Apkures sistēma ar dabisko cirkulāciju: izplatītas ūdens kontūru shēmas

Gravitācijas tipa autonomas apkures tīkla izbūvi izvēlas, ja ir nelietderīgi, dažkārt pat neiespējami uzstādīt cirkulācijas sūkni vai pieslēgties centralizētai elektroapgādei.

Šāda sistēma ir lētāka iekārtošanā un pilnībā neatkarīga no elektrības. Tomēr tās darbspēja lielā mērā ir atkarīga no projektēšanas precizitātes.

Lai apkures sistēma ar dabisko cirkulāciju darbotos nepārtraukti, jāaprēķina tās parametri, pareizi jāuzstāda komponenti un pamatoti jāizvēlas ūdens kontūra shēma. Mēs palīdzēsim šo jautājumu risināšanā.

Mēs aprakstījām gravitācijas sistēmas darbības galvenos principus, sniedzām padomus cauruļvadu izvēlei, norādījām kontūra montāžas un darba mezglu izvietošanas noteikumus. Īpašu uzmanību pievērsām viencaurules un divcaurules apkures shēmu projektēšanas un darbības īpatnībām.

Dabiskās cirkulācijas procesa principi

Ūdens kustības process apkures kontūrā bez cirkulācijas sūkņa lietošanas notiek dabisko fizisko likumu dēļ.

Šo procesu būtības izpratne ļaus kompetenti izstrādāt apkures sistēmas projektu tipiskiem un nestandarta gadījumiem.

Maksimālā hidrostatiskā spiediena starpība

Jebkura siltumnesēja (ūdens vai antifrīza) pamata fizikālā īpašība, kas veicina tā kustību kontūrā dabiskās cirkulācijas laikā – blīvuma samazināšanās, temperatūrai paaugstinoties.

Karstā ūdens blīvums ir mazāks nekā aukstā ūdens blīvums, tāpēc rodas atšķirība siltā un aukstā šķidruma staba hidrostatiskajā spiedienā. Aukstais ūdens, plūstot uz siltummaini, izspiež karsto ūdeni augšup pa cauruli.

Ūdens kustības virzošais spēks kontūrā dabiskās cirkulācijas laikā ir hidrostatiskā spiediena starpība starp auksto un karsto šķidruma stabu.

Mājas apkures kontūru var nosacīti sadalīt vairākos fragmentos. Pa “karstajiem” fragmentiem ūdens tiek virzīts uz augšu, bet pa “aukstajiem” – uz leju. Fragmentu robežas ir apkures sistēmas augšējais un apakšējais punkts.

Galvenais uzdevums, modelējot sistēmu ar dabisko cirkulācijuūdens, ir panākt maksimāli iespējamo starpību starp šķidruma staba spiedienu “karstajā” un “aukstajā” fragmentā.

Klasiskais dabiskās cirkulācijas ūdens kontūra elements ir paātrinājuma kolektors (galvenais stāvvads) – vertikāla caurule, kas virzīta uz augšu no siltummaiņa.

Paātrinājuma kolektoram jābūt ar maksimālo temperatūru, tāpēc to siltumizolē visā garumā. Tomēr, ja kolektora augstums nav liels (piemēram, vienstāvu mājām), siltumizolāciju var neveikt, jo ūdens tajā nepaspēs atdzist.

Parasti sistēmu projektē tā, lai paātrinājuma kolektora augšējais punkts sakristu ar visa kontūra augšējo punktu. Tur uzstāda izvadu uz atvērta tipa izplešanās tvertni vai gaisa atvadīšanas vārstu, ja izmanto membrānas tvertni.

Tad “karstā” kontūra fragmenta garums ir minimāli iespējamais, kas samazina siltuma zudumus šajā posmā.

Arī vēlams, lai “karstais” kontūra fragments netiktu apvienots ar ilgstošu posmu, kas transportē atdzisušo siltumnesēju. Ideālā gadījumā ūdens kontūra apakšējais punkts sakrīt ar siltummaiņa apakšējo punktu, kas ievietots sildīšanas ierīcē.

Jo zemāk apkures sistēmā ir novietots katls, jo mazāks ir hidrostatiskais spiediens šķidruma stabā karstajā kontūra fragmentā.

Arī “aukstajam” ūdens kontūra segmentam ir savi noteikumi, kas palielina šķidruma spiedienu:

• jo lielāki siltuma zudumi uz “aukstā” apkures tīkla posma, jo zemāka ir ūdens temperatūra un lielāks tā blīvums, tāpēc sistēmu darbība ar dabisko cirkulāciju iespējama tikai pie ievērojamas siltumatdeves;
• jo lielāks attālums no kontūra apakšējā punkta līdz radiatoru pieslēgumam, jo lielāks ir ūdens staba posms ar minimālu temperatūru un maksimālu blīvumu.

Lai nodrošinātu pēdējā noteikuma izpildi, bieži krāsni vai katlu uzstāda mājas zemākajā punktā, piemēram, pagrabā. Ar šādu katla novietojumu nodrošina maksimāli iespējamo attālumu starp radiatoru apakšējo līmeni un ūdens ieplūdes punktu siltummainī.

Tomēr augstums starp ūdens kontūra apakšējo un augšējo punktu pie dabiskās cirkulācijas nedrīkst būt pārāk liels (praksē ne vairāk par 10 metriem). Krāsns vai katls silda tikai siltummaini un paātrinājuma kolektora apakšējo daļu.

Ja šis fragments ir nenozīmīgs attiecībā pret visu ūdens kontūra augstumu, tad spiediena kritums “karstajā” kontūra fragmentā būs nenozīmīgs un cirkulācijas process netiks uzsākts.

Sistēmu izmantošana ar dabisku cirkulāciju divstāvu ēkām ir pilnībā pamatota, bet lielākam stāvu skaitam būs nepieciešams cirkulācijas sūknis

Ūdens kustības pretestības minimizēšana

Projektējot sistēmu ar dabisku cirkulāciju, ir jāņem vērā siltumnesēja kustības ātrums pa kontūru.

Pirmkārt, jo ātrāks ātrums, jo ātrāk notiks siltuma padeve pa sistēmu “katls – siltummainis – ūdens kontūrs – apkures radiatori – telpa”.

Otrkārt, jo ātrāks šķidruma ātrums caur siltummaini, jo mazāka ir tā uzvārīšanās varbūtība, kas ir īpaši svarīgi krāsns apkurē.

Ūdens uzvārīšanās sistēmā var izmaksāt ļoti dārgi – siltummaiņa demontāžas, remonta un atkārtotas uzstādīšanas izmaksas prasa daudz laika un līdzekļu.

Sistēmās apkurei ar piespiedu cirkulāciju ūdens kustības ātrums galvenokārt ir atkarīgs no cirkulācijas sūkņa parametriem.

Ūdens apkurē ar dabisku cirkulāciju ātrums ir atkarīgs no šādiem faktoriem:

• spiediena starpības starp kontūra fragmentiem tā apakšējā punktā;
• hidrodinamiskās pretestības apkures sistēmai.

Veidi, kā nodrošināt maksimālo spiediena starpību, tika apskatīti iepriekš. Reālas sistēmas hidrodinamisko pretestību nevar precīzi aprēķināt sarežģītā matemātiskā modeļa un lielā ievaddatu apjoma dēļ, kuru precizitāti ir grūti garantēt.

Tomēr pastāv vispārīgi noteikumi, kuru ievērošana ļaus samazināt apkures kontūra pretestību.

Galvenie ūdens kustības ātruma samazināšanās iemesli ir cauruļu sieniņu pretestība un sašaurinājumu klātbūtne, ko rada veidgabali vai noslēgarmatūra. Pie neliela plūsmas ātruma sieniņu pretestība praktiski nepastāv.

Izņēmums ir garas un plānas caurules, kas raksturīgas apkurei ar siltās grīdas palīdzību. Kā likums, tam tiek izdalīti atsevišķi kontūri ar piespiedu cirkulāciju.

Izvēloties cauruļu veidus kontūram ar dabisko cirkulāciju, būs jāņem vērā tehnisko sašaurinājumu esamība sistēmas montāžā. Tāpēc metāla-plastmasas caurules izmantot dabiskajā ūdens cirkulācijā nav vēlams, jo tās savieno ar veidgabaliem, kam ir ievērojami mazāks iekšējais diametrs.

Metāla-plastmasas cauruļu veidgabali nedaudz sašaurina iekšējo diametru un ir nopietns šķērslis ūdens ceļā pie vāja spiediena (+)

Cauruļu izvēles un montāžas noteikumi

Izvēle starp tērauda vai polipropilēna caurulēm jebkuras cirkulācijas gadījumā notiek pēc to izmantošanas iespējas karstam ūdenim, kā arī no cenas, montāžas viegluma un kalpošanas laika viedokļa.

Padeves stāvvadu montē no metāla caurules, jo caur to plūst visaugstākās temperatūras ūdens, un krāsns apkures vai siltummaiņa bojājuma gadījumā ir iespējama tvaika izplūšana.

Dabiskajā cirkulācijā ir jāizmanto cauruļu diametrs, kas ir nedaudz lielāks nekā cirkulācijas sūkņa gadījumā. Parasti telpu apkurei līdz 200 kv.m, paātrinājuma kolektora diametrs un atgaitas caurules ieejas diametrs siltummainī ir 2 collas.

Tas ir izraisīts ar mazāku ūdens ātrumu salīdzinājumā ar piespiedu cirkulācijas variantu, kas noved pie šādām problēmām:

• pārvadītā siltuma apjoma samazināšanās laika vienībā no avota uz apsildāmo telpu;
• aizsprostojumu vai gaisa korķu parādīšanās, ar kuriem nespēs tikt galā neliels spiediens.

Īpaša uzmanība, izmantojot dabisko cirkulāciju ar apakšējo padeves pieslēguma shēmu, jāpievērš gaisa izvadīšanas problēmai no sistēmas. Tas nevar pilnībā tikt izvadīts no siltumnesēja caur izplešanās tvertni, jo verdošs ūdens vispirms nonāk ierīcēs pa maģistrāli, kas atrodas zemāk nekā tās pašas.

Piespiedu cirkulācijā ūdens spiediens izspiež gaisu uz sistēmas augstākajā punktā uzstādīto gaisa savācēju – ierīci ar automātisku, manuālu vai pusautomātisku vadību. Ar Maevska krānu palīdzību galvenokārt tiek regulēta siltumatdeve.

Gravitācijas apkures tīklos ar padevi, kas atrodas zem ierīcēm, Maevska krānus izmanto tieši gaisa izvadīšanai.

Uz visiem mūsdienu tipa apkures radiatoriem ir gaisa izlaišanas ierīces, tāpēc, lai novērstu gaisa aizsprostojumu veidošanos kontūrā, var veidot slīpumu, novirzot gaisu uz radiatoru.

Gaisu var arī izvadīt ar gaisa nolaidēju palīdzību, kas uzstādīti uz katra stāvvada vai uz gaisa līnijas, kas novilkta paralēli sistēmas maģistrālēm. Ievērojamā gaisa izvadīšanas ierīču skaita dēļ gravitācijas shēmas ar apakšējo izvadu tiek izmantotas ļoti reti.

Pie vāja spiediena neliels gaisa aizsprostojums spēj pilnībā apturēt apkures sistēmu. Tā, saskaņā ar SNiP 41-01-2003, nav atļauts bez slīpuma ieguldīt apkures sistēmu cauruļvadus, ja ūdens kustības ātrums ir mazāks par 0,25 m/s.

Dabiskās cirkulācijas apstākļos šādi ātrumi nav sasniedzami. Tāpēc papildus cauruļu diametra palielināšanai ir jāievēro nemainīgi slīpumi gaisa izvadīšanai no apkures sistēmas. Slīpumu projektē, aprēķinot 2–3 mm uz 1 metru, dzīvokļu tīklos slīpums sasniedz 5 mm uz horizontālās līnijas tekošo metru.

Padeves slīpumu veido ūdens kustības virzienā, lai gaiss virzītos uz izplešanās tvertni vai sistēmu, kas izvada gaisu un atrodas kontūra augšējā punktā. Lai gan var izveidot arī pretēju slīpumu, taču šajā gadījumā papildus ir jāuzstāda gaisa izvadīšanas vārsts.

Atgaitas maģistrāles slīpumu parasti veido atdzesētā ūdens kustības virzienā. Tad kontūra zemākais punkts sakritīs ar atgaitas caurules ieeju siltuma ģeneratorā.

Visizplatītākā padeves un atgaitas cauruļu slīpuma virzienu kombinācija gaisa aizsprostojumu novēršanai no dabiskās cirkulācijas ūdens kontūra.

Uzstādot siltās grīdas nelielā platībā kontūrā ar dabisko cirkulāciju, ir jānovērš gaisa iekļūšana šīs apkures sistēmas šaurajās un horizontāli novietotajās caurulēs. Ir jāuzstāda gaisa noņemšanas ierīce pirms siltās grīdas.

Viencaurules un divcaurules apkures shēmas

Izstrādājot mājas apkures shēmu ar dabisku ūdens cirkulāciju, iespējams projektēt gan vienu, gan vairākus atsevišķus kontūrus. Tie var būtiski atšķirties viens no otra. Neatkarīgi no garuma, radiatoru skaita un citiem parametriem, tos izpilda pēc viencaurules vai divcaurules shēmas.

Kontūrs ar vienas maģistrāles izmantošanu

Apkures sistēmu, kurā viena un tā pati caurule tiek izmantota secīgai ūdens pievadīšanai radiatoriem, sauc par viencaurules sistēmu. Visvienkāršākais viencaurules variants ir apkure ar metāla caurulēm, neizmantojot radiatorus.

Tas ir vislētākais un vismazāk problemātiskais veids, kā risināt mājas apkuri, izvēloties dabisko dzesēšanas šķidruma cirkulāciju. Vienīgais būtiskais mīnuss – apjomīgo cauruļu izskats.

Vis ekonomiskākajā viencaurules shēmas variantā ar apkures radiatoriem karstais ūdens secīgi plūst caur katru ierīci. Šeit nepieciešams minimāls cauruļu un noslēgarmatūras daudzums.

Dzesēšanas šķidrums plūstot atdziest, tāpēc nākamie radiatori saņem aukstāku ūdeni, kas jāņem vērā, aprēķinot sekciju skaitu.

Vienkārša viencaurules shēma (augšā) prasa minimālu montāžas darbu un ieguldīto līdzekļu daudzumu. Sarežģītāks un dārgāks variants apakšā ļauj izslēgt radiatorus, neapturot visu sistēmu.

Par visefektīvāko apkures ierīču pieslēguma veidu viencaurules tīklam tiek uzskatīts diagonālais variants.

Saskaņā ar šo apkures kontūru shēmu ar dabisku cirkulāciju karstais ūdens radiatorā ieplūst no augšas, pēc atdzišanas tas tiek novadīts caur apakšā esošo cauruli. Šādi plūstot, uzsildītais ūdens atdod maksimālo siltuma daudzumu.

Apakšējā pieslēgumā, kad gan ieplūdes, gan izplūdes caurule ir pievienotas akumulatoram apakšā, siltuma atdeve ievērojami samazinās, jo apsildāmajam dzesēšanas šķidrumam jāveic maksimāli garš ceļš. Ievērojamās atdzišanas dēļ šādās shēmās netiek izmantoti akumulatori ar lielu sekciju skaitu.

“Ļeņingradka” raksturojas ar ievērojamiem siltuma zudumiem, kas jāņem vērā, aprēķinot sistēmu. Tās plus ir tas, ka, izmantojot noslēgvārstus uz ieplūdes un izplūdes caurulēm, ierīces var selektīvi atslēgt remontam, neapturot apkures ciklu (+)

Apkures kontūri ar šādu radiatoru pieslēgumu ir ieguvuši nosaukumu “Ļeņingradka“. Neskatoties uz minētajiem siltuma zudumiem, tiem tiek dota priekšroka dzīvokļu apkures sistēmu iekārtošanā, kas ir saistīts ar estētiskāku cauruļvadu ieguldīšanas veidu.

Būtisks trūkums viencauruļu tīkliem ir nespēja atslēgt kādu no apkures sekcijām, nepārtraucot ūdens cirkulāciju visā kontūrā.

Tāpēc parasti izmanto klasiskās shēmas modernizāciju, uzstādot “apvadu” radiatora apiešanai, izmantojot atzaru ar diviem lodveida krāniem vai trīsceļu krānu. Tas ļauj regulēt ūdens padevi radiatoram, pat pilnībā to atslēdzot.

Divu un vairāk stāvu ēkām izmanto viencauruļu shēmas variantus ar vertikāliem stāvvadiem. Šajā gadījumā karstā ūdens sadale ir vienmērīgāka nekā ar horizontāliem stāvvadiem. Turklāt vertikālie stāvvadi ir mazāk garumā un labāk iekļaujas mājas interjerā.

Viencauruļu shēmu ar vertikālo sadali veiksmīgi izmanto divstāvu telpu apsildē, izmantojot dabisko cirkulāciju. Parādīts variants ar iespēju atslēgt augšējos radiatorus.

Variants ar pretējās caurules pielietojumu

Kad vienu cauruli izmanto karstā ūdens padevei radiatoriem, bet otro – atdzesētā ūdens novadīšanai atpakaļ uz katlu vai krāsni, šādu apkures shēmu sauc par divcauruļu. Līdzīgu sistēmu, ja ir apkures radiatori, izmanto biežāk nekā viencauruļu.

Tā ir dārgāka, jo prasa papildu caurules uzstādīšanu, bet tai ir vairākas nozīmīgas priekšrocības:

• vienmērīgāks temperatūras sadalījums piegādātā siltumnesēja;
• vienkāršāk veikt aprēķinu radiatoru parametru atkarībai no apsildāmās telpas platības un nepieciešamajām temperatūras vērtībām;
• efektīvāka siltuma padeves regulēšana katram radiatoram.

Atkarībā no atdzesētā ūdens kustības virziena attiecībā pret karsto ūdeni, divcauruļu sistēmas iedala līdzgaitas un strupceļa. Līdzgaitas shēmās atdzesētā ūdens kustība notiek tajā pašā virzienā kā karstajam ūdenim, tāpēc cikla garums visā kontūrā sakrīt.

Strupceļa shēmās atdzesētais ūdens kustas pretim karstajam ūdenim, tāpēc dažādiem radiatoriem siltumnesēja aprites cikla garumi atšķiras. Tā kā sistēmā ātrums ir neliels, arī uzsilšanas laiks var būtiski atšķirties. Tie radiatori, kuriem ūdens aprites cikla garums ir mazāks, uzsilst ātrāk.

Izvēloties starp strupceļa un līdzgaitas apkures shēmām, pirmkārt, vadās no atgaitas caurules izbūves ērtuma.

Pastāv divi pievades izvietojuma veidi attiecībā pret apkures radiatoriem: augšējā un apakšējā. Augšējā pievadē karsto ūdeni piegādājošā caurule atrodas virs apkures radiatoriem, bet apakšējā pievadē – zem tiem.

Ar apakšējo pievadu ir iespējams izvadīt gaisu caur radiatoriem, un nav nepieciešamības vadīt caurules augšpusē, kas ir labi no telpas dizaina viedokļa.

Tomēr bez paātrinājuma kolektora spiediena starpība būs daudz mazāka nekā izmantojot augšējo pievadu. Tāpēc apakšējo pievadu, apsildot telpas pēc dabiskās cirkulācijas principa, praktiski neizmanto.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Viencaurules shēmas organizācija, pamatojoties uz elektrisko katlu nelielai mājai:

Divcaurules sistēmas darbība vienstāva koka mājai, pamatojoties uz ilgstošas degšanas cietā kurināmā katlu:

Dabiskās cirkulācijas izmantošana, ūdenim pārvietojoties apkures kontūrā, prasa precīzus aprēķinus un tehniski pareizu montāžas darbu izpildi. Ievērojot šos nosacījumus, apkures sistēma kvalitatīvi sildīs privātmājas telpas un atbrīvos saimniekus no sūkņa trokšņa un atkarības no elektroenerģijas.

Ja radušies jautājumi par tēmu vai ir vēlme dalīties personīgajā pieredzē par gravitācijas tipa apkures sistēmas organizēšanu un ekspluatāciju, lūdzu, atstājiet komentārus pie šī raksta. Atsauksmju bloks atrodas zemāk.