур с естественной циркуляцией (NCL) является важным аспектом в конструкции, эксплуатации и безопасности всех концепций Gen IV. Некоторые концепции полагаются на естественную циркуляцию для нормальных рабочих условий и нестандартных условий безопасности. Другие зависят от естественной циркуляции только в пассивных ненормальных условиях безопасности. Целью пассивных систем безопасности с естественной циркуляцией является поддержание системы в безопасном отключенном состоянии в течение длительных периодов времени без необходимости вмешательства оператора или наличия электроэнергии.

Пассивные системы безопасности на основе естественной циркуляции предназначены для обеспечения максимального теплоотвода в случае нарушения нормальной работы системы охлаждения реактора. Из-за его критической важности фундаментальное понимание свойств и характеристик гидродинамики естественной циркуляции, тепловых откликов и термодинамики в сложном инженерном оборудовании энергетических систем ядерных реакторов имеет важное значение. Для систем поколения IV, которые основаны на естественной циркуляции в нормальных рабочих состояниях, также необходимо хорошо понимать свойства и характеристики в установившихся условиях.

Как правило, потоки с естественной циркуляцией, встречающиеся на атомных электростанциях, будут связаны с замкнутыми контурами, состоящими из трубопроводов, проточных каналов различной формы и нескольких компонентов оборудования. Петли обычно закрыты, но отказ трубопровода, составляющего петлю, может нарушить естественную циркуляцию и сделать систему непригодной для использования по назначению. Вторичная сторона парогенераторов (ПГ) для заводов, использующих естественную циркуляцию для нормальной работы, характеризуется как НКП с пропускной способностью; ввод питательной воды из конденсатора и отбор пара на выходе из ПГ для питания турбин.Все эти системы будут иметь области, в которых поток идет по параллельным каналам, таким как топливные стержни и пучки твэлов, в активной зоне и трубы в SG и HEX.

Потоки с естественной циркуляцией вокруг контуров и потоки в параллельных каналах подвержены как отклонениям от установившегося режима работы, так и переходам в колебательные и потенциально нестабильные состояния. Таким образом, энергетические системы ядерных реакторов поколения IV сочетают в себе тип потока жидкости и геометрию, которые, как известно, потенциально могут привести к нежелательным состояниям.В частности, следует избегать нежелательных колебательных состояний при установившемся режиме работы. Вся система и связанный с ней рабочий диапазон предназначены для предотвращения нестабильных состояний.

Обсуждения в следующих разделах будут сосредоточены на теплогидравлических свойствах и характеристиках потоков в параллельных каналах и NCL. Будет кратко рассмотрена литература по общим аспектам аналитического, экспериментального, математического моделирования, численным методам решения и вычислительным аспектам этих потоков.Эти аспекты, связанные с конкретными системами Gen IV, также будут обсуждаться.

Котельные циркуляционные системы: естественная и принудительная циркуляция

И для паровых барабанных систем, и для прямоточных парогенераторов (OTSG) мы должны иметь непрерывный поток воды по трубам, чтобы система могла непрерывно генерировать пар.

В системе OTSG вода проходит только один раз (за один проход) по трубам котла, прежде чем превратиться в пар и направить в паротурбинный генератор для производства электроэнергии.С другой стороны, в системах с паровым барабаном вода должна пройти много раз (несколько проходов) по трубам, прежде чем она уйдет в виде пара.

На основе двух основных типов циркуляции, обычно используемых, паропроизводящие котлы высокого давления (ВД) могут быть классифицированы как:

— Котлы с естественной или тепловой циркуляцией и
— Котлы с принудительной или насосной циркуляцией

Котлы с естественной (или тепловой) циркуляцией

Как показано на рисунке 1 (a), в сливном стакане (труба, по которой поток направлен вниз) отсутствует пар, и секция трубы A-B не нагревается.Подвод тепла приводит к образованию пароводяной смеси в секции B-C, обычно называемой стояком (труба, по которой поток направлен вверх). Из-за того, что пароводяная смесь на участке BC менее плотная (поскольку она более горячая) по сравнению с водой участка AB, термосифонический эффект (сила тяжести) заставит воду течь вниз на участке AB и вверх на участке BC. в сторону парового барабана.

Типовая схема естественной и принудительной циркуляции

В котлах с естественной или тепловой циркуляцией скорость циркуляции сильно зависит от разницы плотностей между ненагретой водой и нагретой пароводяной смесью.Общая скорость циркуляции (расход) в системах с естественной циркуляцией в основном зависит от следующих факторов:
— Высота котла — Более высокие котлы дают большую разницу давлений между нагретой и неотапливаемой секциями и, как следствие, большую скорость потока.
— Рабочее давление котла — Более высокое рабочее давление дает пар более высокой плотности, а также пароводяные смеси более высокой плотности. Это имеет тенденцию к уменьшению общей разницы в плотности между нагретым и ненагретым сегментами, поскольку плотность жидкой воды остается неизменной, независимо от рабочего давления.Следовательно, более высокое давление снижает расход производимого пара.
— Мощность подводимого тепла — Более высокая мощность подводимого тепла помогает снизить среднюю плотность в нагретой секции и тем самым увеличить общий расход.

Описание систем принудительной (или насосной) циркуляции

Насос добавлен в замкнутую систему проточного контура, указанную в разделе A-B на рисунке 1 (b). Разница давлений, создаваемая насосом (напором), помогает контролировать расход воды. Устройство понижения давления (отверстие или подобное) также обычно используется в качестве дополнительного механизма управления.

Проверка контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах (Технический отчет)


Звирин Ю.А. Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах . США: Н. П., 1981.
Интернет. DOI: 10,2172 / 6943561.


Звирин, Ю. Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6943561


Звирин Ю. Чт.
«Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6943561. https://www.osti.gov/servlets/purl/6943561.

@article {osti_6943561,
title = {Обзор контуров естественной циркуляции в реакторах с водой под давлением и других системах},
author = {Звирин, Ю.},
abstractNote = {Представлен обзор теоретических и экспериментальных работ по однофазным контурам естественной циркуляции (термосифонам). Он включает доступные методы моделирования (аналитические и численные) для описания стационарных потоков, переходных процессов и характеристик устойчивости различных контуров. Они варьируются от систем простой геометрии и небольших (лабораторных) контуров до полномасштабных систем - ядерных реакторных установок и солнечных водонагревателей. Сделана попытка сравнить некоторые аналитические модели и представить результаты с использованием обобщенных параметров.Приводятся имеющиеся данные и обсуждается сравнение с теоретическими результатами.},
doi = {10.2172 / 6943561},
url = {https://www.osti.gov/biblio/6943561},
журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1981},
месяц = ​​{1}
}


Схема отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией теплоносителя

В наш век стремительно меняющихся технологий эту схему (также называемую гравитационным или гравитационным) отопления частного дома можно было бы считать морально устаревшей, если бы не ее простота, надежность и экономичность.Самотечная система отопления до сих пор широко используется при строительстве собственного дома и считается лучшим техническим и экономическим решением. Небольшое давление в сети ограничивает его объем, но для одноэтажного жилого дома такая схема очень эффективна и часто рассматривается как альтернатива отоплению с помощью насосных агрегатов.

Отопительный контур с естественной циркуляцией

При автономном отоплении одноэтажного или двухэтажного собственного дома допускается использование специальных незамерзающих антифризов, но не рекомендуется применять антифриз в системах с естественной циркуляцией теплоносителя.

Основные недостатки антифризов для использования в отопительном контуре естественной циркуляции:

• В отопительном контуре с естественной циркуляцией конструкции расширительного бака предусматривают контакт с окружающим воздухом. Антифризы быстро испаряются, загрязняя окружающую среду;
• Необходимость постоянного контроля за объемом теплоносителя и его периодического пополнения;

Антифризы

• обладают низкой теплоотдачей, что способствует небольшому отводу тепла радиаторами от охлаждающей жидкости при ее циркуляции.Это приводит к перегреву антифриза в контуре и в самом котле;
• Использование перегретого антифриза в замкнутом контуре способствует обильному образованию отложений внутри теплообменника, забивающим отверстия в трубках.

Наиболее оптимальным теплоносителем в схеме гравитационного типа для отопления одно- или двухэтажного жилого дома является водяной теплоноситель в силу его невысокой стоимости и доступности.

Естественная циркуляция в отопительных контурах

Основными функциональными элементами системы отопления с естественной циркуляцией жилого дома являются:

• Котел, нагревающий горячую воду;
• Расширительный бак, представляющий собой емкость для слива лишней воды, которая появляется при увеличении объема водяного теплоносителя в контуре при его нагревании;
• Трубопроводы для подачи горячей воды от котла к радиаторам отопления и возврата охлажденной жидкости от радиаторов обратно в котел (для чего обратная часть системы отопления в быту называется обратной).Вместе они образуют замкнутый контур циркуляции теплоносителя;
• Радиаторы отопления.

При нагревании теплоносителя увеличивается его объем, избыток нагретой воды поднимается вертикально до расширительного бачка, в системе создается гидростатическое давление в зависимости от разницы в весе водяных столбов горячего (подающего трубопровода) и холодная (возвратная) вода.

Под этим давлением горячая вода течет из верхней точки теплотрассы (красная линия на схеме) к радиаторам отопления.Охлажденная в радиаторах вода по обратной магистрали (синяя линия) поступает на вход котла. Самотечная система отопления в одноэтажном или двухэтажном доме работоспособна только в том случае, если при монтаже предусмотрены уклоны горизонтальных участков трубопровода обогрева в сторону движения жидкости. Тогда теплоноситель сможет двигаться вниз под действием собственного веса с наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Еще одним фактором, влияющим на движение жидкости, является давление циркуляции, обозначенное на рисунке буквой N.Чем выше разница уровней радиаторов и бойлера, тем быстрее в контуре движется вода.

В самотечных системах отопления расширительный бак не закрывается крышкой, поэтому эту систему часто называют открытой. Все воздушные пробки из теплотрассы вытесняются в верхнюю часть контура, и там устанавливают емкость, открытую для контакта с атмосферой. Система, использующая герметичные резервуары, называется закрытой. В его составе используется помпа; по принципу действия он уже носит вынужденный характер.

Скорость относительно воды

При цикличном изменении температуры горячая вода находится в верхней части системы отопления, холодная влага перемещается по нижним трубам. Основной движущей силой естественного (без давления со стороны насоса) движения жидкости в контуре является давление циркуляции, которое зависит от соотношения высот котла и самого нижнего радиатора. На рисунке ниже представлена ​​графическая диаграмма возникновения циркуляционного напора h. Параметр h имеет постоянное значение для этого контура и не изменяется во время работы системы отопления.

Для создания оптимального давления котел отопления устанавливают с максимальной глубиной размещения, например, в подвале. В свою очередь расширительный бачок необходимо установить повыше. Часто ставят на чердаке дома.

Скорость циркуляции воды в контуре при установке самотечной системы отопления частного дома своими руками определяется следующими факторами:

1. Величина циркуляционного давления. Чем он больше, тем больше расход воды в теплотрассе;
2. Диаметры труб отопления.Небольшие размеры внутреннего сечения трубы обеспечат большее сопротивление потоку воды, чем трубы с большим диаметром. Для однотрубных или двухтрубных систем при самотечной разводке умышленно завышают размер труб до D на 32-40 мм
3. Материалы для изготовления контурных труб. У современных полипропиленовых труб гидравлическое сопротивление в несколько раз ниже, чем у стальных трубопроводов, поврежденных коррозией и покрытых отложениями;
4. Наличие поворотов в тепловой сети.Идеальный вариант — прямой трубопровод;
5. Обилие фитингов, переходников, стопорных шайб. Каждый клапан снижает давление.

Процессы естественной циркуляции очень инертны и протекают медленно. Время между розжигом котла и полной стабилизацией температуры в помещениях составляет несколько часов.

Схема

По способу подключения радиаторов отопления принято различать две схемы установки контуров системы отопления: однотрубную и двухтрубную.

Для однотрубной монтажной сборки своими руками характерно последовательное расположение нагревательных приборов по цепи питания. Пройдя сверху через все радиаторы (красная линия), вода возвращается по обратной линии (синяя линия) в котел.

В двухтрубной схеме монтируются два отдельных циркуляционных контура. Один горячий теплоноситель течет, подводя тепло к радиаторам, по другому контуру — охлажденная вода направляется от радиаторов к котлу.

На рисунке ниже изображена двухтрубная система отопления для двухэтажного дома. Распределение теплоносителя (красная линия) по радиаторам начинается с максимальной высоты H, обеспечивающей необходимое давление циркуляции. Охлажденный теплоноситель (синяя линия) собирается в обратной магистрали и направляется на вход котла.

Самотечные системы отопления для частного дома впечатляют простотой устройства, простотой обслуживания и энергонезависимостью. У них нет насосных агрегатов, создающих дискомфорт для проживания своим шумом, отсутствуют вибрации, сопровождающие их работу.Безаварийный срок службы систем с естественной циркуляцией оценивается в полвека, так как в них отсутствуют электронасосы и средства автоматизации. В целом гравитационные схемы проигрывают системам принудительного отопления по ряду баллов:

• излишняя инерция вынуждает ждать несколько часов, пока контур не достигнет необходимого теплового режима;
• сложность монтажа, связанная с необходимостью точных расчетов уклонов горизонтальных участков теплотрассы;
• отсутствие насоса ограничивает общую длину теплотрассы;
• непрерывный контроль уровня охлаждающей жидкости в расширительном бачке.

Наиболее подходящей областью применения системы с естественной циркуляцией являются частные дома с низкой этажностью (1-2 этажа), площадью до 100 квадратных метров. м и горизонтальный радиус гравитационной цепи не более 30 м.

Схема отопления (с естественной циркуляцией) частного дома своими руками

Если вы решили оборудовать систему отопления для дачи или загородного дома, то нужно подумать об эффективности, максимальной надежности и удобстве работы.

Особенности компоновки

Если речь идет о принудительной циркуляции теплоносителя в трубопроводной системе, то в процессе проведения работ необходимо будет установить насос, который должен располагаться на участке теплотрассы.Благодаря такому взаимодействию можно будет обеспечить более быстрое и постоянное движение воды. В этом случае недостатком является стоимость установки дополнительного оборудования. Если вас интересует схема отопления (с естественной циркуляцией) частного дома, то в установке насоса не будет необходимости. Это связано с тем, что плотность горячей воды намного ниже, чем у холодной. За счет этого осуществляется выталкивание одной жидкости другой. Охлаждающая жидкость, двигаясь по трассе, отдает определенную часть тепла батареям, постепенно остывая.Возвращающаяся холодная жидкость выталкивает горячую и легкую воду обратно в трубы. Этот цикл повторяется постоянно. Процесс нельзя приостанавливать, пока котел не прогреется. При необходимости отопительный контур с естественной циркуляцией (это касается в первую очередь частного дома) можно в любой момент дополнить насосом, которым хозяева могут при необходимости быстро и равномерно обогреть жилище.

Основные положительные характеристики

Наличие насоса влечет за собой дополнительные затраты энергии.А его отсутствие, наоборот, позволяет неплохо сэкономить. Такие системы совершенно бесшумны и не вызывают лишних вибраций. Система отопления частного дома (с естественной циркуляцией) «Ленинградка» имеет ряд преимуществ, среди которых можно выделить уникальную способность к саморегулированию, очень длительную безотказную работу, которая составляет 30 лет, термостабильность и высокая ремонтопригодность.

Подготовка к работе

Если вы решили самостоятельно провести монтажные работы, то вам стоит рассмотреть схему отопления (с естественной циркуляцией) частного дома.Путь будет содержать определенный набор элементов. Помимо прочего, он содержит: расширительный бачок, расположенный в самой высокой точке; трубопровод, который может быть одинарным или двойным; радиаторы отопления, а также котельное оборудование. Последний будет нагревать теплоноситель. Перед началом работы важно помнить, что скорость и сила, с которой вода будет двигаться через систему отопления, зависят от объема, веса и плотности горячей жидкости. Не менее важную роль играет и внутренний диаметр труб, от этого параметра зависит коэффициент сопротивления, а также высота установки радиаторов отопления по отношению к котлу.Мастер должен знать, что к горизонтально ориентированным трубопроводам предъявляются особые требования. Их необходимо устанавливать с обязательным уклоном, который составляет 5 миллиметров на метр, поворачивая трубы по ходу движения. Только так охлажденная вода будет стремиться к котлу. Схема отопления (с естественной циркуляцией) частного дома предполагает установку на пути теплоносителя меньшего количества элементов, которые смогли бы увеличить сопротивление.

Расчет мощности перед установкой

Если вы выбрали схему отопления частного дома с естественной циркуляцией, то перед тем, как приступить к обустройству системы, нужно определиться с мощностью котельного оборудования.Такие расчеты можно произвести любым из нижеприведенных методов. Первый предполагает использование объема, второй — площади. Мастер должен помнить, что каждый из этих вариантов позволяет получить лишь приблизительный результат в самых идеальных условиях. Если здание не утеплено, следует приобретать оборудование с небольшим запасом. Тогда как для энергосберегающих зданий в качестве значения мощности на квадратный метр достаточно будет принять цифру в пределах 60 ватт.

Определение вместимости по объему

Если вы будете реализовывать схему отопления частного дома с естественной циркуляцией, то наиболее точный расчет будет по объему отапливаемого помещения.Первоначально это значение должно быть определено умножением на 40 Вт. Следующим шагом будет добавление поправочных коэффициентов. Если мы говорим о частном доме, а комната граничит с улицей сверху и снизу, то нужно результат умножить на 1, 5. Если есть комната, расположенная возле утепленной стены, значение следует умножить на 1,1. При наличии утепленной стены умножение производится на 1,3. Что касается каждой двери, выходящей на улицу, то к ним нужно добавить 200 Вт. Для окна нужно добавить 100 Вт, минимальное значение — показатель равный 70, коэффициент в каждом случае будет зависеть от размеров проема.

Определение мощности по площади

Если будет оборудована закрытая система отопления частного дома с естественной циркуляцией, то можно рассчитать мощность и площадь. Самый простой метод — определить мощность котла по рекомендациям СНиП. Подсчитано, что на 10 квадратных метров требуется 1 кВт мощности. Общую площадь дома нужно умножить на 0,1. Важно учитывать разные коэффициенты, каждый из которых используется для определенных территориальных зон.Например, для Крайнего Севера этот показатель может варьироваться в пределах от 1,5 до 2. Для средней полосы эти цифры варьируются, начиная с 1,2 и заканчивая 1,4. Если мы говорим о южных регионах страны, то коэффициент может быть равен 0,8-0,9.

Монтажные работы: двухтрубная система

Система водяного отопления частного дома с естественной циркуляцией может быть оборудована по двухтрубной схеме. Несмотря на то, что монтажные работы в этом случае более сложны, распространение получила именно такая схема.При его реализации жидкость будет двигаться по двум трубам, одна из которых будет проложена сверху, куда будет стекать нагретая вода; в то время как второй должен быть размещен ниже, туда потечет остывшая жидкость.

Технология работы

Если вы рассматриваете схему и особенности установки отопления (с естественной циркуляцией) частного дома, то можно использовать двухтрубную систему. Проведение этих работ требует соблюдения определенных инструкций. На первом этапе мастеру следует выбрать место, где будет располагаться блок хранения.

Над котлом монтируется расширительный бак, и вы можете соединить эти элементы между собой вертикальной трубой, которую после установки необходимо обернуть изоляцией. Примерно на уровне трети расширительного бачка нужно прорезать верхнюю трубу, предназначенную для транспортировки нагретой жидкости. Замеряем расстояние от верхней точки до пола, после чего подключаемся к проводке. Эти работы выполняются на высоте 2/3. Ближе к верху расширительного бачка выйдет из строя еще одна труба, которая будет переливаться.С его помощью излишки будут убраны в канализацию. На следующем этапе трубы подводятся к радиаторам. Батареи необходимо подключить к нижней трубе, установка которой осуществляется параллельно с верхней.

Наконечник мастера

При установке системы отопления частного дома (с естественной циркуляцией) своими руками важно постараться максимально точно расположить трубы. В этом случае необходимо обеспечить оптимальный перепад высот между котлом и радиаторами.Первые необходимо монтировать под отопительными приборами, поэтому лучше всего приобрести напольный прибор, который будет удобно располагаться в подвале или в специальной нише.

Нюансы работы

Чердак необходимо утеплить. Если температура в нем чрезмерно низкая, то есть вероятность, что жидкость в трубах замерзнет. Важно придерживаться нескольких правил, одно из которых предполагает расположение верхней трубы с определенным уклоном, который должен составлять примерно 7 градусов.По возможности котельное оборудование следует располагать значительно ниже отопительных приборов. Посетив магазин перед началом работы, следует выбирать трубы из металла или полимеров. Внутренний диаметр изделия должен составлять 32 миллиметра. Балансировку двухтрубного отопления, если трубы были подобраны правильно, делать не придется. Однако необходимо будет установить дроссель на шланги к каждому радиатору.

Следует отметить, что на прокладку двух цепей уйдет достаточно большая сумма денег.На это у мастера уйдет много времени, но такая система эффективнее и предпочтительнее.

Однотрубная установка

Если вы будете прокладывать систему отопления для частного дома (с естественной циркуляцией), то желательно перед началом работ рассмотреть фото таких схем. Если вы решите использовать однотрубную систему, вы сможете снизить затраты на установку. В этом случае необходимо будет проложить только одну трубу. Система будет иметь циклический замкнутый контур, предполагающий размещение радиаторов параллельно основному кольцу.Разрывать его в определенных точках не требуется. Можно будет оборудовать каждый радиатор вентиляционным отверстием. Такое решение даст возможность избавиться от воздуха в каждой из отдельных секций. Для выравнивания температуры необходимо будет установить дроссели и термоголовки. Сегодня довольно популярна однотрубная закрытая система отопления. В некоторых случаях можно пренебречь наличием расширительного бачка, изолируя таким образом охлаждающую жидкость. Как известно, в форсированной системе скорость движения теплоносителя по системе трубопроводов зависит от производительности насосного оборудования.С естественной циркуляцией дела обстоят иначе. Чтобы увеличить скорость движения воды, необходимо придерживаться определенных правил. Запорная арматура должна быть подобрана максимально правильно; важно следить за переходами диаметров. Необязательно снабжать систему многочисленными витками, которые могут стать непреодолимым препятствием для теплоносителя. Мастер должен свести к минимуму любые препятствия, стараясь сделать секции как можно более прямолинейными. С естественной циркуляцией дела обстоят иначе.Чтобы увеличить скорость движения воды, необходимо придерживаться определенных правил. Запорная арматура должна быть подобрана максимально правильно; важно следить за переходами диаметров. Необязательно снабжать систему многочисленными витками, которые могут стать непреодолимым препятствием для теплоносителя. Мастер должен свести к минимуму любые препятствия, стараясь сделать секции как можно более прямолинейными. С естественной циркуляцией дела обстоят иначе. Чтобы увеличить скорость движения воды, необходимо придерживаться определенных правил.Запорная арматура должна быть подобрана максимально правильно; важно следить за переходами диаметров. Необязательно снабжать систему многочисленными витками, которые могут стать непреодолимым препятствием для теплоносителя. Мастер должен свести к минимуму любые препятствия, стараясь сделать секции как можно более прямолинейными.

Рекомендации по работе

Аналогичная система отопления (с естественной циркуляцией) частного дома, схема которой предполагает наличие только одной трубы, комплектуется изделиями, внутренний диаметр которых может варьироваться от 32 до 40 миллиметров.Внутренняя поверхность труб должна быть максимально ровной, идеальной, единственный способ не допускать скопления отложений, но металлические аналоги рассматривать вообще не стоит.

Заключение

Система отопления частного дома с естественной циркуляцией, без радиаторов, сэкономит вам много денег. Однако перед проведением этих работ стоит подумать о целесообразности их выполнения.

Система отопления с естественной циркуляцией

Обустраивая отопление небольшого загородного дома или коттеджа, в первую очередь думают об эффективности, простоте и максимальной надежности.Чаще всего встречается система отопления с естественной циркуляцией, отвечающая всем вышеперечисленным критериям.

Принудительная циркуляция теплоносителя по трубопроводам осуществляется с помощью рабочего насоса, который устанавливается на участке теплотрассы. Благодаря такому взаимодействию обеспечивается постоянное и быстрое движение жидкости. Недостаток — стоимость дополнительного оборудования.

Узнайте больше о естественном кровообращении.

Для оснащения системы отопления естественной циркуляцией насос не требуется.Плотность нагретой воды ниже, чем у холодной, из-за чего одна жидкость вытесняется другой. Охлаждающая жидкость, двигаясь по трассе, отдает часть тепла радиаторам и постепенно остывает, возвращаясь обратно и вытесняя более теплую и более легкую воду в трубы. Цикл повторяется снова.

Этот процесс нельзя остановить, пока котел не нагреется. Систему с естественной циркуляцией можно в любой момент оснастить насосом и запустить его по мере необходимости для равномерного и быстрого обогрева помещения.

Основные преимущества

Одно из преимуществ таких систем — экономичность. Затраты на установку и обслуживание сведены к минимуму.

Наличие помпы повлечет дополнительные расходы на электроэнергию. Его отсутствие, наоборот, даст возможность сэкономить. Такие системы совершенно бесшумны и не вызывают лишних вибраций.

Другие преимущества включают:

• Способность к саморегулированию
• Термическая стабильность
• Длительное время безотказной работы — 30 лет
• Высокая ремонтопригодность

Типовая схема

Если более подробно рассмотреть схему с естественной циркуляцией теплоносителя, то она будет содержать следующий набор элементов:

1. Расширительный бак, который находится на самой высокой точке
2. Радиаторы отопления
3. Трубопровод (двойной, одинарный)
4. Отопительное оборудование отопительный котел

Сила и скорость, с которой хладагент будет циркулировать через систему отопления, зависят от веса, объема и плотности горячей жидкости.Немаловажную роль играют внутренние поверхности труб, от которых зависит коэффициент сопротивления, и высота батарей отопления относительно котла.

К горизонтальным трубопроводам применяются особые требования. У них должен быть обязательный уклон около 5 мм на метр по ходу движения. Только в этом случае остывшая жидкость будет стремиться обратно в котел.

Надо постараться, чтобы на тракте теплоносителя было меньше элементов, способных повысить сопротивление.Большое количество запорной арматуры, ответвлений и перегибов необходимо компенсировать большим диаметром трубы.

Вас также может заинтересовать оригинальный способ обогрева производственных помещений.

Рассчитать мощность самостоятельно

Приступая к оснащению системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо определить мощность установленного отопительного котла. Вы можете выполнить расчеты одним из двух методов:

1. По объему
2. По площади

Следует отметить, что оба варианта расчета дают приблизительные результаты в идеальных условиях.Если дом не утеплен, необходимо приобретать технику с небольшим запасом. В свою очередь, для энергосберегающих построек достаточно принять значение мощности 60 Вт на кв.

Самым точным считается расчет объема отапливаемого помещения. Для начала нужно вычислить это значение и умножить на 40 Вт. Введены следующие поправочные коэффициенты:

1. Для частного дома, граничащего с улицей сверху и снизу, рекомендуется результат умножить на 1.5
2. Если комната расположена у утепленной стены, значение умножается на 1,1, у утепленной стены — 1,3
3. На каждую дверь, ведущую на улицу, прибавляется 150-200 Вт
4. На каждое окно добавляется 70-100 Вт, в зависимости от его размера

Самый простой способ — рассчитать мощность котла, рекомендованную в СНиП — по площади. Подсчитано, что на каждые 10 кв. м. Требуется 1 кВт мощности. Таким образом, общую площадь дома нужно умножить на 0.1.

Необходимо учитывать коэффициенты для разных территориальных единиц:

• Крайний Север — 1,5-2
• Средняя полоса — 1,2-1,4
• Южные регионы страны — 0,8-0,9

Выбор схемы подключения для систем с естественной циркуляцией

Существует огромное количество схем, по которым можно осуществлять естественное регулирование. Но все они разделены на 2 категории:

Несмотря на более сложный монтажный процесс, широкое распространение получила двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.Жидкость транспортируется по двум трубам: одна проложена вверху и по ней течет нагретая вода, вторая внизу и течет охлажденная вода.

Для самостоятельного построения простого двухтрубного контура можно выполнить следующую инструкцию:

• Сначала выбирается место, где будет размещаться блок хранения
• Над котлом установлен расширительный бак, вместе они соединены вертикальной трубой, обернутой теплоизоляционным материалом
• На уровне 1/3 расширительной бочки вставлена ​​верхняя труба для транспортировки нагретого теплоносителя
• При измерении расстояния от пола до наивысшей точки необходимо сделать надрез в проводке на высоте примерно 2/3
• Ближе к верху расширительного бачка выходит из строя вторая труба — перелив, через которую излишки удаляются в канализацию
• Затем нужно провести трубы к радиаторам
• Батареи подключаются к нижнему водопроводу, прокладка которого должна быть параллельна верхнему

Необходимо постараться максимально точно расположить трубы в системе отопления с естественной циркуляцией и обеспечить оптимальный перепад высот между радиаторами и котлом.Последние следует размещать ниже аккумуляторов, поэтому предпочтение отдается уличным приборам, которые размещаются в специальной нише или подвале.

Чердак надо утеплить. Если будет слишком холодно, возможно замерзание жидкости в трубах.

Рассмотрим еще несколько правил, которым нужно следовать:

1. Верхнюю трубу рекомендуется начинать с небольшим уклоном — 6-7 градусов
2. По возможности котел устанавливают намного ниже отопительных приборов
3. Необходимо выбирать трубы из металла или на полимерной основе с внутренним диаметром 32 мм.

Балансировка двухтрубного отопления, если трубы подобраны правильно, не требуется.Тем не менее, дроссели должны быть установлены на соединениях с каждой батареей в обязательном порядке. Также стоит отметить высокие первоначальные затраты на прокладку сразу двух цепей и время, затрачиваемое на работы.

Чтобы снизить затраты на установку, выберите вариант прокладки только одной трубы. В этом случае получается циклический замкнутый контур, удовлетворяющий следующим условиям:

1. Радиаторы должны разрезать параллельно основному кольцу и не разрывать его в определенных точках
2. Необходимо снабдить каждую батарею вентиляционным отверстием.Это решение предоставит возможность стравливать воздух в одной конкретной области
3. Для выравнивания температуры рекомендуется установить термоголовки и дроссели

Популярна закрытая однотрубная система отопления с естественной циркуляцией. В конкретном случае можно будет пренебречь расширительным бачком, полностью изолировав теплоноситель.

Что влияет на скорость обращения?

Если в принудительной системе скорость циркуляции теплоносителя по трубам зависит от производительности насоса, то здесь дело обстоит иначе.Для его увеличения необходимо придерживаться ряда правил:

• Оптимально подбирать запорную арматуру и следить за переходами диаметров труб
• Разнообразные повороты могут стать непреодолимым препятствием, поэтому их количество сводят к минимуму, стараясь сделать все участки прямыми

1. Наиболее подходящий внутренний диаметр трубы 32-40 мм
2. Внутренняя поверхность труб должна быть идеально ровной и не накапливать на себе отложения, изделия из стали не следует рассматривать

Устройство систем отопления с естественной циркуляцией требует определенной подготовки, навыков и знаний.Но чтобы оставаться уверенным в его работоспособности, стоит встроить помпу, включение которой произойдет в случае необходимости.

Схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией: принцип работы и преимущества

Наличие в доме системы отопления — требование, ни у кого не вызывает сомнений. Но точки зрения, по каким принципам он должен работать, расходятся.

Возможны всего два варианта устройства системы отопления (СО).В первом случае теплоноситель движется по трубопроводам СО, подчиняясь основным физическим законам. Такие системы относятся к СО с ЭЦ (естественной циркуляцией). Во втором — схема отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией (ПК) предполагает движение теплоносителя по системе за счет работы встроенного циркуляционного насоса.

Принципы работы СО Центр

Для лучшего понимания принципа работы этой системы следует сначала разобраться, как работает СО ЭК.Этот вопрос подробно рассмотрен здесь.

За счет интеграции циркуляционного насоса в такую ​​систему можно устранить большинство недостатков, добиться равномерного распределения горячего теплоносителя по всем нагревательным устройствам, тем самым повысив эффективность СО и снизив расход топлива, необходимый для котел для поддержания заданных температурных параметров.

Система отопления с принудительной циркуляцией одноэтажного дома теоретически допускает возможность смешивания горячего и охлажденного теплоносителя.Но на самом деле этого не происходит, поскольку установленные модели циркуляционных насосов создают в линиях небольшие давления, не приводящие к перемешиванию.

Правильная регулировка скорости движения воды в системе позволяет с высокой степенью эффективности контролировать количество выделяемого тепла.

Кроме того, СО с ПК позволяет использовать радиаторы любого типа.

Преимущества, которые наличие насоса дает с ПК

• Нет ограничений по диаметру и материалам, из которых используются трубы, применяемые для монтажа ?? указанного типа;
• Это позволяет получить некоторую экономию на закупке материалов по более низким ценам, без потери качества работы смонтированной системы;
• Система упрощает монтажные работы, так как нет необходимости выполнять верхнюю разводку и строго контролировать уклон трубопроводов;
• Отсутствие значительных перепадов температур в системе положительно сказывается на увеличении срока службы элементов и комплектующих ПК;
• Имеется возможность выполнения разводки коллекторного типа, что позволяет нагревать все радиаторы до одинаковой температуры вне зависимости от их удаленности от котла;
• Вы можете увеличить длину трубопровода до необходимой;
• Становится технически возможным интегрировать в компьютерный центр дополнительные устройства, например, теплый пол;
• Отопление одноэтажного дома с принудительной циркуляцией позволяет установить необходимую температуру, как во всем доме, так и в отдельных его помещениях.Напоминаем, что регулирование температуры в ЕС ЕС в принципе невозможно.

Недостатки системы

1. Система нестабильна, что, во-первых, увеличивает эксплуатационные расходы на оплату потребленной электроэнергии, а, во-вторых, отключение электроэнергии приводит к остановке насоса;
2. Работающий насос издает определенный шум, который нравится далеко не всем.

Схемы устройства отопления дома с принудительной циркуляцией.

При установке отопительного контура в одноэтажном частном доме он может быть выполнен в следующих вариантах: одно- или двухтрубный.В этом случае разводка может быть нижней или верхней.

Однотрубный СО ПЦ

Выполнена указанная система:

С горизонтальной разводкой в ​​тех случаях, когда ее обустраивают в небольших жилых домах или в производственных помещениях. Из основного стояка поступающая в него горячая вода распределяется по стоякам горизонтально, проходя по ним через все установленные радиаторы. Охлажденный теплоноситель по обратной магистрали возвращается в котел.

Важным требованием является оснащение всех радиаторов вентилями для отвода воздуха (краны Маевского), а также установка запорной арматуры в начале подающей магистрали, что позволяет контролировать температуру в помещении.

С вертикальной компоновкой. Трасса СО идет с верхних этажей на нижние. В одноэтажных домах без мансарды его не применяют.

Двухтрубный SO PC

Схема системы отопления одноэтажного дома с принудительной циркуляцией с горизонтальной разводкой может быть выполнена в трех вариантах:

• Коллекторная система;
• Associated CO;
• Тупик SO PC.

В первом варианте каждый нагреватель подключается индивидуально, что способствует их равномерному нагреву.Но изначально это требует повышенного расхода труб на установку, а, следовательно, больших затрат на их покупку.

Связанные СО имеют одинаковые контуры циркуляции хладагента. это делает процесс регулировки температуры более простым и надежным, но увеличивает длину прокладываемого трубопровода. То есть опять лишние расходы.

В тупиковых системах каждый последующий радиатор по направлению потока воды находится дальше от котла, что увеличивает контур циркуляции теплоносителя и снижает эффективность контроля работы СО.

С вертикальной компоновкой. Отопление в одноэтажном доме своими руками по указанной схеме может выполняться с нижней или верхней разводкой.

В первом случае циркуляционный насос подает холодный теплоноситель с обратной линии в котел. От него — до питающей сети и далее по радиаторам. Охлаждаясь, вода через расширительный бак возвращается в котел.

Во втором случае магистральный трубопровод СО располагается над радиаторами (чаще всего на чердаке), а обратка прокладывается на полу помещения или в подвале под потолком.Теплоноситель циркулирует от котла к подающей линии, оттуда к радиаторам, откуда по обратной трубе и через расширительный бачок перекачивается в котел.

Выбор циркуляционного насоса

Насосы

, в первую очередь, подбираются по таким параметрам, как создаваемый напор и мощность. Их необходимое значение предварительно рассчитывается с учетом размеров помещения, которое будет отапливаться ПК.

Схема отопления одноэтажного дома — виды отопления

В большинстве случаев у рядовых граждан частный дом ассоциируется с одноэтажным домом.Возможно, у нас до сих пор сохранились стойкие стереотипы, а может быть, только что наступили кризисные времена, которые заставили нас задуматься не только о стоимости всех строительных материалов, но и о том, сколько нам будет стоить содержание дома. В связи с этим особую актуальность приобретает топливо, которое обеспечит нормальные условия проживания в частном доме. Без топлива сложно готовить и отапливать помещения. Еще на этапе создания строительного проекта хороший хозяин должен учесть все системы жизнеобеспечения. Одной из первых разрабатывается схема отопления одноэтажного дома.Хотя в определенные моменты жизни люди, которые большую часть жизни живут в частном доме, также сталкиваются с такой проблемой, как модернизация существующей системы отопления или ее полная замена. Будет полезно прочитать о системе отопления.

Виды топлива для систем отопления

Любая система отопления должна начинаться с выбора топлива. Это может быть торф, дрова, газ, уголь или жидкое топливо. В последнее время очень часто при устройстве отопления стали использовать отопительные котлы. Но самый экономичный вариант — газовый (подробнее о расчете тепла на отопление можно прочитать здесь).

Однотрубная система и ее конструкция

Конечно, конструктивное решение системы отопления во многом зависит от финансовых возможностей хозяина. На данный момент нет ограничений на техническую реализацию какой-либо системы. На рынке вы найдете материалы и оборудование для любого кошелька. Наиболее доступной и традиционной считается однотрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией. В качестве теплоносителя здесь используется вода.

Установка циркуляционного насоса может значительно повысить эффективность этой системы.Но это будет абсолютно необходимо только при обустройстве дома с большой площадью. Если речь идет о небольшом домике, то можно полностью обойтись без него.

Обращаем ваше внимание, что организация естественной циркуляции предполагает установку подводящего патрубка с уклоном 5 мм на каждые 2 м трубопровода.

В схему однотрубной системы отопления входят:

1. — Источник тепла, например отопительный котел.
2. — Трубопровод.
3. — Расширительный бак.
4. — Элементы для подключения к радиаторам.

Типы однотрубных систем

Системы отопления однотрубные бывают звездообразные, коллекторные и лучистые.

Однотрубная система отопления одноэтажного дома функционирует довольно просто. Нужно только определиться с материалами, а затем произвести небольшие расчеты на предмет теплопотерь дома.

Вода, нагретая от котла через входы и трубопроводы, попадает к отопительным приборам и, попав в радиаторы, отдает тепло.После этого остывший теплоноситель по той же трубе возвращается обратно в систему теплоснабжения. В самой высокой точке этого вида отопления, которая называется «горизонтальной», находится расширительный бачок.

При движении теплоносителя по трубопроводам через стенки приборов и трубопроводов выделяется тепло. Однотрубную систему отопления с естественной циркуляцией смело и без преувеличения можно считать наиболее экономичной в настоящее время.

Недостатком такой системы отопления является разница температуры теплоносителя в разных точках системы.В конечном радиаторе вода всегда будет намного холоднее, чем в ближайшем к котлу. Кроме того, однотрубная версия не допускает возможности перекрытия одной батареи; необходимо отключить сразу всю систему.

Схема отопления одноэтажного дома может предполагать и двухконтурную конструкцию. В таком варианте дом будет не только отапливаться, но и сразу же обеспечиваться горячей водой. Очень часто можно увидеть две параллельные одноконтурные системы.Один используется для отопления, а второй — для горячей воды. При этом не забывайте, что установка второго контура увеличит потребление энергии примерно на 25%.

В каком бы проекте вы ни хотели обогреть свой дом, самое главное — найти оптимальное соотношение между потерями тепла и потреблением энергии. Кроме того, нужно учитывать силовые характеристики котла отопления, а также КПД радиаторных батарей.

Схема отопления одноэтажного дома

Можно ли самостоятельно организовать отопление частного дома? Да, если у вас есть подробная схема подключения системы отопления.У вас минимальный опыт работы с конвейером? Тогда вы обязательно с этим справитесь. В этой статье будет проанализирована схема отопления одноэтажного дома. Дадим полезные советы начинающим частным строителям. Главное, чтобы система была отказоустойчивой и дешевой, тогда домашняя работа позволит сэкономить на найме профессиональных работников. Мы подробно разберем однотрубные и двухтрубные сети, а также изучим требования к отоплению частного дома.

Системные требования

Чтобы все работало надежно, необходимо соблюдать следующие требования:

• Отказоустойчивость.Этот параметр отвечает за работу системы отопления в любой мороз. В нем не должно быть чрезмерной теплоотдачи, так как это помешает нормальной работе системы в холодную погоду.
• Простота установки. Далеко не все собственники могут позволить себе нанять профессионалов для проектирования и монтажа тепловой сети, поэтому нужно выбирать самые простые схемы отопления. Работа, сделанная своими руками, всегда приносит удовольствие.
• Отсутствие зависимости от энергии. Было бы здорово, если бы система могла работать с естественной циркуляцией.Обычно мастера устанавливают отопление с принудительной циркуляцией, но при этом система может работать и естественная, несмотря на снижение КПД.
• Прибыльность. Несмотря на то, что отопительный контур практически не влияет на КПД котла, мы рекомендуем сделать все возможное, чтобы добиться максимальной экономии тепла.

На фото котел продолжает работать даже после отключения циркуляционного насоса. Он функционирует в ограниченном пространстве.

Стоит сказать, что пункт «Отсутствие зависимости от энергии» для электрокотлов неактуален, так как ни насос, ни котел не могут обойтись без электричества. Остальные предметы работают с таким агрегатом.

Однотрубная система: анализ цепей

Широкий выбор строительных материалов и сантехники позволяет подобрать проекты для владельцев частного дома с разным уровнем дохода. В первую очередь стоит рассмотреть вариант однотрубной системы, поскольку она считается наиболее доступной, особенно для одноэтажного дома.В однотрубной сети вода циркулирует естественным образом.

Схема выглядит следующим образом:

По возможности стоит установить циркуляционный насос. Это значительно повысит эффективность и результативность конструкции. Но если ваш дом занимает небольшую площадь, то этот агрегат для установки не требуется. Для обеспечения естественной циркуляции уклон основной трубы должен составлять 0,5 сантиметра.

Однотрубная система состоит из следующих элементов:

• Электропроводка.
• Трубопровод.
• Котел для нагрева воды.
• Расширительный бак.

Конструкция однотрубная имеет подвиды: балочная, коллекторная, звездчатая. Конструкция быстро выполняет свою работу, поэтому конструкция проста. Первым делом нужно выбрать материалы для сети.

Система работает следующим образом. Теплоноситель (вода) нагревается от котла, затем по трубам поступает в отопительные приборы. Далее охлаждающая жидкость переходит к радиаторам, которые забирают все тепло.Таким же образом возвращается теплоноситель в котел. Расширительный бак — крайняя точка однотрубной системы отопления.

На сегодняшний день такая конструкция считается самой экономичной для частного дома. У системы тоже есть несущественные минусы. Разница температур в разных точках — это первый недостаток. Например, в радиаторе вода будет намного холоднее, чем в бойлере. Второй недостаток заключается в том, что вам нужно заблокировать всю конструкцию, если вам нужно заблокировать хотя бы одну батарею.

Двухтрубная сеть

Для одноэтажного дома можно своими руками монтаж двухконтурной тепловой сети. Это более дорогой вариант по сравнению с предыдущей схемой, но при этом в доме всегда будет горячая вода. Суть двухконтурной системы такова: первый контур используется для обеспечения горячей водой, второй — для отопления.

Ниже приведен отличный пример двухконтурной сети, которую вы можете установить самостоятельно:

По периметру дома (в гостиной и под полом) два трубопровода — обратный и подающий.Конвекторы, радиаторы и регистры используются в сети как перемычки, которые создают короткое замыкание. Хладагент имеет тенденцию циркулировать через нагреватели, расположенные ближе всего к циркуляционному насосу. Но мы должны следить за тем, чтобы удаленные приборы тоже получали тепло. Для этих целей устанавливаются ограничительные дроссели.

Что касается минусов данной системы, то их два:

1. Повышенный риск при размораживании без балансировки.
2. Большое количество трубопроводных систем, отрицательно влияющих на экономию.

Схема реализации для частного дома, установка

Несмотря на то, что водяное отопление с естественной циркуляцией имеет ряд недостатков, которые в основном связаны с его высокой инертностью, то есть медленным обогревом помещения, его все же очень часто используют для оснащения автономного газового или твердотопливного отопления в помещениях. частные дома и квартиры.

Это связано с преимуществами, которые имеет отопление с естественной циркуляцией по сравнению с принудительной прокачкой теплоносителя через систему отопления с помощью электронасоса.

Во-первых, такая система отопления несколько дешевле, потому что не требует покупки насоса, а во-вторых, она не критична к отключениям электроэнергии и всегда будет работать при включенном отопительном котле.

Однако его использование накладывает определенные ограничения на места установки котла и отопительных батарей, требует аккуратной укладки труб и более тщательного проектирования, так как при малейших погрешностях в проекте или во время монтажа системы отопления ее эффективность может стать намного выше. ниже.

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

Принцип работы такой системы предельно прост и основан на разнице плотности воды при разных температурах. При нагреве в отопительном котле горячая вода по трубе замкнутого контура поднимается вверх, а на ее место течет холодная вода, которая уже остыла в батареях отопления. Чем больше разница высот между верхней и нижней точками отопительного контура, тем эффективнее циркуляция воды в системе, что также зависит от соблюдения наклона труб для слива охлажденной воды от батарей в котел, для того, чтобы снизить сопротивление току воды в системе.

Особенности системы отопления с естественной циркуляцией

Если расчет естественной циркуляции и монтаж системы завершен, она сможет эффективно работать при работающем котле, но в некоторых случаях целесообразно установить насос через клапан, который можно использовать во время отопления после перерыв для более быстрого обогрева помещений, особенно если контур системы имеет значительные габариты.

Стоит отметить, что возможность работы такой системы без насоса позволяет эксплуатировать ее без ремонта и обслуживания очень долгое время.Благодаря современным прочным компонентам системы отопления с естественной циркуляцией могут работать без вмешательства более 50 лет. Однако следует учитывать, что естественная циркуляция будет чувствительна к любому сопротивлению, поэтому рекомендуется использовать трубы большего диаметра по сравнению с трубами, применяемыми в системах отопления с принудительной циркуляцией.

Считается, что для эффективной работы такой системы отопления общая длина ее контура не должна превышать 30 м, однако это ограничение довольно условно и может быть значительно увеличено, надеясь, что на равномерное прогревание потребуется больше времени. до всех комнат в доме.Конечно, большая инерционность такой системы является ее основным недостатком и для выхода на рабочий температурный режим может потребоваться несколько часов, однако этот недостаток полностью компенсируется ее простотой и высокой надежностью.

Для уменьшения инерции системы и повышения ее эффективности необходимо прокладывать все входные и выходные трубы для естественной циркуляции не строго горизонтально, а с небольшим уклоном, усиливающим поток воды. При этом в верхней части контура обязательно устанавливается расширительный бак, который является не только компенсатором повышения давления в системе и предполагает расширяющийся при нагревании «лишний» объем воды, но и собирает пузырьки воздуха. , что может вызвать образование воздушной пробки.

Эту систему по праву можно назвать саморегулирующейся, ведь когда в помещении холодно, аккумулятор быстрее передает тепло, вода остывает быстрее, а значит, скорость ее циркуляции в системе увеличивается. Когда комната полностью нагревается, циркуляция замедляется до минимума, что способствует экономии энергии.

Выбор материалов для монтажа системы отопления

Эксплуатационные характеристики системы отопления с естественной циркуляцией напрямую зависят от того, какие трубы и из какого материала она проложена.

Чем больше диаметр трубы, тем эффективнее будет работать система, поэтому рекомендуется использовать трубы диаметром 32-40 мм и даже больше.

Многое также зависит от материала труб, например, если вы используете сталь, которая корродирует, шероховатость внутренней части трубы будет мешать нормальному потоку воды и уменьшать скорость ее циркуляции. Также следует избегать резких участков изменения диаметра, необоснованных резких изгибов труб, что непременно приведет к замедлению потока воды и снижению эффективности ее циркуляции.

Примерный расчет системы отопления

Стоит отметить, что хотя отопительный контур с естественной циркуляцией максимально прост, точно рассчитать его параметры довольно сложно, так как в самой системе и в доме в целом может быть множество факторов, которые будут влиять на эффективность нагрева. Поэтому, какой бы метод расчета вы ни использовали, устанавливать отопление с естественной циркуляцией следует с некоторым запасом. При этом всегда можно более точно отрегулировать необходимую температуру в помещениях, изменив настройки автоматики котла.

На практике используются два метода расчета тепловой мощности, необходимой для обогрева, по площади и объему помещения, с использованием коэффициентов и поправок для учета теплопотерь.

Так, например, при расчете площади используется норма 1 кВт на 10 метров квадратного помещения. Причем для регионов с относительно теплым климатом используется коэффициент от 0,7 до 0,9, для северных широт 1,2–1,3, а для Крайнего Севера этот коэффициент выбран в пределах 1.5–2. Считается, что высота потолка в комнатах составляет 2,5 м, что далеко не всегда верно, и если высота потолка разная, воспользуйтесь методом расчета объема.

Также к общей мощности на каждое окно добавляется еще 100 Вт, на дверь -200 Вт, наличие внешней стены добавляет еще один коэффициент в диапазоне 1,1–1,5. Однако учет всех этих параметров также не позволяет учесть все нюансы, влияющие на сохранение тепла, поэтому тепловая мощность берется с достаточно большим запасом.

Отопительные контуры с естественной циркуляцией

На практике обычно используются две распространенные схемы подачи теплоносителя в аккумуляторы:

• Двухтрубная система. В этом случае прокладывают два контура: контур подводимых труб горячего водоснабжения прокладывается под потолком или на чердаке, а контур, по которому отводится холодная вода от батарей, прокладывается на уровне пола. Каждая батарея подключена как к верхнему, так и к нижнему контурам. Схема наиболее эффективна и позволяет без дополнительных регулировок распределять тепло равномерно, однако ее стоимость намного дороже, а сложность монтажа выше.
• Однотрубная система с естественной циркуляцией. Эта схема на практике применяется гораздо чаще, особенно если речь идет об организации отопления одноэтажного дома. В этом случае замкнутый трубопроводный контур от расширительного бака, установленного наверху дома, например, на чердаке, до котла, установленного внизу, проходит на уровне пола под всеми батареями. В этом случае каждая батарея подключается снизу к трубопроводу общего контура в двух точках. На входе в аккумуляторную батарею по ходу течения воды желательно установить дроссель, с помощью которого можно регулировать подачу воды к каждой батарее, чтобы обеспечить равномерный нагрев как в непосредственной близости от расширительного бачка, так и в конце. контура перед входом в котел.

Стоит отметить, что данная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя зарекомендовала себя во многих домах и более десяти лет исправно обслуживает своих хозяев.

Кроме того, система позволяет работать с отопительными котлами любого типа и строить недорогие, надежные и эффективные автономные системы отопления.

(PDF) Проект контура естественной циркуляции парового котла 85 МВт

Плешанов К.А. и др .: Проект контура естественной циркуляции парового котла 85 МВт

1512 ТЕПЛОВАКА: 2017 год, Вып.21, No. 3, pp. 1503-1513

y Большой поток в цепи свидетельствует о более высокой надежности работы. Уменьшение расхода в испарителе

наряду с повышением качества пара приводит к снижению надежности естественной циркуляции

.

г. Затраты на изготовление сложных или простых циркуляционных контуров практически равны

лар. В случае сложной схемы масса металла будет больше, но объем сварки будет на

меньше, а изготовление барабана будет дешевле.

г. Далее необходимо определить критерии ограничивающего фактора в контуре естественной циркуляции.

Обеспечит максимальную эффективность системы естественной циркуляции и упростит проектирование.

cedure.

Благодарность

Работа поддержана ФЦП «Исследования и разработки по

приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на

2014–2020 гг.» (Уникальный проект №№

).RFMEFI57414X0125).

Номенклатура

G — циркуляционный массовый расход, [кгс – 1]

g — ускорение свободного падения, [мс – 2]

ч — высота элемента: «+» для восходящего потока, «-» для

нисходящий поток, [м]

l — длина, [м]

M — масса металла ненагреваемой трубы, [т]

ΔP — изменение давления, [Па]

ΔPa — изменение давления от расхода ускорение, [Па]

ΔPf — изменение давления от локальной стенки

потери на трение, [Па]

ΔPg — изменение гидростатического давления, [Па]

ΔPl — изменение давления от локальных потерь (изгибы,

 штуцеров) , [Па]

Q — тепловая мощность испарителя, [МВт]

q — тепловой поток, [МВт · м – 2]

S — напор, [бар]

Si / S — инвертирующий коэффициент устойчивости, [-]

Ss / S — коэффициент устойчивости к застою, [-]

x, x — среднее и местное качество пара, [-]

Греческие символы

ζ — местный пр коэффициент перепада давления, [-]

ζʹ — коэффициент местного перепада давления для двухфазного потока

потока, [-] (обычно ζʹ / ζ = 2 — 1)

η — коэффициент неравенства теплопоглощения cient

λ0 — коэффициент поверхностного трения, [м – 1],

ρ, ρ — средняя и локальная плотность, [кгм – 3]

ρ ‘, ρ’ ‘- плотность насыщенной воды и пара, [кгм – 3]

ρw — масса ux, [кгм – 2с – 1]

φ — паросодержание, [-]

ψ — дополнительный коэффициент трения для двухфазного потока

, [- ]

Нижние индексы

1 — концевой участок элемента

2 — начальный участок элемента

a — ускорение

d — ведущая головка

el — элемент

f — трение

g — сила тяжести

i — инвертирующая головка

л — местная

с — напорная

т — трубка

Литература

[1] Локшин, В.А. и др., Стандартные методы гидравлического проектирования энергетических котлов, Hemisphere Publishing,

Нью-Йорк, США, 1988

[2] Плешанов К.А. и др., Разработка паровых и водогрейных котлов на биотопливе для Российский энергетический сектор

Потребности, Euro Heat & Power, 13 (2016), 1, стр. 36-40

[3] Плешанов К.А. и др., Сжигание коры и древесных отходов в котле с псевдоожиженным слоем. Engi-

neering, 63 (2016), 11, стр. 813-818

[4] Nagiar, H.М. и др., Моделирование системы Бакстея мембранных стенок в конструкции водотрубного котла —

tion, Thermal Science, 18 (2014), 1, стр. 59-72

[5] ***, Steam its Генерация и использование, (Ред. JB Kitto, SC Stults), 41-е изд., The Babcock & Wilcox Com-

pany, Barberton, O., USA, 2005

Frontiers | Исследование характеристик теплопередачи естественной циркуляции различных жидких металлов на основе факторного анализа

Введение

Естественная циркуляция имеет очень широкую перспективу применения в обеспечении безопасности реакторов, а также широко используется в других отраслях промышленности.Пассивная естественная циркуляция (Ma et al., 2017; Wang et al., 2018; Yagov et al., 2019) может упростить систему в реакторе и снизить зависимость системы от надежности внешнего источника питания, что значительно улучшает внутренняя безопасность реактора. Показатели безопасности AP1000 третьего поколения (Hashim et al., 2014) в 100 раз выше, чем у АЭС второго поколения. Одной из его особенностей является то, что система безопасности использует принцип пассивной естественной циркуляции во многих местах.В реакторе GM SBWR (Duncan, 1988) и в шведском реакторе PIUS используется естественная циркуляция для обеспечения безопасности реактора. Американские атомные подводные реакторы S5G, S6G и S8G (Liu, 2015) представляют собой реакторы с водой под давлением с естественной циркуляцией. Первоначальный интерес к изучению жидких металлов был связан с проектированием реакторов на быстрых нейтронах. Это происходит главным образом потому, что жидкий металл (Xie et al., 2016) имеет активную зону с высокой плотностью мощности, отличные тепловые и ядерно-физические свойства, что позволяет эффективно извлекать энергию из реактора.В настоящее время теплоносителем реактора-размножителя на быстрых нейтронах, разработанного различными странами, в основном является натрий или натрий-калиевый сплав. Химические свойства натрия и сплава натрий-калий особенно активны. Они легко вступают в реакцию с водой, кислородом и т. Д., Вызывая возгорание или даже взрыв. Поэтому изучение характеристик теплопередачи теплоносителя является очень важным техническим вопросом и вопросом безопасности при эксплуатации, техническом обслуживании и выводе из эксплуатации быстрых реакторов с натриевым теплоносителем. Жидкий свинец и сплав свинец-висмут (Gaiying et al., 2012) являются основными кандидатами в охлаждающую жидкость ADS, которая обладает превосходными тепловыми свойствами, такими как высокая плотность, химическая инерция и способность к естественной циркуляции, аналогичная воде. Принимая во внимание характеристики теплопередачи естественной циркуляции жидкого металла, ученые из разных стран провели в последние годы некоторые исследования. Чанг и Хан (2002) использовали программу SSC-K для расчета кипения натрия при тяжелой аварии KALIMER и получили кривые теплопередачи на границе раздела фаз, толщины пленки жидкости и коэффициента теплопередачи.Ma et al. (2007) изучили установившееся состояние естественной циркуляции контуров тяжелых металлов и пришли к выводу, что разница температур между геометрией системы и горячим и холодным участками влияет на естественный циркуляционный поток флюидов тяжелых металлов. На основе экспериментального стенда NACIE Тарантино и др. (2008) провели соответствующее исследование потока естественной циркуляции свинцово-висмутового сплава и проанализировали экспериментальные результаты. Gao et al. (2015) измерили коэффициент диффузии Ni и Cr в жидком сплаве свинец-висмут с помощью капиллярной трубки и получили коэффициент диффузии LBE из экспериментальных данных по концентрации никеля.Watanabe et al. (2015) изучали метод оценки системы отвода остаточного тепла естественной циркуляции быстрого реактора с натриевым теплоносителем. Надежность анализа безопасности быстрого реактора с натриевым теплоносителем была проверена путем сравнения с трехмерным анализом модели турбулентности. Borgohain et al. (2016) провели эксперимент с естественной циркуляцией в свинцово-висмутовой цепи неоднородного диаметра. Естественная циркуляция установившегося и переходного режимов выполняется при различных режимах мощности.Факторный анализ — это многофакторный и многоуровневый экспериментальный план. Он может проверить не только разницу между уровнями каждого фактора, но и взаимодействие между факторами. Когда уровень одного фактора изменяется, изменяется влияние другого фактора или нескольких факторов, что указывает на наличие взаимодействия; в противном случае это означает отсутствие взаимодействия и независимость. Среди приведенных выше результатов исследований изучалась только естественная циркуляция отдельного жидкого металла, а взаимодействие между факторами, влияющими на теплопередачу естественной циркуляции, не анализировалось.Сравнивая естественный циркуляционный поток и характеристики теплопередачи различных жидких металлов, можно получить общие черты и различия в правилах теплопередачи, что имеет решающее значение для повышения безопасности реактора.

Исследовательский объект

Геометрическая модель

Модель естественной циркуляции разработана ANSYS ICEM и в основном включает секцию предварительного нагрева, секцию входа нагрева, секцию нагрева, секцию выхода нагрева, секцию охлаждения и секцию нисходящего потока.Конкретная структура модели показана на рисунке 1.

Рисунок 1 . Петля естественной циркуляции.

Как видно из рисунка 1, модель естественной циркуляции различных жидких металлов имеет высоту 2,5 м, ширину 3,5 м и диаметр трубы 4 мм. Длина участка предварительного нагрева 3,5 м, длина участка входа нагрева 0,25 м, длина участка нагрева 2 м, длина участка выхода нагрева 0,25 м, участка охлаждения 3.5 м, а нисходящий участок — 2,5 м. Секция предварительного нагрева используется для предварительного нагрева рабочей жидкости в трубопроводе до заданной температуры. Секция нагрева используется для продолжения нагрева рабочей жидкости и достижения рабочей температуры. Секция охлаждения используется для охлаждения рабочего тела в трубопроводе, и, наконец, рабочая жидкость образует естественную циркуляцию в трубопроводе. Чтобы гарантировать, что разница в потоке и теплопередаче не зависит от таких условий, как размер и высота петли, геометрические модели различных жидких металлов согласованы.

Создание сетки

Контур естественной циркуляции является сетчатым, и часть структуры сетки показана на Рисунке 2.

Рисунок 2 . Разбиение сетки.

Как видно из рисунка 2, модель контура естественной циркуляции имеет сетку о-типа. Чтобы повысить точность расчета, граничный слой зашифрован в настройках сетки, а количество сеток равно 823674. Соответствующая информация о конкретном разделении узлов в каждой позиции показана в таблице 1.

Таблица 1 . Информация о делении узлов сети.

Граничные условия

Граничные условия согласованы при изучении характеристик теплопередачи естественной циркуляции различных жидких металлов. Поскольку температура плавления свинца высока, начальная температура области жидкости устанавливается равной 610 К. Когда мощность слишком велика, температура жидкости на выходе очень высока. По сравнению со свинцом и сплавом свинец-висмут, натрий и сплав натрий-калий имеют более низкую температуру кипения.Чтобы металл оставался в однофазном жидком состоянии, максимальная регулируемая мощность составляет 30 кВт / м ² . В жидком диапазоне были изучены характеристики теплопередачи естественной циркуляции четырех металлов. Исходные параметры приведены в таблице 2.

Таблица 2 . Диапазон параметров.

Для удобства анализа мощность, давление и температура обозначены буквами A, B и C соответственно. Тогда эффект взаимодействия мощности и давления равен AB, эффект взаимодействия мощности и температуры — AC, эффект взаимодействия давления и температуры — BC, а эффект полного взаимодействия мощности, давления и температуры — ABC. .

Информация о стандартах конвергенции

В настройках управления решателя конкретные настройки решателя и информация о критериях сходимости показаны в таблице 3.

Таблица 3 . Сходимость стандартной информации.

Анализ чувствительности сетки

Влияние количества сеток на результаты расчетов было изучено для проверки чувствительности сетки. Количество сеток — 21640, 548262, 823674 и 1041780 соответственно. На примере сплава свинец-висмут изменение температуры основного потока в зависимости от осевого положения секции нагрева показано на рисунке 3.

Рисунок 3 . Анализ чувствительности сети.

Из рисунка 3 видно, что температуры основного потока в различных осевых положениях в основном одинаковы при количестве ячеек 823674 и 1041780. Следовательно, более целесообразно разделить число ячеек на 823674 на основе экономичного и точного расчета. процесс.

Модель расчета факторного анализа

Факторный анализ (Jingjing et al., 2014) — это метод экспериментального дизайна, который можно использовать для изучения влияния отдельных факторов и взаимодействия между факторами.Когда уровень и количество факторов невелики, а взаимосвязь между факторами и эффектами более сложна, факторный анализ является хорошим аналитическим инструментом. Двухуровневый факторный тест k факторов записывается как факторный анализ 2 ^k (представляющий k факторов, каждый фактор имеет 2 уровня). Это наиболее часто используемый метод анализа, который может использовать относительно небольшую выборку для получения дополнительной информации, особенно факторный интерактивный анализ. Сравнение эффекта AB ⋯ K показано в уравнении (1).

(Контраст) AB… K = (a ± 1) (b ± 1) ⋯ (k ± 1) (1)

(1) В формуле (1) (Контраст) _{AB … K} представляет собой сравнение эффектов; a, b и k представляют соответствующие коэффициенты. В расширении (1) используйте метод элементарной алгебры, чтобы расширить его, и замените «1» на [1], что означает, что все факторы принимают низкий уровень. Отрицательный знак в круглых скобках означает, что коэффициент принят, а положительный знак означает, что коэффициент не принимается. После того, как эффекты рассчитаны, их предполагаемые эффекты и их сумма квадратов могут быть рассчитаны отдельно.

AB ⋯ K = 22nk (ContrastAB ⋯ K) (2)

SSAB ⋯ K = 12nk (ContrastAB ⋯ K) 2 (3)

Среди них AB… K представляет собой оценку эффекта, SS _{AB… K} представляет собой сумму квадратов эффектов, n представляет собой количество повторных экспериментов.

y — это значение отклика, x _i ( i = 1, 2, 3) представляет каждый фактор, а формула подгонки показана в (4).

y = α0 + ∑αixi + ∑αijxixj + α123x1x2x3 (4)

Среди них α ₀ , α _i , α _ij , α ₁₂₃ — это, соответственно, среднее значение, влияние фактора i, влияние взаимодействия факторов i и j. , эффект взаимодействия трех факторов.

Результаты расчетов

Влияние мощности нагрева на теплопередачу потока

Влияние мощности на коэффициент теплопередачи

Рабочие жидкости: жидкий натрий, натрий-калиевый сплав, свинец и свинцово-висмутовый сплав. Предварительно установленное давление в системе составляет 1 МПа, температура секции предварительного нагрева — 620 K, температура секции охлаждения — 610 K, а удельная мощность колеблется от 2 до 30 кВт / м ² . Тенденция изменения коэффициента теплопередачи четырех жидких металлов в зависимости от мощности показана на рисунке 4.

Рисунок 4 . Влияние тепловой мощности на коэффициенты теплоотдачи различных жидких металлов.

Из рисунка 4 видно, что коэффициент теплопередачи жидкого натрия уменьшается с увеличением мощности нагрева, а коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением мощности. Коэффициент теплопередачи свинца и свинца-висмута увеличивается с увеличением мощности. Хотя коэффициент теплопередачи жидкого натрия отрицательно коррелирует с мощностью, коэффициент теплопередачи натрия намного больше, чем у натрий-калиевого сплава, свинца и свинцово-висмутового сплава.Поскольку жидкий металл имеет общее физическое свойство, его молекулярная теплопроводность велика, а молекулярное число Прандтля намного меньше, чем у обычной жидкости. Следовательно, молекулярная термодиффузионная способность намного лучше, чем импульсная диффузионная способность, молекулярная теплопроводность сильнее, чем турбулентный перенос тепла, а теплопроводность играет роль в обеспечении теплопередачи. Теплопроводность жидкого натрия больше, чем у трех других жидких металлов, а его удельная теплоемкость при постоянном давлении выше, чем у других металлов.Таким образом, эффективность теплопередачи лучше при тех же условиях мощности. Тенденция изменения коэффициента теплопередачи четырех металлов в зависимости от мощности в основном зависит от теплопроводности и разницы температур между горячей и холодной секциями. По мере увеличения мощности температура жидкости увеличивается. Теплопроводность жидкого натрия уменьшается с повышением температуры. В то же время с увеличением мощности разница температур между холодной и горячей секциями жидкости увеличивается, а тепловая движущая сила жидкости также увеличивается, поэтому теплопередача жидкости увеличивается.По сравнению с тремя другими жидкими металлами, теплопроводность жидкого натрия сильно зависит от мощности. Теплопроводность занимает доминирующее положение, а усилением теплопередачи, вызванным разницей температур, можно пренебречь. Следовательно, тенденция изменения коэффициента теплопередачи согласуется с тенденцией изменения теплопроводности. Для свинца и свинца-висмута теплопроводность меньше зависит от температуры, а увеличение разницы температур, вызванное мощностью, увеличивает способность к теплопередаче.В результате коэффициент теплопередачи свинца и свинца-висмута увеличивается с увеличением мощности. Коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением мощности. Следовательно, этому способствует коэффициент теплопроводности и разница температур при небольшой мощности. Коэффициент теплопередачи увеличивается сначала с увеличением мощности, и скорость увеличения является быстрой. Когда мощность велика, теплопроводность уменьшается с увеличением мощности, и тормозящее влияние теплопроводности на теплопередачу больше, чем стимулирующее влияние разницы температур на теплопередачу.Таким образом, коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава уменьшается с увеличением мощности, а уменьшение скорости происходит медленно.

Влияние мощности на массовый расход

При неизменных граничных условиях массовый расход четырех жидких металлов изменяется в зависимости от мощности, как показано на Рисунке 5.

Рисунок 5 . Влияние мощности нагрева на массовый расход различных жидких металлов.

Как видно из рисунка 5, массовый расход жидкого натрия, натрий-калиевого сплава, свинца и свинцово-висмутового сплава увеличивается с увеличением мощности.Массовый расход свинца и сплава свинец-висмут больше, чем у сплава натрия и натрия-калия. Это главным образом потому, что плотность свинца и свинца-висмута намного выше, чем плотность натрия и натрия-калия. Даже если скорость потока свинца и свинца-висмута мала, массовый поток будет выше, чем у натрия и натрия-калия. Поэтому обычно бывает более точным, сравнивая скорость потока при сравнении циркуляционной способности различных жидких металлов.

Влияние мощности на скорость

Поддержание постоянных граничных условий и изменение скорости в зависимости от мощности, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 . Влияние мощности нагрева на скорость движения различных жидких металлов.

Из рисунка 6 видно, что скорость различных жидких металлов увеличивается с увеличением мощности. Скорость натрия калия была самой высокой, за ней следовала скорость натрия, а скорость свинца и висмута была самой низкой. Вначале разница в скоростях между четырьмя жидкими металлами невелика. По мере увеличения мощности разрыв между скоростями увеличивается.Это в основном связано с тем, что температура жидкости увеличивается с увеличением мощности, тепловое расширение жидкости вызывает увеличение разницы в плотности между горячей и холодной секциями, что приводит к увеличению напора привода и увеличению скорости. . По сравнению с тремя другими жидкими металлами, плотность натрий-калиевого сплава сильнее изменяется с температурой, поэтому его скорость наиболее резко увеличивается с увеличением мощности. Среди четырех жидких металлов способность натрий-калиевого сплава к естественной циркуляции является самой высокой.

Влияние мощности на температуру на выходе

Граничные условия остаются постоянными, а изменения выходной температуры четырех жидких металлов при включении питания показаны на Рисунке 7.

Рисунок 7 . Влияние мощности нагрева на температуру различных жидких металлов на выходе.

Как видно из рисунка 7, температуры на выходе различных жидких металлов увеличиваются с увеличением мощности. При той же мощности натрий-калиевый сплав имеет самую высокую температуру на выходе.При более низкой мощности нагрева температура на выходе из свинца и свинца-висмута ниже температуры на выходе из натрия. Когда мощность достигает примерно 5 кВт / м ² , выходная температура свинца и свинца-висмута превышает температуру натрия, и сохраняется тенденция к превышению. Это связано с тем, что удельная теплоемкость натрия больше, чем у свинца и сплава свинец-висмут. Следовательно, повышение температуры, вызванное свинцом и свинцом-висмутом, больше, когда поглощается одно и то же тепло. При меньшей мощности теплопроводность абсолютно превосходит удельную теплоемкость жидкого натрия.В результате жидкий натрий может поглощать больше тепла при той же мощности, и эффективность теплопередачи выше. Следовательно, его температура на выходе больше, чем у свинца и свинца-висмута в целом. При дальнейшем увеличении мощности теплопроводность натрия уменьшается с увеличением мощности, теплопроводность свинца и свинца-висмута увеличивается с увеличением мощности. Таким образом, преимущество теплопроводности натрия ослабевает, и разница в теплопроводности между натрием и свинцовым сплавом свинец-висмут уменьшается.В это время доминирующее положение занимает разница в удельной теплоемкости, что приводит к более высокой выходной температуре свинца и свинца-висмута.

Влияние давления на теплопередачу потока

Рабочие жидкости: жидкий натрий, натрий-калиевый сплав, свинец и свинцово-висмутовый сплав. Температура секции предварительного нагрева 620 K, температура секции охлаждения 610 K, удельная мощность 20 кВт / м ² , значения давления 1, 2, 3, 4 и 5 МПа соответственно.Коэффициент теплопередачи, массовый расход, скорость и температура на выходе четырех жидких металлов изменяются в зависимости от давления, как показано на Рисунке 8.

Рисунок 8 . Эффект давления. (A) Влияние давления на коэффициент теплопередачи, (B) влияние давления на массовый расход, (C) влияние давления на скорость и (D) влияние давления на температуру на выходе.

Как видно из рисунка 8, коэффициент теплопередачи жидкого натрия имеет тенденцию незначительно уменьшаться с увеличением давления, в то время как у сплава натрий-калий, с другой стороны, имеет тенденцию к увеличению.Из раздела «Влияние факторов на коэффициент теплопередачи» можно увидеть, что на коэффициент теплопередачи натрия в основном влияет взаимодействие мощности и давления, и коэффициент вклада составляет около 32,73%. Следовательно, давление влияет на коэффициент теплопередачи за счет связи с мощностью. Для натрий-калиевых сплавов на коэффициент теплопередачи влияет взаимодействие температуры и давления на входе. Давление влияет на коэффициент теплопередачи за счет связи с температурой на входе.Для свинца и свинца-висмута нет взаимодействия между давлением и мощностью или температурой, поэтому его коэффициенты теплопередачи мало меняются с давлением. В целом влияние давления на коэффициент теплопередачи жидких металлов не очевидно. Давление практически не влияет на массовый расход, скорость и температуру жидкого металла на выходе. При одном и том же давлении скорость движения натрий-калиевого сплава, натрия, свинцово-висмутового сплава и свинца последовательно уменьшается. Скорость не изменяется с давлением, потому что плотность жидкого металла меньше зависит от давления.Повышение давления не вызывает изменения разницы плотностей между горячим и холодным участками. Приводная головка системы имеет тенденцию к устойчивости, поэтому скорость потока жидкого металла не изменяется. Влияние давления на физические свойства жидкого металла невелико, поэтому температура на выходе различных жидких металлов имеет тенденцию быть стабильной.

Влияние температуры на входе на теплопередачу потока

Рабочие жидкости: жидкий натрий, натрий-калиевый сплав, свинец и свинцово-висмутовый сплав.Температура секции охлаждения составляет 610 K, удельная мощность составляет 20 кВт / м ² , а температура секции предварительного нагрева — это температура на входе секции нагрева, и значения равны 620, 650, 680, 710 и 740 K, соответственно. Коэффициент теплопередачи, массовый расход, скорость и температура на выходе четырех жидких металлов изменяются в зависимости от температуры на входе, как показано на Рисунке 9.

Рисунок 9 . Влияние температуры на входе. (A) Влияние температуры на входе на коэффициент теплопередачи, (B) влияние температуры на входе на массовый расход, (C) влияние температуры на входе на скорость потока и (D) влияние температуры на входе от температуры на выходе.

Как видно из рисунка 9, коэффициент теплопередачи жидкого натрия уменьшается с увеличением температуры на входе. Температура на входе не влияет на коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава, свинца и свинца-висмута. Это происходит главным образом потому, что теплопроводность жидкого натрия значительно изменяется с температурой, в то время как теплопроводность натрий-калиевых сплавов, свинца и свинца-висмута имеет меньшую тенденцию с температурой. Массовый расход, скорость и температура жидкого металла на выходе увеличиваются с увеличением температуры на входе.Плотность свинца и сплава свинец-висмут намного больше, чем у сплава натрия и натрия-калия, поэтому увеличение массового расхода более очевидно, чем у последнего. Однако увеличение скорости сплава натрий-калий и натрия было немного больше, чем у свинца и сплава свинец-висмут. При определенной мощности увеличение температуры жидкого металла на входе вызывает повышение температуры на выходе, что приводит к увеличению разницы температур между горячей и холодной секциями.В то же время это увеличивает движущую силу системы. Таким образом, скорость жидкого металла увеличивается с увеличением температуры на входе. Скорость увеличения выходной температуры сплава свинец-висмут больше, чем у свинца. Следовательно, когда температура на входе увеличивается до определенного значения, температура на выходе из свинца-висмута выше, чем температура на выходе из свинца. Это в основном связано с тем, что удельная теплоемкость свинца увеличивается с увеличением температуры, а удельная теплоемкость свинца-висмута уменьшается с увеличением температуры, поэтому при поглощении того же количества тепла тенденция увеличения температуры свинца -висмут более очевиден.

Проверка результатов моделирования

Ma et al. (2007) провели экспериментальное исследование массового расхода и скорости естественной циркуляции свинца-висмута. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных показано на рисунке 10.

Рисунок 10 . Сравнение результатов эксперимента и моделирования.

На рисунке 10, из-за разницы в размере модели между экспериментом и симуляцией, метод безразмерного среднего используется для работы с разницей температур, массовым расходом и скоростью потока.ΔT — разница температур между горячей и холодной секциями, ΔT _ave — средняя разница температур, W — массовый расход, W _av — средний массовый расход, U — скорость потока, U _ave — средняя скорость потока. Расчетные данные сравниваются с экспериментальными данными безразмерным методом. Тенденция изменения экспериментальных результатов и результатов моделирования в основном одинакова, поэтому можно определить адаптивность установленной имитационной модели.

Факторный анализ

Влияние взаимодействия на коэффициент теплопередачи

С помощью метода факторного анализа анализируется взаимодействие между факторами. Влияние взаимодействия на коэффициенты теплопередачи различных жидких металлов показано на рисунке 11.

Рисунок 11 . Влияние взаимодействия на коэффициенты теплоотдачи различных жидких металлов. (A) Влияние натрия на коэффициент теплопередачи, (B) влияние на коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава, (C) влияние на коэффициент теплопередачи свинца и (D) влияние на коэффициент теплопередачи свинца-висмута.

Из рисунка 11 видно, что влияние факторов на коэффициент теплопередачи естественного цикла жидкого металла. Когда действие одного фактора меняется с другими факторами, и разница между ними превышает диапазон случайных колебаний, указывается взаимодействие между ними. На рисунке 11, если две линии пересекаются, это означает, что существует взаимодействие между двумя факторами; если две линии почти параллельны, это означает, что взаимодействие между двумя факторами можно игнорировать.Среди факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи жидкого натрия, есть взаимодействие между мощностью и давлением. Среди факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи натрий-калиевых сплавов, есть взаимодействие между давлением и температурой на входе. Взаимодействие факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи жидкого свинца, отсутствует. Что касается факторов, влияющих на коэффициент теплопередачи свинца-висмута, существует взаимодействие между мощностью и входной температурой; в то время как для мощности и давления, хотя две прямые линии имеют определенный наклон, они почти параллельны, и можно видеть, что взаимодействие невелико и им можно пренебречь.

Влияние факторов на коэффициент теплопередачи

Подставляя данные расчета в разделе «Результаты расчетов» в формулы (1) — (3), можно получить предполагаемый эффект и взаимодействие между факторами. Полунормальная вероятность влияния коэффициента теплопередачи показана на рисунке 12.

Рисунок 12 . Полунормальная вероятность влияния коэффициента теплоотдачи. (A) Влияние коэффициента теплопередачи натрия, (B) влияние коэффициента теплопередачи натрий-калиевого сплава, (C) влияние коэффициента теплопередачи свинца и (D) влияние коэффициент теплопередачи свинца-висмута.

На рисунке 12 пренебрежимо малый эффект распределен нормально и обычно падает рядом с линией на графике. Эффект дальше от прямой указывает, что фактор статистически значим и имеет наибольшее влияние на коэффициент теплопередачи. Доля процентного вклада эффекта определяется отношением суммы квадратов эффектов к общей сумме квадратов, что указывает на степень зависимости между влияющими факторами и коэффициентом теплопередачи.Для жидкого натрия, за исключением эффекта A, эффекта AB и эффекта C, другие эффекты незначительны. Эффект А отклоняется дальше всего от линии, указывая на то, что он имеет наибольшее влияние на коэффициент теплопередачи, и его доля составляет около 40,16%; степень вклада эффекта AB составляет около 32,73%, что указывает на взаимодействие между мощностью и давлением; ставка вклада эффекта C составляет около 6,79%. Для натрий-калиевого сплава эффект A имеет наибольшее влияние на коэффициент теплопередачи, и коэффициент вклада составляет около 78.16%; степень вклада эффекта BC в коэффициент теплопередачи составляет около 7,70%, что указывает на взаимодействие между давлением и температурой на входе; другие эффекты незначительны для натрий-калиевых сплавов. Для жидкого свинца, за исключением эффекта A, другие эффекты незначительны, и степень вклада эффекта A в коэффициент теплопередачи составляет около 97,95%. Для сплавов свинец-висмут доля эффекта A составляет около 92,19%; коэффициент влияния AC составляет около 5.62%, поэтому существует взаимосвязь между мощностью и температурой на входе; другие эффекты пренебрежимо малы для сплавов свинец-висмут.

Заключение

Течение и теплопередача при естественной циркуляции жидкого металла были численно смоделированы с помощью CFX. Факторы влияния сравнивались с помощью факторного анализа. Было получено влияние мощности, давления и температуры на входе на коэффициент теплопередачи жидкого металла.

(1) Коэффициент теплопередачи жидкого натрия уменьшается с увеличением мощности, тогда как коэффициент теплопередачи жидкого свинца и свинца-висмута увеличивается с увеличением мощности, а коэффициент теплопередачи натрий-калиевого сплава увеличивается в первую очередь и затем уменьшается с увеличением мощности.В тех же условиях натрий имеет лучшие характеристики теплопередачи, а его коэффициент теплопередачи намного больше, чем у трех других жидких металлов. Сплав натрий-калий обладает самой сильной способностью к естественной циркуляции, а его скорость потока выше, чем у других жидких металлов.

(2) Давление практически не влияет на скорость потока и температуру на выходе жидкого металла. На коэффициент теплопередачи жидкого натрия и натрий-калиевого сплава влияет давление.На коэффициент теплопередачи натрия влияет взаимодействие мощности и давления, и коэффициент вклада составляет около 32,73%. Следовательно, давление влияет на коэффициент теплопередачи за счет связи с мощностью. Для натрий-калиевых сплавов давление влияет на коэффициент теплопередачи, взаимодействуя с температурой на входе. Для свинца и сплава свинец-висмут нет взаимодействия между давлением и мощностью или температурой, поэтому их коэффициенты теплопередачи мало изменяются с давлением.

(3) Для коэффициента теплопередачи четырех жидких металлов мощность является наиболее важным фактором. Степень вклада мощности в коэффициенты теплопередачи жидкого натрия, натрий-калиевого сплава, свинца и свинцово-висмутового сплава достигла 40,16, 78,16, 97,95 и 92,19% соответственно. Помимо свинца, на коэффициенты теплопередачи натрия, натрий-калиевого сплава и сплава свинец-висмут влияет взаимодействие между факторами. Следовательно, при улучшении коэффициента теплопередачи натрия, сплава натрий-калий и сплава свинец-висмут невозможно просто проанализировать влияние одного из факторов, и необходимо всесторонне рассмотреть взаимосвязь между факторами.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью / дополнительный материал.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Финансирование

Этот проект поддержан Фондом естественных наук муниципалитета Пекина (3172032).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Боргохайн А., Махешвари Н. К. и Виджаян П. К. (2016). Эксперименты с естественной циркуляцией в свинцово-висмутовой петле неоднородного диаметра и проверка кода LeBENC. Прогресс Атомная Энергия 91, 68–82. DOI: 10.1016 / j.pnucene.2016.03.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, В. П., и Хан, Д. (2002). «Разработка модели двухфазного потока натрия для анализа керна Калимера», в Международная конференция по ядерной инженерии (Вашингтон, округ Колумбия: Американское общество инженеров-механиков), 333–341.

Google Scholar

Дункан, Дж. Д. (1988). SBWR, упрощенный реактор с кипящей водой. Nuclear Eng. Дизайн. 109, 73–77. DOI: 10.1016 / 0029-5493 (88)

-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gaiying, W., Qing, B., Sheng, G., Min, Z., and Qunying, H. (2012). Предварительные исследования технологии измерения концентрации кислорода в жидком свинце висмуте. Nuclear Sci. Англ. 32, 165–169. DOI: 10.3969 / j.issn.0258-0918.2012.02.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, Ю., Такахаши М., Номура М. (2015). Экспериментальное исследование диффузии Ni в эвтектике свинец-висмут (LBE). Energy Proc. 71, 313–319. DOI: 10.1016 / j.egypro.2014.11.884

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хашим, М., Йошикава, Х., Мацуока, Т., и Ян, М. (2014). Количественная динамическая оценка надежности систем пассивной безопасности AP1000 с использованием методологий FMEA и GO-FLOW. J. Nuclear Sci. Technol. 51, 526–542. DOI: 10.1080 / 00223131.2014.881727

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jingjing, L., Tao, Z., Qijun, H., and Zejun, X. (2014). Исследование устойчивости естественного циркуляционного потока сверхкритической воды на основе факторного анализа. Атомная энергетика, англ. . 35, 66–69. DOI: 10.13832 / j.jnpe.2014.05.0066

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, X. (2015). Анализ строительства зарубежных моделей реакторов на суше и их вклад в развитие ядерно-энергетического оборудования для кораблей. Подбородок. Корабль Res. 10, 84–91. DOI: 10.3969 / j.issn.1673-3185.2015.03.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Д., Чжоу, Т., Чен, Дж., Ци, С., Шахзад, М. А., и Сяо, З. (2017). Анализ прогноза коэффициента теплоотдачи сверхкритической воды на основе нейронной сети БП. Nuclear Eng. Des. 320, 400–408. DOI: 10.1016 / j.nucengdes.2017.06.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, В., Карбоджян, А., Сегал, Б.Р. (2007). Экспериментальное исследование естественной циркуляции и ее устойчивости в петле тяжелого жидкого металла. Nuclear Eng. Проект 237, 1838–1847 гг. DOI: 10.1016 / j.nucengdes.2007.02.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тарантино, М., Грандис, С. Д., Бенамати, Г., и Ориоло, Ф. (2008). Естественная циркуляция в жидкометаллической одномерной петле. J. Nuclear Mater. 376, 409–414. DOI: 10.1016 / j.jnucmat.2008.02.080

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Chen, P., Zhou, Y., Li, W., Tang, C., Miao, Y., et al. (2018). Экспериментальное исследование конденсации пара с воздухом из вертикальных трубных пучков. Фронт. Energy Res. 6:32. DOI: 10.3389 / fenrg.2018.00032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ватанабэ, О., Ояма, К., Эндо, Дж., Дода, Н., Оно, А., Камиде, Х. и др. (2015). Разработка методологии оценки системы отвода остаточного тепла естественной циркуляции в быстром реакторе с натриевым теплоносителем. Дж.Ядерная наука. Technol. 52, 1102–1121. DOI: 10.1080 / 00223131.2014.994049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qiu, Z., Lan, Z., Ma, Z., Qiu, S., Zan, Y, Xing, D., et al. (2016). Теоретическое исследование характеристик теплопередачи двухфазного потока жидкометаллического натрия при кипении. Nuclear Power Eng. 37, 124–127. DOI: 10.13832 / j.jnpe.2016.S2.0121

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ягов В.В., Зубов Н.О., Кабаньков О.Н., и Сукомель, Л.А. (2019). Экспериментально-расчетное исследование теплогидравлических характеристик контура естественной циркуляции. Thermal Eng. 66, 477–490. DOI: 10.1134 / S004060151

03

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Улучшение теплопередачи с использованием CO 2 в контуре естественной циркуляции

Контуры теплопередачи (вторичные контуры) подразделяются на контур принудительной циркуляции (FCL) и контур естественной циркуляции (NCL). Контур принудительной циркуляции — это активная система, для которой требуется насос или компрессор для управления потоком жидкости, тогда как контур естественной циркуляции (NCL) представляет собой простую систему, в которой поток жидкости происходит из-за градиента плотности, вызванного наложенной разницей температур.

В NCL радиатор расположен выше, чем источник тепла. Это устанавливает градиент плотности в системе, из-за которого более легкая (более теплая) жидкость поднимается вверх, а более тяжелая (более холодная) жидкость движется вниз. Следовательно, тепловая энергия может передаваться от высокотемпературного источника к низкотемпературному поглотителю без прямого контакта друг с другом, а также без использования какого-либо первичного двигателя.

NCL предпочтительнее контура с принудительной конвекцией, где безопасность является превыше всего.Он также обеспечивает бесшумную и необслуживаемую работу. NCL является многообещающим вариантом для многих инженерных приложений, таких как ядерные реакторы ¹ , химическая экстракция ^2,3 , электронная система охлаждения ⁴ , солнечные нагреватели ^5,6,7,8,9,10 , геотермальные приложения ^11,12 , криогенные холодильные установки ¹³ , охлаждение лопаток турбины ¹⁴ , термосифонные ребойлеры ^15,16 , а также охлаждение и кондиционирование воздуха ¹⁷ и т. Д.По сравнению с системами с принудительной конвекцией скорость теплопередачи в системах с естественной конвекцией находится на более низком уровне, и ее улучшение является сложной задачей. Исследователи пытаются разными способами улучшить скорость теплопередачи, например, используя различные рабочие жидкости / наножидкости. Misale и др. . ¹⁸ и Наяк и др. . ¹⁹ экспериментально сообщил об увеличении скорости теплопередачи на 10–13% с наножидкостью (Al ₂ O ₃ + вода) по сравнению с NCL на водной основе.

Выбор рабочих жидкостей для NCL обычно осуществляется на основе некоторых благоприятных теплофизических свойств. Обычно используемые рабочие жидкости можно разделить на водные и неводные. Водные растворы, как правило, представляют собой продукты на основе соли или спирта. Они обладают одним или несколькими неблагоприятными эффектами, такими как коррозионная активность, токсичность, высокое значение pH и т. Д. Неводные растворы представляют собой коммерчески доступные химические вещества.

В последние годы CO ₂ приобрел популярность в качестве циркуляционной жидкости в NCL благодаря своим превосходным теплофизическим свойствам и экологичности (отсутствие потенциала разрушения озонового слоя и незначительный потенциал глобального потепления) и использовался для различных приложений, таких как солнечное тепло коллектор ²⁰ , тепловой насос ²¹ , геотермальная система ²² и т. д.Пригодность CO ₂ в качестве циркуляционной жидкости была изучена Kiran Kumar и др. . ²³ для NCL, а также Ядав и др. . ²⁴ для контура принудительной циркуляции.

Любые жидкости, работающие в области, близкой к критической, показывают очень хорошие характеристики теплопередачи и потока жидкости благодаря своим благоприятным теплофизическим свойствам. Преимущество двуокиси углерода заключается в низкой критической температуре (~ 31 ° C) и вполне разумном критическом давлении (73,7 бар).

Swapnalee и др. . ²⁵ провели экспериментальные исследования по изучению статической нестабильности сверхкритических СО ₂ и НКЛ на водной основе с нагревателем в качестве источника тепла. Kiran и др. . ²⁶ провели эксперименты и изучили поведение теплопередачи NCL с использованием докритического CO ₂ с ограниченным диапазоном температуры и давления.

Хотя доступность экспериментальных исследований очень ограничена из-за риска, связанного с работой с CO ₂ при высоком рабочем давлении, достаточно большое количество численных исследований поведения теплопередачи CO ₂ на основе NCL доступно в открытая литература ^27,28,29 .

Киран Кумар и др. . ²⁷ выполнили численное исследование стационарного анализа однофазных прямоугольных NCL с параллельными потоками теплообменников типа «труба в трубе». Ядав и др. . ²⁸ выполнили переходный анализ контура естественной циркуляции (NCL) на основе диоксида углерода с торцевыми теплообменниками. Басу и др. . ²⁹ , направлена ​​на разработку теоретической модели для моделирования стационарных характеристик прямоугольного однофазного контура естественной циркуляции и исследования роли различных геометрических параметров в поведении системы.Ядав и др. . ³⁰ провели трехмерное исследование CFD и заявили, что скорость теплопередачи на ~ 700% выше в случае докритической жидкости, а также сверхкритического CO ₂ по сравнению с водой. Двумерный анализ при 90 бар для различных температур источника тепла сообщил о нестабильности, связанной со сверхкритическим потоком ^31,32 .

Доступны обширные численные исследования ^27,28,29 на CO ₂ на основе NCL с различными конфигурациями.Однако в литературе сообщается об очень небольшом количестве экспериментальных исследований из-за риска, связанного с обращением с CO ₂ при более высоком рабочем давлении. Как и в большинстве инженерных исследований, имеющих практическое значение, экспериментальные исследования являются эталоном. Экспериментальные исследования NCL, использующих сверхкритический / докритический CO ₂ с концевыми теплообменниками в широком диапазоне температур, охватывающем отрицательную температуру, ограничены. Чтобы заполнить эту критическую пустоту, в данном экспериментальном исследовании представлено исследование поведения теплопередачи субкритических / сверхкритических НКЛ на основе CO ₂ с торцевыми теплообменниками для широкого применения в диапазоне от минусовых (-18 ° C) до плюсовых (70 ° С). ° C) температуры.Исследование также включает явление теплопередачи в однофазном (жидкость и пар) и двухфазном CO ₂ на основе NCL. Далее сравниваются скорости теплопередачи воды (для положительной температуры) и рассола (для отрицательной температуры) в NCL.

Детали эксперимента

Полное изображение испытательной установки представлено на рис. 1. Испытательная установка состоит из резервуара CO ₂ , теплообменников типа «труба в трубе» (горячего и холодного) с вертикальными трубками (стояк и сливной стакан).

Рисунок 1

Схема NCL с торцевыми теплообменниками. (1) Цилиндр резервуара CO ₂ , (2) Термостатическая ванна для HHX, (3) Термостатическая ванна для CHX (4) Система сбора данных, (5) Увеличенная часть внутренней конструкции термопары (гайка и наконечник).

Термопары Т-типа соответствующей длины подключаются для измерения температуры текучей среды контура (CO ₂ / вода / солевой раствор) и внешней текучей среды (вода / метанол), которая течет внутри внутренней трубы и кольцевого пространства, соответственно, как показано на рис.1.

Фотографический вид используемого объекта представлен на рис. 2. Контур естественной циркуляции 2 × 2 м изготовлен из нержавеющей стали (SS-316), имеет внешний диаметр 32 мм, внутренний диаметр 26 мм, толщину 3 мм. мм и выдерживает давление до 250 бар. Для управления теплопередачей от контура к окружающей среде весь контур изолирован асбестовым тросом и изоляционным материалом из вспененной ленты толщиной 3 мм каждый. Теплообменники длиной 1600 мм, наружным диаметром 51 мм и толщиной 3 мм.

Рисунок 2

Экспериментальная установка. (1) Термостатическая ванна — 1 (HHX), (2) DAQ, (3) Компьютер для чтения данных DAQ, (4) Термостатическая ванна -2 (CHX), (5) Манометр, (6) Ротаметр, (7) Датчик перепада давления, (8) предохранительный клапан, (9) цилиндр CO ₂ , (10) вакуумный насос.

Две термостатические ванны (Thermo Scientific PC200) с мощностью нагрева / охлаждения 2 кВт подают внешнюю жидкость (воду / метанол) с фиксированной температурой в теплообменники. Массовый расход внешней жидкости измеряется с помощью двух калиброванных ротаметров (диапазон 2–20 л / мин) с клапанным устройством, подключенных отдельно к HHX и CHX.

Манометр Бурдона с диапазоном 0–150 бар подключается для измерения давления в линии контура в центре правой ноги. Шесть термопар Т-типа используются для контроля температуры CO ₂ в различных местах вдоль контура, термопары напрямую связаны с жидкостью внутреннего контура CO ₂ , как показано на рис. 1 увеличенной части гайки и расположение наконечника. Система сбора данных (DAQ, Keighley — модель 2700) используется для регистрации различных температур контура.Геометрические характеристики испытательного стенда указаны в таблице 1. Рабочие параметры и их рабочий диапазон представлены в таблице 2 для всего эксперимента.

Таблица 1 Геометрические параметры экспериментальной установки. Таблица 2 Диапазон рабочих параметров, учитываемых при исследовании.

Методология

Холодный и горячий теплообменники испытываются на герметичность при давлении до 10 бар, а контур проверяется на герметичность при давлении 150 бар. Позже весь контур естественной циркуляции откачивается, и необходимое количество CO ₂ загружается в контур из цилиндра CO ₂ .Зарядка CO ₂ прекращается, когда давление жидкости в контуре достигает необходимого рабочего состояния. Внешняя жидкость заставляется течь внутри кольцевой трубы обоих теплообменников с заданными массовым расходом и температурами. Когда внешняя жидкость начинает течь, температура контура начинает изменяться с небольшим изменением давления контура. Для поддержания заданного рабочего давления CO ₂ перемещается в / из цилиндра, в котором поддерживается рабочее давление. Эта практика продолжается до тех пор, пока цикл не достигнет устойчивого состояния.Считается, что контур достигает установившегося состояния, если переходные колебания всех температур и давлений составляют менее 0,5%.

При заданном рабочем давлении состояние CO ₂ подтверждается мониторингом температуры во всех точках контура (однофазная, двухфазная или сверхкритическая фаза). Как только вся система достигает устойчивого состояния, результаты записываются. Чтобы сравнить результаты CO ₂ в качестве жидкости контура, рассол используется как жидкость контура для приложений с более низкими температурами, тогда как вода используется для приложений с температурой выше нуля.Метанол используется в качестве внешней жидкости для приложений с более низкими температурами (ниже 0 ° C) и вода в качестве внешней жидкости для приложений с более высокими температурами (выше 0 ° C).

Чтобы обеспечить условия турбулентного потока для внешней жидкости, массовый расход 0,083 кг / с (5 л / мин) поддерживается как в CHX, так и в HHX.

Скорость теплопередачи (Q) рассчитывается по формуле

$$ {\ rm {Q}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-HHX} \ times { \ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {HHX}}} = {\ rm {m}} \ times {{\ rm {c}}} _ {p-CHX} \ times {\ Delta {\ rm {T}}} _ {{\ rm {CHX}}} $$

(1)

где m = массовый расход внешней жидкости в кг / с

c _{p — HHX} = удельная теплоемкость HHX в Дж / кг-K

c _{p — CHX} = удельная теплоемкость CHX в Дж / кг-K

ΔT _HHX = разница температур HHX между входом и выходом

ΔT _CHX = разница температур CHX между входом и выходом

Средняя температура рассчитывается по

$ $ {T} _ {avg} = \ frac {{T} _ {C} + {T} _ {H}} {2} $$

(2)

где, T _C = температура на входе CHX в ° C

T _H = температура на входе HHX в ° C

.