Какой уклон трубы отопления при естественной циркуляции: Уклон труб отопления при естественной циркуляции

Содержание

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).

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.

Система отопления с естественной циркуляцией

Обустраивая отопление небольшого загородного домика или коттеджа, в первую очередь задумываются об экономичности, простоте и максимальной надежности. Чаще других встречается система отопления с естественной циркуляцией, удовлетворяющая всем вышеназванным критериям.

Принудительная циркуляция теплоносителя по трубным магистралям осуществляется посредством работающего насоса, который устанавливается на участке теплотрассы. Благодаря такому взаимодействию обеспечивается постоянное и более быстрое перемещение жидкости. Недостатком становятся затраты на дополнительное оборудование.

Содержание статьи:

Подробнее о естественной циркуляции

Чтобы обустроить отопительную систему с естественной циркуляции, в насосе нет никакой необходимости. Плотность нагретой воды ниже чем у холодной, за счет чего происходит выталкивание одной жидкости другою. Теплоноситель, двигаясь по магистрали, отдает часть тепла радиаторам и постепенно остывает, возвращаясь обратно и вытесняя более теплую и легкую воду в трубы. Цикл повторяется снова.

Данный процесс нельзя будет остановить до тех пор, покуда котел греет. Систему с естественной циркуляцией можно в любой момент времени оснастить насосом и запускать его по мере необходимости для равномерного и быстротечного прогрева помещений.

Вводное видео

Основные плюсы

Одно из достоинств, которыми обладают подобные системы, является экономичность. Затраты на обустройство и обслуживание сводятся к минимуму.

Присутствие насоса повлечет за собой дополнительные траты за электроэнергию. Его отсутствие наоборот даст возможность сэкономить. Такие системы абсолютно бесшумны и не вызывают лишних вибраций.

Среди других преимуществ можно выделить:

  • Способность к саморегулированию
  • Тепловая устойчивость
  • Продолжительный срок безотказной работы – 30 лет
  • Высокая ремонтопригодность

Типовая схема

Если рассматривать более подробно контур с естественной циркуляцией теплоносителя, он будет содержать следующий набор элементов:

  1. Расширительный бачок, который располагают в самой верхней точке
  2. Отопительные радиаторы
  3. Трубопровод (двойной, одинарный)
  4. Котельное оборудование, нагревающее теплоноситель

Сила и скорость, с которыми теплоноситель будет циркулировать по отопительной системе, зависят от веса, объема и плотности горячей жидкости. Немаловажную роль оказывают внутренние поверхности труб, от которых зависит коэффициент сопротивления, и высота расположения отопительных батарей относительно котла.

Особые требования предъявляются к горизонтальным трубопроводам. Они должны иметь обязательный уклон около 5 мм на метр по направлению движения. Только в этом случае остывшая жидкость будет стремиться обратно к котлу.

Необходимо постараться, чтобы на пути теплоносителя было меньше элементов, способных увеличить сопротивление. Многочисленную запорную арматуру, разветвления и изломы приходится компенсировать большим диаметром трубы.

Возможно вас так же заинтересует оригинальный способ отопления производственных помещений

Рассчитываем мощность своими силами

Начиная обустраивать систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, необходимо определить мощность устанавливаемого котла отопления. Провести расчеты можно одним из двух методов:

  1. По объему
  2. По площади

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

Рассчитываем мощность по объему

Наиболее точным является расчет по объему отапливаемого помещения. Вначале необходимо высчитать данную величину и умножить на 40 Вт. Далее вводятся поправочные коэффициенты:

  1. Для частного дома, граничащего с улицей сверху и снизу, рекомендуется умножать результат на 1.5
  2. Если комната располагается около утепленной стены, значение умножается на 1.1, около неутепленной – 1.3
  3. Для каждой двери, выводящей на улицу, прибавляется 150-200 Вт
  4. Для каждого окна прибавляется 70-100 Вт в зависимости от его размера

Рассчитываем мощность по площади

Самая простая методика рассчитать мощность котла, который рекомендуется в СНиП – по площади. Предполагается, что на каждые 10 кв. м. необходимо 1 кВт мощности. Таким образом общую площадь дома следует умножать на 0.1.

Необходимо принимать во внимания коэффициенты для различных территориальных районов:

  • Крайний Север – 1.5-2
  • Средняя полоса – 1.2-1.4
  • Южные районы страны – 0.8-0.9

Выбираем схему разводки для систем с естественной циркуляцией

Существует огромное множество схем, согласно которым можно реализовать естественную регуляцию. Но все они делятся на 2 категории:

Двухтрубная схема

Несмотря на более сложный монтажный процесс, распространение получила именно двухтрубная схема отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Жидкость транспортируется по двум трубам: одна прокладывается вверху и по ней течет разогретая вода, вторая внизу и течет остывшая вода.

Чтоб самостоятельно соорудить простой двухтрубный контур, можно придерживаться следующей инструкции:

  • Вначале выбирается место, в котором будет размещаться накопительный агрегат
  • Над котлом устанавливается расширительный бачок, вместе они соединяются вертикальной трубой, которую оборачивают в теплоизоляционный материал
  • На уровне 1/3 расширительного бочка происходит врезание верхней трубы для транспортировки разогретого теплоносителя

  • Замеряв расстояние от пола до самой верхней точки, необходимо на высоте примерно 2/3 сделать врезание к разводке
  • Ближе к верху расширительного бачка врезается вторая труба – переливная, посредством которой в канализацию будет происходить удаление излишков
  • Затем необходимо пустить трубы к радиаторам
  • Батареи соединяются с нижним водопроводом, прокладка которого должна вестись параллельно верхнему

Необходимо постараться максимально точно расположить трубы в системе отопления с естественной циркуляцией и обеспечить оптимальную разницу высот между радиаторами и котлом. Последний следует располагать ниже батарей, поэтому предпочтение отдается напольным устройствам, которые размещают в специальном углублении или подвале.

Чердачное помещение придется утеплить. Если в нем будет слишком холодно, возможно замерзания жидкости в трубах.

Рассмотрим еще несколько правил, которых следует придерживаться:

  1. Верхнюю трубу рекомендуется пускать с незначительным уклоном – 6-7 градусов
  2. По возможности, котел устанавливают значительно ниже отопительных приборов
  3. Нужно выбирать трубы из металлопласта или на основе полимеров с внутренним диаметром 32 мм

Балансировать двухтрубное отопление, если трубы подобраны правильно, не требуется. Тем не менее установить на подводках к каждой батарее дроссели следует в обязательном порядке. Также стоит отметить высокие первоначальные затраты на прокладку сразу двух контуров и продолжительность затраченного времени на проведение работ.

Однотрубная схема

Чтобы сократить монтажные затраты, выбирают вариант с прокладкой всего одной трубы. В этом случае получается циклический замкнутый контур, соответствующий следующим условиям:

  1. Радиаторы должны врезаться параллельно основному кольцу, а не разрывать его в определенных точках
  2. Необходимо снабдить воздушником каждую из батарей. Такое решение предоставит возможность стравливать воздух на одном конкретном участке
  3. Для выравнивания температуры рекомендуется устанавливать термоголовки и дроссели

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

Что влияет на скорость циркуляции ?

Если в принудительной системе скорость циркуляции теплоносителя по трубам зависит от производительности насоса, здесь дела обстоят иначе. Чтобы ее увеличить, необходимо придерживаться ряду правил:

  • Следует оптимально подбирать запорную арматуру и следить за переходами диаметров труб
  • Многообразные повороты могут становиться непреодолимым препятствием, поэтому их количество сводят к минимуму, стараясь сделать все участки прямолинейными

  1. Наиболее подходящий внутренний диаметр труб – 32-40 мм
  2. Внутренняя поверхность труб должна быть идеально ровной и не скапливать на себе отложения, стальные изделия рассматривать не стоит

Видео рабочей системы

В заключении

Обустройство отопительных систем с естественной циркуляцией требует определенной подготовки, умений и знаний. Но чтоб оставаться уверенным в ее работоспособности, стоит осуществить врезание насоса, включение которого будет происходить в случае необходимости.

Естественная циркуляция в системе отопления дома

В большинстве отопительных систем движение теплоносителя по трубам под определенным напором обеспечивается за счет работы циркуляционных насосов. Но наличие такого насоса не является обязательным: даже без него можно обеспечить перемещение теплоносителя от котла к отопительным приборам (конвекторам или радиаторам).

Системы, которые функционируют без использования насосов, называют самотёчными или гравитационными. У них есть свои особенности, кроме того, для таких систем характерен уникальный набор преимуществ и недостатков. Их мы и проанализируем в нашей статье.

Принцип работы систем с естественной циркуляцией

Функционирует система с естественной циркуляцией теплоносителя довольно просто. В основу ее работы положен физический принцип расширения жидкости при нагревании.

Алгоритм работы отопительной системы:

  • Котел отопительной системы выполняет нагрев определенного количества воды. Теплоноситель увеличивается в объеме, и за счет меньшей плотности вытесняется вверх более холодной водой.

  • В процессе циркуляции теплоноситель с высокой температурой постепенно двигается по трубам, постепенно отдавая энергию помещениям посредством радиаторов либо конвекторов.

  • После того как теплоноситель достигает наиболее высоко расположенной точки отопительной системы, он уже достаточно остывает. После этого остывшая вода продолжает циркуляцию, в итоге возвращаясь к котлу.

Обратите внимание! Иногда в такие системы все же встраивают циркуляционные насосы в качестве дополнительного оборудования. При включении такой насос активизирует циркуляцию теплоносителя, но и при отключении устройства система сохраняет работоспособность.

Регуляция работы отопительной системы

Ключевой особенностью самотечных систем специалисты считают их саморегуляцию. Проще говоря, чем ниже опускается температура в доме, тем интенсивнее циркулирует теплоноситель, и тем больше тепла передается от котла к радиаторам отопления.

Работает система таким образом:

  • За движение теплоносителя отвечает так называемый циркуляционный напор. Он обеспечивается вытеснением более плотной холодной жидкостью менее плотной горячей воды в участки трубопровода, расположенные выше.

  • Чем больше разница в температурах (а значит, и плотностях) жидкостей, тем интенсивнее будет вытеснение, и тем выше будет циркуляционный напор. Таким образом, при быстром остывании воды в радиаторах циркуляция будет ускоряться – а это значит, что температура в помещениях довольно быстро поднимется, ив вода будет остывать уже не так быстро.

  • Кроме того, играет роль и разница в высоте расположения радиаторов относительно котла. Чем больше этот вертикальный зазор (перепад высоты между выходом из последнего радиатора и входом в котел), тем интенсивнее будет циркулировать теплоноситель.

Чтоб влияет на скорость циркуляции?

Интенсивность, с которой теплоноситель будет циркулировать в самотёчной отопительной системе, зависит не только от циркуляционного напора. На скорость движения горячей воды также влияют:

  • Диаметр элементов трубной разводки. Чем меньше диаметр труб, тем больше будет гидравлическое сопротивление, а значит, тем ниже будет интенсивность движения теплоносителя. Чтобы избежать потерь тепла, для формирования отопительных контуров используют трубы достаточно большого диаметра. Если же необходимо встроить в систему коллекторный узел – используют Valtec VT,VAR30.G 1 1/4″  или аналогичное изделие с диаметром выходов в дюйм с четвертью.

  • Материал, из которого изготовлены трубы. Здесь все очевидно: со временем на стальных трубах внутри формируются отложения, которые повышают гидравлическое сопротивление. Полипропиленовые трубы для отопительных систем лишены этого недостатка.

  • Конфигурация системы. Чем больше в контурах отводов и поворотов, чем больше запорной арматуры и обособленных веток – тем сложнее теплоносителю перемещаться по ней. В идеале монтируется кольцевая разводка (одно- или двухтрубная) с общей длиной контуров не более 30м.

Плюсы и минусы самотечных систем отопления

Плюсы

Системы отопления, работающие по принципу естественной циркуляции, пользуются определенной популярностью. Эта популярность объясняется их преимуществами:

  • Энергонезависимость. Отопительная система эффективно работает даже при отключении электричества, поскольку циркуляционный насос для ее функционирования не обязателен. Так что если у вас твердотопливный или газовый котел, то вы получаете практически полную автономность.

  • Простота в обустройстве. Если правильно рассчитать основные параметры системы, то смонтировать ее будет относительно несложно.

  • Отсутствие шума и вибрации. Работающий насос может создавать определенный дискомфорт, но здесь этот недостаток отсутствует.

  • Саморегуляция, о которой мы говорили выше.

Минусы

К сожалению, самотечную систему нельзя назвать универсальной ввиду ее недостатков:

  • Суммарная длина отопительных контуров ограничена, потому монтировать такую систему можно только в небольших домах.

  • При монтаже нужно строго соблюдать уклон труб, облегчая циркуляцию теплоносителя.

  • В системе должен обязательно присутствовать расширительный бак достаточного объема.

  • КПД отопительной системы относительно невысок, потому экономия на электроэнергии оборачивается повышенным расходом энергоносителей, которые используются для нагрева воды.

  • Наконец, трубопроводы с медленно движущимся теплоносителем могут промерзать.

Впрочем, несмотря на эти минусы, в ряде случаев самотечная система отопления будет оптимальным решением. Естественно, ее эффективность будет зависеть и от того, насколько правильно будет выполнен монтаж, и от того, какие комплектующие вы подберете. В обоих случаях вам помогут специалисты компании «Альфатэп» — для получения консультации или оформления заказа достаточно позвонить по контактному номеру 8 (495) 109-00-95.

Система отопления с естественной циркуляцией для частного дома: закрытая схема и однотрубная

Система отопления с естественной циркуляцией на сегодняшний день считается самой простой и популярной среди владельцев квартир и одноэтажных частных домов. Очевидным преимуществом является длительный срок службы: при правильной эксплуатации долговечность достигает 40 лет без необходимости ремонта. Кроме того, есть возможность установить ее своими руками, прибегнув к уже существующим схемам.

Какое топливо удобнее?

В случае если в качестве топлива используется газ, то отопление с естественной циркуляцией основано на принципе отбора воздуха из помещения в открытую горелку и отвода продукта сгорания в вентиляционные ходы. В данном случае для котла понадобится помещение от 4м2 с хорошей вентиляцией (окнами и дверью).

Поэтому такая схема не слишком удобна. Намного чаще применяется закрытая или открытая система водяного отопления с естественной циркуляцией, которую можно провести своими руками.

В многоэтажных домах часто используется однотрубная система.  В основном используется схема с замыкающими участками, когда из стояка часть воды идет вверх, часть – вниз, благодаря замыкающему участку, что обеспечивает баланс температур между нижними и верхними этажами. Система работает благодаря разнице в диаметре труб подключения и трубы замыкающего участка (на размер меньше). Двухтрубная система в сравнении с однотрубной – менее компактна и удобна в монтаже.

Недостатки

Во-первых, сокращенный радиус: он составляет не больше 30 м относительно горизонтали. Недостаток вызван такими факторами, как низкое давление циркуляционного типа и медленный старт. Последний обусловлен высокой тепловой ёмкостью жидкости и приведенными силами давления. Второй недостаток — вероятность замерзания воды в расширительном бачке.
Системы отопления с естественной циркуляцией не подходят для площадей более 100 м2: не все пространство будет прогреваться должным образом. Поэтому чаще всего она используется для небольшого одноэтажного дома, дачи.

Схема действия

В состав системы водяного отопления входит котёл (водонагреватель), трубопроводы обратного и подающего типа, а также нагревательное оборудование, расширительный бачок и защитный клапан. Жидкость прогревается до нужной температуры в котле и поднимается в подающий трубопровод и стояки, благодаря расширению.

Оттуда она переходит в нагревательное оборудование – батареи и радиаторы, которым отдаёт часть тепла. Затем обратный трубопровод направляет воду в котёл, где она опять прогревается до заданной температуры. Цикл повторяется, пока система находится в рабочем состоянии.

Важно помнить, что горизонтальные трубы монтируют с уклоном по отношению к движению рабочей среды.

Защитные механизмы

Уклон труб позволяет отводить из системы воздух в сторону расширительного бачка: попадает в атмосферу, не задерживаясь в трубах и не мешая движению воды.

Важна работа защитных механизмов. Так, обратный гравитационный клапан позволяет избежать циркуляции потока воды в неправильном направлении, что очень необходимо двухтрубным и однотрубным системам с верхней разводкой при нескольких контурах.

Использование бака

Расширительный бак выполняет ряд важных функций. Во-первых, создаёт постоянное давление, необходимое для нормальной работы всей системы. Во-вторых, принимает на себя объём воды, увеличивающийся после нагрева. В-третьих, возвращает охлаждённую жидкость в трубопровод.

Процессы в трубопроводах

Процессы в трубах в естественной циркуляции связаны с движением воды. Так, подъём жидкости происходит посредством расширения из-за нагрева и гравитационного давления. Гравитационное давление нужно для преодоления водой трения о трубопровод, которое мешает ее движению. Циркулировать вода начинает благодаря разной плотности холодной и горячей воды: она движется вверх по подающему и вниз по обратному стояку.

Величина гравитационного давления напрямую зависит от возникающих сопротивлений. Чем больше их появляется на пути теплоносителя, тем выше должен быть показатель. Также необходимо предпринять меры, чтобы свести сопротивления к минимуму. Так, трение можно снизить путём применения труб с большим диаметром.

Из законов физики

Предположим, в радиаторах и котле температура жидкости изменяется скачками по центральным осям: верхние части содержат горячую жидкость, а в нижних находится холодная.

Горячая вода отличается меньшей плотностью, что снижает ее вес в сравнении с холодной. В результате система отопления представляет собой два сообщающихся сосуда замкнутых между собой, в которых сверху вниз перемещается жидкость.

Высокий столб, образуемый охладившейся водой с большим весом, по достижению радиаторов выталкивает столб низкий. В результате горячая жидкость подталкивается и возникает циркуляция.

Показатели напора

Для создания циркуляционного напора центры радиаторов ставятся выше центральной части котла. Именно эта высота считается основным фактором напора циркуляции. Уклон труб и «обратки» тоже влияют на данный процесс: благодаря им вода лучше преодолевает сопротивления местного типа.

Увеличение температур

Другой фактор заключается в разнице между плотностью холодной и горячей воды. Отметим следующий факт – отопление с естественной циркуляцией относится к саморегулирующемуся типу. Таким образом, если увеличить температуру нагрева воды, то меняется ее расход и становится выше циркуляционный напор.

Сильный прогрев жидкости в немалой степени способствует более быстрой циркуляции. Но так происходит только в холодном помещении: когда температура воздуха в них достигнет определённой отметки, батареи будут остывать гораздо медленнее.

Плотность, как прогретой в котле, так и уже попавшей в радиаторы воды практически сравняется. Напор снизится, быстрое обращение воды сменится размеренной циркуляцией внутри системы.

Как только температура помещений частного дома вновь опустится до определённого уровня, это послужит сигналом для увеличения напора. Система попытается выровнять температурные условия. Для этого придётся заново запустить процесс быстрой циркуляции. Отсюда и происходит способность к самостоятельной регуляции.

Вкратце правило следующее – одномоментная смена температуры и объёма воды позволяет получить нужную тепловую отдачу от батарей для отопления помещений.

Как результат, поддерживаются комфортные температурные условия.

Куда ставить котёл?

В частном доме, в помещении одноэтажного дома отопительные котлы лучше всего монтировать ниже уровня приборов для прогрева помещений. В квартирах ситуация обстоит несколько иначе. Здесь котлы часто ставятся на одном уровне с радиаторами, что не совсем эффективно. Поэтому монтаж лучше произвести как бы в яму, то есть поставить оборудование на перекрывающие плиты.

Для этого вокруг котла обычно выпиливается пол. «Яму» следует делать, соблюдая правила противопожарной безопасности. Они предполагают разравнивание основания тонкой стяжкой и укладку листов, изготовленных из железа и асбеста. Котёл в «яме» нагоняет лучший циркуляционный напор.

Выбор труб

Сечение труб является одним из решающих факторов для циркуляции: диаметр труб не должен быть максимально большим, но и не должен мешать течение воды. Как правило, для обогрева частного дома необходимо 100 Вт /м2. Тогда для отопления 25 м2 требуется 2500 Вт, т.е. 2,5 кВт. Определенному диаметру трубы соответствует своя тепловая нагрузка. Три основные категории:

  • диаметр в ½ дюйма – тепловой эквивалент 5,5 кВт;
  • диаметр ¾ дюйма – тепловой эквивалент 14,6 кВт;
  • диаметр 1 дюйм – тепловой эквивалент 29,3 кВт.

В данном случае для обогрева одноэтажного дома в 25 м2  нужно использовать самые небольшие трубы диаметром в ½ дюйма. Материалы, из которых изготавливают трубы, могут быть разными: качественная сталь, популярны также трубы из полипропилена.

Система отопления с естественной циркуляцией: схема и монтаж

Содержание статьи:

Центральная система отопления далеко не всегда оказывается эффективной, более того, в отдельных отдаленных регионах она не может быть проведена по сугубо техническим причинам. В таких случаях решением проблемы становится автономная система отопления с естественной циркуляцией либо принудительным перемещением теплоносителя.

Чем отличаются принудительная и естественная циркуляция в системе отопления

Принудительная циркуляция подразумевает передвижение воды по трубам за счет рабочего усилия насоса. Естественная система не требует задействования такого оборудования, здесь движение теплоносителя обеспечивается разницей значений веса горячей и уже охлажденной воды.

Схема отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

После подогревания котлом вода расширяется, параллельно происходит уменьшение удельного веса теплоносителя. Последний поднимается вверх, после чего передвигается по горизонтальной трубе, которая проложена под небольшим уклоном, затем попадает в стояк, следом – в радиаторы отопления, где происходит теплоотдача и охлаждение. Охлажденная вода снова становится тяжелее и спускается к котлу.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией доставляет куда меньше хлопот. Система служит намного дольше, работает бесперебойно, бесшумно, она не зависит от подачи электроэнергии.

Схема естественной циркуляции в отопительной системе

При таких преимуществах отопление с естественной циркуляцией не лишено и ряда недостатков:

  • площадь отапливаемых помещений ограничена
  • после остановки система медленно возвращается к работе
  • высокий расход материалов, обусловленный необходимостью прокладки труб значительного диаметра
  • малая скорость перемещения теплоносителя, чреватая замерзанием труб

В чем преимущества однотрубной схемы отопления с естественной циркуляцией

Установка однотрубных отопительных систем на порядок проще работы с двухтрубными. Для их организации не требуется большого количества труб, что позволяет сэкономить средства и не портить интерьер обогреваемого помещения.

Монтаж отопления с естественной циркуляцией осуществляется с верхней разводкой, преимущественно по чердаку. Оттуда теплоноситель постепенно опускается в радиаторы жилых помещений.

Однотрубные и двухтрубные отопительные системы

Обратите внимание! Однотрубная система при верхней разводке поставляет в оборудование на нижних этажах меньше тепла, так как на пути вниз теплоноситель теряет температуру.

Поэтому для обеспечения равномерного обогрева верхнего и всех нижних этажей дома используют технические уловки. Так, на верхних этажах рядом с радиаторами устанавливаются байпасы, представляющие собой отрезки труб, оборудованные арматурой регулировки. А помещения нижних этажей оборудуются батареями с большим количеством секций.

Вентили специалисты рекомендуют устанавливать и на байпасах, и на входе в каждый радиатор. В современных отопительных системах устанавливаются трехходовые краны, которые монтируются в точке, где соединяются подводящая труба и перемычка.

Схемы подключения радиаторов

Монтаж подобного отопительного оборудования требует строгого соблюдения технических требований. Несоблюдение правил чревато снижением и без того не слишком высокой скорости движения теплоносителя. При грубых ошибках в организации системы и вовсе не удается обеспечить циркуляцию воды по трубам.

Ключевые требования к прокладке труб:

  • разводка с минимальным количеством поворотов, которые будут препятствовать потоку теплоносителя
  • строгое соблюдение рекомендованного угла наклона
  • использование труб с проектным сечением

Как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему

Основные этапы расчета водяного отопления:

  • расчет необходимой мощности котла
  • расчет мощности всех отопительных приборов, которые будут подключены к системе
  • подбор диаметра труб

Рассчитываем мощность котла

Мощность котла рассчитывается с учетом будущих показателей потери тепла через стены, полы, крышу здания. При определении показателей мощности следует брать во внимание площадь указанных поверхностей, материал изготовления, а также разницу в показателях температуры внутри и снаружи помещения в период, когда планируется обогрев дома.

Теплопотери стандартного частного дома

Схема расчета мощности котла: Wк = Wуд х S/10, где

  • S – суммарная площадь помещения
  • Wуд – удельная мощность, которая требуется на каждые 10 кв.м. помещения
  • Wк – показатели мощности котла

Обратите внимание! Удельная мощность определяется условиями климатической зоны. Так, для Подмосковья показатель варьируется в пределах 1,2-1,5 кВт, в южных регионах составляет 0,7-0,9, а в северных 1,5-2 кВт.

Как определить необходимую мощность радиаторов и диаметр труб

Для расчета мощности радиаторов в отопительной системе с естественной циркуляцией используется приведенная выше формула с небольшой поправкой: вместо суммарной площади дома подставляются значения площадей каждой комнаты.

Расчет отопительной системы

Не забудьте! Для радиаторов на первом этаже потребуется увеличение мощности на 15-20%.

Расчет необходимого диаметра труб проводится следующим образом:

  1. Определяется циркуляционное давление, которое зависит от длины и высоты труб, а также разницы температуры воды на входе/выходе из котла.
  2. Вычисляются потери давления на поворотах, прямых участках и в каждом отопительном приборе.

Произвести такие подсчеты человеку без специальных знаний, как и рассчитать всю отопительную схему с естественным типом циркуляции, очень сложно. Малейшая ошибка чревата огромными теплопотерями. Поэтому расчеты и последующий монтаж отопительной системы целесообразно поручить специалистам.

Видео: самотечная система отопления частного дома

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Принудительное и самотечное отопление частного дома

Время чтения: 6 минут

Принудительное и самотечное отопление частного дома

Говоря об отоплении дома недостаточно обсудить котёл, автоматику, разводку и теплоноситель, следует ещё разобраться с типом циркуляции теплоносителя. Конечно, каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки и следует подбирать тип циркуляции в зависимости от особенностей дома и проекта отопительной системы.

Наиболее часто выделяют два типа циркуляции – принудительная и естественная (самотечная). Впрочем в некоторых домах можно найти комбинацию этих систем, что опять же связано с определенными факторами. Так, особенностью принудительного варианта является постоянная потребность в стабильном подключении электричества, в противном случае, дом просто не будет отапливаться. В связи с этим в регионах с нестабильной сетью приходится либо устанавливать генератор, либо комбинировать типы циркуляции.

Давайте подробнее рассмотрим каждый из типов и определим, какой оптимально подойдёт для вашего дома.

Отопление с принудительной циркуляцией

Практически единственный вариант для отопления дома большой площади или большой этажности. Системы с принудительной циркуляцией отличаются большей скоростью движения теплоносителя и, соответственно, более высокой температурой радиаторов вне зависимости от удаленности от котла. Для обеспечения движения теплоносителя по контуру в подобных системах применяют циркуляционные насосы.

К основным плюсам принудительных систем относятся:

  • Стабильная температура теплоносителя в контуре вне зависимости от удаленности радиаторов от котла.
  • Возможность уменьшить количество теплоносителя за счёт снижения диаметра труб разводки, что приводит к снижению инерционности системы и уменьшению затрат на топливо.
  • Простота настройки температурного режима – при наличии циркуляционного насоса коррекция работы всей системы может проводиться не только путем изменения активности котла, но и за счет изменения количества оборотов насоса.
  • Возможность быстро нагреть дом.
  • Более простое проектирование.
  • Возможность использовать любой тип подключения радиаторов и размещения труб, что позволяет проще вписывать отопительную систему в интерьер.
  • Возможность использовать систему теплого пола.

К недостаткам систем с принудительной циркуляцией можно отнести, пожалуй, только зависимость от электроэнергии и более высокую стоимость на обустройство (ведь помимо прочего оборудования придется приобретать и устанавливать циркуляционный насос). Также к относительным недостаткам отопления с принудительной циркуляцией относится необходимость использовать чистый теплоноситель и замкнутый контур, впрочем, некоторые модели насосов (с сухим ротором) можно применять и при открытом контуре.

Самотечное отопление частного дома

Самотечное отопление возможно только в домах с радиаторной разводкой. Естественная циркуляция обеспечивается благодаря законам физики, в частности за счет теплового расширения воды. Более горячий теплоноситель (вода) поднимается вверх, а остывший – опускается вниз. Исходя из этого все элементы системы с естественной циркуляцией необходимо располагать правильно – котёл должен находится в самой нижней точке (оптимально в подвале для увеличения градиента температуры), а трубы в контуре должны размещаться с постоянным уклоном. Только при соблюдении всех правил при проектировании и монтаже самотечная система будет работать, в противном случае эффективного движения теплоносителя не получится.

Также существует ряд ограничений, обусловленных всё теми же законами физики и потребностью в определенной скорости движения теплоносителя.

В каких домах не получится установить систему с естественной циркуляцией:

  • Строения, имеющие более 3 этажей.
  • Здания, где длина отопительного контура более 30 метров.
  • Дома, где невозможно реализовать уклон труб разводки не менее 0,5%.
  • Проекты, при которых необходим малый диаметр труб отопления.

Справедливо заметить, что большие здания, при желании, можно всё же отопить самотечными системами, однако в таком случае придется прокладывать несколько контуров отопления и монтировать несколько котлов – подобные проекты практически никогда не реализуются в связи с нецелесообразностью с точки зрения финансов. Установить генератор энергии и циркуляционный насос обойдется значительно дешевле, даже в регионах, где электроэнергия вообще не подключена.

Большинство недостатков мы уже описали – это не универсальность системы и значительный расход при обустройстве на трубы большого диаметра и сложный монтаж. Помимо этого к недостаткам можно отнести:

  • Значительную инерционность системы – за счет медленного движения теплоносителя по трубам, а также его значительного объема быстро скорректировать интенсивность отопления не удастся, а значит, вы потратите больше ресурсов.
  • Необходимость установки массивных радиаторов.
  • Различная температура теплоносителя по контуру – чем дальше радиатор от котла, тем более холодный теплоноситель в него поступает (за счет остывания теплоносителя при медленном продвижении по контуру).
  • Невозможность использовать систему теплого пола.

Впрочем, система с естественной циркуляцией имеет свои преимущества:

  • Максимальная автономность – такая система не зависит от электроэнергии и может быть обустроена даже в регионах, не имеющих централизованных коммуникаций (например, при установке твердотопливного котла).
  • Многие эксперты в качестве преимущества естественной циркуляции указывают более доступную стоимость отопительной системы при обустройстве, однако единственным моментом экономии является сокращение затрат на насос, при этом возрастает стоимость эксплуатации (за счёт большего объема теплоносителя) и расход на закупку труб большего диаметра, не говоря уже о сложности монтажа. Таким образом, экономия получается достаточно сомнительная.

Обустройство системы отопления с принудительной циркуляцией

Обустройство системы с принудительной циркуляцией значительно проще аналогичной самотечной системы. В принципе, любую самотечную систему можно превратить в принудительную – достаточно врезать насос, однако учитывая разницу возможных диаметров труб – если вы делаете систему с нуля – лучше сразу проектировать её под принудительную.

Некоторые владельцы загородных домов обустраивают самотечную систему и врезают насос – подобные проекты имеют право на существование, особенно если свет в доме отключают часто, а ставить генератор по каким-либо причинам не хочется. В таком случае штатно работает принудительная система, а в аварийном режиме (при отключении света) дом отапливается самотеком. Ещё одним вариантом комбинации принудительного и самотечного типа является установка радиаторов с естественной циркуляцией и монтаж теплых полов (которым требуется исключительно принудительная циркуляция). В подобных случаях циркуляционный насос устанавливается непосредственно на контур теплого пола.

Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией

Мы уже писали о выборе и особенностях монтажа циркуляционного насоса. Вкратце напомним, что производительность оборудования следует рассчитывать с учетом проекта системы и мощности котла, а монтировать насос лучше на байпас.

Простота монтажа систем с принудительной циркуляцией заключается не только в отсутствии необходимости соблюдения уклонов при установке труб, но и в том, что различные элементы системы можно располагать более свободно – нет необходимости слишком “занижать” котёл, а расширительный бак и вовсе может находится в любой части системы.

Выбираете тип системы и планируете делать отопление? Наша компания предлагает услуги по обустройству автономных систем отопления под ключ – наши специалисты быстро и грамотно реализуют проект любой сложности, а вы сэкономите средства и собственное время.

 

Также будет интересно посмотреть:

Естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением Явления, модели и методология оценки надежности систем (Технический отчет)


Рейес, Хосе. Естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением Явления, модели и методология оценки надежности систем . США: Н. П., 2005.
Интернет. DOI: 10,2172 / 836896.


Рейес, Хосе. Естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением Явления, модели и методология оценки надежности систем . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/836896


Рейес, Хосе. Пн.
«Естественная циркуляция на атомных электростанциях с водяным охлаждением. Явления, модели и методология оценки надежности системы». Соединенные Штаты. https: // doi.org / 10.2172 / 836896. https://www.osti.gov/servlets/purl/836896.

@article {osti_836896,
title = {Явления, модели и методология естественной циркуляции на атомных электростанциях с водяным охлаждением для оценки надежности системы},
author = {Reyes, Jose},
abstractNote = {В последние годы было признано, что применение пассивных систем безопасности (т.е., те, в работе которых используются естественные силы, такие как конвекция и гравитация), могут способствовать упрощению и, возможно, повышению экономической эффективности новых конструкций атомных электростанций. В 1991 году Конференция МАГАТЭ «Безопасность ядерной энергетики: стратегия на будущее» отметила, что для новых станций использование средств пассивной безопасности является желательным методом достижения упрощения и повышения надежности выполнения основных функций безопасности. и должны использоваться там, где это уместно ''.},
doi = {10.2172 / 836896},
url = {https://www.osti.gov/biblio/836896},
журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {2005},
месяц = ​​{2}
}

Влияние установки солнечного коллектора на производительность солнечных водонагревателей балконного сплит-типа

С помощью программного обеспечения TRNSYS было проанализировано влияние ориентации поверхности и наклона солнечных коллекторов на сбор солнечной радиации солнечных водонагревателей балконного сплит-типа в шести городах Китая. .Азимут поверхности имел большее влияние на сбор солнечной радиации в высокоширотных регионах. Для отклонения угла наклона поверхности в пределах ± 20 ° от оптимизированного угла изменение общей годовой собираемой солнечной радиации было менее 5%. Однако при отклонении от 70 ° до 90 ° отклонение составляло до 20%. Экспериментально изучено влияние режима круговорота воды, обратного уклона солнечного коллектора и высоты установки резервуара для воды на эффективность системы. Тепловой КПД солнечного водонагревателя с однорядным горизонтальным расположением цельностеклянного вакуумированного трубчатого коллектора выше, чем у солнечного водонагревателя с фиксированным углом наклона поверхности 90 °.По сравнению с солнечными водонагревателями с плоскими коллекторами при естественной циркуляции тепловой КПД системы был увеличен до 63% при принудительной циркуляции. Для коллектора при установке с обратным уклоном, стратификация воды в резервуаре для воды по температуре ухудшилась, и, таким образом, термический КПД стал низким. Для повышения эффективности системы была предложена соответствующая высота установки резервуара для воды.

1. Введение

В связи с проблемами истощения запасов ископаемого топлива и глобального потепления использование возобновляемых источников энергии привлекло большое внимание во всем мире.В последние двадцать лет солнечные водонагреватели получили широкое распространение благодаря их невысокой стоимости и простоте в технологии. Ключевой компонент солнечного водонагревателя, солнечный коллектор, собирает солнечное излучение и преобразует его в тепловую энергию. Солнечный коллектор обычно устанавливается на крыше здания с уклоном поверхности, равным местной географической широте с добавлением 10 градусов. Однако с развитием урбанизации в городе росло все больше и больше высотной застройки. На крышах домов не хватает места, чтобы все жители могли установить свои солнечные водонагреватели.Более того, когда горячая вода течет по длинным трубам из резервуаров для горячей воды на крышах в комнаты пользователей, горячая вода будет охлаждаться и даже замерзать зимой. Таким образом, предлагается солнечный водонагреватель балконного сплит-типа, который в последние годы играет очень важную роль в приложениях, совмещенных с высотными зданиями.

Коллекторы солнечных водонагревателей балконного сплит-типа обычно крепятся на наружных стенах высотных зданий или балконных перилах. Коллекторы не всегда обращены на юг, что является оптимальной ориентацией, но меняются в зависимости от ориентации здания.Принимая во внимание легкую тень от комнат и красоту здания, трудно установить коллекторы с оптимальным уклоном поверхности. Количество тепла, собираемого солнечными коллекторами, тесно связано с уклоном поверхности коллектора. Было проведено множество исследований оптимальной ориентации и угла наклона солнечных коллекторов в некоторых странах или регионах, таких как Бруней-Даруссалам, Сирия и Саудовская Аравия [1–4]. Гунерхан и Хепбасли [5] построили модель для расчета оптимальных углов наклона, при которых общее излучение на поверхности коллектора было максимальным за определенный период, и рекомендовали, чтобы солнечный коллектор был установлен под среднемесячным углом наклона, а наклон был скорректирован. раз в месяц.Хайтао и Янфэн [6] проанализировали тепловую энергию, мгновенно собираемую вакуумным трубчатым солнечным коллектором с разными углами наклона в LHASA, и сочли, что лучший угол в этой области составляет 46 °. Онг и др. [7] изучили производительность солнечных водонагревателей с U-образной трубкой, установленных на стенах и балконах, и пришли к выводу, что их производительность во многом зависит от их ориентации. Для солнечного коллектора с вакуумной стеклянной трубкой U-типа, закрепленного вертикально на стене балкона, средняя дневная эффективность коллектора составляет около 40%, а солнечная доля удовлетворяется летом и осенью [8].Кроме того, было изучено влияние размера и конфигурации резервуара для воды [9, 10], коллекторов с поглотителем цвета [11–13], потока жидкости и теплопередачи [14–16] на характеристики системы. Хобби и Сиддики [17] смоделировали систему солнечного нагрева воды с косвенной принудительной циркуляцией с плоским коллектором и оптимизировали параметры конструкции с помощью программы моделирования TRNSYS. Разработанная система может обеспечить 83–97% и 30–62% потребности в горячей воде летом и зимой в Монреале, Канада, соответственно.Seveda [18] провел несколько экспериментов на плоском солнечном водонагревателе с закрытым термосифоном с естественной циркуляцией в солнечные и пасмурные дни в Индии и улучшил характеристики системы, используя гликоль в качестве рабочей жидкости. С черными керамическими покрытиями с коэффициентом поглощения солнечного излучения 0,93–0,97 тепловой КПД цельнокерамического солнечного коллектора составляет, соответственно, 47,1% и 50%, когда солнечные тепловые коллекторы действуют как балконные перила и на крышах зданий [19]. Souliotis et al. [20] разработали солнечные водонагреватели со встроенным коллекторным накопителем (ICS).Chien et al. [21] разработали двухфазный термосифонный солнечный водонагреватель с лучшим КПД 82% в экспериментах, что выше, чем у обычных солнечных водонагревателей. Онг и Тивари [22–24] разработали методы моделирования и тестирования производительности солнечных водонагревательных систем в режиме термосифона между коллекторами и накопительным баком.

В этой статье программа моделирования переходных процессов TRNSYS [25, 26] использовалась для анализа влияния ориентации поверхности и наклона поверхности солнечных коллекторов на сбор солнечной радиации в шести типичных городах Китая с разными географическими широтами.TRNSYS, разработанный Университетом Висконсина, является эффективным инструментом для прогнозирования производительности солнечных водонагревателей. После этого для экспериментов были установлены два комплекта солнечных водонагревателей балконного сплит-типа с плоскими коллекторами и два комплекта солнечных водонагревателей балконного сплит-типа с цельностеклянными вакуумированными трубчатыми коллекторами. Было изучено влияние режима водяного цикла солнечного водонагревателя, обратного уклона солнечного коллектора и высоты установки водяного бака на эффективность солнечных водонагревателей.

2. Влияние ориентации поверхности и наклона на сбор солнечного излучения

Модель TRNSYS Type 45 принята для обсуждения влияния азимутальных углов и углов наклона солнечных коллекторов на сбор солнечного излучения термосифонными солнечными водонагревателями (TSWH). Необходимые ежечасные метеорологические данные для всех шести городов были взяты из банка данных типичного метеорологического года. Временной шаг моделирования установлен на 10 минут.

2.1. Влияние азимута поверхности на сбор солнечной радиации

На рисунке 1 показано влияние поверхностного азимута солнечных коллекторов на сбор солнечной радиации в шести городах Китая с разными географическими широтами (географические положения шести городов показаны в таблице 1 и на рисунке 2) .Цицикар и Пекин расположены на более высоких северных широтах и ​​имеют более значительное изменение общей годовой солнечной энергии с изменением азимута по сравнению с другими четырьмя городами. В Цицикаре общая годовая солнечная энергия составляет 7000 МДж / м 2 и 5000 МДж / м 2 , соответственно, когда солнечный коллектор обращен на юг и имеет азимут 90 °. Разновидность до 2000 МДж / м 2 . В Пекине общая годовая солнечная энергия составляет 5300 МДж / м 2 и 4200 МДж / м 2 , соответственно, когда солнечный коллектор обращен на юг и имеет азимут 90 °.Разновидность 1100 МДж / м 2 . Хайкоу находится на самой низкой северной широте, и кривая влияния азимута поверхности на сбор солнечной радиации для Хайкоу является наиболее пологой. Суммарная годовая солнечная энергия составляет 4800 МДж / м 2 и 4500 МДж / м 2 , соответственно, когда солнечный коллектор обращен на юг и имеет азимут 90 °. Разновидность всего 300 МДж / м 2 . Это означает, что на сбор солнечного излучения влияет азимут поверхности солнечного коллектора.Чем выше широта места, тем больше влияние азимута поверхности солнечного коллектора на сбор солнечной радиации.


Название города Географическое положение
Восточная долгота Северная широта

Qiqihar 123,598 47.22
121.48 31,22
Гуанчжоу 113,23 23,16
Пекин 116,46 39,92
Куньмин 102,70 25,07
Хайкоу 110,35 110,35 110,35


На рисунке 3 показано влияние поверхностного азимута солнечных коллекторов с углом наклона 25 ° на общий годовой сбор солнечной радиации в Куньмине, Китай.На рисунке 3 наиболее полный годовой сбор солнечной радиации получается при азимуте поверхности 0 °. Общий годовой сбор солнечной радиации уменьшается с увеличением азимутального угла поверхности. Когда азимутальный угол поверхности изменяется от 0 ° до 20 °, изменение общего годового собираемого солнечного излучения составляет менее 1%. Однако при дальнейшем увеличении азимута поверхности дисперсия суммарной годовой собираемой солнечной радиации становится больше. Когда азимут поверхности увеличивается с 40 ° до 60 °, изменение собираемой солнечной радиации составляет около 2.3%. А изменение составляет 3,3% при изменении азимута поверхности от 70 ° до 90 °. Общее годовое улавливание солнечной радиации при азимуте поверхности 90 ° составляет 91,0% от такового при азимуте поверхности 0 °. Следовательно, азимут поверхности мало влияет на собираемую солнечную радиацию в Куньмине, особенно когда азимут поверхности находится в пределах 20 ° от южной ориентации.

2.2. Влияние наклона поверхности на сбор солнечной радиации

На рисунке 4 показано влияние наклона поверхности солнечных коллекторов на годовой сбор солнечной радиации в шести городах Китая с разными географическими положениями.На рисунке оптимизированный угол наклона поверхности составляет примерно местную географическую широту минус 10 °, когда солнечный коллектор обращен на юг. При изменении угла наклона поверхности в пределах ± 20 ° от оптимального угла наклона поверхности изменение общего годового собираемого солнечного излучения составляет менее 5%. Однако при дальнейшем увеличении или уменьшении угла наклона поверхности вокруг оптимизированного угла наклона поверхности разнообразие общего годового собираемого солнечного излучения становится больше. При отклонении угла наклона поверхности от оптимизированного угла наклона поверхности от 20 ° до 40 ° изменение общего годового собираемого солнечного излучения составляет около 5%.При отклонении угла наклона поверхности от оптимизированного угла наклона поверхности от 70 ° до 90 ° изменение общей годовой собираемой солнечной радиации составляет более 20%. Поэтому вертикальная установка солнечного коллектора неуместна с точки зрения сбора солнечного излучения. С учетом всестороннего учета солнечного излучения, несущей способности внешних стен, легкой тени от нижних помещений и красоты здания угол наклона поверхности 60 ° является подходящим.

На рисунке 5 оптимальный угол наклона поверхности солнечного коллектора составляет 18 ° в Куньмине, когда поверхность коллектора обращена на юг, и в этом случае наибольшее общее годовое собираемое солнечное излучение составляет 6.43 ГДж / м 2 . Вариация собираемой солнечной радиации составляет менее 5% при изменении угла наклона поверхности от оптимального в пределах 20 °. Однако при дальнейшем увеличении / уменьшении угла наклона поверхности влияние угла наклона поверхности на общее годовое собираемое солнечное излучение становится значительным. Когда угол наклона поверхности увеличивается с 70 ° до 90 °, изменение собираемой солнечной радиации составляет более 20%. Общее годовое количество собираемой солнечной радиации составляет 3.37 ГДж / м 2 , когда угол наклона поверхности составляет 90 ° и составляет только 52,4% от наиболее полного годового сбора солнечной радиации при оптимальном угле наклона поверхности.

Суммарное улавливание солнечной радиации 3,97 ГДж / м 2 в летнее полугодие (с 21 марта по 23 сентября) достигается в Куньмине, когда угол наклона поверхности солнечного коллектора равен 0 °. Общее количество собираемой солнечной радиации в летнее полугодие составляет около 1,3 ГДж / м 2 с углом наклона поверхности 90 ° и составляет 32.7% от этого при угле наклона поверхности 0 °. Суммарное улавливание солнечной радиации в летнее полугодие составляет около 1,4 ГДж / м 2 при угле наклона поверхности 70 ° и 55,1% от этого значения при угле наклона поверхности 0 °. Было показано, что для солнечных водонагревателей балконного раздельного типа вертикальная установка солнечного коллектора приведет к относительно небольшому улавливанию солнечного излучения. При всестороннем учете улавливания солнечного излучения, несущей способности стен и предотвращения попадания световой тени в комнаты оптимальным вариантом является установка солнечных коллекторов с углом наклона 70 °.Приведенные выше результаты моделирования хорошо согласуются с некоторыми выводами, сделанными в [27–29].

3. Экспериментальная установка

Для экспериментов были установлены два комплекта солнечных водонагревателей балконного раздельного типа с плоскими коллекторами и два комплекта солнечных водонагревателей балконного раздельного типа с цельностеклянными вакуумированными трубчатыми коллекторами. Угол наклона кронштейна коллектора регулируется и варьируется от 0 до 90. Общая площадь плоского коллектора в каждом комплекте солнечных водонагревателей балконного сплит-типа составляет 1.5 м 2 , а эффективная площадь сбора излучения составляет 1,325 м 2 . Каркасы плоских коллекторов изготовлены из листовой нержавеющей стали, теплоизоляционный материал — минеральная вата толщиной 4 см, а крышка — из закаленного стекла с оптическим пропусканием 90%. Площадь апертуры (эффективная площадь сбора излучения) цельностеклянного вакуумированного трубчатого коллектора в каждом комплекте балконных солнечных водонагревателей сплит-типа составляет 1,317 м 2 .10 откачанных коллекторных трубок размещены бок о бок в каждом коллекторе. Длина одной трубки составляет 1800 мм, внешний диаметр стеклянной трубки — 58 мм, внутренний диаметр стеклянной трубки — 47 мм. Алюминиевая труба, обернутая резиновой изоляционной ватой, используется для создания циркуляционного трубопровода. Цилиндрический резервуар для воды общим объемом 120 л расположен горизонтально. Остальные параметры системы приведены в таблице 2.


Артикул Параметры
Солнечный водонагреватель с плоским коллектором Солнечный водонагреватель с цельностеклянным вакуумированным трубчатым коллектором

Площадь проема коллектора (м 2 ) 1.325 1,317
0,76
(кДж / ч · м 2 · K) 15
Угол сборки коллектора (градусы) 0 ~ 90 0 ~ 90
Расстояние между входом воды и выходом воды из коллектора (м) 0,86
Расстояние между выходом воды из коллектора и дном резервуара (м) 0.14 ~ 1,34
Длина трубопровода цикла (м) 2 ~ 4,5 2 ~ 4,5
Коэффициент тепловых потерь трубопровода цикла (кДж / ч · м 2 · K) 0,1 0,1
Объем резервуара (м 3 ) 0,12 0,12
Общий коэффициент тепловых потерь (кДж / ч · К) 5,0

Система испытания тепловых характеристик солнечных водонагревателей TRM-2 производства Jinzhou Sunlight Technology Development Company Ltd., использовалась в наших экспериментах. Технические характеристики испытательного оборудования приведены в Таблице 3. Эксперименты проводились в Куньмине, Китай, с географическими координатами (25,02 ° N, 102,68 ° E) с января по май. Шаг по времени автоматической записи системы в экспериментах был установлен в 10 минут.


Диапазон измерения Точность измерения Разрешение Другие параметры

Температура −40 ° C ~ 350 ° C ± 0.1 ° C 0,1 ° C
Температура окружающей среды −40 ° C ~ 70 ° C ± 0,1 ° C 0,1 ° C
Скорость ветра 0 ~ 60 м / с ± (0,3 + 0,03) м / с 0,1 м / с Пороговая скорость ветра ≥ 0,5 м / с
Солнечное излучение 0 ~ 2000 Вт / м 2 ± 5% Вт / м 2 1 Вт / м 2

4.Результаты и обсуждения
4.1. Производительность солнечного водонагревателя со стеклянным вакуумным трубчатым коллектором при фиксированном угле наклона поверхности 90 ° при естественной циркуляции

Тепловые характеристики солнечного коллектора являются одним из наиболее важных факторов, определяющих производительность солнечного водонагревателя. Уравнение Хоттеля-Уиллиера обычно используется для оценки тепловых характеристик пластин для сбора тепла от солнечной энергии: где — полезный прирост пластины для сбора тепла от солнечной энергии, Вт / м 2 ; — площадь сбора тепла пластиной сбора тепла солнечной энергии; — коэффициент теплового преобразования теплообменной пластины; — солнечное излучение на наклонной поверхности; — коэффициент пропускания стеклянного покрытия; — поглощающая способность коллекторной пластины; — коэффициент теплопередачи от поверхности коллектора к окружающему воздуху; — температура поверхности коллектора; — температура окружающего воздуха.

Эффективность сбора тепла пластиной сбора тепла определяется как отношение полезной выгоды к солнечному излучению на пластине сбора тепла солнечной энергии: где — эффективность сбора тепла пластиной сбора тепла,% .

В соответствии с режимом расположения откачанных трубок в солнечном коллекторе откачиваемый трубчатый коллектор можно классифицировать как однорядный коллектор вертикального расположения, однорядный коллектор горизонтального расположения и двухрядный горизонтальный коллектор.Некоторые эксперименты были выполнены зимой (январь) в Куньмине с использованием настенного солнечного водонагревателя на балконе с однорядным горизонтальным коллектором и однорядным вертикальным коллектором с фиксированным углом наклона поверхности 90 ° для исследования их характеристик под естественное кровообращение. Результаты экспериментов показаны в таблице 4.


Дата Однорядное горизонтальное расположение Однорядное вертикальное расположение
Янв.24 25 января 28 января 29 января 30 января 23 января 24 января 25 января

Температура окружающей среды (° C ) 21,7 16,6 14,6 14,7 15,6 16,3 17,2 16,6
Средняя скорость ветра (м / с) 0,5 0,7 1,3 1,6 0.7 1,4 0,6 0,7
Энергия излучения (МДж) 17,7 15,8 17,2 16,4 17,1 17,0 17,4 15,8
Время (час) 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
Начальная температура резервуара (° C) 14,4 12.7 12,7 13,1 13,6 15,2 13,8 14,2
Конечная температура резервуара (° C) 40,7 37,3 39,7 39,6 41,8 36,4 35,9 34,0
Повышение температуры (° C) 26,3 24,6 27,0 26,5 28,2 21,2 22,1 19.8
Объем бака (л) 120 120 120 120 120 120 120 120
КПД 0,565 0,595 0,600 0,617 0,629 0,475 0,483 0,480

В таблице 4 показан тепловой КПД системы солнечного водонагревателя с однорядным горизонтальным расположением цельностеклянного вакуумного трубчатого коллектора. были выше, чем с однорядным вертикальным расположением цельностеклянного вакуумированного трубчатого коллектора при фиксированном угле наклона поверхности 90 °.При начальной температуре воды около 13 ° C и солнечной яркости около 16,5 МДж конечная температура воды в первом случае достигла около 40 ° C через 6 часов, повышение температуры воды составило 24,6–28,2 ° C, а тепловая эффективность системы была равной. около 60%. Однако при аналогичной начальной температуре воды и аналогичной солнечной яркости конечная температура воды в последнем составила всего около 35 ° C через 6 часов, повышение температуры воды составило 19,8–22,1 ° C, а тепловой КПД системы был ниже 49%.Основная причина заключается в том, что для солнечного водонагревателя с однорядным вертикальным расположением цельностеклянного откачиваемого трубчатого коллектора холодная жидкость стекает вниз к дну откачанной трубы вдоль заштрихованной стороны откачанной трубы. В процессе стекания холодная жидкость непрерывно поглощает энергию и сливается с восходящим потоком, прежде чем достигнет дна трубки. То есть возникает короткое замыкание циркуляции жидкости, которое приводит к ухудшению теплопередачи системы и снижает ее эффективность.В данной работе длина цельностеклянной откачиваемой трубки составляет 1800 мм. Уменьшение длины трубы было бы полезно для улучшения теплопередачи системы и повышения эффективности.

4.2. Характеристики солнечного водонагревателя с плоским коллектором при фиксированном угле наклона поверхности 90 ° при естественной и принудительной циркуляции

Размер плоского коллектора обычно составляет 2 м × 1 м или 1,5 м × 1 м, и его высота 2 м или 1,5 м. Однако высота боковины балкона обычно составляет около 1 метра.Установка плоского коллектора непосредственно на боковую стенку балкона традиционным способом нецелесообразна. Альтернативное решение — положить коллектор набок, чтобы его высота соответствовала требованиям боковой стенки балкона.

Но размещение коллектора на боку не способствует естественной циркуляции системы и в конечном итоге повлияет на тепловой КПД системы. Поэтому в некоторых случаях необходима принудительная циркуляция.В таблице 5 представлены экспериментальные результаты солнечного водонагревателя с плоским коллектором при фиксированном угле наклона поверхности 90 ° при естественной и принудительной циркуляции. Мощность насоса для принудительной циркуляции 80 Вт, массовый расход 40 кг / ч.


Дата Естественная циркуляция Принудительная циркуляция
24 января 25 января 3 февраля фев.4

Средняя температура окружающей среды (° C) 17,3 16,6 17,4 16,6
Средняя скорость ветра (м / с) 0,6 0,7 1,1 1,4
Энергия излучения (МДж) 17,6 15,8 15,7 15,3
Время (час) 6,0 6,0 6,0 6.0
Начальная температура резервуара (° C) 14,3 13,8 16,2 19,6
Конечная температура резервуара (° C) 24,4 22,9 42,3 44,8
Повышение температуры (° C) 10,1 9,1 26,1 25,2
КПД 0,218 0,219 0,629 0,654
Полезная энергия (МДж) 5 .08 4,56 13,12 12,64
Потребление энергии (МДж) 0,0 0,0 1,73 1,73

Эффективность в таблице 5 солнечного водонагревателя с плоским коллектором, размещенным на его стороне с фиксированным углом наклона поверхности 90 °, при естественной циркуляции составляет всего 21,8%. По сравнению с КПД солнечного водонагревателя с однорядным цельностеклянным вакуумным трубчатым коллектором при фиксированном угле наклона поверхности 90 ° при естественной циркуляции, приведенной в таблице 4, КПД солнечного водонагревателя с плоскими коллекторами составляет разочаровывает при тех же условиях.В основном это происходит из-за небольшого диаметра восходящей трубки в плоском коллекторе; следовательно, сопротивление потоку велико, и циркуляция в системе не является плавной. Использование принудительной циркуляции может улучшить циркуляцию в системе. При аналогичной освещенности и скорости ветра тепловой КПД системы может быть увеличен до 63%, а мощность циркуляционного насоса составляет всего 13% от теплового притока.

4.3. Влияние обратного уклона вакуумного трубчатого коллектора на производительность солнечного водонагревателя при естественной циркуляции

Движущая сила циркуляции воды солнечного водонагревателя при естественной циркуляции возникает из-за давления термосифона и относительно меньше, чем при принудительной циркуляции воды .В спроектированной установке выход воды коллектора обычно немного выше входа воды, по крайней мере, на том же горизонтальном уровне, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить давление термосифона. Другими словами, коллекторная труба поднимается вверх по направлению к выпускному отверстию для воды. Конструктивные характеристики плоского солнечного водонагревателя обычно обеспечивают установку солнечного коллектора с уклоном вниз. Для полностью стеклянного вакуумированного трубчатого коллектора солнечного водонагревателя сплит-типа выход воды из коллектора может быть ниже, чем вход воды из-за неровного пола или ошибки установки в процессе фактической установки.В этих условиях направление циркуляции воды солнечного водонагревателя с естественной циркуляцией изменится, что, следовательно, повлияет на способ смешивания холодной и горячей воды и стратификацию воды в резервуаре для воды. Производительность солнечного водонагревателя ухудшается.

В таблице 6 показаны экспериментальные характеристики цельностеклянных вакуумных трубчатых солнечных водонагревателей с коллекторами при размещении под уклоном вниз и при размещении обратного уклона под углом 5 °. При аналогичной солнечной радиации, температуре окружающей среды и скорости ветра эффективность улавливания солнечных водонагревателей с коллектором при размещении под уклоном превышает 60%; однако эффективность улавливания солнечных водонагревателей с коллектором при обратном уклоне составляет около 45%, что на 15% ниже, чем у первых.


Дата Размещение обратного откоса Размещение откоса
3 февраля 4 февраля 1 марта 29 января 30 января

Средняя температура окружающей среды (° C) 17,1 16,8 20,3 14,8 15,6
Средняя скорость ветра (м / с) 1.2 1,4 0,3 1,6 0,7
Энергия излучения (МДж) 20,2 20,6 19,2 19,7 20,6
Время (час) 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
Начальная температура резервуара (° C) 27,7 14,3 16,9 12,0 19,6
Конечная температура резервуара (° C) 49.9 38,7 40,7 45,2 43,6
Объем резервуара (л) 120 120 120 120 120
Повышение температуры (° C) 22,2 24,5 23,8 33,2 24,0
Эффективность 0,419 0,453 0,471 0,641 0,617

Ухудшение производительности водонагреватель с коллектором при установке обратного уклона является результатом изменения температурной стратификации воды в резервуаре для воды.На рисунке 6 (a) резервуар для воды разделен на три области снизу вверх резервуара: область A, область B и область C. Область A находится от дна резервуара до выхода воды из резервуара. Благодаря этой области можно избежать попадания отложений на дно резервуара в коллектор. Вода в зоне А не циркулирует в коллекторе, и это фактически застойная акватория. Область B — от выхода воды до входа воды в резервуар. Область C — от впуска воды до верхней части резервуара.

На Рисунке 6 (b) линейно возрастает в области A для коллектора как при размещении с уклоном вниз, так и при размещении с обратным уклоном. Распределение температуры воды в зоне застоя воды обусловлено методом теплопередачи: только теплопроводность. Подвод тепла в эту область исходит от воды в области B. В области B температура воды линейно повышается с увеличением высоты, когда коллектор находится на спуске. В этом случае направление циркуляции воды показано на рисунке 6 (а), а горячая вода из коллектора поступает в резервуар для воды через входное отверстие в верхней части.Вода с более высокой температурой находится в верхней части, а вода с более низкой температурой находится в нижней части, что не приведет к течению воды в этом регионе. Так образуется стратификация воды по температуре. Выпуск воды для пользователей находится в верхней части резервуара; следовательно, при размещении под уклоном горячая вода предпочтительно подается пользователям. Однако для коллектора при установке обратного уклона температура воды в районе В немного меняется, и стратификация воды хуже, чем в первом.В этом случае направление циркуляции воды противоположно направлению, показанному на рисунке 6 (а), и горячая вода из коллектора поступает в резервуар для воды через входное отверстие в нижней части. Вода с более высокой температурой находится в нижней части, а вода с более низкой температурой — в верхней части, что приведет к смешиванию воды в этом регионе. Стратификация воды по температуре не ясна. В области C плавучесть приводит к подъему горячей воды и водной смеси, поэтому температура воды плавно меняется для коллектора как при размещении под уклоном, так и при размещении с обратным уклоном.Из приведенного выше анализа следует, что для коллектора с обратным уклоном стратификация воды в резервуаре для воды по температуре является плохой, а эффективность сбора низкая. Солнечный коллектор не должен располагаться с обратным уклоном.

4.4. Влияние высоты установки бака для воды на эффективность солнечного нагревателя

Для солнечного водонагревателя балконного сплит-типа разница в высоте между баком для воды и солнечным коллектором является движущей силой естественной циркуляции воды.Слишком маленький перепад высот приведет к нехватке движущей силы циркуляции. Напротив, слишком большой перепад высот приведет к увеличению длины трубопровода и площади охлаждения, что снизит тепловой КПД водонагревателя. Следовательно, небольшая разница в высоте необходима для достижения достаточного давления циркуляции и одновременного сохранения высокого теплового КПД водонагревателей, насколько это возможно, и улучшения температурного расслоения воды в резервуаре для воды.На рисунке 7 показано влияние высоты резервуара для воды на эффективность солнечного нагревателя.

На рисунке 7, когда разница высот между дном резервуара для воды и выпускным отверстием коллектора изменялась от 0,14 м до 0,74 м, тепловой КПД солнечного водонагревателя увеличивался с 62,5% до 67,7%. Повышение давления в основном связано с увеличением давления теплового сифона, превышающим увеличение сопротивления воздуховодов в ступени. Благодаря усилению циркуляции воды тепло, накапливаемое солнечным коллектором, будет своевременно попадать в резервуар для воды, тем самым повышая тепловой КПД системы.Однако при дальнейшем увеличении перепада высот с 0,74 м до 1,34 м тепловой КПД снизился с 67,7% до 64%. На этом этапе, хотя увеличение высоты установки резервуара для воды приведет к увеличению давления теплового сифона, оно также значительно увеличивает сопротивление воздуховодов и охлаждающей поверхности системы, что в конечном итоге приводит к снижению теплового КПД системы вместо Восход. Другими словами, существует оптимальная разница высот между дном резервуара для воды и выпускным отверстием коллектора для достижения максимальной тепловой эффективности системы.Для солнечного водонагревателя с общей солнечной собирающей площадью 1,5 м 2 и емкостью резервуара для воды 120 л (как описано в работе) оптимальная разница высот составляет около 0,74 м. В реальной установке разница высот 0,44 м ~ 1,04 м в зависимости от конкретного случая считается разумной, поскольку изменение теплового КПД системы в этом диапазоне не превышает 3%.

5. Выводы

TRNSYS был использован для анализа влияния ориентации поверхности и наклона солнечных коллекторов на сбор солнечного излучения солнечными водонагревателями балконного сплит-типа.В высокоширотных регионах азимут поверхности солнечного коллектора имел большее влияние на сбор солнечной радиации. Для отклонения угла наклона поверхности в пределах ± 20 ° от оптимизированного угла изменение общей годовой собираемой солнечной радиации было менее 5%. Однако при отклонении от 70 ° до 90 ° отклонение составляло до 20%.

В наших экспериментах тепловой КПД солнечного водонагревателя с однорядным горизонтальным расположением цельностеклянного вакуумированного трубчатого коллектора был выше, чем у однорядного вертикального расположения при фиксированном угле наклона поверхности 90 °.При принудительной циркуляции тепловой КПД системы солнечного плоского водонагревателя был увеличен до 63% по сравнению с таковым при естественной циркуляции, а мощность циркуляционного насоса составляла всего 13% от теплового притока. Для коллектора при установке с обратным уклоном, стратификация воды в резервуаре для воды по температуре ухудшилась, и, таким образом, термический КПД стал низким. Разница в высоте между резервуаром для воды и солнечным коллектором повлияла на давление и сопротивление теплового сифона.Для повышения эффективности системы была предложена соответствующая высота установки резервуара для воды.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Эта работа является частичным выполнением финансируемой исследовательской программы 51106134, финансируемой Национальным фондом естественных наук Китая.

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

В этой статье рассматривается передача тепловой энергии движением жидкости, и, как следствие, такая передача зависит от природы потока.Передача тепла за счет конвекции может происходить в движущейся текучей среде из одной области в другую или к твердой поверхности, которая может иметь форму канала, в котором текучая среда течет или по которому течет текучая среда. Конвективная теплопередача может происходить в пограничных слоях, то есть к потоку или от потока над поверхностью в виде пограничного слоя, а также внутри каналов, где поток может быть подобным пограничному слою или полностью развитым. Это также может происходить в более сложных потоках, таких как потоки, которые разделены, например, в задней области цилиндра в поперечном потоке или вблизи выступа , обращенного назад, .Поток может вызывать конвективную теплопередачу, когда он приводится в действие насосом и называется принудительной конвекцией, или возникать как следствие температурных градиентов и плавучести, называемых естественной или свободной конвекцией. Примеры приведены ниже в этом разделе и показаны на рисунке 1, чтобы облегчить введение в терминологию и концепции.

Рис. 1. Профили скорости и температуры в пограничном слое и отрывных потоках.

Пограничный слой на плоской поверхности рис. 1 имеет обычное изменение скорости от нуля на поверхности до максимума в набегающем потоке.В этом случае предполагается, что поверхность имеет более высокую температуру, чем набегающий поток, а конечный градиент на стенке подтверждает передачу тепла от поверхности к потоку. Также возможно иметь нулевой градиент температуры на стенке, чтобы не было передачи тепла к поверхности или от поверхности, но передачи тепла в потоке. Если поток ламинарный, передача тепла от поверхности определяется законом потока Фурье, то есть:

где q представляет собой скорость теплопередачи на единицу площади поверхности, λ — теплопроводность, T — температура, а y — расстояние, измеренное от поверхности.То же выражение применимо к любой области потока, а также в случае адиабатической стенки, где нулевой градиент температуры означает нулевую теплопередачу. Следует отметить, что поверхность может быть горизонтальной, как показано, с воздушным потоком, приводимым в движение вентилятором, или потоком жидкости с помощью насоса, и что она также может быть вертикальной, с плавучестью, обеспечивающей движущую силу для потока. В последнем случае скорость набегающего потока будет равна нулю, так что соответствующий профиль будет иметь нулевые значения у стенки и вдали от стенки.

Обратный этап на рисунке 1 приводит к более сложному потоку, и несколько пограничных слоев могут быть идентифицированы в потоке как следствие разделения и повторного присоединения. Детали потоков этого типа недостаточно изучены, поэтому трудно идентифицировать характеристики пограничных слоев, и можно представить себе, что формы профилей скорости и температуры — и, следовательно, локальной теплопередачи внутри жидкости и к стене — будет значительно отличаться от одного места к другому.Известно, например, что скорость теплопередачи может стать высокой в ​​месте присоединения восходящего потока к поверхности ступеньки, как это также имеет место на передней кромке цилиндра в поперечном потоке, но подробные механизмы остаются не до конца понятыми, и исследования продолжаются.

Хорошо известно, что даже сравнительно простые геометрические конфигурации, такие как показанные на фиг. 1, могут приводить к скоростям теплопередачи, которые значительно варьируются в зависимости от природы потока и поверхности.При ламинарных потоках передача тепла к стене или от нее зависит от расстояния от передней кромки пограничного слоя. Турбулентные потоки могут вызвать скорость передачи тепла, которая намного больше, чем у ламинарных потоков, и вызвана тем, как турбулентные флуктуации увеличивают перемешивание; они также влияют на теплопередачу к поверхности и от поверхности, особенно там, где свободный поток жидкости может проникать к стене даже на короткие периоды времени. Природа поверхности, например степень или тип шероховатости, обычно влияет на теплопередачу к ней или от нее, а в некоторых случаях в значительной степени.Поэтому теплопередачу на стене удобно представить выражением

куда

снова представляет собой скорость передачи тепла от стены, на этот раз на единицу площади поверхности; разница температур относится к разнице между стеной и набегающим потоком; и α — «коэффициент теплопередачи», который является характеристикой потока и поверхности. Эти две температуры могут изменяться в зависимости от x-расстояния, и может быть трудно определить температуру набегающего потока в некоторых сложных потоках.Типичные значения α показаны в таблице 1, из которой видно, что увеличение скорости обычно приводит к увеличению коэффициента теплопередачи, так что α является наименьшим при естественной конвекции и увеличивается до 100 и более на плоских поверхностях с большей скоростью воздуха. чем около 50 м / с. Коэффициент теплопередачи значительно больше при жидкостных потоках и снова больше при двухфазных потоках.

Таблица 1. Типичные значения коэффициента теплопередачи

Тип потока α (Вт / м 2 K)
Принудительная конвекция; низкоскоростной поток воздуха над поверхностью 10
Принудительная конвекция; умеренная скорость потока воздуха над поверхностью 100
Принудительная конвекция; умеренная скорость перетока воздуха над цилиндром 200
Принудительная конвекция; умеренный поток воды в трубе 3000
Принудительная конвекция; кипяток в трубе 50,000
Свободная конвекция; вертикальная пластина на воздухе с перепадом температур 30 ° C 5

Следует отметить, что приведенные выше уравнения выражены через размерные параметры.И легко видеть, что их комбинация приведет к безразмерному параметру αx / λ, где α — коэффициент теплопередачи стенки, x — характерное расстояние, а λ — проводимость жидкости; это известно как число Нуссельта и может быть легко получено из анализа размерностей, а также из безразмерных форм уравнений сохранения, как предлагается в следующем разделе. Коэффициенты теплопередачи в таблице 1 могут быть выражены через это безразмерное число, число Нуссельта, а аналитические и корреляционные уравнения обычно выражаются таким образом, как будет показано ниже.

Также полезно отметить, что коэффициент теплопередачи и число Нуссельта могут использоваться для обозначения локальных значений в месте x на поверхности или интегрированного значения до местоположения x.

Концепция размерного анализа дает начало нескольким безразмерным группам, на которые будет сделана ссылка в этом разделе, и их удобно ввести здесь. Помимо числа Нуссельта, будет сделана ссылка на следующее:

Число Прандтля Pr = ηc p / λ
Число Рейнольдса Re = ρux / η
Число Нуссельта Nu = αx / λ
Число Стентона St = α / ρc p u = Nu / Pr Re
Число Грасгофа Gr = gβ (T w — T ) y 3 / ν 2

Число Прандтля зависит только от свойств жидкости; число Рейнольдса представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости и имеет значение для всего предмета механики жидкости и конвекции; число Стентона представляет собой комбинацию Nu, Pr и Re; а число Грасгофа характеризует естественную конвекцию с ускорением свободного падения g и β, коэффициентом объемного теплового расширения, и представляет собой комбинацию инерционного, u 2 / y, фрикционного, vu / y 2 , и плавучести, gβΔT, масштаб.Эти безразмерные группы могут быть получены из уравнений сохранения и удобны для представления результатов и корреляций экспериментальных данных.

Полезно изучить уравнения, которые представляют собой сохранение массы, импульса и энергии, и они записаны ниже для прямоугольных декартовых координат с упрощением однородных свойств.

куда

Три уравнения, представляющие сохранение количества движения, и уравнение, представляющее сохранение энергии, имеют одинаковую форму с членами в левой части, представляющими конвекцию количества движения и энергии.Следует отметить, что эти конвективные члены нелинейны, что создает трудности для любого решения и что существует четыре отдельных части конвекции, соответствующие изменениям во времени и в трех направлениях. Члены в правой части представляют собой несколько упрощенные формы терминов, представляющих перенос диффузией вместе с силами давления и источниками или стоками тепловой энергии. Условия плавучести могут быть добавлены, как показано в следующем разделе. Легко видеть, что безразмерные скорости и расстояния в уравнениях количества движения приведут к обратному отношению числа Рейнольдса, а также температур, скоростей и расстояний в уравнении энергии к безразмерной группе, которая включает (1 / PrRe).В следующих разделах эти уравнения будут упрощены, чтобы иметь дело с конвективной теплопередачей в установившихся ламинарных потоках принудительной и свободной конвекции.

Из вышеизложенного очевидно, что существует некоторое сходство между уравнениями сохранения количества движения и тепловой энергии, так что решения этих двух уравнений будут иметь аналогичный вид, когда исходные члены равны нулю, число Прандтля равно единице и решения представлены в безразмерной форме. Наличие плавучести часто ограничивается вторым уравнением импульса, в которое должен быть добавлен дополнительный член вида ρβg (T w — T ).Если поверхность, вызывающая разность температур — и, следовательно, выталкивающая сила — не вертикальна, необходимо учитывать угол поверхности по отношению к направлению силы тяжести. Это приведет к разрешению сил, так что часть члена плавучести появится в первом уравнении импульса с таковым во втором уравнении, умноженном на синус угла к вертикали. Это приведет к появлению дополнительной безразмерной группы — числа Грасгофа.

В отсутствие членов конвекции уравнение энергии сводится к уравнению теплопроводности, а уравнения количества движения больше не актуальны, когда проводимость имеет место в неподвижном материале.Возможны многие другие упрощения приведенных выше уравнений, в том числе для двумерных потоков и для потоков в пограничном слое, как будет показано ниже. Кроме того, можно интегрировать уравнения, и в их более простых формах это может иметь некоторые достоинства; например, в интегральных уравнениях импульса и энергии, где зависимая переменная разработана так, чтобы быть представлена ​​в терминах одной независимой переменной и, следовательно, решается простыми численными методами. Могут существовать и более сложные формы, как описано в следующем разделе.

Ламинарные и турбулентные течения

Большинство течений в природе и в инженерном оборудовании происходят при умеренно высоких числах Рейнольдса, поэтому их называют турбулентными. Таким образом, свойства потока в любой момент зависят от времени с масштабами, которые варьируются от очень малых, масштаб Колмогорова, до масштабов, соответствующих максимально возможному размеру потока. В комнате, например, масштаб Колмогорова может быть порядка доли 1 мм или менее 1 мс шкалы времени, если скорость порядка 1 м / с, а наибольшая — порядка нескольких метров или больше 10 3 больше.Для этого есть два важных следствия: во-первых, скорость передачи тепла от поверхности к потоку будет значительно выше, чем если бы поток был ламинарным при том же числе Рейнольдса; и во-вторых, что уравнения сохранения еще труднее решить, чем для ламинарного потока, поскольку любое численное решение теперь должно учитывать физические и временные масштабы, которые охватывают три порядка величины. Первое означает, что турбулентная конвекция важна, гораздо важнее ламинарной конвекции; во-вторых, уравнения сохранения не могут быть решены в их общей форме, за исключением тех случаев, когда граничные условия позволяют привести их к более простым формам и даже тогда с дополнительными задачами.Этот вывод привел к широкому использованию корреляционных формул, основанных на измерениях, которые по необходимости охватывают ограниченные диапазоны расхода. Некоторые примеры представлены и обсуждаются в следующем разделе. Это также привело к широко распространенным попыткам решить сложные формы уравнений сохранения с допущениями, которые представляют турбулентные аспекты потока. Следующие параграфы предоставляют введение в этот подход.

Введение усреднения по Рейнольдсу, то есть для переписывания переменных, зависящих от времени, в виде сумм средних и флуктуирующих компонентов, введения новой зависимой переменной в уравнения сохранения и усреднения общего времени приводит к уравнениям вида:

где символы верхнего регистра относятся к усредненным по времени величинам; нижний регистр — колебаниям величин с q, колебаниям температуры; κ равно λ / ρc p ; и черточки сверху — к среднему значению умножения двух величин, зависящих от времени.Уравнения были записаны в тензорных обозначениях, чтобы сделать их более компактными, но сходство между уравнениями сохранения усредненного по времени импульса и энергии все еще очевидно. Термины, представляющие конвекцию, по-прежнему находятся в левой части, а диффузия — в правой. Теперь в каждом уравнении есть два члена диффузии: один представляет ламинарную диффузию; и второй, корреляции между колеблющимися компонентами. По-прежнему существует пять уравнений, но теперь имеется более пяти неизвестных, поскольку корреляции подразумевают шесть членов в уравнениях импульса и три в уравнении энергии.Таким образом, очевидно, что эти уравнения не представляют собой разрешимую систему без предположений, которые сокращают количество неизвестных до количества уравнений. Для этого требуются модели для напряжений Рейнольдса,

, и турбулентные тепловые потоки,

, и, как показано в другом месте, можно вывести уравнения для этих корреляционных членов. Каждая порождает корреляции более высокого порядка, поэтому необходимо принять решение о закрытии, а также о введении модельных предположений.

По аналогии с ламинарным потоком можно записать турбулентный поток количества движения и турбулентный поток тепла в виде

или же

и безразмерные формы этих выражений с турбулентной вязкостью и турбулентной проводимостью приведут к числам Рейнольдса и Прандтля, где последнее часто называют турбулентным числом Прандтля.

Турбулентное число Прандтля нашло широкое применение в инженерных расчетах конвективной теплопередачи, так как ему можно приписать единицу. Поскольку ламинарное число Прандтля также близко к единице для воздуха — и часто имеет второстепенное значение, поскольку ламинарная диффузия менее важна, чем турбулентная диффузия — уравнения импульса и энергии могут быть решены один раз для потоков, в которых нет градиента давления и источников или стоков энергии. , с аналогичными результатами, если они представлены в безразмерных переменных.Этот подход применим к сложным потокам со сложными численными решениями и к простым потокам в пограничном слое, как будет показано ниже.

При допущении высоких чисел Рейнольдса и локального равновесия, так что влияние одной области потока на другую невелико, можно упростить усредненные по времени уравнения сохранения. Предполагая, что двумерные пограничные слои дают:

и

где C μ и C t — константы, l m — длина смешения для передачи импульса, а l t — соответствующая длина смешения для передачи тепловой энергии.Эти уравнения сводятся к уравнениям эффективной вязкости и числа Прандтля, упомянутым выше, когда масштабы и константы длины равны, а число Прандтля равно единице. Таким образом, концепция турбулентного числа Прандтля ограничена в своей применимости, как и концепция турбулентной вязкости. Но диапазон допустимости инженерных расчетов остается большим.

Как будет показано ниже, точное решение уравнения, соответствующего ламинарному потоку над плоской пластиной, где температуры набегающего потока и пластины постоянны и различны, может быть записано как:

который признает важность чисел Рейнольдса и Прандтля и выражает коэффициент теплопередачи через число Нуссельта.Соответствующий результат для ламинарной естественной конвекции над вертикальной пластиной с аналогичными граничными условиями:

В турбулентных потоках приближения, соответствующие плоской пластине с принудительной конвекцией, привели к выражениям аналогичной формы; Например,

Как следствие, уравнения, используемые для представления измерений сложных потоков, в которых аналитические и численные решения либо невозможны, либо подвержены большой неточности, как правило, имеют такую ​​форму. Несколько примеров приведены в следующих разделах.

Принудительная конвективная теплопередача

Принудительная конвекция связана с потоками, которые приводятся в движение насосами и вентиляторами или движением тела через неподвижные жидкости, как в самолете или корабле, где у каждого есть существенные средства в его распоряжении, чтобы заставить его двигаться. Это отличается от естественной конвекции, где гравитация обеспечивает движущую силу, хотя возможна смешанная конвекция в ограниченном количестве потоков, когда давление и гравитационные силы имеют один и тот же порядок величины, то есть Gr / Re 2 приблизительно равна единице.Все точные аналитические решения представляют собой упрощенные формы уравнений сохранения и для ламинарных потоков. Некоторые другие случаи обсуждаются ниже.

Теплопередача пограничного слоя обсуждается в соответствующей статье.

Теплообмен между параллельными пластинами

Поток между плоскими пластинами изображен на рисунке 2. Он включает пограничные слои, которые начинаются на передних кромках, растут на каждой из двух поверхностей, пока потенциальная сердцевина не сужается до нуля, а затем продолжается в направлении полностью развитого ламинарного потока, после чего все градиенты в направлении x становятся равными нулю.

Рис. 2. Ламинарный поток между плоскими пластинами.

Пограничные слои представлены уравнениями пограничного слоя

с граничными условиями

и

соответствует граничному условию симметрии.

В начальной области, где пограничные слои разделены областью потенциального потока, анализ аналогичен анализу пограничного слоя с условием набегающего потока, представленным потенциальной внутренней скоростью и температурой.Далее по потоку поток становится полностью развитым, так что профили скорости и температуры не изменяются, если они выражены в соответствующих безразмерных величинах. Это будет продемонстрировано ниже. Однако полезно отметить, что есть промежуточная область, где нет потенциального ядра и где поток не полностью развит. В этой области необходимо решить уравнения, представляющие сохранение массы и импульса, чтобы каждое из них удовлетворялось; это может потребовать интерактивного подхода.

В случае полностью развитого ламинарного течения конвективные члены обращаются в ноль, поскольку

и уравнение импульса принимает вид

с постоянным градиентом давления, так что интегрирование с граничными условиями на стенке и на линии симметрии приводит к:

и, если одна пластина движется параллельно другой с постоянной скоростью U, решение принимает вид

В первом случае температурный профиль имеет простой вид

Это также может быть осложнено рассмотрением эффекта вязкого нагрева, который требует добавления члена формы в уравнение сохранения энергии и — при нулевом градиенте давления и постоянных значениях U — приводит к

и

Этот последний результат следует рассматривать как приближение, поскольку не были приняты во внимание изменения, которые могут произойти в транспортных и термодинамических свойствах.

Профиль скорости для полностью развитого ламинарного потока представляет собой параболу, когда стенки неподвижны, при условии, что свойства жидкости постоянны, а скорости низкие; он линейный, когда градиент давления отсутствует и стенка движется с постоянной скоростью по отношению к другой. Действие движущейся поверхности заключается в создании силы, которая может действовать против или вместе с силой давления. Это отражается на скоростях, которые могут быть как в положительном, так и в отрицательном направлении.Температурный профиль выражается через температуру поверхности, и ясно, что объемная температура будет увеличиваться, если одна или обе стенки будут более горячими, чем начальная температура, T 1 Таким образом, температурный профиль часто выражается через начальная температура и среднемассовая температура, определяемая как:

где U — объемная скорость, как обсуждается ниже.

Течение и теплопередача в трубе имеют гораздо большее значение, чем между параллельными пластинами, поскольку они чаще встречаются в инженерной практике.Поток снова может начинаться на передней кромке, так что решения для ламинарного потока могут быть получены, как для параллельных пластин, но на этот раз в уравнениях в цилиндрических координатах и ​​без перспективы движения одной поверхности относительно другой. При малых значениях числа Рейнольдса ρud / η длина, необходимая для достижения полностью развитого ламинарного потока, может быть определена выражением

и возникает из асимптотических решений уравнений пограничного слоя. Поток в трубах малого диаметра, необходимый для достижения этих малых чисел Рейнольдса, исходит из труб большего диаметра или из напорных камер, поэтому вполне вероятно, что пограничные слои не берут свое начало в начале трубы малого диаметра.Скорее, это внезапное сжатие, для которого поток должным образом представлен более полными формами уравнений сохранения, чем их формы пограничного слоя. Действительно, поток может разделяться внутри трубы с более быстрым движением к полностью развитым условиям, чем это было бы в случае прикрепленных пограничных слоев.

Область развивающегося потока во многих случаях может быть небольшой, и полностью развитый поток обычно более важен, чем развивающийся поток. Уравнения сохранения в цилиндрических координатах могут быть редуцированы для полностью развитого потока так же, как между двумя пластинами, с результатом

и это с граничными условиями

и

может быть интегрирован для получения

куда

Коэффициент трения Муди, определяемый как f = — (dp / dx) / 0.5ρU 2 / D, обычно представляет собой взаимосвязь между перепадом давления, геометрией и свойствами жидкости и может быть выведен для полностью развитого ламинарного потока в трубе как:

который иногда называют законом трения Хагена-Пуазейля.

Уравнение энергии в цилиндрических координатах имеет вид

и это уменьшает для полностью развитого потока до

где T b — объемная температура, определяемая как:

Интегрирование дифференциального уравнения с граничными условиями, соответствующими симметрии на центральной линии, и частному условию, что

приводит к

и чтобы

которое не зависит от чисел Рейнольдса и Прандтля, если течение остается ламинарным.Итерационное решение требуется для решения уравнений для граничного условия

и приводит к результату

что показывает, что решение зависит от теплового граничного условия.

Конечно, поток будет оставаться ламинарным только в том случае, если число Рейнольдса меньше примерно 2 300 или до более высоких значений, если оно настолько свободно от возмущений, что они не могут распространяться и вызывать турбулентный поток, как это обычно бывает. Если турбулентный поток возникает из-за того, что возмущение распространилось и привело к колебаниям во всех областях потока, кроме вязкого подслоя, природа потока и проблемы изменились.Можно вернуться к рассмотрению последствий начала перехода и переходной области в контексте пограничного слоя во входной области трубы. Но общий эффект будет заключаться в быстром возникновении турбулентного потока, так что акцент снова будет, и даже больше, на области полностью развитого потока, который теперь соответствует турбулентному, а не ламинарному потоку. Можно сохранить поток в пограничном слое, возможно, с переходными областями на некотором расстоянии, но общая форма слегка закругленной геометрии входа обычно приводит к полностью развитому турбулентному потоку на расстояниях не более 50 диаметров и на более коротких расстояниях. расстояния для инженерных расчетов.

Корреляция измерений падения давления с объемной скоростью и диаметром побудила Блазиуса предложить выражение

что вместе с ламинарным потоком является результатом

позволяют нарисовать рисунок 3, на котором результат ламинарного потока может быть расширен до чисел Рейнольдса, значительно превышающих 10 5 , при условии, что учтены характер начальных условий, гладкая поверхность трубы и отсутствие каких-либо помех.Обычно ламинарный поток не существует при числах Рейнольдса, превышающих 2300, выше которых происходит переход к кривой турбулентного потока с переходной областью, которая может быть короткой или длинной в зависимости от характера возмущений. Таким образом, коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса, в зависимости от диаметра трубы, а также от ламинарных, переходных и турбулентных областей, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса для потока в трубе.

Коэффициент поверхностного трения (или коэффициент трения Фаннинга) связан с коэффициентом трения соотношением

так что коэффициент турбулентного потока можно выразить как

с константами, вытекающими из рассмотрения экспериментальных результатов, и поэтому имеют ограниченную применимость. На рис. 3 показано изменение коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса в зависимости от диаметра трубы и различие между коэффициентами для ламинарного и турбулентного течения. При высоком числе Рейнольдса результаты становятся менее определенными, о чем свидетельствуют две линии, но график подходит для многих целей проектирования.

Рассмотрение аналогичной природы уравнений, представляющих сохранение импульса и энергии, подразумевает, что изменение числа Нуссельта также будет зависеть от числа Рейнольдса, вместе с числом Прандтля, где оно отличается от единицы. Пример выражения, описывающего изменение числа Нуссельта при турбулентном потоке в трубе:

Как и в случае с рисунком 3, коэффициентом трения и коэффициентом поверхностного трения, неопределенность возрастает при высоких числах Рейнольдса, а также в переходной области, где разница между результатами для ламинарных и турбулентных потоков сильно расходится.Это может происходить в диапазоне чисел Рейнольдса в зависимости от начальных и граничных условий. Следует отметить, что шероховатые поверхности увеличивают значения коэффициента поверхностного трения и числа Нуссельта. Соответствующие расчеты могут быть выполнены для воздуховодов некруглого сечения с гидравлическим диаметром, заменяющим геометрический диаметр.

Что такое водный болот? Когда следует использовать его при проектировании зданий

Wetbacks обычно усиливают систему водяного отопления, особенно зимой, когда это больше всего необходимо.Они наиболее подходят для холодного климата, где используется много отопления.

В процессе горения твердотопливной горелки нагревается водяная рубашка, установленная в топке. Доступны опции для водяных рубашек мощностью 1,54 кВт. Вода циркулирует через водяную рубашку, а затем возвращается в накопительный нагреватель.

Wetbacks должны соответствовать минимальному тепловому КПД 65%. Горелки, соответствующие этому требованию, можно найти в списке разрешенных горелок на веб-сайте Министерства окружающей среды.Некоторые гидробэки доступны с КПД более 80%.

При испытании дровяных горелок на соответствие КПД 65% любой нагрев воды, который может быть обеспечен за счет мокрого обратного потока, не рассматривается. Некоторые горелки могут пройти испытание на эффективность без мокрого обратного хода, но не выдерживают испытания при его установке.

Большинство гидробактерий циркулируют воду за счет эффекта термосифона (т.е. более теплая вода поднимается, а более холодная вода падает, создавая естественный поток через водяную рубашку). Некоторые производители устанавливают минимальный уклон для трубы подачи горячей воды от водонагревателя к накопительному баллону, чтобы вода могла циркулировать естественным образом.Накопитель с горячей водой должен располагаться близко к источнику тепла, чтобы минимизировать тепловые потери. Компромисс может заключаться в том, что к выходам горячей воды потребуются более длинные участки трубопровода, чем в противном случае. Для улучшения потока рекомендуется использовать трубы для мокрого обратного водоснабжения большого диаметра (25 мм).

Некоторые системы включают электрический насос для увеличения давления и позволяет размещать накопительный баллон подальше. В этой ситуации требуется открытая вентиляция.

Хорошей идеей будет связаться с местным органом по разрешению строительства на раннем этапе процесса для получения каких-либо конкретных требований или советов, которые у них могут быть по поводу неработающих участков.

Ключевые факторы при внедрении системы «мокрые»:

  • «Водяные спины» обычно вносят существенный вклад в нагрев воды только в холодном климате, где используется много обогрева помещений.
  • Некоторые горелки производят большую часть своей мощности в виде горячей воды. Они подходят для домов, где потребность в отоплении ниже.
  • Поступление от мокрого топлива должно быть дополнено другими средствами нагрева, когда твердотопливная горелка не используется.
  • Уровень выбросов для твердотопливной горелки с водяной рубашкой должен быть определен, поскольку водяная рубашка охлаждает процесс сгорания, уровень выбросов твердых частиц будет увеличиваться.
  • Установка водяных рубашек внутри топки снижает отвод тепла в прилегающее пространство.
  • В целях безопасности контур между водяной рубашкой и накопительным цилиндром должен иметь открытый воздух. Доступны накопительные баллоны, специально разработанные для использования с водным транспортом.
  • Изолированная линия подачи с открытым воздухом должна иметь клапан для пополнения воды в случае перегрева. Перегрев вызовет падение давления в линии, что приведет в действие клапан, чтобы заменить воду, потерянную из верхней части вентиляционной трубы.
  • Следует использовать только медные трубы.
  • Гидравлические фильтры не подходят, если местная вода имеет очень высокое содержание извести, поскольку известь может накапливаться внутри змеевика.
  • Вода должна течь через водосборник всякий раз, когда горит огонь.

Как правило, чем сильнее горит огонь, тем больше горячей воды будет производить обратный поток. Если это означает, что в жилых помещениях становится слишком жарко, некоторые производители рекомендуют устанавливать системы теплопередачи, которые отводят избыточное тепло в другие комнаты дома.

Самые простые агрегаты устанавливаются высоко на внутренней стене и пропускают нагретый воздух напрямую в соседнее помещение. Доступны фирменные блоки, в которых используются вентиляторы мощностью 40–120 Вт для перемещения теплого воздуха через изолированные воздуховоды диаметром 150 или 200 мм в пространстве под крышей к потолочным выходам в других помещениях. Некоторые системы имеют термостаты и работают только тогда, когда температура в исходной комнате выше определенного уровня.

Обновлено: 6 апреля 2020 г.

% PDF-1.7
%
1749 0 объект
>
эндобдж

xref
1749 77
0000000016 00000 н.
0000003500 00000 н.
0000003823 00000 н.
0000003877 00000 н.
0000004007 00000 н.
0000004413 00000 н.
0000004463 00000 н.
0000004528 00000 н.
0000005455 00000 н.
0000006128 00000 н.
0000006757 00000 н.
0000007028 00000 н.
0000007688 00000 н.
0000007945 00000 н.
0000008547 00000 н.
0000009034 00000 н.
0000009285 00000 н.
0000009873 00000 п.
0000010268 00000 п.
0000058465 00000 п.
0000089249 00000 п.
0000124669 00000 н.
0000124726 00000 н.
0000140759 00000 н.
0000141017 00000 н.
0000141408 00000 н.
0000215322 00000 н.
0000303780 00000 н.
0000304286 00000 п.
0000305434 00000 н.
0000305707 00000 н.
0000306012 00000 н.
0000306063 00000 н.
0000306138 00000 п.
0000306218 00000 н.
0000306382 00000 п.
0000306439 00000 н.
0000306597 00000 н.
0000306653 00000 п.
0000306803 00000 н.
0000306859 00000 н. I ڤ I & MM44-? ڦ ov إ />

Что такое Air Lock? — Практическое проектирование

Инженерное дело почти всегда предполагает допущения и упрощения.В реальном мире слишком много переменных, чтобы отслеживать их все, поэтому мы упрощаем. Мы пренебрегаем переменными, которые не имеют значения, и делаем предположения о переменных, которые мы не можем измерить или предсказать. Но что происходит, когда одно из этих предположений неверно? Одно из основных предположений инженеров, проектирующих трубопроводы, заключается в том, что по этим трубопроводам транспортируется только предназначенная для этого жидкость. Но это не всегда так. Привет, я Грейди, и это практическая инженерия. Сегодня мы говорим о воздушных пробках в системах трубопроводов.

Проще говоря, воздушная пробка — это сужение потока, которое происходит, когда газ попадает в трубу. Это ответ на заголовок, но сам по себе он не очень удовлетворительный. На самом деле, если вам так же любопытно, как мне, это приведет к большему количеству вопросов. Первые три приходят на ум: (1) Откуда берется газ? (2) Как он попадает в ловушку? И (3) Почему мне должно быть до этого дело? Обычно нам не удается заглядывать внутрь трубопроводов и наблюдать, как они работают, поэтому я построил здесь в своем гараже небольшую модель, которую мы можем использовать, чтобы рассказать о шлюзовой камере, о том, как это происходит и почему это важно.

Первый вопрос: откуда газ? Вы можете удивиться, узнав, что попадание газов, например воздуха, в трубопроводы с жидкостью в некоторой степени неизбежно. Иногда они проникают внутрь, растворяясь в жидкости, как углекислый газ растворяется в коксе. В большинстве жидкостей есть по крайней мере некоторые растворенные газы. Даже вода, выходящая из крана, часто содержит определенное количество растворенного воздуха. Этот газ может выходить из раствора, когда жидкость нагревается или взбалтывается, или если она проходит химическую реакцию.Еще один потенциальный источник газов в жидкостных трубопроводах — утечки через поврежденные участки или неплотно прилегающие соединения. Если это происходит в области трубы с давлением ниже давления окружающего воздуха, воздух может просочиться снаружи трубы в линию. Но я не упомянул самый очевидный источник воздуха. В конце концов, когда вы покупаете трубу у производителя или поставщика, она не бывает предварительно заполнена жидкостью. Он начинается пустым, точнее, полным воздухом. Когда вы добавляете жидкость в трубу, наполненную воздухом, будь то в первый раз или после того, как труба была слита для обслуживания, это прекрасная возможность для ее захвата, что подводит меня ко второму вопросу: как происходит улавливание газа ?

На этот вопрос немного легче ответить.Поскольку газы намного менее плотны, чем жидкости, они почти всегда плавают. Это означает, что любое высокое место в трубе восприимчиво к улавливанию пузырьков. И, к сожалению, часто легче сказать, чем сделать, чтобы избежать этих высоких точек. Возьмем, к примеру, оросительную линию на ферме. Эти линии нельзя закопать, потому что их нужно время от времени перемещать. Таким образом, они сидят на поверхности земли и, таким образом, следуют естественным контурам с низменностями в долинах и возвышенностями над холмами и насыпями.Эти возвышенности — идеальные ловушки для воздуха. Даже если трубы могут быть заглублены, как водопроводные или нефтяные трубопроводы, не всегда возможно избежать неровностей. Ведь чем глубже копаешь, тем дороже. Часто имеет смысл просто следовать по холму или гребню вверх и вниз, а не идти прямо. В зданиях и домах трубопроводы пресной воды и отопления должны избегать всевозможных препятствий, что часто означает их прокладку таким образом, чтобы создать высокие точки, которые могут задерживать пузырьки воздуха. То же самое верно в промышленных условиях для самых разных типов трубопроводов.

Вы можете подумать: «Большое дело — воздух всегда остается в ловушке там, где этого не должно быть. Вот почему у нас есть отрыжка, пук и выпускные клапаны на тормозных магистралях ». Но вы должны помнить, что воздух занимает место. Необязательно, чтобы он выглядел на открытом воздухе, но когда он застрял в трубе, он занимает площадь поперечного сечения, которую в противном случае можно было бы использовать для потока. Это сужение, подобное перегибу в резиновом шланге, а это означает, что оно может вызвать серьезное снижение скорости потока.Трубы могут быть дорогими, и чем они больше, тем дороже. Поэтому инженеры стараются использовать трубу наименьшего размера, чтобы удовлетворить конкретную потребность. Если в вашей трубе скопилось много воздуха, он занимает ценное пространство без какого-либо влияния на скорость потока.

Проектирование труб — это упражнение в управлении энергией. Жидкость начинается с одного конца с определенным ее количеством, и скорость потока зависит от того, сколько энергии теряется, когда она достигает другого конца. Инженеры используют графический инструмент, называемый гидравлической линией уклона, чтобы показать это визуально.Линия представляет потенциальную энергию, доступную в жидкости в любой точке трубы. Это также уровень, которого достигнет жидкость, если вы закроете вертикальную стояк в любом месте вдоль трубы. Гидравлическая линия уклона идет вниз по трубам, поскольку жидкость теряет энергию на трение. Он также круто падает на крутых поворотах и ​​клапанах, что вызывает турбулентность потока. И знаете, что также вызывает потерю энергии? Воздушный шлюз. Фактически, по мере того, как пузырь растет и растет в трубе, вы получаете состояние, называемое водопадным потоком.Вы можете понять, почему это называется так, на демонстрации. В этом случае вы теряете энергию, эквивалентную высоте водопада, которую легко увидеть на гидравлической линии уклона. В отличие от трения или турбулентности в трубе, это не зависит от потока. И это складывается. Каждая волна в трубе с захваченным пузырьком воздуха будет лишать жидкость этой энергии. А если гидравлическая линия уклона опускается ниже выхода трубы, вы вообще не получите никакого расхода. Это определение шлюза или парового затвора.

Труба, которая не течет, не очень полезна, поэтому мы придумали несколько способов решения этой проблемы. Самый простой, но не обязательно самый дешевый — это просто устранить воздушный шлюз с помощью насоса большего размера. Вы можете быть в порядке, зная, что в вашей трубе всегда будут застревать газы, если вы просто можете использовать большее давление, чтобы преодолеть потери энергии, связанные с воздушным шлюзом. Однако это не всегда возможно. Рассмотрим длинный трубопровод с множеством волн. Если вы используете один насос, чтобы преодолеть всю эту воздушную пробку, номинальное давление трубы рядом с насосом должно быть огромным.Второй вариант — просто спроектировать трубопроводы, не задерживающие воздух. Если поток жидкости в вашем трубопроводе достаточно быстрый, захваченный воздух просто выдувается. И, если в ваших трубах нет выступов, там вообще не будет места, где они могли бы застрять. Опять же, это не всегда возможно. Рассмотрим трубопровод, по которому вода перемещается с одного конца холма на другой. Провести прямую линию между точками A и B легко, но рытье траншеи такой глубины для установки трубы или, что еще хуже, прокладывать в ней туннели, — дело не из дешевых.

Другой вариант — выпустить газ через клапан. В некоторых случаях довольно просто, но не обязательно во всех случаях. Города не хотят посылать техников, чтобы каждый день стравливать воздух из трубопроводов. Так, многие трубопроводы оснащены автоматическими воздуховыпускными клапанами. Это простое, но умное решение для выпуска воздуха из высоких точек без вмешательства человека. Я построил пример, приклеив поплавок к обратному клапану. Когда в трубе нет воздуха, поплавок удерживает клапан закрытым.Но когда в трубе вырастает достаточно большой пузырь, поплавок действует как груз и открывает клапан, выпуская воздух из трубы. Обратите внимание на эти типы клапанов, когда вы просматриваете сконструированную среду, и теперь вы будете знать, как они работают.

Работа инженера состоит в том, чтобы использовать имеющиеся у нас знания и знания для разработки совершенно новых, а иногда и непроверенных систем. Это почти всегда связано с предположениями. А если вы сделаете неверные предположения, вы получите плохие ответы и, в конечном итоге, плохой дизайн.Это, безусловно, верно для воздушного шлюза, где, если вы предполагаете, что газы не попадают в трубы или что они не могут ограничить поток, вы можете спроектировать трубопровод, который не работает. К счастью для инженеров, это хорошо известное явление в трубопроводных системах. Это всего лишь одна из сложностей, связанных с работой, и мы придумали множество творческих способов ее преодоления. Спасибо, и дайте мне знать, что вы думаете!

Распространенные причины засорения сточных вод и способы их устранения

Содержание

  1. Распространенные причины
  2. Знать основные компоненты и то, как они работают вместе
  3. Признаки возможного засора
  4. Профилактические меры: что можно сделать
  5. Что можно попробовать своими руками

Несут ли они воду или отходы, никому не нравится идея засорения водопроводных труб.Если водопроводная вода встречает полное или частичное препятствие, эта вода перенаправляется и вызывает реакции, которые могут включать в себя все, от резервного копирования и затопления до медленного дренажа и низкого давления.

Некоторые проблемы могут вызвать незначительные головные боли и неприятности, в то время как другие могут привести к серьезным убыткам и расходам. Многие люди хотят знать, как предотвратить все типы засорения водопровода, или ищут решения некоторых существующих проблем. Более подробная информация о причинах засорения канализации — лучшая страховка от несчастных случаев и всегда отличная профилактическая мера, которую следует предпринять против опасной засорения.То, что вы знаете, может помочь как избежать, так и выявить проблемы.

Кажется, что найти и удалить засорение слива должно быть довольно простой задачей, но ремонт засоренных труб может быть сложным и сложным, в зависимости от того, где находится засор, из чего он состоит и что необходимо сделать для доступа и удалите его.

Общие причины

Канализационные и дренажные системы в доме имеют конфигурацию, немного напоминающую дерево и его ветви. Основная линия обычно имеет самый большой диаметр, и от нее отходят подлинии, которые обычно немного меньше по размеру.Хотя унитаз, вероятно, является наиболее частым местом возникновения засоров, они могут запускаться, строиться и нарушаться в любом месте системы.

Завал может образоваться и закрепиться где угодно, но анализ поможет сузить возможности. Вы сможете увидеть, что происходит и на что конкретно влияет проблема. Если какая-то часть водопровода или канализации забита, проблема, скорее всего, затронет все домохозяйство или здание. Если что-то застревает в одной из подсистем, все, что происходит, скорее всего, будет изолировано от одной области или секции здания.

Вот наиболее частые причины засорения сточных вод:

Корни деревьев

Корни деревьев широко известны как причина номер один засорения и засорения водопроводных и канализационных сетей. Хотя корни деревьев чаще встречаются в трубах старых домов, корни могут попасть в системы любого возраста. Некоторые эксперты говорят, что первым признаком вторжения корней дерева в канализацию или водопровод является бульканье.

Как живые существа, корни деревьев стремятся к влаге и более или менее естественно притягиваются к воде в канализационных и канализационных трубах, особенно если у них есть трещина или возникает какая-либо другая утечка.

Если вы живете в лесистой местности или где поблизости много деревьев, важно внимательно следить за любым вторжением корней деревьев. Некоторые люди решают проводить видеоинспекцию каждые несколько лет, поскольку стоимость услуги значительно ниже, чем устранение забытой проблемы.

«Смываемые» салфетки

Смываемые салфетки могут нанести вред системе. Некоторые города и другие организации, отвечающие за очистку сточных вод и управление ими, начали отговаривать людей от использования якобы смываемых салфеток.В отчете за 2015 год указано, что город Нью-Йорк потратил 18 миллионов долларов за пять лет на устранение всех салфеток, засоряющих систему сточных вод.

Эти влажные салфетки для ванной, которые стали популярными в последние годы, также вызвали судебные иски из-за утверждений о том, что продукты распадаются после смывания. Утверждается, что они не распадаются при смыве и называются «смываемыми» только из-за их способности физически вписываться в трубу.

От небольших городов до Федеральной торговой комиссии, салфетки и их влияние на общественные системы стали большим делом — настолько, что, как говорят, на карту поставлены миллионы долларов, а кампании по просвещению общественности активны во многих штатах и ​​городах. .Некоторые предприятия по очистке воды решили эту проблему, купив дорогие промышленные измельчители для очистки салфеток.

Правда о толстой туалетной бумаге, бумажных полотенцах, салфетках для лица, легком картоне и других бумажных изделиях заключается в том, что они не предназначены для смывания в унитаз. Домашние и коммерческие водопроводные системы способны принимать и обрабатывать воду, человеческие отходы и биоразлагаемую туалетную бумагу. Вот и все.

Женская гигиена

Женская гигиена Продукты и детские подгузники представляют опасность для водопроводных труб, поскольку они не разлагаются биологически и содержат хлопок и другие волокна, которые обладают огромной способностью забивать и привлекать другие засоряющие вещества.Ни один из них не поддается биологическому разложению, и оба представляют угрозу как для государственных, так и для частных систем.

Канализационная очистка содержит микроорганизмы, которые разрушают человеческие отходы, но они не разрушают ничего, кроме этого, даже когда обертки тампонов и аппликаторы тампонов могут претендовать на то, что их можно смыть.

Жир, масло и смазка

Жир, масло и жир — враги сантехники и всех ее принадлежностей. Еще одно движение, получившее все большую огласку, — это информирование потребителей о преимуществах предотвращения утечки маслянистых веществ в канализацию, где они могут накапливаться и вызывать засорения.Сотрудники коммерческого предприятия должны пройти специальную подготовку в отношении того, что относится к канализационной и общественной системе, а что нет, но люди, работающие во многих частных местах, могут извлечь пользу из тех же знаний.

Нам нравится думать, что большинство из нас знает, что лучше не выливать кастрюлю с жиром из бекона в канализацию или мусоропровод, но мы можем не думать о некоторых других вещах, содержащих жир, масло или жир. Например: обрезки стейка или другого мяса, сливочное масло, растительное масло, шоколад, сливки и многое другое.

Легко подумать, что вода просто смывает все вокруг, но жиры — это липкие связывающие вещества, которые склонны вызывать скопления и в конечном итоге засорения. Мусорное ведро — гораздо лучшее место для удаления жира, масла или смазки. Жир из бекона и многие другие жиры и масла можно дать остыть, и они затвердеют или застынут, чтобы их было легко очистить. Другой предпочтительный способ — вылить масло или жир в одноразовый контейнер, а затем выбросить его в мусор.

Волосы

Волосы могут накапливаться до такой степени, что они создают медленное течение или полное засорение.Мы не можем предотвратить выпадение волос из головы естественным путем, но мы можем попытаться максимально защитить сток с помощью маленьких экранов и передовых методов, таких как выметание волос из раковин и чистка щеток для волос над мусорным ведром.

Если вы видите, что волосы скапливаются в канализации или, возможно, свисают с нее, используйте плоскогубцы или осторожно работайте с длинным пинцетом, чтобы регулярно вытаскивать волосы, а не оставлять их или смывать в канализацию. Существует также ряд доступных сливных сеток, которые не позволяют волосам стекать в канализацию и облегчают удаление.

Трубные весы

Трубные весы — это продукт природы, который взаимодействует с вашими трубами и может фактически накапливаться до такой степени, что у вас возникает засор или засор из-за минеральных отложений, которые оставляет вода. Накипные отложения обычно возникают в результате растворения кальция и магния, а иногда и других металлических элементов, которые остаются при течении воды.

Эти частицы реагируют на температуру, а также на постоянные влажно-сухие условия. Чешуя начинает собираться в одном месте, притягивая еще большее количество чешуек, пока не вырастет до препятствующих размеров.Минеральная накипь накапливается не только внутри труб, но также может повлиять на другие приборы, использующие воду, например на одежду и посудомоечные машины.

Продукты питания

Кусочки и кусочки пищи следует выбрасывать в мусор, а не в раковину, ванну или сток для стирки. Особенно не следует смывать в унитаз. Ни один из этих сточных вод не переносит большую часть этого, потому что они предназначены не для этого. Съедобные продукты могут быть липкими, вязкими, острыми или твердыми, и все это не годится для использования в водопроводной трубе.

Хотя мы обсудим утилизацию мусора более подробно чуть позже, знайте, что некоторые продукты полностью несовместимы даже с мощными системами утилизации мусора. Ключ к утилизации состоит в том, что они разрезают материал на крошечные кусочки, которые проходят через дренажную трубу без накопления. К сожалению, многие продукты, которые мы едим, нелегко измельчить.

Разрушение

Может произойти разрушение труб, особенно в старых домах или домах, которые могут иметь стареющие бетонные, глиняные или терракотовые трубы.Стыки могут развалиться и упасть, а почва выветриться, что приведет к провисанию трубы.

Там, где зимой сильно замерзает, существует вероятность того, что трубы могут сместиться под постоянным давлением и волной во время процесса замораживания-оттаивания. Даже современные трубы, которые обычно изготавливаются из сверхтвердого пластика, могут повредить просто естественные смещения почвы и сезонные изменения.

Природа

Природа иногда пробивается в канализацию или водопровод, особенно там, где трубы разошлись.Листья, палки, грязь, камни и даже грызуны могут создавать под землей засоры, которые трудно обнаружить. Листья являются широко распространенным и эффективным средством засорения, поэтому, как правило, рекомендуется держать двор подальше от них и ни в коем случае не смывать их в канализацию ливневой канализации.

Мы все видели, как крошечный сорняк пробирался сквозь мельчайшие трещины, и любое нарушение в водопроводных трубах дает возможность корням, растениям и почве вторгнуться, нарастить и закончиться засорением.

Объекты

Такие предметы, как кусковое мыло, могут отламываться кусками и застрять в канализации, а также другие вещи, которые не должны попадать туда, такие как украшения, детские игрушки, презервативы, зубная нить и еда.Опять же, ничего, кроме воды, человеческих отходов и разлагающейся туалетной бумаги, не должно быть в системе.

Важность этой концепции подтверждается многими статьями и целыми программами о том, «как обучать» маленьких, обучающихся детей, а также многочисленными юмористическими знаками в ванной, которые напоминают взрослым, что нужно лишь закладывать основы.

Комбинации

Комбинации материалов также могут объединяться и слипаться, образуя большой липкий шар блокировки, который приводит к странным звукам, медленному сливу и, в конечном итоге, резервному копированию.Мыло и моющие средства могут накапливаться, притягивать другие материалы и создавать засор, особенно в сливных полях септических систем.

Эксперты по прачечной рекомендуют использовать мыло, не содержащее фосфатов и не содержащее натуральных (или не содержащих) поверхностно-активных веществ, в отличие от мыла, полученного из нефтехимических продуктов. Они также советуют тем, у кого есть септическая дренажная система, измерять скорость стирки одежды, а не стирать ее одну за другой, чтобы система успела поработать и не перегружалась.

Наклон

Наклон канализационных и водопроводных труб должен быть правильным, иначе это вызовет проблемы с дренажем и, возможно, засорение. Гравитация управляет большей частью функций водных систем, поэтому очень важно, чтобы трубы имели правильный наклон для правильного потока. Стандартный уклон любой дренажной трубы должен быть не менее 1/4 дюйма на фут, а иногда и больше, если некоторые другие характеристики местности или домашнего хозяйства требуют большего уклона для правильной обработки воды и отходов.

Малоразмерные

Канализационные трубы меньшего размера могут быть основной причиной засоров и засоров.Если вы не являетесь единственным владельцем собственности с тех пор, как ее постройки были недавно построены, может быть трудно или невозможно установить полную историю ее водопровода. Иногда люди добавляют дом или здание, не компенсируя добавленную водопроводную нагрузку, и есть множество случаев, когда нелицензированный техник или неопытный самодельщик неправильно рассчитал нагрузку на систему.

Размер канализационного дренажного трубопровода, используемого в доме или другом здании, определяется количеством водопотребляющих единиц, таких как туалеты, раковины и ванны, которые сбрасываются в них.Широко принятый минимальный стандарт для основной канализации в доме — четыре дюйма в диаметре, но многие сантехники и потребители выберут водосток большего размера, исходя из потребностей домашнего хозяйства и использования.

Перегрузка

Перегрузка также возможна, даже если канализационная магистраль имеет надлежащий размер, особенно если домохозяйство подключено к септической системе и объем отходов в ней увеличился. Дренажное поле и другие устройства септической системы могут быть перегружены и не стекать, что обычно вызывает неприятный запах и / или создает резервные копии.

Утечки

Утечки — враг канализационных и основных сточных вод, потому что, если вода просачивается под землю, почва будет размываться, а также намокать, что позволяет трубе опускаться, провисать или иным образом менять положение. Утечка воды изменяет химический состав почвы вокруг нее, поэтому труба смещается и может даже сломаться.

Наполнитель для кошачьего туалета

Наполнитель для кошачьего туалета находится в мусоре, а не в унитазе или канализации, и то же самое можно сказать о собачьих отходах в мешке.Все наполнители для кошачьих туалетов сделаны из материала на глиняной основе, который может затвердеть, как бетон, если он достаточно влажный и сухой. Кусочки для мусора острые и могут легко зацепиться за другие предметы, что только увеличивает вероятность засорения.

Спросите эксперта

Узнайте об основных компонентах и ​​принципах их совместной работы

Современная сантехника касается множества взаимосвязанных систем в доме, на которые мы полагаемся в плане комфорта, удобства, чистоты и, в определенной степени, безопасности.Вот основные компоненты вашей водопроводной системы:

  • Туалет
  • Раковина
  • Ванна и душ
  • Вывоз мусора
  • Посудомоечная машина
  • Холодильник
  • Септик
  • Водоснабжение (общественные и частные колодцы)
  • системы / водоподготовка
  • Фильтрация воды
  • Водонагреватель
  • Отопление и охлаждение
  • Природный газ
  • Стиральные машины
  • Спринклерные или оросительные системы
  • Колодец, отстойник и другие насосы
  • Изоляция
  • Трубы, рычаги, уплотнения и муфты

Когда какая-либо из этих инженерных сетей перестает работать или работает не так, как следовало бы, это не только нарушает наш комфорт, но также может привести к огромным расходам в случае повреждения.Более эффективные профилактические меры, которые мы можем предпринять против засоров и связанных с ними проблем, включают пристальное наблюдение за всеми системами и быстрое реагирование, а не откладывание или игнорирование этого, когда у кого-то появляются признаки проблемы или некачественной работы.

Осмотры, регулярное обслуживание и общая осведомленность о работе в целом помогут поддерживать бесперебойную работу ваших сантехнических систем. Профессиональный, знающий, ориентированный на обслуживание партнер по сантехнике, такой как Mr. Rooter Plumbing из Greater Syracuse, может оказать помощь в ремонте и техническом обслуживании, а также предоставить общие планы обслуживания сантехнических систем.

Существует два основных типа дренажных систем в домах и зданиях: для воды, используемой людьми, и для воды, которая выпадает в виде дождя.

Мы склонны думать о сточных водах только как о том, что мы смываем в унитаз, но они также включают в себя использованную воду из наших стиральных машин, раковин, душевых и других водопроводных сетей и приборов. Эта вода сливается из каждой части дома или другого здания в дом или в основную канализацию, которая затем направляет ее либо в частную септическую систему, либо на общественные очистные сооружения.

Вода, выпадающая в виде дождя в городских районах, обычно попадает в ливневую канализационную систему, которая в конечном итоге направляется к водоему, например к озеру или реке, или иногда в накопительный пруд, предназначенный для удержания и фильтрации воды. Как в коммерческих, так и в жилых помещениях могут существовать частные коммунальные предприятия для наружного дренажа, такие как сухой колодец или водосборный бассейн, которые помогают направлять и естественным образом фильтровать ливневую воду.

Системы ливневых вод и сточных вод обычно разделены, но есть условия, при которых ливневые воды также направляются в септическую систему или на очистные сооружения.Поскольку канализационные трубы прокладываются под линией промерзания участка, они должны иметь точки очистки каждые 50 футов. Обычно они представляют собой кусок белой трубы с крышкой, который заметно торчит из земли.

Хотя большинство из нас согласятся с тем, что резервное копирование сточных вод, вероятно, является большим кошмаром, системы ливневой и канализационной канализации могут забивать и вызывать головные боли.

Признаки возможного засора

Засорение может образоваться в любой части водопроводной системы, включая закупорку дренажа снаружи или внутри.Некоторые подсказки более очевидны, чем другие, отчасти потому, что большая часть системы существует под землей или в стенах, где мы ее не видим.

Например, разбрызгивание воды из стыка труб или нахождение в раковине было бы легко обнаружить, но не так просто определить, почему сток со временем замедлился, или обнаружить наличие подземной утечки.

В частности, в тех частях системы, которые обрабатывают отходы, мы больше всего опасаемся того, что вода выйдет из туалета, септической или канализационной системы и выльется через край.Забитые и заблокированные дренажные системы чаще всего вызывают этот кошмарный сценарий, который может включать в себя возможное повреждение канализационной линии, септической системы или других компонентов. Возможность аварии делает еще более практичным научиться разбираться в причинах засорения дренажа.

Чтобы найти причину, вы сначала должны понять и обнаружить проблему. Есть несколько признаков, которые могут указывать на то, что у вас засорение или что он может развиваться.

1. Когда вода или сточные воды скапливаются в унитазе, раковине, ванне или где-нибудь внутри или снаружи, особенно в низких местах, таких как подвальные туалеты и душевые.

2. Когда сток издает булькающий шум при выполнении других функций водопровода. В нормальных условиях, когда вода беспрепятственно течет по трубе, она не должна издавать много шума, кроме, возможно, плавного течения. Однако, когда в канализационной или водопроводной трубе есть засор, вода ударяется о них и выделяет кислород, вызывая шумные пузыри и даже выделяющие вонючие газы.

3. Когда вода из душа, ванны или раковины сливается медленно — например, если во время душа вы погрузились в воду.

4. Когда в некоторых частях или во всей системе низкое давление, которое может быть заметно в раковине или душе и, вероятно, вызывает слабый слив в унитазе.

5. Если коммунальные предприятия, использующие воду, реагируют друг на друга, например, унитаз издает шум, когда стиральная машина останавливается или запускается.

6. Присутствие неприятного запаха иногда означает, что в канализации скопилась комка слизи или что-то еще. Как вы понимаете, все, что вызывает закупорку, вероятно, не имеет приятного запаха.

7. Когда вода скапливается в канализации при использовании других коммуникаций.

8. Если вы в течение нескольких минут наливаете воду в ближайшую к унитазу раковину, и в унитазе появляются пузыри, это может указывать на то, что проблема в канализационной магистрали, а не в самом унитазе.

9. Если система легко перегружается — например, когда только одна коммунальная сеть одновременно может хорошо дренировать.

10. Когда вода собирается вокруг водостока в полу в подвале, или во дворе есть насыщенная почва или скопления воды.

Профилактические меры: что вы можете сделать

Список действий, которые могут помочь снизить вероятность засора или закупорки, может продолжаться, но мы включили некоторую информацию о мерах предосторожности, которую опыт и основан на том, что водопроводчики видят и обращаются с миром коммерческих и бытовых услуг.

  • Осмотр камеры: Одна из самых неприятных вещей для домовладельцев — наличие некоторых компонентов водопровода под землей и вне поля зрения.Канализационные и главные стоки домов находятся ниже уровня замерзания, который для района Сиракуз составляет 42 дюйма. Если засор все же образовался, может показаться невозможным определить его местонахождение.

Современные подземные камеры устраняют эту проблему, поскольку они могут быть помещены в систему, чтобы видеть то, что мы не можем, включая точное местоположение и даже состав проблемного засора или засора.

Что касается технического обслуживания, то нет более четкой картины, чем подземная видеоинспекция, чтобы убедиться, что ни в одной из труб не образовались трещины или другие нарушения.Тщательный видео-осмотр может помочь потенциальным покупателям дома узнать эту неуловимую историю водопровода или помочь кому-то найти и вернуть потерянный ценный предмет. Камеры почти заменили все копания, разрывы и разрушение прежних методов очистки и поиска проблем.

Точность видеоинспекции исключает необходимость догадок и затрат на ремонт, поскольку обслуживание или другое внимание может быть направлено именно туда, где это необходимо. Камера может пробежать всю систему труб или посмотреть на конкретный участок.Он может освещать область и перемещаться, чтобы показать близлежащие условия.

  • Типы туалетов: Трудно переоценить тот факт, что единственные материалы, которые могут быть использованы в туалете, — это вода, отходы и биоразлагаемая туалетная бумага. Тем не менее, что-то происходит, и все происходит, но некоторые вещи могут помочь предотвратить смывание посторонних предметов и потенциально вызвать засорение или резервное копирование.

Вы могли бы подумать о том, чтобы закрыть крышки унитаза, чтобы не допустить попадания игрушек и прочих творческих вещей, которые маленькие дети решают смыть.

Также можно принять меры предосторожности и разместить выстеленный мусорный бак на расстоянии вытянутой руки от унитаза. Это обычная особенность в коммерческих условиях, где клиенты ожидают, что смогут переодеть своих детей в специально отведенном месте и избавиться от мусора быстро и без суеты. Соблюдение этого стандарта в вашей ванной комнате отпугнет кого-либо от соблазна «просто смыть» средство женской гигиены или детский подгузник.

Кроме того, поместите поршень рядом с каждым унитазом, чтобы он всегда был рядом, когда это необходимо.Из всех способов, которыми водопроводная система может отреагировать на проблему, переполнение унитаза — одна из наименее желаемых ситуаций. Если что-то странное все-таки выходит из строя, может быть лучше сразу вызвать сантехника, чем нырять, что может просто прогнать объект дальше по линии или еще сильнее застрять в трубе.

Если объекту удастся выбраться из ваших трубопроводов в частную или государственную систему, он может нанести ущерб, который может иметь высокую цену.

  • Информация о водопроводе: Основное сообщение здесь: знайте, где находится водопровод и как его отключить, потому что это будет наиболее экономичным шагом, который вы можете предпринять, если и когда есть резервная копия или что-то лопнет под давление.

Это может быть рычаг или колесная ручка, прикрепленная к основному водопроводу в подвале, гараже или подсобном помещении, в зависимости от конфигурации дома. В каждом отдельном доме есть запорный клапан внутри и, как правило, где-то снаружи, особенно в домах с водопроводом.

Во многих случаях вы можете узнать, где находится главная магистраль, просто осмотревшись и выполнив некоторые логические проверки после поворота рычага или ручки, и в некоторых случаях она имеет удобную пометку «основная». Если вы посмотрите, но не знаете, где находится водопровод, сантехник или местные специалисты по коммунальному обслуживанию могут показать вам, где он находится и как его включать и выключать.

Большинство приборов, использующих воду в доме или здании, также будут иметь индивидуальный запорный клапан, поэтому каждый из них может быть отключен индивидуально, включая туалеты и раковины.

  • Обеспечьте давление: Некоторые эксперты говорят, что хорошо охраняемый секрет здоровой сантехники состоит в том, чтобы наполнять каждую раковину водой один или два раза в месяц и давать ей стечь для создания давления, которое промывает трубы и удаляет мусор. Полная ванна будет иметь такой же эффект. Чтобы жир, масло и жир сошли с труб и прошли через систему очистки, полезно время от времени выливать кастрюлю с кипящей водой в канализацию кухонной раковины.
  • Защита от утилизации: Это может буквально заплатить, чтобы знать, что не отложить утилизацию.Многие продукты питания — даже «натуральные» — жесткие и волокнистые и могут не измельчиться, как вы ожидаете, когда вы выбрасываете их в мусорную корзину. Избегайте следующего:
  • Сельдерей
  • Яичная скорлупа
  • Мясо, кожа и кости
  • Жесткие фруктовые кожуры, такие как арбуз или дыня
  • Тыква
  • Картофельные кожуры

917 nice45 9000 но некоторые из нас принимают их за мусорные баки, которые могут справиться с чем угодно.На самом деле, есть множество вещей, которые лезвия плохо режут, и их лучше выбросить в компостную кучу или мусор.

Засорение может также возникнуть из-за того, что на утилизацию сразу подается слишком много материала, так как лучше всего подавать их постепенно и давать воде стечь до, во время и после работы.

  • Очистка труб: Когда дело доходит до очистки канализации, этот термин и предлагаемые действия могут показаться невозможными, поскольку трудно представить канализационные трубы или канализационный сток чистыми, но периодическая очистка обеспечивает надлежащее функционирование.Услуги по очистке канализационных труб и канализации обычно можно найти примерно за 150 долларов, в зависимости от района, сантехника и времени в пути.

Есть несколько методов, используемых для очистки труб и очистки от засоров, включая извилистые змеи, шнеки, пар и давление воды.

Вы также найдете множество домашних средств, как для очистки засоров, так и для профилактической чистки между профессиональными чистками (см. Раздел «Сделай сам» в конце). Рекомендуются различные комбинации уксуса, лимонного сока и пищевой соды, и не помешает попробовать любой из этих натуральных ингредиентов, которые при смешивании имеют пузырящуюся очищающую химическую реакцию.

Важно помнить следующее: следует избегать многократного применения химического очистителя канализации, поскольку слишком частое слишком большое количество агрессивных ингредиентов приведет к повреждению внутренней части труб и канализационных стоков.

  • Сравнить приборы: Иногда поведение слива воды может быть красноречивым, например, как сливается вода из туалетов и раковин, когда работает стиральная машина и другие приборы. Сохраняется ли вода где-нибудь, когда крупный водозаборный прибор сливает использованную воду? Это может указывать на засорение или засорение.
  • Сброс давления: Когда засорение или закупорка вызывает резервное копирование основной линии, можно частично сбросить давление в системе, сняв колпачок на трубе для очистки канализации. Если он существует, он будет во дворе — обычно это белая труба, торчащая снаружи недалеко от здания. Это также может быть способом проверить, нет ли засора или засора в магистрали. Если вы снимете крышку и вода потечет, это может означать, что магистраль заблокирована.
  • Змея или шнек: Существуют инструменты, которые вы в основном вставляете в правильную трубу, и они работают, чтобы ослабить и очистить засорение или засорение.Существуют и другие аналогичные инструменты, используемые для этой задачи, такие как кинетический гидроцилиндр, но большинство из них предназначены для очистки от засора. Сантехнический шнек или змея обычно делают из стали и имеют какой-то агрессивный захват.

Шнек или змея могут приводиться в действие вручную, электрически или гидравлически. Если вы арендуете или одалживаете этот инструмент, убедитесь, что у него достаточно мощности и длины лески, чтобы удовлетворить ваши потребности.

  • Анализ качества воды и ее использования: Простые домашние тесты могут дать вам точные данные о водопроводной системе.Во-первых, нужно следить за счетами за воду на предмет увеличения, не соответствующего потреблению. Если количество галлонов резко увеличивается без каких-либо объяснений, это может указывать на подземную утечку, и проблема часто оказывается в спринклерных линиях.

Также легко отнести немного воды на анализ одному из нескольких объектов, которые могут сказать вам, что именно в ней содержится. Многим людям нравится душевное спокойствие раз в год, зная, что качество воды не изменилось, особенно потребители, которые хотят очистить свою воду.

  • Лучше раньше: Лучшее время для расследования любых проблем — это когда вы подозреваете, что проблема может быть у вас, потому что промедление не окупается, когда дело доходит до сантехники. Если в системе присутствует медленный дренаж, низкое давление, бульканье или другие признаки, гораздо лучше заплатить за очистку труб, чем за очистку после переполнения туалета или полного отказа канализационной сети.

Что стоит попробовать своими руками

Помимо основательных базовых знаний о водопроводной системе, есть несколько вещей, которые можно попробовать, если вы подозреваете засорение:

  • Проверьте видимые части водостока на наличие волос и накипи. или посторонние предметы.
  • Попробуйте вылить кастрюлю кипятка в раковину.
  • Налейте кувшин воды в унитаз, который не смывается.
  • Используйте рекомендованное количество очистителя слива, избегая его многократного применения.
  • Используйте поршень, стараясь использовать правильный поршень для работы, поскольку поршень унитаза не работает на раковине и наоборот.
  • Начните с заливки одного галлона горячей воды, затем 1/2 стакана пищевой соды, а затем подождите несколько минут, прежде чем смешать один стакан уксуса с одним стаканом горячей воды и влить его в последнюю очередь.Эта смесь также хороша для периодической чистки труб в домашних условиях.
  • Если вы подозреваете, что засорение находится в p-образном сифоне (этот U-образный кусок трубы под большинством раковин), выключите воду в раковину и поставьте ведро под трубу, прежде чем откручивать соединения на обоих концах U-образной трубы. .

Держите номер профессионала под рукой

Компания Mr. нанесено в водопроводную систему.Наши специалисты — профессиональные, лицензированные сантехники, которые также сертифицированы округом Онондага для обнаружения утечек в водопроводной сети или любых связанных с сантехникой проектов в жилых или коммерческих помещениях. Мы знакомы с кодексами, действующими в районе Сиракузы и Онейда, а также с государственными и другими действующими правилами.

Если вы подозреваете, что есть засорение, или у вас уже есть проблема, вызванная известным засорением, компания Mr. Rooter Plumbing может помочь решить эту проблему. Самая лучшая профилактическая мера — это, конечно, надлежащие методы обслуживания, поскольку они экономят ваши деньги с течением времени, продлевая срок службы вашей системы и помогая предотвратить поломки и дорогостоящий ремонт.

Мы упрощаем техническое обслуживание с помощью бесплатной системы проверки сантехники, которая состоит из посещения профессионалами вашего дома для проверки. Общая проверка системы дает вам оценку ее производительности и поможет обнаружить любые проблемы или проблемы.

Практически всегда лучше найти и устранить проблемы раньше, чем позже, поскольку со временем они могут усугубиться и потребовать еще более дорогостоящего ремонта. Г-н Рутер Сантехника предлагает ответы на любые ваши вопросы по сантехнике и все ваши потребности в сантехнических услугах.

Чтобы прочитать больше блогов, щелкните здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.