עקרון הפעלה ותכנית חימום לבית פרטי עם מחזור טבעי: מאפייני חישוב
סירקולציה טבעית היא זרימת נוזל הקירור במערכת החימום. על ידי כוח הכבידה, בלי שמשאבת הסירקולציה תפעל.
כָּזֶה התנועה נוצרת על ידי כוחות הכבידה בשל תכונת הנוזל להתרחב בעת חימום.
כוח הכבידה הטבעי מאפשר חימום עבודה ללא משאבה ועלויות חשמל נוספות, במצב אוטונומי. ממה עשויה מערכת חימום כבידה וכיצד היא פועלת?
עקרון המחזור הטבעי
כאשר מחממים בדוד מים מתרחבים, הופכים קלים יותר, עולה כלפי מעלה ומפנה מקום לזרימת הנוזל המקורר.
במקומו, מים מקוררים נכנסים לדוד. מים ממעגל החימום - אלה שעברו דרך הרדיאטורים, פלטו חלק מהחום לחלל שמסביב והתקררו. יש להם מקדם התפשטות נמוך יותר, צפיפותם גבוהה יותר ומשקלם כבד יותר.
המים הקרים דוחקים את המים החמים מהדוד. זה יוצר זרימה קבועה של נוזל במערכת החימום, הנקראת זרימה טבעית של נוזל הקירור במעגל.
מהירות תנועת המים על ידי כוח הכבידה תלויה במספר גורמים:
- הפרש הטמפרטורה בין כניסת הדוד ליציאתו – יוצר את לחץ הכבידה של הנוזל;
- קוטר המעברים הפנימיים במערכת החימום – יכול להפחית את קצב הזרימה;
- תנועה עקיפה של נוזל קירור במערכת – זוויות, סיבובים, הצרת קוטר פנימי של צינורות או פולטים – מפחיתים את לחץ המים ומאטים את זרימתם.
יתרונות וחסרונות
למחזור טבעי של נוזל הקירור בבית פרטי יש יתרונות שאין להכחישם בצורה של אוטונומיה ותפעול בעלות נמוכה. אבל גם מלווה בחסרונות, שאיתו צריך להתמודד כשמסדירים את זה.
יתרונות זרימת כוח הכבידה:
- פעולת חימום אוטונומית, ללא תלות בזמינות החשמל.
- מחיר משתלם, אחת האפשרויות הזולות ביותר לסידור מערכת.
- עֲמִידוּת – השימוש ברדיאטורים מברזל יצוק ובצינורות ברזל יצוק בעלי חתך גדול מבטיח חימום ארוך טווח של בית בן שתי קומות במשך 40-50 שנה או יותר.
פגמים:
- מערכת החימום נראית מגושמת - צינורות גדולים לאורך הקירות, רדיאטורים מברזל יצוק.
- לא ניתן להשתמש בתרמוסטטים.
- בעת התקנת סעפת חלוקה בעליית הגג בידוד תרמי טוב הוא הכרחי – כדי למנוע קירור וקפיאה של מים.
- הפסדי חום גדולים למדי מתרחשים בצינורות בעליית הגג ובמרתף. משמעות הדבר היא עלויות חימום מוגברות של הבית.
מאפייני הבנייה
לארגן את תנועת הנוזלים באמצעות כוח הכבידה בצע את הפעולות הבאות:
- דוד החימום ממוקם נמוך ככל האפשר - בקומה הראשונה או במרתף. סעפת החלוקה מורמת גבוה יותר - לתקרה או לעליית הגג של הבניין.
לפיכך, המים מקבלים את גובה העלייה המרבי המותר עבור בניין נתון. מה שיוצר את לחץ הכבידה המרבי האפשרי של נוזל הקירור בצינורות.
- הם מתקינים מכשירים עם פתחים פנימיים רחבים. צינורות בקוטר גדול – חתך רוחב של לא פחות מ-40 מ"מ. רדיאטורים בעלי מעבר פנימי רחב הם סוללות ברזל יצוק מסורתיות. אם יש צורך להתקין התקני כיבוי, מותקנים שסתומי כדור, אשר במצב פתוח מצמצמים באופן מינימלי את המרווח הפנימי.
- צינורות מונחים עם מספר מינימלי של סיבובים, זוויות, ללא סלילים וללא ספירלות.
- קווי האספקה וההחזרה מונחים בזווית.
תְשׁוּמַת לֵב! העקרונות המפורטים לעיל מאפשרים לנו לארגן לחץ מים טבעי ותנועתו במהירות הנדרשת.
אלמנטים של מערכת זרימה כבידה: ממה היא מורכבת
בואו נפרט אותם מכשירים, שממנו מורכבת מערכת חימום כבידה:
- דוד חימום – יכול לפעול על סוגים שונים של דלק – גז, עץ, פחם, חשמל.
- רדיאטורים – מכשירי חימום ישירים – מקרינים חום לחלל החדר.
- צינור אספקה והחזרה ראשי.
- גובה חלוקה – ממוקם מעל הדוד. מים המחוממים בדוד נכנסים אליו, לאחר מכן עוברים (מופצים) לצינור הראשי.
- מיכל התפשטות – לאחסון זמני של נוזל הקירור, אשר מתרחב וגדל בנפחו בעת חימום. הוא ממוקם בנקודה הגבוהה ביותר של המערכת ועשוי בצורה פתוחה.
- שסתומי כדור סיבוביים – בכניסה וביציאה של רדיאטורי חימום.
- ברז ניקוז מים (וגם כדור) - בנקודה הנמוכה ביותר של המערכת.
כעת בואו נבחן מקרוב כיצד מבטיחים את הלחץ המקסימלי האפשרי.
שיפוע הצינור
לצורך מחזור טבעי של נוזל הקירור, ננקטים מספר אמצעים כדי להקל על תנועתו בתוך רדיאטורים וצינורות. אחד האמצעים הללו הוא הנחת צינורות אספקה והחזרה בשיפוע קל. גודל השיפוע נבחר - 2-3 מעלות לכל מטר ליניארי.
דרגות השיפוע שצוינו אינן מפרות ויזואלית את הגיאומטריה של הנחת הצינור, אלא מבטיחות את תנועת המים על ידי כוח הכבידה. הן גם מאפשרות ניקוז נוזלים מהמערכת אם יש צורך להחליף את הסוללה או לתקן אותה.
לחץ כבידתי
לחץ כבידה נוצר כהפרש בלחץ המים במקטעים שונים של צינור.
במערכת עם תנועה טבעית של נוזל הקירור, נוצר לחץ כבידתי חימום מים והעלאתם לגובה עליית הגג או הקומה השנייה של הבית. זה מבטיח זרימה כבידה ופעולת חימום.
גודל הלחץ הכבידתי נקבע לפי גובה המעלית מַיִם וההפרש בטמפרטורה.
תְשׁוּמַת לֵב! אֵיך חימום חזק יותר נוזל קירור בדוד, ככל שהפרש הלחץ יהיה גדול יותר, וככל שהמים יזורו מהר יותר דרך הצינורות.
מכשולים אפשריים
כדי להבטיח מחזור טבעי יעיל, הם מנסים להפחית את מספר הגורמים המפריעים ללחץ הכבידתי.
התוכנית נמצאת בתהליך ארגון עם מספר מינימלי של פינות וסיבובים. במקום לכופף צינורות בזווית ישרה, נעשים סיבובים חלקים ככל האפשר. כדי שהמים לא ייתקלו במכשולים, הם מוסרים. היצרות של לומן ושסתומים.
החלקים הפנימיים של הרדיאטורים חייבים להיות גדולים מספיק. התוצאה של פתחים רחבים היא נפח מוגבר של נוזל קירור, כמו גם האינרציה של מערכת החימום.
תוכנית של מערכת חימום חד-צינורית בבניין פרטי
מערכת צינור יחיד היא הדרך הפשוטה והנגישה ביותר לארגן את זרימת נוזל הקירור הטבעית בצינורות. היא פועלת על פי העיקרון תנועת מים באמצעות כוח הכבידה בעת חימום בדוד. זרימת נוזל הקירור בתוך הצינור הראשי, עוברת ברצף דרך כל הרדיאטורים של המערכת. צינור החימום הראשי מתחיל ומסתיים בדוד החימום.
יֵשׁ שתי אפשרויות חיבור טורי של סוללות במעגל בעל צינור יחיד:
- הכביש המהיר עובר ישירות דרך כל רדיאטור בחדר.
- הכביש המהיר עובר ליד הסוללות, במקרה זה, קו הסתעפות המספק מים חמים יוצא ממנו מול כל רדיאטור. לאחר מכן נוזל הקירור המקורר משוחרר מהרדיאטורים אל הקו הראשי.
תמונה 1. המהות של מערכת חימום חד-צינורית היא תנועת מים על ידי כוח הכבידה כאשר הדוד מתחמם.
בשתי התוכניות המים מתקררים בהדרגה, ועוברים מהרדיאטור הראשון לאחרון. זו הסיבה שהסוללות הראשונות במעגל יהיו חמות משמעותית מהאחרונות. במקביל בתרשים הראשון ההבדל בין טמפרטורת הנוזל ברדיאטור הראשון והאחרון יהיה גדול יותר מאשר ברדיאטור השני. לכן התוכנית השנייה מבטיח חימום אחיד יותר של כל החדרים.
הַפנָיָה! בתרשים השני יש יותר זוויות., סיבובים המפחיתים את הלחץ ההידרודינמי ומסבכים את תנועת נוזל הקירור.
יתרונות מערכת חד-צינורית עם זרימה טבעית:
- קל להתקנה.
- המחיר המשתלם ביותר – ההתקנה זולה יותר מכל סוגי החימום האחרים.
- נגישות טכנולוגית – מערכת בעלת צינור אחד קלה יותר להתקנה מאשר מערכת חימום דו-מעגלית. כמו כן, קל יותר לארגן סירקולציה טבעית של נוזל הקירור במערכת בעלת צינור אחד.
מערכת חימום דו-צינורית בבית בן שתי קומות
מערכת החימום הדו-צינורית בולטת נוכחותם של שני כבישים מהירים. מים מחוממים עוברים מהדוד לאורך קו אחד - הזנה. ומים מקוררים נכנסים לדוד לאורך קו אחר - חזרה.
למערכת הדו-צינורית יש מספר מוגבר של זוויות ופניות. בתוכה קשה יותר לארגן זרימה ספונטנית נוזל קירור. לעתים קרובות - יש לשלב אותו במשאבת הסירקולציה.
היתרון העיקרי של מערכת דו-צינורית הוא חימום אחיד של כל החדרים. החיסרון הוא הפחתת לחץ הכבידה והקושי במחזור טבעי של נוזלים בצינורות.
תמונה 2. מערכת חימום דו-צינורית כוללת שני קווים עיקריים ומספר גדול יותר של זוויות ופניות.
עבור זרימה ישירה כבידה במערכת דו-צינורית נדרשת טמפרטורה גבוהה חימום מים. לכן, בהתאם לגודלם, זרימת הכבידה יכולה להיות יעילה יותר או פחות. לתנועת נוזל הקירור אל תוך הזרימה הראשית הם חתכו משאבה במעגל מקביליכך שלא ייצור מכשול ויאפשר זרימה טבעית.
סרטון שימושי
הסרטון מציג אחת ממערכות החימום המבוססות על זרימת מים כבידה בבית בן שתי קומות.
מערכת צינור אחד או שני צינורות: מה עדיף?
לארגון זרימת נוזל הקירור הטבעית מערכת צינור אחד היא הבחירה הטובה ביותר קשרים. הוא יוצר התנגדות מינימלית לתנועת מים, מפחית מעט את הלחץ. הסידור שלו פשוט יותר מאשר במערכת דו-צינורית.
צינור כפול המערכת יכולה להיות גם עם זרימה טבעית. עם זאת, ההתקנה שלה ידרוש ידע מקצועי, חישובים וניסיון.
הערות