Système de chauffage à circulation naturelle : schémas courants des circuits d'eau
La construction d'un réseau de chaleur autonome de type gravitaire est choisie s'il est peu pratique, voire parfois impossible, d'installer une pompe de circulation ou de se connecter à une alimentation électrique centralisée.
Un tel système est moins cher à installer et totalement indépendant de l’électricité. Cependant, ses performances dépendent en grande partie de la précision de la conception.
Pour qu'un système de chauffage à circulation naturelle fonctionne correctement, il est nécessaire de calculer ses paramètres, d'installer correctement les composants et de sélectionner raisonnablement la conception du circuit d'eau. Nous vous aiderons à résoudre ces problèmes.
Nous avons décrit les grands principes de fonctionnement du système gravitaire, fourni des conseils sur le choix d'un pipeline et exposé les règles d'assemblage du circuit et de placement des unités de travail. Nous avons accordé une attention particulière aux caractéristiques de conception et de fonctionnement des systèmes de chauffage à un et deux tuyaux.
Le contenu de l'article :
Principes du processus de circulation naturelle
Le processus de déplacement de l'eau dans le circuit de chauffage sans l'utilisation d'une pompe de circulation est dû aux lois physiques naturelles.
Comprendre la nature de ces processus permettra à des développer un projet de système de chauffage pour les cas standards et non standards.
Différence de pression hydrostatique maximale
La principale propriété physique de tout liquide de refroidissement (eau ou antigel), qui facilite son déplacement dans le circuit lors de la circulation naturelle, est une diminution de densité avec l'augmentation de la température.
La densité de l’eau chaude est inférieure à celle de l’eau froide et il existe donc une différence de pression hydrostatique entre les colonnes de liquide chaude et froide. L'eau froide, circulant vers l'échangeur de chaleur, déplace l'eau chaude vers le haut du tuyau.
Le circuit de chauffage d’une maison peut être divisé en plusieurs fragments. L'eau est dirigée vers le haut le long des fragments « chauds » et vers le bas le long des fragments « froids ».Les limites des fragments sont les points supérieur et inférieur du système de chauffage.
La tâche principale de la modélisation systèmes de circulation naturellel'eau doit atteindre la différence maximale possible entre la pression de la colonne de liquide dans les fragments « chauds » et « froids ».
Un élément classique du circuit d'eau pour la circulation naturelle est le collecteur d'accélération (colonne montante principale) - un tuyau vertical dirigé vers le haut depuis l'échangeur de chaleur.
Le collecteur d'accélération doit avoir une température maximale, il est donc isolé sur toute sa longueur. Cependant, si la hauteur du collecteur n'est pas élevée (comme pour les maisons à un étage), l'isolation ne peut pas être réalisée, car l'eau qu'il contient n'aura pas le temps de refroidir.
Généralement, le système est conçu de telle manière que le point haut du collecteur d'accélération coïncide avec le point haut de l'ensemble du circuit. Il y a une sortie vers vase d'expansion ouvert ou une vanne de purge d'air si vous utilisez un réservoir à membrane.
Alors la longueur du fragment de circuit « chaud » est la plus minimale possible, ce qui entraîne une diminution des déperditions thermiques dans cette zone.
Il est également souhaitable que la partie « chaude » du circuit ne soit pas combinée à une section longue durée transportant du liquide de refroidissement refroidi. Idéalement, le point le plus bas du circuit d'eau coïncide avec le point bas de l'échangeur thermique placé dans l'appareil de chauffage.
Le segment « froid » du circuit d'eau a également ses propres règles qui augmentent la pression du fluide :
- plus les déperditions thermiques dans la partie « froide » du réseau de chaleur sont importantes, plus la température de l'eau est basse et plus sa densité est grande, donc le fonctionnement de systèmes à circulation naturelle n'est possible qu'avec un transfert de chaleur important ;
- plus la distance entre le point bas du circuit et le raccordement du radiateur est grande, plus la surface de la colonne d'eau avec une température minimale et une densité maximale est grande.
Pour assurer le respect de cette dernière règle, souvent la fournaise ou la chaudière est installée dans le point le plus bas de la maison, comme le sous-sol. Cet emplacement de la chaudière garantit la distance maximale possible entre le niveau inférieur des radiateurs et le point d'entrée de l'eau dans l'échangeur de chaleur.
Cependant, la hauteur entre les points inférieur et supérieur du circuit d'eau lors de la circulation naturelle ne doit pas être trop élevée (en pratique, pas plus de 10 mètres). Le four ou la chaudière chauffe uniquement l'échangeur de chaleur et la partie inférieure du collecteur d'accélération.
Si ce fragment est insignifiant par rapport à toute la hauteur du circuit d'eau, alors la perte de charge dans le fragment « chaud » du circuit sera insignifiante et le processus de circulation ne démarrera pas.
Minimiser la résistance au mouvement de l’eau
Lors de la conception d'un système à circulation naturelle, il est nécessaire de prendre en compte la vitesse de déplacement du liquide de refroidissement le long du circuit.
Premièrement, plus la vitesse est rapide, plus le transfert de chaleur se fera rapidement à travers le système « chaudière - échangeur de chaleur - circuit d'eau - radiateurs de chauffage - pièce ».
Deuxièmement, plus la vitesse du liquide à travers l'échangeur de chaleur est rapide, moins il est susceptible de bouillir, ce qui est particulièrement important pour le chauffage du poêle.
Dans les systèmes chauffage à circulation forcée la vitesse de déplacement de l'eau dépend principalement des paramètres pompe de circulation.
Avec le chauffage de l'eau à circulation naturelle, la vitesse dépend des facteurs suivants :
- différence de pression entre des fragments du contour en son point inférieur ;
- résistance hydrodynamique système de chauffage.
Les méthodes permettant de garantir une différence de pression maximale ont été discutées ci-dessus. La résistance hydrodynamique d'un système réel ne peut pas être calculée avec précision en raison du modèle mathématique complexe et du grand nombre de données d'entrée dont l'exactitude est difficile à garantir.
Cependant, il existe des règles générales qui, si elles sont respectées, réduiront la résistance du circuit de chauffage.
Les principales raisons de la diminution de la vitesse de déplacement de l'eau sont la résistance des parois des canalisations et la présence de rétrécissements dus à la présence de raccords ou de vannes d'arrêt. À faible débit, il n’y a pratiquement aucune résistance des parois.
L'exception concerne les tuyaux longs et fins, typiques du chauffage avec plancher chauffant. En règle générale, des circuits séparés à circulation forcée lui sont attribués.
Lors du choix des types de canalisations pour un circuit de circulation naturelle, vous devrez prendre en compte la présence de restrictions techniques lors de l'installation du système. C'est pourquoi tuyaux métal-plastique Il n'est pas souhaitable de les utiliser avec une circulation naturelle de l'eau en raison de leur connexion avec des raccords d'un diamètre interne nettement plus petit.
Règles de sélection et d'installation des tuyaux
Choix entre acier ou tuyaux en polypropylène car toute circulation s'effectue selon le critère de possibilité de leur utilisation pour l'eau chaude, ainsi que du point de vue du prix, de la facilité d'installation et de la durée de vie.
La colonne montante d'alimentation est montée à partir d'un tuyau métallique, car l'eau à la température la plus élevée y passe et, en cas de chauffage du poêle ou de dysfonctionnement de l'échangeur de chaleur, de la vapeur peut passer à travers.
En circulation naturelle, il est nécessaire d'utiliser un diamètre de tuyau légèrement plus grand que lors de l'utilisation d'une pompe de circulation. Généralement, pour chauffer des pièces jusqu'à 200 mètres carrés. m, le diamètre du collecteur d'accélération et du tuyau à l'entrée de retour vers l'échangeur de chaleur est de 2 pouces.
Ceci est dû à une vitesse de l’eau plus faible par rapport à l’option à circulation forcée, ce qui entraîne les problèmes suivants :
- réduction de la quantité de chaleur transférée par unité de temps depuis la source jusqu'à la pièce chauffée ;
- l’apparition de blocages ou de poches d’air, qu'un peu de pression ne peut pas gérer.
Lors de l'utilisation d'une circulation naturelle avec un circuit d'alimentation par le bas, une attention particulière doit être accordée au problème de l'évacuation de l'air du système. Il ne peut pas être complètement éliminé du liquide de refroidissement par le vase d'expansion, car L'eau bouillante pénètre d'abord dans les appareils par une conduite située plus bas qu'eux.
Avec une circulation forcée, la pression de l'eau entraîne l'air vers un collecteur d'air installé au point le plus élevé du système - un dispositif à commande automatique, manuelle ou semi-automatique. En utilisant Grues Mayevsky Fondamentalement, le transfert de chaleur est ajusté.
Dans les réseaux de chaleur gravitationnels dont l'alimentation est située sous les appareils, les robinets Mayevsky sont utilisés directement pour la purge de l'air.
L'air peut également être évacué à l'aide de bouches d'aération installées sur chaque colonne montante ou sur une ligne aérienne posée parallèlement au réseau principal du système. En raison du nombre impressionnant de dispositifs d'évacuation d'air, les circuits gravitaires avec câblage inférieur sont extrêmement rarement utilisés.
À basse pression, un petit sas peut arrêter complètement le système de chauffage. Ainsi, selon le SNiP 41-01-2003, il n'est pas permis de poser des canalisations de système de chauffage sans pente à une vitesse de l'eau inférieure à 0,25 m/s.
Avec la circulation naturelle, de telles vitesses sont inaccessibles. Par conséquent, en plus d’augmenter le diamètre des tuyaux, il est nécessaire de maintenir des pentes constantes pour éliminer l’air du système de chauffage. La pente est conçue à raison de 2-3 mm par mètre ; dans les réseaux d'appartements, la pente atteint 5 mm par mètre linéaire de ligne horizontale.
La pente d'alimentation est réalisée dans le sens du mouvement de l'eau afin que l'air se déplace vers le vase d'expansion ou le système de purge d'air situé au point haut du circuit. Bien qu'il soit possible de réaliser une contre-pente, dans ce cas il est nécessaire d'installer en plus purgeur.
La pente de la conduite de retour est généralement réalisée dans le sens du mouvement de l'eau glacée. Ensuite, le point le plus bas du circuit coïncidera avec l'entrée du tuyau de retour vers le générateur de chaleur.
À installer des planchers chauffants une petite zone dans un circuit à circulation naturelle, il est nécessaire d'empêcher l'air de pénétrer dans les tuyaux étroits et situés horizontalement de ce système de chauffage.Il est nécessaire d'installer un dispositif d'évacuation d'air devant le plancher chauffant.
Systèmes de chauffage monotube et bitube
Lors de l'élaboration d'un système de chauffage pour une maison avec circulation naturelle d'eau, il est possible de concevoir un ou plusieurs circuits séparés. Ils peuvent différer considérablement les uns des autres. Quels que soient la longueur, le nombre de radiateurs et d'autres paramètres, ils sont fabriqués selon un schéma monotube ou bitube.
Circuit utilisant une seule ligne
Un système de chauffage utilisant le même tuyau pour l'alimentation séquentielle en eau des radiateurs est appelé monotube. L'option monotube la plus simple consiste à chauffer avec des tuyaux métalliques sans utiliser de radiateurs.
C'est le moyen le moins cher et le moins problématique de chauffer une maison lorsque l'on choisit la circulation naturelle du liquide de refroidissement. Le seul inconvénient majeur est l'apparition de canalisations volumineuses.
Au plus économique version monotube Avec les radiateurs de chauffage, l'eau chaude circule séquentiellement dans chaque appareil. Un nombre minimum de tuyaux et de vannes d'arrêt est ici requis.
Comme vous allez liquide de refroidissement refroidit, de sorte que les radiateurs suivants reçoivent de l'eau plus froide, ce qui doit être pris en compte lors du calcul du nombre de sections.
Le moyen le plus efficace de connecter des appareils de chauffage à un réseau monotube est considéré comme l'option diagonale.
Selon ce schéma de circuits de chauffage à circulation naturelle, l'eau chaude pénètre dans le radiateur par le haut et, après refroidissement, est évacuée par le tuyau situé en dessous.En passant de cette manière, l'eau chauffée dégage le maximum de chaleur.
Lorsque les tuyaux d'entrée et de sortie sont connectés à la batterie en bas, le transfert de chaleur est considérablement réduit, car le liquide de refroidissement chauffé doit parcourir le trajet le plus long possible. En raison d'un refroidissement important, les batteries comportant un grand nombre de sections ne sont pas utilisées dans de tels circuits.
Les circuits de chauffage avec un raccordement similaire de radiateurs sont appelés «Léningradka". Malgré les pertes de chaleur constatées, ils sont préférés dans l'agencement des systèmes de chauffage résidentiels, en raison de l'aspect plus esthétique du pipeline.
Un inconvénient important des réseaux monotubes est l'impossibilité d'éteindre l'une des sections de chauffage sans arrêter la circulation de l'eau dans tout le circuit.
Par conséquent, ils utilisent généralement une modernisation du schéma classique avec l'installation "contourne» de contourner le radiateur à l'aide d'un branchement à deux robinets à bille ou d'une vanne trois voies. Cela vous permet de réguler l'alimentation en eau du radiateur, voire de l'éteindre complètement.
Pour les bâtiments à deux étages ou plus, des variantes d'un système monotube avec colonnes montantes verticales sont utilisées. Dans ce cas, la répartition de l'eau chaude est plus uniforme qu'avec des colonnes montantes horizontales. De plus, les contremarches verticales sont plus courtes et s'intègrent mieux à l'intérieur de la maison.
Option utilisant un tuyau de retour
Lorsqu'un tuyau est utilisé pour fournir de l'eau chaude aux radiateurs et le second pour évacuer l'eau refroidie vers une chaudière ou un four, ce système de chauffage est appelé système de chauffage à deux tuyaux. En présence de radiateurs de chauffage, un tel système est utilisé plus souvent qu'un système monotube.
Il est plus cher, car il nécessite l'installation d'un tuyau supplémentaire, mais présente un certain nombre d'avantages importants :
- répartition plus uniforme de la température liquide de refroidissement fourni aux radiateurs ;
- plus facile à calculer dépendance des paramètres du radiateur à la superficie de la pièce chauffée et aux valeurs de température requises;
- contrôle de la chaleur plus efficace à chaque radiateur.
En fonction du sens de déplacement de l'eau glacée par rapport à l'eau chaude, systèmes à deux tuyaux divisé en passage et impasse. Dans les circuits associés, le mouvement de l'eau refroidie se produit dans le même sens que l'eau chaude, la durée du cycle pour l'ensemble du circuit est donc la même.
Dans les circuits sans issue, l'eau refroidie se déplace vers l'eau chaude, donc pour différents radiateurs, la durée des cycles de circulation du liquide de refroidissement diffère. La vitesse du système étant faible, le temps de chauffage peut varier considérablement. Les radiateurs dont la durée du cycle de l’eau est plus courte chaufferont plus rapidement.
Il existe deux types d'emplacement du liner par rapport aux radiateurs de chauffage : supérieur et inférieur.Avec le raccordement supérieur, le tuyau d'alimentation en eau chaude est situé au-dessus des radiateurs de chauffage, et avec le raccordement inférieur, il est en dessous.
Avec un raccordement par le bas, il est possible d'évacuer l'air à travers les radiateurs et il n'est pas nécessaire de faire passer les tuyaux par le haut, ce qui est bon du point de vue de la conception de la pièce.
Cependant, sans collecteur d'accélération, la chute de pression sera bien moindre qu'avec la conduite supérieure. Par conséquent, le revêtement inférieur n'est pratiquement pas utilisé pour chauffer des locaux selon le principe de la circulation naturelle.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Organisation d'un circuit monotube à base d'une chaudière électrique pour une petite maison :
Fonctionnement d'un système bitube pour une maison en bois à un étage basé sur une chaudière à combustible solide à combustion longue :
L'utilisation de la circulation naturelle lors du mouvement de l'eau dans le circuit de chauffage nécessite des calculs précis et des travaux d'installation techniquement compétents. Si ces conditions sont remplies, le système de chauffage chauffera efficacement les locaux d'une maison privée et soulagera les propriétaires du bruit des pompes et de la dépendance à l'électricité.
Si vous avez des questions sur le sujet ou souhaitez partager votre expérience personnelle dans l'organisation et l'exploitation d'un système de chauffage par gravité, veuillez laisser des commentaires sur cet article. Le bloc de commentaires se trouve ci-dessous.
Les systèmes de chauffage à circulation naturelle sont généralement utilisés dans les maisons privées, de sorte que le type à choisir, monotube ou avec retour (bitube), est déterminé par le budget du projet. De plus, avec une petite superficie et une disposition rationnelle des pièces, il est possible de calculer la disposition des batteries de telle sorte que l'effet du refroidissement du liquide de refroidissement dans chacune soit insignifiant.En termes de complexité de construction, un système monotube est préférable, et il est également moins cher.
Je décide d'un projet de chauffage pour ma maison privée. Je n'arrive pas à décider quel type choisir : monotube ou double tube ? D’une part, la première méthode est moins coûteuse. Vous pouvez économiser beaucoup sur les matériaux, mais d'un autre côté, cela a ses inconvénients. Par exemple, il est impossible de réguler la température de chauffage ; le liquide de refroidissement est plus froid dans les pièces éloignées de la chaudière. Par exemple, avec un système à deux tuyaux, s'il faisait chaud dans la chambre, ils ouvraient la vanne pour réduire la température. Et dans une maison avec chauffage monotube, les autres pièces se rafraîchiront également ensuite.
Bonjour. Rien ne refroidira si vous installez des bypass avec thermostats. DANS Cet article décrit en détail les contournements du système de chauffage. Cependant, un système de chauffage à deux tuyaux est toujours préférable, même s'il est coûteux financièrement.
Bonjour. S'il vous plaît dites-moi. Poêle à bois, batterie avec un petit échangeur thermique (1,3 l), à côté se trouve un fût de 200 l pour l'arrosage de la serre. A quelle hauteur faut-il le placer pour que l'eau circule ?
J'exprime ma gratitude aux auteurs pour une présentation accessible des informations techniques. Accessible aux personnes sans formation technique particulière. Sans beaucoup de formules et de termes.
Merci pour votre présentation compétente.
Merci beaucoup pour l'information. Je le lis pour ma tranquillité d'esprit, s'il y a des erreurs, je le corrigerai. Mais, en principe, j'ai élaboré un schéma dans ma tête, j'espère qu'il fonctionnera comme il se doit.
Bon après-midi.Avec un système bitube avec mouvement parallèle du liquide de refroidissement, toujours au rez-de-chaussée je souhaiterais prévoir un raccordement inférieur aux radiateurs en faisant passer un tuyau d'alimentation au sous-sol de la maison. Pouvez-vous me donner les détails de la connexion ? Quelle est la hauteur maximale autorisée du raccordement du radiateur à partir du sous-sol ? À quel moment (au sous-sol ou au-dessus) est-il préférable de connecter les lignes à la colonne montante ? La chaudière est située au sous-sol au point le plus bas. Et est-il permis d’avoir des sections non verticales sur une colonne montante chaude ? Merci.
Permettez-moi d'essayer de vous aider à résoudre votre question, dans la mesure où je peux imaginer visuellement tout ce que vous avez décrit. Pour un exemple clair, je joindrai immédiatement un schéma général qui vous aidera à comprendre comment le futur câblage aura lieu. Dans ce cas, avec l'installation d'un vase d'expansion dans les combles.
Je recommanderais de le faire par le raccordement supérieur aux radiateurs, ce sera plus pratique, le schéma montre tout assez clairement. Je ne pense pas que votre sous-sol soit très haut pour que l'on puisse parler d'éventuelles restrictions sur la hauteur du paquebot.
Il serait préférable de raccorder le conduit principal à la colonne montante du sous-sol pour plusieurs raisons. Premièrement, une telle unité sera visible dans la maison et même si quelque chose arrive, il sera difficile d'effectuer des réparations. Au sous-sol se trouve un local technique où d'éventuels travaux de réparation peuvent être effectués.
Il est nécessaire de faire passer un tuyau du vase d'expansion dans la conduite de retour pour qu'il se réchauffe, sinon il fera toujours froid.