Menu Close

Закрытая система отопления однотрубная: Однотрубная система отопления частного дома: схемы, варианты

Однотрубная система отопления частного дома: схемы, варианты

Вы задумались над обустройством водяного отопления в доме? Неудивительно, ведь однотрубная система отопления частного дома может быть традиционной и абсолютно энергонезависимой или, напротив, очень современной и полностью автоматической.

Но сомнения в надежности подобного варианта у вас все же есть – не знаете какую схему выбрать и какие «подводные камни» вас ожидают? Мы поможем прояснить эти вопросы – в статье рассмотрены схемы обустройства однотрубной системы, плюсы и минусы, ожидающие владельца дома с подобной системой отопления.

Материал статьи снабжен подробными схемами и наглядными фото с изображением отдельных элементов, использующихся при сборке отопления. В дополнение подобран видеоролик с разбором нюансов монтажа однотрубной системы с теплыми полами.

Содержание статьи:

Принцип работы водяного отопления

В малоэтажном строительстве наибольшее распространение получила простая, надежная и экономичная конструкция с одной магистралью. Однотрубная система остается самым популярным способом организации индивидуального теплоснабжения. Она функционирует за счет непрерывной циркуляции жидкого теплоносителя.

Перемещаясь по трубам от источника тепловой энергии (котла) к отопительным элементам и обратно, он отдает свою тепловую энергию и обогревает здание.

Теплоносителем может быть воздух, пар, вода или антифриз, который используют в домах периодического проживания. Наиболее распространены .

Галерея изображений

Фото из

Веским преимущества однотрубных вариантов сооружения систем отопления является минимальное количество труб, обуславливающее экономическую и эстетическую привлекательность схемы

При использовании металлопластиковых и пластиковых труб эстетические показатели однотрубных схем повышаются, т.к. прокладку контура можно скрыть в конструкциях или под отделкой

В гравитационных отопительных системах, характеризующихся естественным перемещением теплоносителя, однотрубные контуры сооружаются исключительно с верхней разводкой

В контурах с верхней разводкой подающая труба расположена над приборами, теплоноситель последовательно перетекает из одного в другой и по пути остывает. Чтобы более равномерно распределить теплоноситель, перед радиаторами устанавливают байпас, частично отсекающий поставку нагретой воды

По аналогичному принципу сооружаются вертикальные контуры принудительных систем отопления, по которым перемещение нагретой воды стимулируем циркуляционный насос

По направлению движения нагретой и остывшей воды в системе они делятся на попутные и тупиковые. В тупиковых нагретый и остывший теплоноситель движется в разные стороны, в попутных — в одну

В контурах однотрубного отопления с нижней разводкой подключение подводящей и выходящей трубы производится снизу

В системы с горизонтальной разводкой обязательно присутствует циркуляционный насос, без которого движение теплоносителя будет слишком затруднено. Для удаления излишка воздуха устанавливаются механические или автоматические воздухоотводчики

Эстетические плюсы однотрубной системы отопления

Скрытая прокладка контура однотрубного отопления

Однотрубное отопления гравитационного типа

Улучшенная однотрубная схема с замыкающим участком

Вертикальные схемы прунудительного отопления

Тупиковый вариант однотрубной отопительной системы

Вариант однотрубного отопления с нижней разводкой

Устройство систем с горизонтальной разводкой

Традиционное отопление основано на явлениях и законах физики – тепловом расширении воды, конвекции и гравитации.

Нагреваясь от котла, теплоноситель расширяется и создает в трубопроводе давление.

Кроме того, он становится менее плотным и, соответственно, легким. Подталкиваемый снизу более тяжелой и плотной холодной водой он устремляется вверх, поэтому выходящий из котла трубопровод всегда направляют максимально вверх.

Под действием созданного давления, сил конвекции и тяжести вода идет к радиаторам, нагревает их, сама при этом охлаждается.

Таким образом теплоноситель отдает тепловую энергию, обогревая помещение. К котлу вода возвращается уже холодной, и цикл начинается заново.

Современное оборудование, обеспечивающее теплоснабжение дома может быть очень компактным. Для его установки даже не потребуется выделять специальное помещение

Систему называют еще самотечной и гравитационной. Для обеспечения движения жидкости необходимо соблюдать угол уклона горизонтальных веток трубопровода, который должен быть равен 2 – 3 мм на погонный метр.

Объем теплоносителя при нагревании увеличивается, создавая в магистрали гидравлическое давление. Однако, поскольку вода не сжимается, даже небольшое его превышение приведет к разрушению отопительных конструкций.

Поэтому в любой системе обогрева устанавливают компенсирующее устройство – расширительный бак.

В гравитационной отопительной системе котел монтируют в самой низкой точке магистрали, а расширительный бак – в самой верхней. Все трубопроводы делают под уклон, чтобы жидкий теплоноситель мог самотеком двигаться от одного элемента системы к другому

Отличие однотрубной и двухтрубной систем

Системы водяного отопления разделяют на два основных типа – это однотрубные и двухтрубные. Отличия этих схем заключается в способе подсоединения теплоотдающих батарей к магистрали.

Магистраль однотрубного отопления – это замкнутый кольцевой контур. Трубопровод прокладывают от нагревательного агрегата, радиаторы подсоединяют к нему последовательно, и ведут обратно к котлу.

Отопление с одной магистралью просто монтируется и не имеет большого количества комплектующих, поэтому позволяет существенно экономить на установке.

Однотрубные контуры отопления с естественным движением теплоносителя устраивают только с верхней разводкой. Характерная черта – в схемах есть стояки подающей магистрали, но нет стояков для обратки

Движение теплоносителя осуществляется по двум магистралям. Первая служит для доставки горячего теплоносителя от устройства нагрева к теплоотдающим контурам, вторая – для отвода остывшей воды к котлу.

Батареи отопления подключаются параллельно – нагретая жидкость поступает в каждую из них непосредственно от подающего контура, поэтому имеет практически одинаковую температуру.

В радиаторе теплоноситель отдает энергию и остывшим уходит в отводящий контур – «обратку». Такая схема требует удвоенного количества фитингов, труб и арматуры, однако позволяет устраивать сложные разветвленные конструкции и снижать затраты на отопление за счет индивидуальной регулировки радиаторов.

Двухтрубная система эффективно обогревает большие площади и многоэтажные здания. В малоэтажных (1-2 этажа) домах площадью менее 150 м² целесообразнее устраивать однотрубное теплоснабжение как с эстетической, так и с экономической точки зрения.

Двухтрубная схема подсоединения радиаторов не получила широкого распространения в устройстве индивидуального теплоснабжения частных домов, поскольку ее более сложно монтировать и обслуживать. Кроме того, удвоенное количество труб выглядит неэстетично

Варианты устройства однотрубного отопления

Элементы любой системы отопления:

  • источник тепла – котел (твердотопливный, электрический, газовый котел;)
  • теплоотдающие приборы – , контуры теплых полов;
  • устройство, обеспечивающее циркуляцию теплоносителя – специальный разгонный участок магистрали, ;
  • устройство, компенсирующее избыточное давление теплоносителя в магистрали – или ;
  • трубы, фитинги и соответствующая водопроводная арматура.

В зависимости от типа используемых устройств будет зависеть и схема теплоснабжения.

Галерея изображений

Фото из

Твердотопливный агрегат для отопления

Электрический котел в автономной схеме

Газовый напольный котлоагрегат

Настенный котел для дач и квартир

Системы с естественной и принудительной циркуляцией

Циркуляция теплоносителя в отопительной системе может осуществляться естественным путем – под действием физических явлений, либо принудительным – посредством циркуляционного насоса.

В первом случае движение отопление по системе является самопроизвольным и называется естественным, во втором – принудительным или искусственным.

С ориентиром на конструктивные особенности однотрубные схемы отопления делятся на два вида. Первый – устаревшая, но простая проточная схема, второй – усовершенствованная схема с байпасами

Для обеспечения движения жидкости в гравитационной системе необходим разгонный участок. Это отходящий от котла вертикальный патрубок, по которому поднимается нагретый теплоноситель.

В верхней точке трубопровод плавно поворачивают вниз, поэтому вода с ускорением устремляется по магистрали.

Для схемы отопления с верхней разводкой, а также для двухэтажных домов таким участком служит подающий патрубок, так как он поднимается на достаточный уровень.

Для отопления одноэтажного здания с нижней горизонтальной разводкой устраивают разгонный коллектор, высота которого не должна быть менее 1,5 м от уровня первого радиатора.

Разгонный участок является устройством, обеспечивающим циркуляцию теплоносителя в самотечной системе отопления.

Проходной диаметр труб этого отрезка магистрали должен быть больше, чем ее основной части.

Например, при диаметре трубы магистрали 25-32 мм, для разгонного коллектора выбирают трубу диаметром 40 мм.

Верхнюю точку разгонного коллектора устраивают в удобном месте неподалеку от котла. Опускают трубу коллектора таким образом, чтобы обеспечить достаточный перепад высот между нижним отводом разгонного коллектора и нижней точкой магистрали для соблюдения постоянного уклона трубопровода

Основные достоинства гравитационной системы – это полная энергонезависимость (в сочетании с твердотопливным котлом), простота и отсутствие сложных приборов.

Недостатков же достаточно много:

  • Чтобы минимизировать гидравлическое сопротивление, диаметры труб должны быть достаточно большими.
  • Каждый встраиваемый прибор и устройство создает препятствия движению жидкости, поэтому в системе минимальное количество запорной арматуры. Это создает трудности при ремонте, так как требует полного отключения системы и слива теплоносителя из магистрали.
  • Для надежной работы гравитационную систему необходимо тщательно рассчитывать и балансировать, подбирая оптимальные диаметры труб и количество секций радиаторов. Крайние в системе радиаторы должны быть больше тех, в которые теплоноситель поступает после выхода из котла.

Установка циркуляционного насоса в систему нейтрализует практически все ее недостатки. Устройство дает теплоносителю дополнительный импульс, позволяя преодолевать гидравлическое сопротивление элементов трубопровода.

Схемы принудительного однотрубного отопления реализуются в частных домах чаще всего.

Благодаря модернизации проточной системы путем установки байпасов, теплоноситель с рабочей температурой практически одновременно поступает во все приборы

Насос можно монтировать в любом месте магистрали. Но стоит учитывать, что горячая вода снижает его эксплуатационный срок, воздействуя на резиновые детали (прокладки и уплотнения).

Поэтому целесообразнее устанавливать агрегат на обратном трубопроводе, где циркулирует остывший теплоноситель. Перед ним в обязательном порядке включают фильтр грубой очистки, чтобы предохранить от попадания возможных загрязнений.

Все приборы и устройства отопительных систем желательно подключать через запорную арматуру и байпасы.

Такой монтаж позволит проводить ремонт и обслуживание отдельных элементов без необходимости остановки всей системы и полного слива воды.

Байпас бывает нерегулируемым и регулируемым. В первом случае он представляет собой простой патрубок, соединяющий питающий и отводящий трубопровод. Во втором – снабжен запорной трехходовой арматурой

Достоинства отопительной системы с принудительной циркуляцией:

  • Можно реализовывать более сложные и разветвленные схемы, увеличивать длину контуров;
  • Нет необходимости в увеличенных диаметрах труб – насос создает в магистрали давление, достаточное для движения и равномерного распределения жидкости;
  • Циркуляция осуществляется с заданной скоростью и не зависит от степени нагрева теплоносителя и наличия разгонного участка;
  • Не надо соблюдать углы наклона при прокладке трубопровода, т. к. движение теплоносителя стимулируется насосом.

К тому же можно устанавливать регулирующие приборы на каждый радиатор и поддерживать оптимальный режим обогрева, снижая энергозатраты и расходы на обогрев.

Недостатков у однотрубного принудительного отопления всего три:

  • зависимость от электроснабжения;
  • шум – некоторый гул, который производит работающий насос;
  • стоимость – более высокая по сравнению с гравитационной схемой стоимость устройства.

Нейтрализовать их достаточно просто. Энергозависимость решается установкой автономного электрогенератора или возможностью перехода системы на режим с естественной циркуляцией.

Чтобы сделать работу насоса практически неслышной, его достаточно монтировать в нежилом помещении – ванной, туалете, бойлерной.

В верхних точках магистрали, особенно при принудительном отоплении с закрытым расширительным бачком, необходимо предусматривать возможность стравливания выделяющегося из воды воздуха. Для радиаторов это автоматические воздухоотводчики или краны Маевского, для трубопровода – сепаратор воздуха

Открытая или закрытая отопительная система?

Для исключения чрезмерного повышения гидравлического давления в системе и его скачков устанавливают расширительный бак. Он принимает излишки воды при расширении, а затем возвращает ее в магистраль при остывании, восстанавливая равновесие системы.

Существует две принципиально отличающихся конструкции, которые и определяют вид всей системы.

Расширительный бак открытого типа – это частично или полностью открытая емкость, которую подсоединяют к магистрали в самой высокой ее точке, непосредственно после котла.

Для исключения перелива жидкости через края на определенном уровне предусматривают отвод, через который излишняя вода будет сливаться в канализацию или на улицу.

В одноэтажных домах компенсирующую емкость часто выводят на чердак – в этом случае ее необходимо утеплить.

Чтобы не следить постоянно за уровнем теплоносителя, к расширительному баку подводят водопровод и устанавливают простой поплавковый клапан

Система отопления с таким компенсирующим устройством называется открытой. Применяется при обустройстве энергонезависимого или комбинированного теплоснабжения.

Она предполагает прямое соприкосновение горячего теплоносителя с воздухом, вследствие чего происходит его естественное испарение и насыщение кислородом.

Исходя из этого, открытая схема теплоснабжения характеризуется следующими недостатками:

  1. При монтаже трубопровода гравитационных систем обязательно соблюдение уклонов – в этом случае высвобождающийся в системе воздух будет стравливаться в бак и атмосферу.
  2. Необходимо регулярно контролировать и вовремя пополнять объем воды в емкости, не допуская ее чрезмерного испарения.
  3. Нельзя применять антифриз в качестве теплоносителя, так как при его испарении выделяются токсичные вещества.

Содержащийся в циркулирующей жидкости кислород вызывает коррозионные разрушения в стальных деталях отопительных приборов, снижая их срок эксплуатации.

Однако у нее есть и плюсы:

  • Нет необходимости в постоянном контроле давления в магистрали;
  • Даже при небольших протечках система будет исправно обогревать дом, пока в магистрали имеется достаточное количество жидкости;
  • Пополнять теплоноситель в системе можно даже ведром – просто налить в воду расширительную емкость до необходимого уровня.

Расширительный бак закрытого типа представляет собой прочный герметичный корпус, внутренний объем которого разделен мембраной на две части. Одну полость наполняют воздухом, вторую соединяют с магистралью.

При нагревании теплоноситель, увеличиваясь в объеме, продавливает мембрану в сторону воздушной камеры, которая играет роль демпфера. При охлаждении воды гидравлическое давление снижается, и сжатый воздух приводит систему в равновесие, выдавливая излишки воды обратно в трубопровод.

Все баки закрытого типа оснащены воздушным клапаном. В аварийном режиме, когда давление в воздушной камере превышает допустимый предел, он стравливает газ и предохраняет устройство от разрушения

Система с расширительным баком мембранного типа носит название закрытой. Это полностью лишенная доступа воздуха замкнутая гидравлическая магистраль.

Компенсирующую емкость можно встраивать в любом месте системы, однако чаще всего ее устанавливают на обратном трубопроводе около котла – для повышения удобства обслуживания.

Закрытая отопительная система характеризуется наличием небольшого избыточного давления. Поэтому обязательным элементом магистрали становится .

Узел состоит из воздухоотводчика, манометра и предохранительного клапана для сброса теплоносителя в аварийном режиме. Монтируется с запорной арматурой на подающем трубопроводе для возможности отключения на случай ремонта.

Если имеется подъем трубопровода, то располагают в его верхней точке.

Галерея изображений

Фото из

Компоненты группы безопасности

Функциональное назначение устройства

Расположение составляющих

Специфика расположения

Эффективная схема однотрубной системы

При проектировании отопления учитывают множество факторов – наличие стабильного электроснабжения и отдельного помещения под оборудование (котельной, бойлерной), количество этажей и планировку, эстетичность будущей конструкции и т.д.

В каждом отдельном случае расположение оборудования и способы его подключения будут отличаться.

Для совсем небольшого помещения – дачного домика – наиболее эффективной станет простая самотечная схема последовательного включения батарей прямо в трубопровод магистрали.

При установке двух или трех радиаторов не требуется устанавливать большое количество запорной арматуры – в данном случае проще слить воду из системы при необходимости.

В зданиях с большей площадью система теплоснабжения является сложной, иногда разветвленной, конструкцией. В этом случае оптимальным вариантом становится принудительное с диагональным подключением теплоотдающих батарей и регулируемыми .

Такая схема гарантирует максимальный прогрев площади радиаторов и возможность регулировки и настройки режима работы. Чтобы отсоединить любой из элементов системы, не требуется сливать воду из всей магистрали

Способы подключения радиатора к магистрали

Теплоотдача радиаторов зависит от способа их подключения к магистрали.

Существует три основных типа соединения:

  • Диагональное;
  • Боковое;
  • Нижнее.

Рассмотрим особенности каждого из этих способов детальнее.

Диагональное или перекрестное соединение

Диагональное, или перекрестное, подключение является наиболее эффективным. Достигается максимальный прогрев батареи по площади, и практически нет потерь тепла.

По такой схеме подающий трубопровод подводят к верхнему патрубку радиатора, а отводящий соединяют с нижним патрубком, расположенным с противоположной стороны прибора. Для приборов с большим числом секций применяют только диагональный тип подключения.

Боковое или одностороннее подключение

Боковое, или одностороннее, подсоединение позволяет добиться равномерного прогрева всех секций прибора.

Для подключения подающий и отводящий трубопроводы подводят с одной стороны. Чаще всего такое соединение применяют при устройстве отопления с верхней разводкой.

Теплоотдача отопления при боковом подключении радиаторов, с подачей сверху вниз равна 97%. При обратном движении теплоносителя – снизу вверх – этот показатель составляет 78%

Нижнее соединение радиатора с трубопроводом

Нижнее подключение – не самая эффективная схема отопления. Однако устраивается достаточно часто, особенно когда магистральный трубопровод скрывают под полом.

Подводящая и отводящая трубы подводятся к нижним патрубкам, расположенным с разных сторон радиатора.

Показатель теплоотдачи при нижнем подключении радиаторов составляет 88%

Преимущества и недостатки однотрубной системы

Однотрубное отопление завоевало широкую популярность в области частного строительства.

Основные причины – это относительно невысокая стоимость конструкции и возможность смонтировать ее своими силами, без привлечения специалистов.

Но у однотрубной системы отопления есть и другие преимущества:

  • Гидравлическая устойчивость – теплоотдача прочих элементов системы не меняется при отключении отдельных контуров, замене радиаторов или наращивании секций;
  • Устройство магистрали обходится минимальным количеством труб;
  • Характеризуется низкими инерционностью и временем прогрева за счет меньшего, чем в двухтрубной, количества теплоносителя в магистрали;
  • Выглядит эстетично и не портит интерьер помещения, особенно если магистральную трубу скрыть;
  • Установка запорной арматуры последнего поколения – например, автоматических и ручных терморегуляторов – позволяет точно настраивать режим работы всей конструкции, а также ее отдельных элементов;
  • Простая и надежная конструкция;
  • Несложные монтаж, обслуживание и эксплуатация.

При подключении приборов управления и контроля к системе отопления, ее можно перевести в полностью автоматический режим работы.

Возможна интеграция с – в этом случае можно задавать программы оптимальных режимов отопления в зависимости от времени суток, сезона и других решающих факторов.

Магистраль однотрубного отопления можно полностью скрыть финишной отделкой. Такой прибор не только не портит внешний облик комнаты, но и становится его деталью – предметом интерьера

Основным недостатком однотрубного теплообеспечения является дисбаланс нагрева теплоотдающих батарей по длине магистрали.

Теплоноситель охлаждается по мере передвижения по контуру. Из-за чего радиаторы, установленные далеко от котла, нагреваются меньше, чем близко расположенные. Потому рекомендовано устанавливать медленно остывающие чугунные приборы.

Установка циркуляционного насоса позволяет теплоносителю прогревать обогревающие контуры более равномерно, однако при достаточной длине трубопровода наблюдается существенное его остывание.

Снижают отрицательное действие такого явления двумя способами:

  1. В удаленных от котла радиаторах увеличивают число секций. Это увеличивает их теплопроводящую площадь и количество отдаваемого тепла, позволяя прогревать помещения равномернее.
  2. Составляют проект с рациональным расположением теплоотдающих приборов по комнатам – самые мощные устанавливают в детских, спальнях и «холодных» (северных, угловых) комнатах. По мере остывания теплоносителя идут гостиная и кухня, заканчивают нежилыми и подсобными помещениями.

Такие меры минимизируют недостатки однотрубной системы, особенно для одно- и двухэтажных зданий, имеющих площадь до 150 м². Для таких домов однотрубное отопление является наиболее выгодным.

Выводы и полезное видео по теме

К магистрали однотрубного отопления подключают не только радиаторы, но и контуры теплых полов. В видеоролике показано, каким образом провести такой монтаж.

Однотрубное отопление – это простая и надежная система. Однако для эффективного обогрева необходимо тщательно выбирать отдельные ее элементы. Для этого желательно обратится за консультацией к специалисту, где вам помогут выполнить оценочный расчет.

Вы не согласны со схемами, приведенными в нашей статье? Или имеете практический опыт обустройства однотрубного отопления в частном доме? Ваш опыт будет полезен нашим читателям. Не стесняйтесь, поделитесь своими знаниями в комментариях ниже.

однотрубная или двухтрубная и почему?

Принять решение о том, какая система отопления лучше, однотрубная или двухтрубная, можно после анализа особенностей конструкции, плюсов и минусов каждого варианта. В любом случае вынести вердикт нужно еще на этапе проектирования строительства. Система отопления частного дома — это довольно сложное сооружение. Переделывать его после окончания финишных работ трудно, а иногда и невозможно. Рассмотрим, чем отличаются два разных подхода к обустройству обогрева строений с помощью котлов, батарей и обвязки.

Однотрубная система отопления

Этот вариант используется в тех случаях, когда необходимо провести коммуникации быстро и с минимальными затратами.

Применяется в жилищном, частном и промышленном строительстве. Особенностью такого решения является отсутствие магистрали обратной подачи воды. Батареи подключаются последовательно, сборка производится в сжатые сроки и не требует сложных предварительных расчетов.

Как работает однотрубная магистраль

В таких конструкциях теплоноситель подается в верхнюю точку и стекает вниз, последовательно проходя через нагревательные элементы. При обустройстве многоэтажного дома практикуется установка промежуточного насоса, создающего необходимое давление в подающей трубе для продавливания горячей воды по замкнутому контуру.

При условии небольшой высоты дома и ограниченного количества потребителей тепла циркуляция воды происходит в достаточной степени эффективно.

Вертикальная и горизонтальная схемы

Строительство однотрубной магистрали осуществляется в вертикальной и горизонтальной ориентации. Вертикальная разводка устанавливается в зданиях, имеющих два и более этажа. Теплоноситель подается в радиаторы, начиная с самого верхнего. Горизонтальная отопительная магистраль чаще всего применяется для обустройства одноуровневых строений — домов, дач, складов, офисов и прочих коммерческих объектов.

Схема разводки трубопровода предполагает горизонтальное расположение стояка с последовательным его подводом к батареям.

Плюсы и минусы

Однотрубный вариант конструкции отопительной магистрали имеет следующие достоинства:

  • Монтаж проводится быстро, что немаловажно при современных требованиях темпов строительства. Кроме этого, внешний вид однотрубного коллектора высотой несколько метров выигрывает в сравнении со сложной системой из двух линий.
  • Небольшой бюджет. Расчет расходов показывает, что для строительства требуется минимальное количество труб, фитингов и арматуры.
  • Если потребители устанавливаются на байпас, то появляется возможность регулировать баланс тепла отдельно в каждой комнате.
  • Использование современных запорных устройств дает возможность модернизировать и совершенствовать магистраль. Это позволяет осуществлять замену радиаторов, врезку приборов, другие усовершенствования без длительной остановки системы и слива из нее воды.

Есть у этой конструкции и свои недостатки:

  • Последовательное расположение батарей не исключает возможность регулировать в них температуру нагрева по отдельности. Это влечет охлаждение всех остальных радиаторов.
  • Ограниченное количество батарей на одной линии. Больше 10 их ставить нецелесообразно, так как на нижних уровнях температура будет ниже допустимого.
  • Необходимость установки насоса. Это мероприятие требует дополнительных денежных вложений. Силовая установка может стать причиной гидроудара и повреждения магистралей.
  • В частном доме потребуется установка расширительного бака с краном для стравливания воздуха. А для этого требуется место и проведение утеплительных мероприятий.

Двухтрубная система отопления

Данная конструкция имеет более сложное устройство, но и отличается эффективностью и функциональностью.

Вложенные средства компенсируются комфортностью для людей, простотой обслуживания и модернизации.

Принцип действия и схема работы

Двухтрубные коммуникации представляют собой два стояка и расположенные между ними радиаторы, теплый пол и другие потребители тепла. Подача проводится по одной линии, по обратной ветке охлажденная жидкость возвращается в котел. Именно поэтому такие конструкции называются двухтрубными.

Классификация: нижняя и верхняя разводки

Различают два типа систем по расположению магистралей. Выбор осуществляется исходя из особенностей строения и возможностей выделения площадей под дополнительное оборудование. Классифицируются двухтрубные коммуникации на вертикальные для высотных домов и горизонтальные для одноэтажных строений.

По месту расположения обвязки системы подразделяются на верхние и нижние, независимо от того, где проведена установка радиаторов.

При верхнем варианте вся развязка обустраивается на чердаке или техническом этаже здания. Одновременно производится монтаж расширительного бака, который тщательно утепляется. После котла монтируют помпу, подающую теплоноситель на верхний уровень.

В случае с нижней разводкой горячий стояк располагается выше обратки. Отопительный котел устанавливается в подвале или на первом этаже с заглублением ниже пола. К трубопроводу подключают верхнюю воздушную магистраль для стравливания воздуха из радиаторов.

Достоинства и недостатки

Основные преимущества двухтрубной конструкции состоят в следующем:

  • Одновременная передача теплоносителя в потребители позволяет регулировать температуру индивидуально в каждом помещении. При необходимости радиаторы перекрываются полностью, если комнатой длительное время не пользуются.
  • Возможность снять для ремонта или замены отдельные приборы не отключая подачу тепла в остальные батареи. Для этого используются шаровые краны, с помощью которых перекрывается поток воды на входе и выходе из радиатора.
  • Нет необходимости установки центробежного насоса. Вода поднимается из котла вверх за счет разности температуры на входе и выходе.
  • Выбор попутного или тупикового варианта конструкции. Это дает возможность сбалансировать распределение тепла без проведения постоянных настроек и регулировок.

Недостатки конструкции такие:

  • Использование при строительстве большего количества труб и комплектующих. Это приводит к усложнению строительства, росту затрат финансов и времени.
  • Росту стоимости, если магистраль изготавливается из стали или алюминия. Использование армированных полипропиленовых труб значительно сокращает бюджет строительства.
  • Не всем нравится обилие коммуникаций в интерьере. Их можно прятать в стены или коробы. А это — дополнительные расходы и сложности с обслуживанием.

Что лучше?

Что выбрать: одно- или двухтрубную конструкцию, решать мастеру индивидуально. Каждая из них имеет свои положительные отрицательные свойства, связанные с особенностями проектирования, строительства, проведением регламентных работ и внесением усовершенствований.

Для небольшого дома высотой до трех этажей вариант с одним стояком может быть идеальным решением, когда при минимальных вложениях достигается качественный результат. Но, следует помнить, что в таких случаях значительно затрудняется процесс монтажа дополнительного оборудования и замены отслуживших свое радиаторов.

Как переделать однотрубную в двух?

Двухтрубная система значительнее эффективнее по многим показателям. Использование пластиковых звеньев и фитингов делает процесс ее строительства простым и недорогим. Переделка не составит особого труда, но потребует пожертвовать проведенным ремонтом, так как придется ставить и постепенно наращивать обратный стояк и присоединять к нему батареи.

Другим вариантом является установка байпасов на ближние к котлу потребители, чтобы снизить их температуру и увеличить приток теплоносителей к конечным радиаторам.

Если у вас есть опыт работы в этой области, поделитесь им. Вы окажете ценную услугу мастерам, которые еще не сделали выбор в пользу того или иного варианта обогрева своего жилья.

закрытая горизонтальная система отопления двухэтажного и одноэтажного дома, как сделать расчет, фото и видео инструкции

Содержание:

1.  Как сделать однотрубную систему отопления: устройство и элементы
2. Схема однотрубного отопления частного дома: варианты подключения
3. Материалы для проведения однотрубной отопительной системы
4. Порядок выполнения монтажных работ

Однотрубная горизонтальная система отопления считается самой простой и экономичной, но для проявления этих свойств необходимо правильно собрать и установить систему, для чего потребуется схема однотрубного отопления частного дома. В однотрубной системе, в отличие от двухтрубной, отсутствует разделение на прямую и обратную магистраль. Для работы такой системы используется замкнутый контур, которой проходит через дом по заранее рассчитанному пути, а отопительные элементы врезаются в трубу в нужных местах. 

Однотрубная система отопления одноэтажного дома имеет большое количество плюсов, за которые и ценится владельцами частных домов:
Правильная настройка радиаторов в сочетании с грамотно установленной системой трубопроводов даст возможность максимально эффективно обогреть весь дом.  

Как сделать однотрубную систему отопления: устройство и элементы


В состав системы входят следующие элементы: котел, магистральный трубопровод, радиаторы, расширительный бачок, помпы или насосы, обеспечивающие перемещение теплоносителя. Кроме того, замкнутый контур подразумевает возможность естественной циркуляции. В этом случае вода двигается за счет разницы плотности при изменении температуры: нагретая в системе вода вытесняется тяжелой холодной водой, из-за чего попадает в стояк.

Из стояка горячая вода разносится по всей системе, попадая в радиаторы и тем самым обеспечивая обогрев помещений. Для функционирования естественной системы циркуляции трубопроводы должны быть расположены с постоянным уклоном, составляющим не менее 3-5 градусов.

Такое правило далеко не всегда выполнимо, поскольку при таком уклоне перепад высоты на один метр трубопровода будет доходить до нескольких сантиметров. 

Для осуществления принудительной циркуляции используется насос, расположенный на обратной стороне контура непосредственно перед входом в котел. Такой насос создает давление, необходимое для перемещения жидкости с заданной скоростью. Использование циркуляционного насоса тоже подразумевает создание уклона трубопровода, но его в таком случае можно снизить до 0,5-1 градуса. 

Чтобы вода не застаивалась в системе при отсутствии электричества, в комбинированных системах или системах с принудительной циркуляцией устанавливается разгонный коллектор, который поднимает жидкость на определенную высоту. Как правило, верхняя точка коллектора является местом присоединения расширительного бачка, который позволяет регулировать давление в системе и может предотвратить разрыв труб при слишком большом расширении жидкости. 

Схема однотрубного отопления частного дома предусматривает наличие закрытых расширительных бачков, которые не дают возможности теплоносителю контактировать с воздухом. Такой бачок оборудован встроенной мембраной, которая с одной стороны прижимается воздухом, а с другой стороны – теплоносителем. Установка подобных устройств возможна на любом участке системы. 

Расширительные бачки открытого типа гораздо удобнее в использовании, но очень требовательны к месту установки. Так, установка такого приспособления возможна исключительно в высшей точке отопительной системы, а доступ воздуха к теплоносителю может привести к появлению преждевременных неполадок, поскольку в таком случае система будет подвержена коррозийному влиянию. Перед установкой необходимо провести расчет однотрубной системы отопления.  Читайте также: «Какая схема однотрубной системы отопления лучше – виды и особенности».

Детали системы устанавливаются по следующему алгоритму:

  1. Отопительный котел.
  2. Разгонный коллектор, оборудованный ответвлением для расширительного бачка.
  3. Трубопровод, установленный с уклоном. Обязательно проведение контура в жилые помещения.
  4. Отопительные элементы.
  5. Циркуляционный насос. 

Схема однотрубного отопления частного дома: варианты подключения


Существует две схемы установки радиаторов: простая и «Ленинградка».  

Простая схема характеризуется наличием минимума элементов и деталей. Подключение радиатора осуществляется на входе и выхода трубопровода. Если система заполнена теплоносителем, то регулировка и отключение отдельного радиатора невозможна (прочитайте также: «Схема подключения отопления в частном доме — рассмотрим возможные варианты»).

Такая схема отличается дешевизной, но использовать ее можно только в небольших домах, поскольку данная система отличается неравномерным прогревом и низким КПД. 

Ленинградская система отопления частного дома отличается от простой схемы в лучшую сторону. С обеих сторон от радиатора устанавливаются краны, которые позволяют выключать радиаторы поодиночке (подробнее: «Отопление ленинградка: схема»). В обход радиатора устанавливается байпас, оборудованный специальным краном, который позволяет пустить теплоноситель прямо в радиатор. Эта схема обладает гораздо лучшими характеристиками, но ее установка обойдется дороже.  

Материалы для проведения однотрубной отопительной системы


Закрытая однотрубная система отопления предусматривает наличие следующих элементов:
  • отопительный котел;
  • расширительный бачок;
  • насос;
  • магистральные трубы диаметров 25 мм и радиаторные диаметром 20 мм;
  • фитинги для соединения трубопровода и радиаторов;
  • соответствующие радиаторы. Расчет подходящих вариантов радиаторов должен осуществляться еще до установки системы;
  • краны Маевского, которые дают возможность выпускать воздух из каждого радиатора. 

Кроме того, при установке «Ленинградки» необходимо по два перекрывающих крана на радиаторы и по одному – на все обходные линии. Читайте также: «Отопление Ленинградка в двухэтажном доме».

Порядок выполнения монтажных работ


  1. Сначала в подходящем и оборудованном месте устанавливается котел. Зачастую установкой и подключением котлов занимаются специалисты.
  2. Осуществляется установка магистрального трубопровода со всеми соответствующими отводами. Во время монтажа системы нужно помнить о необходимости создания уклона.
  3. Теперь можно устанавливать насос. Он подключается к самой трубе и к электросети. Очень важно соблюдать главное требование: насос должен находиться на обратке контура, поскольку его конструкция не предусматривает работу с высокой температурой.
  4. На данном этапе можно монтировать расширительный бачок. Место установки будет зависеть от выбранного типа устройства.
  5. После проведения предыдущих шагов можно заняться установкой радиаторов. Они монтируются на предварительно рассчитанных местах при помощи кронштейнов. Устанавливая радиаторы, важно соблюдать требования, предъявленные изготовителем этих устройств.
  6. Теперь возможно подключение радиаторов. При выполнении этого шага монтируются все краны и заглушки, влияющие на работу системы.
  7. Теперь система проходит опрессовку сжатым воздухом. После проведения этой процедуры систему можно заполнять теплоносителем (детальнее: «Как заполнять систему отопления закрытого типа»). Это последний этап монтажа, после которого начинается процесс настройки и регулировки системы. 

Заключение

Однотрубная система отопления закрытого типа очень хорошо себя зарекомендовала при использовании в одноэтажных домах. Также схема однотрубной системы отопления двухэтажного дома прекрасно показала себя. Одним из главных условий эффективного использования такого отопления является небольшая протяженность контура, а в двухэтажных домах такое явление почти не встречается. Отопление однотрубное двухэтажного дома потребует установки более мощного насоса (подробнее: «Возможные схемы отопления двухэтажного дома, рассмотрим варианты реализации своими руками»).

Если этого не сделать, то в радиаторы будет поступать уже остывшая жидкость, которая не сможет обеспечить хороший и равномерный прогрев всех помещений. При необходимости решить проблему можно при помощи коллектора, установленного непосредственно после котла или установка большего числа контуров.

Пример схемы однотрубного отопления частного дома на видео:


Как самостоятельно смонтировать однотрубную систему отопления с принудительной циркуляцией

Как планировать систему с принудительной циркуляцией

Для начала нужно определиться с мощностью котла. Сделать это можно снова-таки по усредненным номам: на 10м 2 площади берут 1Квт мощности котла. Если потолки выше 2,5м, требуется ввести увеличивающий коэффициент 1,2. Увеличить мощность нужно и при расположении в северных регионах. Эти нормы – для средней полосы России. Если дом расположен севернее – добавьте еще 30-50%. Также требуется запас в том случае, если дом плохо утеплен, ведь необходимо восполнять потери тепла, которые уходят через стены/пол/потолок. Так что и в этом случае нужно брать более мощное оборудование.

Определиться нужно также с типом подготовки воды для бытовых нужд. Если греть ее будет котел, на это также следует увеличить мощность котла – добавить 30-50% к рассчитанной мощности котла. Подробно о том, как определить мощность котла для отопления читайте тут.

При расчете системы отопления дома нужно определиться с мощность. котла

Затем приступаем к расчету количества радиаторов: как минимум по одному под каждое окно, плюс один радиатор в ванную/туалет. В северных регионах для сохранения тепла неплохо себя показали радиаторы, установленные в коридоре/тамбуре, которые срабатывают как тепловые завесы.

При расчете количества радиаторов исходят из правила: под каждое окно — один радиатор

После того как определились с количеством радиаторов, нужно рассчитать количество секций в каждом. В общем случае считают исходя из площади помещения: есть нормы. Зная площадь помещения, делите его на норму и получаете количество секций. Но это – снова-таки усредненный подход. Тут нужно учитывать также тип разводки и место расположения радиатора в отопительном контуре. Например, однотрубная разводка. Она характеризуется тем, что радиаторы, расположенные ближе к котлу, получают более горячий теплоноситель и нагреваются до более высоких температур. Чем дальше расположен радиатор, тем более холодный теплоноситель его омывает. Потому для компенсации и выравнивания положения в дальних радиаторах увеличивают количество секций или устанавливают их большей площади (высоты и мощности).

Аналогично поступают при двухтрубной разводке, хотя там разница не столь явная: на вход каждого радиатора подается теплоноситель с одинаковой температурой, просто у тех, которые расположены ближе к котлу интенсивность потока через радиатор выше, чем у дальних. Чтобы выровнять потоки на каждом радиаторе ставят термостатические клапана.

Для регулировки теплоотдачи радиатора и компенсации системы устанавливают термостатические клапана

Но в двухтрубной схеме отопления есть вариант с петлей «Тихельмана». Такая схема отопления является изначально скомпенсированной (если радиаторы установлены одинаковые). Но она требует большего количества труб даже по сравнению с обычной двухтрубкой.

Схема системы с принудительной циркуляцией. Дом двухэтажный. Система двухтрубная с нижней подачей, тупиковая схема движения теплоносителя

С количеством, составом радиаторов, типом разводки определились. Нужно определиться с типом и диаметрами труб и типом системы. Какие бывают трубы для отопления и особенности их использования описаны тут .

Для стравливания воздуха из системы устанавливают на радиаторы кран «Маевского»

При самостоятельном монтаже системы, после того, как собраны радиаторы и подключены трубы, все систему нужно промыть. И только потом подключать насос и котел. В системах с твердотопливными котлами необходима группа безопасности, в которую входит манометр, клапан вывода воздуха и подрывной клапан, который выставлен на рабочее давление в системе и при его превышении срабатывает автоматически.

На входе в котел линии для подпитки необходимо установить фильтр для защиты контура и оборудования от попадания абразивных или загрязняющих частиц.

Подбор насоса и расширительного бачка неактуален, если планируется поставить настенный газовый котел. Большая часть моделей имеет встроенный расширительный бак и насос. Тогда все что остается – ориентироваться по объему системы, с которым может работать данная модификация. Исходя из этого, подбирать диаметры труб и площадь/мощность батарей.

Как выбрать насос для отопления

Лучше всего подходят для установки специальные малошумные циркуляционные насосы центробежного типа с прямыми лопастями. Они не создают избыточно большого давления, а проталкивают теплоноситель, ускоряя его движение (рабочее давление индивид

Системы отопления виды-схемы, элементы и основные понятия

Классификация однотрубных систем отопления

В данном виде отопления отсутствуют разделения на обратные и подающие трубопроводы, поскольку теплоноситель после выхода из котла идет по одному кольцу, после чего опять возвращается в котел. Радиаторы в данном случае имеют последовательное расположение. В каждый из этих радиаторов теплоноситель попадает по очереди, сначала в первый, потом во второй и так далее. Однако температура теплоносителя будет снижаться, и последний в системе отопительный прибор будет иметь температуру ниже первого.

Классификация однотрубных систем отопления выглядит так, каждый из видов при этом имеет свои собственные схемы:

  • закрытые системы отопления, которые не сообщаются с воздухом. Отличаются избыточным давлением, воздух можно сбросить только вручную посредством специальных вентилей или же автоматических воздушных клапанов. Подобные системы отопления могут работать с циркулярными насосами. Такое отопление также может иметь нижнюю разводку и соответствующую схему;
  • открытые системы отопления, которые сообщаются с атмосферой при помощи расширительного бака для сбрасывания лишнего воздуха. В данном случае кольцо с теплоносителем следует размещать выше уровня приборов отопления, в противном же случае в них будет собираться воздух и циркуляция воды будет нарушена;
  • горизонтальные – в таких системах трубы теплоносителя размещены горизонтально. Это отлично подходит для частных одноэтажных домой или же квартир, где есть автономная система отопления. Однотрубный вид отопления с нижней разводкой и соответствующая схема – лучший вариант;
  • вертикальные – трубы теплоносителя в данном случае размещены в вертикальной плоскости. Такая система отопления лучше всего подходит для частных жилых домов, состоящих из двух-четырех этажей.

Нижняя и горизонтальная разводка системы и ее схемы

Циркуляция теплоносителя в горизонтальной схеме прокладки труб обеспечивается при помощи насоса. А подающие трубы размещены над полом или под ним. Горизонтальная магистраль с нижней разводкой должна быть проложена с небольшим уклоном от котла, радиаторы же нужно ставить все на одном уровне.

В домах, где два этажа, подобная схема разводки имеет два стояка — подающий и обратный, вертикальная же схема допускает их большее количество. Во время принудительной циркуляции теплоагента с применением насоса температура в помещении повышается намного быстрее. Поэтому чтобы установить такую систему отопления нужно использовать трубы с меньшим диаметром, нежели в случаях естественного движения теплоносителя.

должна составлять 60 градусов

На трубах, которые входят в этажи, нужно ставить вентили, которые будут регулировать подачу горячей воды на каждый этаж.

Рассмотрим некоторые схемы разводки для однотрубной системы отопления:

  • схема с вертикальной подачей – может иметь естественную или принудительную циркуляцию. При отсутствии насоса теплоноситель циркулирует посредством смены плотности во время остывания при теплообмене. От котла вода поднимается в магистраль верхних этажей, затем по стоякам распределяется по радиаторам и остывает в них, после чего опять возвращается в котел;
  • схема однотрубной вертикальной системы с нижней разводкой. В схеме с нижней разводкой возвратная и подающая магистрали идут ниже приборов отопления, а трубопровод проложен в подвале. Теплоноситель подается по стоку, проходит через радиатор и возвращается вниз в подвал через опускной стояк. При данном методе разводки теплопотерь будет значительно меньше, чем тогда, когда трубы находятся на чердаке. Да и обслуживать систему отопления с данной схемой разводки будет очень просто;
  • схема однотрубной системы с верхней разводкой. Подающий трубопровод в данной схеме разводки расположен над радиаторами. Подающая магистраль проходит под потолком или через чердак. Через эту магистраль стояки идут вниз и к ним по одному крепятся радиаторы. Обратная магистраль идет или по полу, или под ним или через подвал. Такая схема разводки подойдет в случае естественной циркуляции теплоносителя.

Помните, что если вы не хотите поднимать порог дверей с целью прокладки подающей трубы, вы можете плавно ее понизить под дверью на маленьком кусочке земли с выдерживанием общего уклона.

Однотрубная система отопления плюсы и минусы

Преимущества

Однотрубная система отопления имеет так преимущества, так и недостатки. В числе преимуществ можно назвать следующее:

  • возможность охвата всей площади строения при помощи замкнутого кольца, что не зависит от планировки здания;
  • возможность подключения к системе отопления тех или иных дополнительных устройств, например, теплых полов, полотенцесушителей или оснащения встроенного циркуляционного насоса;
  • есть возможность направить теплоноситель в ту или иную сторону. Например, по ходу циркуляции можно первыми направить более холодные комнаты, которые часто проветриваются. В тех же двухтрубных системах такая функция сводится к расположению котла;
  • простота монтажных работ. Материалов не так много, и стоимость их закупки и самих работ будет значительно ниже, чем при установке двухтрубной системы;
  • при продуманном размещении отопительных приборов и правильной разводке трубопровода разницу в температурах в разных помещениях можно свести к минимуму, но целиком справиться с таким явлением не выйдет.

Недостатки

Недостатки однотрубной системы такие:

  • наличие особых требований к диаметру ключевого трубопровода;
  • в первом радиаторе температура будет выше всего, а в последующих она будет более низкой из-за постоянного подмеса к потоку теплоносителя из радиаторов, которые уже были пройдены;
  • последние радиаторы должны иметь большую площадь, чем первые, чтобы не быть слишком холодными;
  • на одной ветке лучше не ставить больше 10 радиаторов, поскольку равномерного прогрева таким способом не получится.

Выравнивание температурного режима происходит благодаря смене количества радиаторных секций и установкой специальных перемычек, термостатических клапанов, вентилей, регуляторов или шаровых кранов. Желательно иметь в наличии циркуляционный насос, а чтобы горячая вода лучше проходила по трубам и радиаторам, нужно ставить специальный коллектор разгона. В двухэтажных домах он не нужен.

Если разводка верхнего типа, то подающая труба способна создавать естественное давление, однако при подобной схеме нужно ставить трубы с большим диаметром, а это негативно скажется на внешнем виде вашего интерьера. Поэтому если есть возможность поставить узел разводки под напольным покрытием, это будет гораздо лучше.

Также советуем при установке ради

схемы + обзор преимуществ и недостатков

Принцип работы водяного отопления

В малоэтажном строительстве наибольшее распространение получила простая, надежная и экономичная конструкция с одной магистралью. Однотрубная система остается самым популярным способом организации индивидуального теплоснабжения. Она функционирует за счет непрерывной циркуляции жидкого теплоносителя.

Перемещаясь по трубам от источника тепловой энергии (котла) к отопительным элементам и обратно, он отдает свою тепловую энергию и обогревает здание.

Теплоносителем может быть воздух, пар, вода или антифриз, который используют в домах периодического проживания. Наиболее распространены водяные схемы отопления.

Традиционное отопление основано на явлениях и законах физики – тепловом расширении воды, конвекции и гравитации. Нагреваясь от котла, теплоноситель расширяется и создает в трубопроводе давление.

Кроме того, он становится менее плотным и, соответственно, легким. Подталкиваемый снизу более тяжелой и плотной холодной водой он устремляется вверх, поэтому выходящий из котла трубопровод всегда направляют максимально вверх.

Под действием созданного давления, сил конвекции и тяжести вода идет к радиаторам, нагревает их, сама при этом охлаждается.

Таким образом теплоноситель отдает тепловую энергию, обогревая помещение. К котлу вода возвращается уже холодной, и цикл начинается заново.


Современное оборудование, обеспечивающее теплоснабжение дома может быть очень компактным. Для его установки даже не потребуется выделять специальное помещение

Систему отопления с естественной циркуляцией называют еще самотечной и гравитационной. Для обеспечения движения жидкости необходимо соблюдать угол уклона горизонтальных веток трубопровода, который должен быть равен 2 – 3 мм на погонный метр.

Объем теплоносителя при нагревании увеличивается, создавая в магистрали гидравлическое давление. Однако, поскольку вода не сжимается, даже небольшое его превышение приведет к разрушению отопительных конструкций.

Поэтому в любой системе обогрева устанавливают компенсирующее устройство – расширительный бак.


В гравитационной отопительной системе котел монтируют в самой низкой точке магистрали, а расширительный бак – в самой верхней. Все трубопроводы делают под уклон, чтобы жидкий теплоноситель мог самотеком двигаться от одного элемента системы к другому

Отличие однотрубной и двухтрубной систем

Системы водяного отопления разделяют на два основных типа – это однотрубные и двухтрубные. Отличия этих схем заключается в способе подсоединения теплоотдающих батарей к магистрали.

Магистраль однотрубного отопления – это замкнутый кольцевой контур. Трубопровод прокладывают от нагревательного агрегата, радиаторы подсоединяют к нему последовательно, и ведут обратно к котлу.

Отопление с одной магистралью просто монтируется и не имеет большого количества комплектующих, поэтому позволяет существенно экономить на установке.


Однотрубные контуры отопления с естественным движением теплоносителя устраивают только с верхней разводкой. Характерная черта – в схемах есть стояки подающей магистрали, но нет стояков для обратки

Движение теплоносителя двухтрубного отопления осуществляется по двум магистралям. Первая служит для доставки горячего теплоносителя от устройства нагрева к теплоотдающим контурам, вторая – для отвода остывшей воды к котлу.

Батареи отопления подключаются параллельно – нагретая жидкость поступает в каждую из них непосредственно от подающего контура, поэтому имеет практически одинаковую температуру.

В радиаторе теплоноситель отдает энергию и остывшим уходит в отводящий контур – «обратку». Такая схема требует удвоенного количества фитингов, труб и арматуры, однако позволяет устраивать сложные разветвленные конструкции и снижать затраты на отопление за счет индивидуальной регулировки радиаторов.

Двухтрубная система эффективно обогревает большие площади и многоэтажные здания. В малоэтажных (1-2 этажа) домах площадью менее 150 м² целесообразнее устраивать однотрубное теплоснабжение как с эстетической, так и с экономической точки зрения.


Двухтрубная схема подсоединения радиаторов не получила широкого распространения в устройстве индивидуального теплоснабжения частных домов, поскольку ее более сложно монтировать и обслуживать. Кроме того, удвоенное количество труб выглядит неэстетично

Варианты устройства однотрубного отопления

Элементы любой системы отопления:

  • источник тепла – котел (твердотопливный, электрический, газовый котел;)
  • теплоотдающие приборы – радиаторы, контуры теплых полов;
  • устройство, обеспечивающее циркуляцию теплоносителя – специальный разгонный участок магистрали, водяной насос;
  • устройство, компенсирующее избыточное давление теплоносителя в магистрали – расширительный бак открытого типа или закрытого типа;
  • трубы, фитинги и соответствующая водопроводная арматура.

В зависимости от типа используемых устройств будет зависеть и схема теплоснабжения.

Системы с естественной и принудительной циркуляцией

Циркуляция теплоносителя в отопительной системе может осуществляться естественным путем – под действием физических явлений, либо принудительным – посредством циркуляционного насоса.

В первом случае движение отопление по системе является самопроизвольным и называется естественным, во втором – принудительным или искусственным.


С ориентиром на конструктивные особенности однотрубные схемы отопления делятся на два вида. Первый – устаревшая, но простая проточная схема, второй – усовершенствованная схема с байпасами

Для обеспечения движения жидкости в гравитационной системе необх

Открытые и закрытые системы теплопередачи

Солнечные системы предлагают различные варианты передачи тепла и циркуляции теплоносителей.

На этой странице:

  • Системы теплопередачи
  • Системы циркуляции воды или теплоносителя

Системы теплопередачи

Теплопередача в солнечной водонагревательной системе может быть:

  • разомкнутой системой
  • замкнутой системой.

Вода циркулирует с помощью термосифона или насосной системы.

Гелиосистема открытого цикла для нагрева воды

В разомкнутой (прямой) системе вода, нагретая в коллекторах, возвращается в цилиндр, а затем в краны и бытовые приборы. В контур необходимо интегрировать такую ​​систему, как насос с регулируемой температурой, чтобы горячая вода могла циркулировать через панель в холодные ночи для предотвращения замерзания.

Солнечная система нагрева воды с открытым контуром

Солнечная система водяного отопления замкнутого цикла

В системе с замкнутым контуром (непрямым) теплоноситель, такой как гликоль, циркулирует через панели коллектора, поглощая тепло.Он переносит это тепло в теплообменник в накопителе с горячей водой, где оно передается воде.

Солнечная система водяного отопления замкнутого цикла

Системы с замкнутым контуром немного менее эффективны, чем системы с открытым контуром, так как через теплообменник происходит некоторая потеря тепла. Их преимущество в том, что они могут использовать морозостойкую жидкость, поэтому они больше подходят для участков, подверженных морозам.

Для систем с открытым и закрытым контуром уменьшите теплопотери между солнечными панелями и накопительным цилиндром:

  • сохраняя расстояние между ними как можно короче
  • изолируя все трубы
  • прокладывая трубы через теплые области дома .

Системы циркуляции воды или теплоносителя

Насосная система

Насосные системы чаще всего устанавливаются в Новой Зеландии. Для оптимизации производительности можно использовать насос, регулируемый температурой воды, для циркуляции воды / теплоносителя.Это может:

  • обеспечить гибкость в расположении панели и цилиндра
  • увеличить форму части системы защиты от замерзания за счет активации обратного потока через систему разомкнутого контура, когда существует риск замерзания.
Термосифонная система

В термосифонной (или пассивной) системе, когда вода нагревается в солнечной панели, она поднимается конвекцией в резервуар для хранения, расположенный выше. Затем в панель втягивается холодная вода для обогрева.

Этот тип системы прост, не требует обслуживания и не требует энергии, но цилиндр должен располагаться над солнечными коллекторами, а трубы должны иметь непрерывный подъем.Течение воды с помощью термосифонной системы относительно медленное. Это может значительно увеличить теплопотери из труб. См. Установку для более подробной информации.

Обновлено: 22 октября 2019 г.

Пористые структуры в тепловых трубках

1. Введение

Двухфазные системы теплопередачи с капиллярным приводом имеют важные преимущества по сравнению с традиционными однофазными системами. Наиболее значительным преимуществом, связанным с фазовым переходом рабочего тела, является более высокий коэффициент теплопередачи, что приводит к улучшенной теплопередаче.По сравнению с однофазной жидкой системой требуются меньшие массовые расходы для передачи эквивалентных количеств теплового потока для заданного диапазона температур. Лучшие тепловые характеристики и более низкий массовый расход обеспечивают преимущество двухфазной системы в виде меньшей и легкой конструкции и повышенной производительности. Однофазная система требует высокого температурного градиента или высокого массового расхода для передачи большого количества теплового потока, поскольку теплоемкость однофазной системы зависит от изменения температуры рабочей жидкости.Двухфазная система обеспечивает практически изотермический режим работы независимо от тепловой нагрузки.

Кроме того, однофазные системы нуждаются в механических насосах или вентиляторах для циркуляции рабочей жидкости, в то время как в двухфазных системах с капиллярным приводом рабочая жидкость циркулирует без каких-либо дополнительных механических устройств, что делает такие системы более надежными и свободными от электроэнергии. . Самая известная двухфазная система с капиллярным приводом — тепловая трубка, ее схема показана на рисунке 1. Концепция тепловой трубки была впервые предложена Гоглером в 1944 году [1] и Трефетеном [2], но не получила широкого распространения до серьезные опытно-конструкторские работы Гровера и его коллеги в лаборатории Лос-Аламоса [3].Тепловые трубки — это пассивные устройства теплопередачи, которые переносят тепло от одной точки (источника тепла) к другой (радиатор) с чрезвычайно высокой теплопроводностью из-за скрытой теплоты испарения рабочего тела. Как показано на рисунке 1, он состоит из контейнера, рабочего тела, фитиля и имеет три секции (испарительная, адиабатическая и конденсаторная) [4].

Рисунок 1.

Схема тепловой трубы.

Поскольку одной из наиболее важных частей тепловой трубки HP и петлевой тепловой трубки LHP является пористая фитильная структура, эта работа сосредоточена на экспериментах, влияющих на пористую фитильную структуру на способность теплопередачи тепловой трубы и петлевой тепловой трубки.

2. Тепловая труба

Тепловая труба представляет собой устройство теплопередачи, использующее фазовый переход рабочей жидкости для передачи тепла от источника тепла к радиатору и капиллярных сил, возникающих в структуре фитиля, к циркуляции рабочей жидкости. Тепловая трубка состоит из герметично закрытой емкости с фитильной структурой на внутренней поверхности и рабочей жидкости, близкой к температуре насыщения. Тепло, передаваемое через контейнер жидкости в испарителе, вызывает испарение жидкости и прохождение пара через открытую сердцевину испарителя с тепловой трубкой.Пар выходит из испарителя через адиабатическую секцию в конденсатор. Там пар конденсируется, и выделяемое тепло передается через структуру фитиля и стенку емкости в окружающую среду конденсатора. Конденсированная жидкость насыщает структуру фитиля и создает капиллярное давление; таким образом жидкость перекачивается обратно в испаритель. Работа тепловой трубы в основном зависит от параметров емкости, рабочей жидкости и конструкции фитиля. Правильный выбор и конструкция основных частей тепловой трубы влияет на ее рабочие характеристики, определяемые ограничениями теплопередачи, эффективной теплопроводностью и осевым перепадом температур.Двухфазная теплопередача рабочего тела делает тепловую трубу идеальной для передачи тепла на большие расстояния с очень небольшим перепадом температуры из-за температурной стабилизации почти изотермической поверхности, создаваемой во время работы. Практически изотермические условия работы тепловой трубы связаны с работой рабочей жидкости в термодинамическом насыщенном состоянии, когда тепло переносится с использованием скрытой теплоты парообразования вместо явной теплоты или теплопроводности. Тепло, переносимое с использованием скрытой теплоты парообразования, в несколько раз больше, чем тепло, переносимое явным теплом для геометрически эквивалентной системы.Двухфазная система рабочей жидкости с капиллярным приводом позволяет эффективно передавать большие количества тепла без дополнительных механических насосных систем, уменьшая площадь теплопередачи и тем самым экономя материал, стоимость и вес. Широкий выбор используемой рабочей жидкости, высокий КПД, малые размеры и вес, а также отсутствие внешних насосов делают тепловые трубы привлекательными вариантами в широком диапазоне приложений теплопередачи [4].

2.1. Конструкция тепловой трубки

В зависимости от типа тепловая трубка может состоять из нескольких основных частей.При разработке тепловых трубок основные компоненты и материалы остались прежними. Самая простая тепловая трубка состоит из двух основных частей: корпуса (контейнера) и рабочего тела. Внутри корпуса тепловой трубы может быть размещена капиллярная структура (фитиль), позволяющая конденсированной жидкой фазе рабочей жидкости капать против потока пара из-за капиллярного действия. Такая тепловая трубка называется фитильной тепловой трубкой. Тепловая трубка без капиллярной структуры называется гравитационной тепловой трубкой, потому что она возвращает жидкую фазу из конденсаторной части в испарительную часть, что происходит под действием силы тяжести [5].

2.1.1. Контейнер

Контейнер тепловой трубы может иметь разную форму для разных применений, но чаще всего представляет собой замкнутую трубу круглого, плоского или треугольного сечения. Основная функция контейнера с тепловой трубкой — изолировать рабочую жидкость от внешней среды. Контейнер тепловой трубы должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить внутренние размеры и внутреннее давление в случае сжатия или изгиба. Выбор материала контейнера зависит от многих свойств и должен иметь наиболее подходящую комбинацию (совместимость с рабочей жидкостью и окружающей средой, отношение прочности к весу, теплопроводность, пористость, смачиваемость, обрабатываемость, формуемость, свариваемость или склеиваемость).Материал контейнера должен иметь высокую теплопроводность, быть твердым и прочным, но при этом легко обрабатываться, формоваться и легко паяться и свариваться. Поверхность материала должна быть хорошо увлажненной, но, по крайней мере, пористой, насколько это возможно, чтобы избежать диффузии газа. Тепловые трубки чаще всего изготавливаются из стали, меди, алюминия и их сплавов. Также используются различные покрытия из стальных материалов [6].

2.1.2. Рабочая жидкость

Поскольку работа тепловой трубы основана на испарении и конденсации рабочей жидкости, ее выбор является важным фактором при проектировании и производстве тепловой трубы.Рабочая жидкость выбирается, в частности, в соответствии с диапазоном рабочих температур тепловой трубы. Поэтому при выборе рабочего тела необходимо соблюдать осторожность, если диапазон рабочих температур рабочего тела лежит в диапазоне рабочих температур тепловой трубы. Тепловая трубка может работать при любой температуре, которая находится в диапазоне от тройной до критической точки рабочего тела. Критерием принятия решения при выборе рабочего тела, в случае рабочих жидкостей с одинаковой рабочей температурой, является соответствующее сочетание термодинамических свойств рабочего тела.Рекомендуемые характеристики, которыми должна обладать рабочая жидкость, — это совместимость с материалом капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, хорошая термическая стабильность, смачиваемость капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, давление пара в диапазоне рабочих температур, высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость жидкая и паровая фаза, высокая теплопроводность, высокая скрытая теплота парообразования, приемлемая температура плавления и точка затвердевания [6]. В таблице 1 показаны типичные рабочие жидкости для тепловых труб, отсортированные по диапазону рабочих температур.

44 450 to 900
Рабочая жидкость Точка плавления при атмосферном давлении (° C) Точка кипения при атмосферном давлении (° C) Скрытая теплота испарения (кДж кг -1 ) Полезный диапазон (° C)
Гелий −271 −269 21 −271 до −269
Азот −210 От 203 до -160
Аммиак −78 −33 1360 −60 до 100
Ацетон −95 57 −98 64 1093 от 10 до 130
Этанол −112 78 850 от 0 до 130
Вода 0 100 2260 30 до 200
Ртуть −39 361 298 250 до 650
Калий 62 774 1938 500 до 1000
Натрий 98 895 3913 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 1340 19,700 от 1000 до 1800
Серебро 960 2212 2350 от 1800 до 2300

Таблица 1.

Типичные рабочие жидкости для тепловых трубок.

2.1.3. Фитиль

Фитиль и рабочая жидкость создают капиллярные силы, необходимые для перекачивания жидкости из конденсатора в испаритель и поддержания равномерного распределения жидкости в капиллярном материале. Фитили для тепловых трубок можно разделить на однородные или составные. Однородные фитили состоят из одного материала и одной конфигурации. Наиболее распространенные типы однородных фитилей — это сетчатый фильтр, металлокерамика и осевая канавка.Композитные фитили состоят из двух или более материалов и конфигураций. Наиболее распространенными типами композитных фитилей являются переменная сетка сита, канавка с сеткой, плита сита с канавками и туннель сита с канавками. Независимо от конфигурации фитиля, желаемые свойства материала и структурные характеристики фитильных конструкций с тепловыми трубками включают высокую теплопроводность, высокую пористость фитиля, малый радиус капилляров и высокую проницаемость фитиля [6].

2.2. Работа тепловой трубы

Для работы тепловой трубы максимальное капиллярное давление должно быть больше, чем полное падение давления в тепловой трубе.

Полный перепад давления в тепловой трубе состоит из трех частей:

  1. ΔP л — это перепад давления в фитильной конструкции, необходимый для возврата жидкости из конденсатора в испаритель.

  2. ΔP v — падение давления в паровой зоне, необходимое для потока пара из испарителя в конденсатор.

  3. ΔP г — это падение давления под действием силы тяжести, зависящее от наклона тепловой трубы, которое может быть нулевым, положительным или отрицательным.

Правильная работа тепловой трубы должна соответствовать условию:

ΔPc, max≥ΔPl + ΔPv + ΔPgE1

Если тепловая трубка не соответствует этому условию, она не будет работать из-за высыхания фитиля в секция испарителя. Это состояние называется капиллярным пределом, который определяет максимальный тепловой поток в рабочем диапазоне большинства тепловых труб. Скорость пара в жидкометаллических тепловых трубках может достигать звуковых значений при запуске и при определенных высоких температурах. Тогда производительность тепловой трубы ограничена скоростью звука, и эффекты сжимаемости необходимо учитывать при расчете падения давления пара.Другими наиболее важными ограничениями являются давление пара или предел вязкости, которые возникают при включении тепловой трубы, когда тепловая труба работает при низкой температуре. Однако давление в конденсаторе не может быть меньше нуля, низкое давление пара жидкости в испарителе приводит к тому, что разница давлений пара между испарителем и конденсатором тепловой трубы недостаточна для преодоления сил вязкости и силы тяжести. Когда тепловая трубка работает с высокими тепловыми потоками, поток пара может увлекать жидкость, возвращающуюся в испаритель, и вызывать высыхание испарителя.Это состояние называется ограничением уноса. Вышеупомянутые ограничения тепловой трубки относятся к осевому потоку. Во время работы тепловой трубы разница температур радиального теплового потока относительно мала. Когда тепловой поток достигает критического значения, поверхность стенки испарителя покрывается паровой подушкой, что приводит к увеличению разницы температур в испарителе. Ограничение, связанное с радиальным потоком в тепловой трубе, называется пределом кипения [7].

Если предполагаются стабильные свойства жидкости вдоль трубы, равномерная структура фитиля вдоль трубы и пренебрежение перепадом давления из-за потока пара, общий тепловой поток тепловой трубы определяется как

Q = mmax..L.E2

mmax. = Ρl.σlμl.K.Al.2re − ρl.g.lσl.sinθE3

3. Петлевая тепловая трубка

Петельная тепловая трубка была разработана для решения неотъемлемой проблемы, связанной с использованием длинного фитиля. с малым радиусом пор в обычных тепловых трубках Герасимова и Майданика в 1972 году. LHP — это двухфазное устройство теплопередачи, которое использует испарение и конденсацию рабочей жидкости для отвода тепла и капиллярных сил, возникающих в мелких пористых фитилях для циркуляции жидкости. . На рисунке 2 показана схема LHP.Он состоит из испарителя с фитильной структурой, компенсационной камеры, конденсатора и трубопровода для жидкости и пара. Фитильная конструкция есть только в испарителе и компенсационной камере. Остальные части ЛТН выполнены из гладкостенной трубы. Фитильная структура испарителя имеет мелкие поры для создания капиллярного давления и обеспечения циркуляции рабочей жидкости в контуре. Фитильная конструкция компенсационной камеры имеет более крупные поры для транспортировки рабочей жидкости к испарителю.Тепло, приложенное к испарителю, заставляет эту рабочую жидкость начать испаряться, и пар проталкивается через паропровод к конденсатору из-за капиллярных сил в фитиле испарителя. Пар конденсируется в конденсаторе, и жидкость течет по жидкостной линии в компенсационную камеру. Функция компенсационной камеры заключается в хранении излишков жидкости и в регулировании рабочей температуры петлевой тепловой трубы. Таким образом, рабочая жидкость циркулирует в контуре без внешнего насоса [8, 9].

Рисунок 2.

Схема контура тепловой трубы.

LHP может работать только в том случае, если капиллярное давление, создаваемое в фитиле испарителя, больше, чем полное падение давления в контуре. Общее падение давления в тепловой трубке контура складывается из перепадов давления на трение в канавках испарителя, паропровода, конденсатора, жидкостной линии, фитиля испарителя и статического падения давления под действием силы тяжести:

ΔPtotal = ΔPgrove + ΔPvap + ΔPcon + ΔPliq + ΔPw + ΔPgE4

Капиллярное давление фитиля испарителя определяется выражением

ΔPcap = 2σ.cosθRE5

где σ — поверхностное натяжение рабочей жидкости, θ — угол контакта между жидкостью и фитилем, а R — радиус кривизны мениска в фитиле. Увеличение тепловой нагрузки на испаритель увеличивает массовый расход и общее падение давления в системе. Реакцией на это является уменьшение радиуса кривизны мениска, так что капиллярное давление будет выше, чем падение давления всей системы. Увеличение тепловой нагрузки уменьшит радиус кривизны мениска до радиуса пор фитиля.Максимальная капиллярная насосная способность фитиля выражена выражением.

ΔPcap, max = 2σ.cosθRvE6

Дальнейшее увеличение тепловой нагрузки приведет к проникновению пара через фитиль и обезвоживанию системы. Таким образом, при нормальной работе должно всегда выполняться следующее условие [10]:

ΔPtotal≤ΔPcapE7

Уильямс и Харрис [11] исследовали плоские и поперечные свойства ступенчатых металлических войлочных фитилей для применения тепловых труб. Пористость, эффективный радиус пор и проницаемость для жидкости определяли с использованием данных по пропитке, капиллярной порометрии и скорости потока давления, соответственно.Авторы определили, что многие корреляции в литературе для размера пор и проницаемости носят слишком общий характер, повторяя выводы Боннефоя и Охтербека [12] в отношении эффективной теплопроводности.

Холли и Фагри [13] описали методы измерения проницаемости и эффективного радиуса пор, основанные на тесте скорости нарастания.

Обычно испытание скорости подъема требует наблюдения за фронтом жидкости, когда она поднимается в сухом фитиле, частично погруженном в лужу жидкости.Поскольку точное местоположение этого фронта может быть трудно обнаружить, авторы разработали метод, использующий поглощение массы, а не фронт мениска, для определения скорости подъема жидкости в фитиле. Анализируя поднимающийся мениск, авторы разработали серию уравнений, которые можно использовать для численного уменьшения данных о поглощении массы, чтобы получить результаты по проницаемости и размеру пор.

Можно найти несколько соотношений для проницаемости, наиболее распространенным является уравнение Блейка-Козени [14, 15], которое дает проницаемость слоя уплотненных сфер как

K = rv2ε337.51 − ε2E8

где K — проницаемость, r p — радиус поры, а ε — пористость.

Рен и Ву [16] смоделировали эффект эффективной теплопроводности фитиля в испарителях LHP; Была разработана двумерная осесимметричная модель, дающая результаты, в некоторых отношениях согласующиеся с литературными данными, а именно положение фронта жидкости по отношению к нагретому ребру [17, 18].

Чжао и Ляо [18] представили температурные профили, указывающие на уменьшение утечки тепла для увеличения теплового потока в слое упакованных сфер.

Iverson et al. [19] исследовали тепломассоперенос в спеченных медных фитильных структурах. Образцы фитилей устанавливались вертикально, при этом нижняя часть погружалась в бассейн с водой. Нагреватель, установленный на задней стороне фитиля, подавал энергию на образец, и результирующие градиенты температуры измерялись вместе с массовым расходом рабочей жидкости.

Большая часть тепловой нагрузки используется при испарении на внешней поверхности фитиля [20]. Остальная часть подводимого тепла (так называемая «утечка тепла») проходит через фитиль и пропорциональна эффективной теплопроводности (ETC) капиллярных фитилей [21].Более низкая теплопроводность пористого фитиля обеспечивает меньшую теплопроводность жидкости внутри внутренней поверхности фитиля и поддерживает рабочую температуру и, следовательно, тепловое сопротивление всего LHP.

Ку [10] и Фурукава [22] разработали простейшую модель утечки тепла LHP, которая использует параметр проводимости, который изменяется в зависимости от геометрии и условий эксплуатации.

Qe, cc = Ge, ccTe − TccE9

где Q — мощность, G — параметр проводимости, а T — температура испарителя и компенсационной камеры.

В установившемся режиме утечка тепла в компенсационную камеру должна компенсироваться жидкостью, возвращающейся из конденсатора; Уравнение (7) результаты, где ΔT представляет собой переохлаждение возвращающейся жидкости

Qe, cc = m.cpΔTE10

, где m — массовый расход, а c p — удельная теплоемкость.

Чуанг [23] разработал стационарную модель LHP, которая разбивает общую утечку тепла на два отдельных компонента: в осевом направлении от испарителя к компенсационной камере и радиально от источника тепла к сердечнику испарителя.Эти два эффекта связаны тем, что образование пузырьков пара в активной зоне испарителя из-за радиальной утечки уменьшает общий путь теплового потока обратно в компенсационную камеру, увеличивая осевую утечку [10].

Чуанг получил следующие выражения для осевой и радиальной утечки тепла, соответственно:

Qleak, a = keffATe − TccL + NukfπLTe − Tcc2E11

Qleak, r = 2πkeffLςroriς − 1ΔTWE12

0 Leak power, где Q19 903 утечка тепла , k eff — эффективная теплопроводность, A — площадь, L — характерная длина, Nu — число Нуссельта, k f — теплопроводность жидкости, а ς представляет собой безразмерное соотношение адвекции и проводимости, задаваемое формулой

ς = м.cp2πkeffLE13

В своем анализе и эксперименте Чуанг предположил, что этот параметр равен нулю, то есть чистой проводимости. Для исследованных случаев малой мощности это предположение было верным и привело к низкой ошибке; однако для высоких уровней мощности или низкой проводимости фитиля это предположение теряет силу.

3.1. Фитиль LHP

Фитиль является одной из основных частей петлевой тепловой трубы. Для достижения хорошей теплопередачи LHP ожидается фитильная структура с высокой пористостью и проницаемостью и мелким радиусом пор.Наиболее часто используемые фитильные конструкции в петлевых тепловых трубках изготавливаются из спеченных металлов, таких как медь, никель, нержавеющая сталь, титан или полимеры (полипропилен, полиэтилен, ПТФЭ) [24, 25, 26].

Reimbrechta et al. использовали метод спекания порошкового крана с использованием графитовой матрицы для изготовления никелевых фитилей для капиллярных насосов [27]. Это показывает, что графит слабо взаимодействует с никелем за счет спекания никелевых порошков при обычных температурах спекания. Комбинация двух различных методов, спекания холодным прессованием и прямого спекания рыхлого материала, была использована Gongming et al.[28], для разработки фитилей из Ni и Ni-Cu (90% никеля и 10% меди) для петлевых тепловых труб. Они обнаружили, что с помощью метода прямого спекания со средним радиусом пор 0,54 мкм можно получить оптимальную структуру фитиля Ni-Cu. Хуанг и Франчи [29] использовали медную сетку экрана и два порошковых материала (никелевый нитевидный порошок и сферический медный порошок) для изготовления бимодальной структуры фитиля. Но он показал, что эти фитили могут быть неисправными. Саманта и др. [30] разработали металлические конструкции с никелевым фитилем для литья под давлением и провели исследование его физических характеристик в зависимости от времени спекания (30, 60 и 90 мин) и температуры (900, 930 и 950 ° C).Gernert et al. [31] разработали тонкопористую фитильную структуру для LPH. Wu et al. [32] обсуждали влияние кривой температуры спекания на структуру фитиля, изготовленную для LHP. Launay et al. в работе [20] к основным параметрам фитильной структуры относят пористость, диаметр пор и проницаемость. Оптимальная пористость спеченного фитиля составляет от 30 до 75%, а оптимальная проницаемость — от 10 −14 до 3 × 10 −13 м 2 . Пористость фитильной структуры уменьшается при повышении температуры спекания или давления формования.Большинство спеченных пористых материалов имеет диаметр пор от 1 до 20 мкм, за исключением меди, диаметр пор которой составляет от 20 до 1000 мкм.

В исх. [33] оптимальным капиллярным фитилем было спекание при 650 ° C в течение 30 минут с использованием техники прямого спекания с 90% никеля и 10% меди. Фитиль достигает пористости 70% и среднего диаметра пор 1,8 мкм. В исх. [10] изготовлены бипористые никелевые фитили. Пористость 77,4% была достигнута методом холодного спекания под давлением при температуре 700 ° C и содержании порообразователя 30% по объему.

4. Эксперименты с петлевыми тепловыми трубками

Следующий эксперимент был проведен в рамках научных исследований пористых структур, пригодных для LHP, и определения возможности отвода тепла, создаваемого IGBT. Знания, полученные при охлаждении IGBT компанией LHP, дали нам информацию, необходимую для определения того, какой тепловой поток LHP может отвести от источника тепла. Эта информация будет полезна в будущем при проектировании охлаждающих устройств, работающих с LHP.

4.1. Характеристика спеченных структур

Согласно вышеупомянутому опыту со спеченными конструкциями для LHP, мы решили изготовить фитильные структуры из никелевого и медного порошка.Сначала мы анализируем несколько спеченных структур в зависимости от размера зерна, температуры спекания и времени спекания на пористость, размер пор и прочность. В электропечи спекали эталоны из порошков меди с размером зерна 50 и 100 мкм и никелевых порошков с размером зерна 10 и 25 мкм. Порошки меди спекали при температуре 800 и 950 ° C в течение 30 и 90 минут, а порошки никеля спекали при температуре 600 ° C в течение 30 и 90 минут.

4.1.1. Измерение пористости

Пористость фитильной структуры описывает долю пустого пространства в материале, где пустота может содержать рабочую жидкость [34].Для измерения пористости использовался весовой метод. Сначала образец взвешивали в сухом состоянии. Во-вторых, образец пропитывали дистиллированной водой (ρ = 0,998 г · см −3 при 20 ° C). Вес поглощенной воды оценивали по разнице между обоими значениями, а затем вычитали «пустое пространство» (то есть общий объем пор) и пористость.

ε = Mss − MdsVtotal − ρwE14

где ε — пористость фитильной структуры, M ss — масса пористого пропитанного образца, M ds — масса пористого сухого образца, V total — объем пор пористого образец, а ρ w — плотность поглощенной жидкости (воды).

Результаты измерения пористости представлены в таблицах 2–5.

9050 9050
Размер зерна (мкм) 50 50 50 50
Температура спекания (° C) 80014 80014
Время спекания (мин) 30 90 30 90
Пористость (%) 55 54 52 50
Таблица 2 902

Пористость спеченных структур из медного порошка с размером зерна 50 мкм.

Размер зерна (мкм) 100 100 100 100
Температура спекания (° C) 80014
Время спекания (мин) 30 90 30 90
Пористость (%) 58 56 55 52
52 .

Пористость спеченных структур из медного порошка с размером зерна 100 мкм.

9014 9014
Размер зерен (мкм) 10 10
Температура спекания (° C) 600 600
Пористость (%) 69 67

Таблица 4.

Пористость спеченных структур из никелевого порошка с размером зерна 10 мкм.

9014
Размер зерна (мкм) 25 25
Температура спекания (° C) 600 600
Пористость (%) 72 70

Таблица 5.

Пористость спеченных структур из никелевого порошка с размером зерна 25 мкм.

4.1.2. Микроскопический анализ размера пор

Исследование спеченных эталонов структур с помощью микроскопического анализа показало, как влияет температура и время спекания на размер пор и на отношение размера зерна к размеру поры каждой структуры.Эталоны на рисунках 3–8 были созданы при увеличении в 100 раз пористых структур, спеченных из медного порошка размером 50 и 100 мкм. Рисунки 3 и 6 показывают, что структуры, спеченные при температуре 800 ° C, имеют поры в два раза больше, чем зерна порошка. Сравнение эталонов, спеченных при температурах 800 и 950 ° C, показывает, что эталоны, спеченные при температуре 800 ° C, имеют гораздо больший размер пор, чем при температуре 950 ° C. Это означает, что размеры пор настолько велики, что создают капиллярное действие в структуре.Сравнение эталонов, спеченных при одинаковой температуре и в различные интервалы времени, показало, что время спекания при температуре, ближайшей к температуре плавления спекаемого материала, не имеет решающего значения. Сравнение эталонов при одинаковой температуре спекания и интервале времени показало, что размер зерна спеченного материала влияет на размер пор. Согласно микроскопическому анализу спеченных структур, который уточняет их форму и профиль, можно сделать вывод, что основными факторами, влияющими на размер пор, являются размер зерна, температура спекания и не столько время спекания.

Рисунок 3.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 800 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 4.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 30 мин.

Рис. 5.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 90 мин.

Рисунок 6.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 800 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 7.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 30 мин.

Рис. 8.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 90 мин.

Следующие рисунки 9–12 созданы путем увеличения в 500 раз пористых структур, спеченных из никелевого порошка размером зерен 10 и 25 мкм. Сравнение эталонов, спеченных из никелевого порошка, привело к такому же выводу, что и спеченные эталоны из медного порошка. На размер пор формирование спеченной структуры влияет не на время спекания, а на размер зерна.

Рисунок 9.

Размер зерна 10 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 10.

Размер зерна 25 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 11.

Размер зерна 10 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 90 мин.

Рисунок 12.

Размер зерна 25 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 90 мин.

4.2. Производство фитильных структур

На основании результатов измерения пористости и микроскопического анализа были выбраны фитильные структуры двух эталонов меди и двух эталонов никеля LHP.Первая структура была изготовлена ​​из зерна меди размером 50 мкм и спечена при температуре 950 ° C в течение 30 мин (рис. 13). Вторая структура была изготовлена ​​из зерна меди размером 100 мкм и спечена при температуре 950 ° C в течение 30 мин. Третья структура была изготовлена ​​из никелевого зерна размером 10 мкм и спечена при температуре 600 ° C в течение 90 мин (Рисунок 14). Четвертая структура была изготовлена ​​из никеля размером зерна 25 мкм и спечена при температуре 600 ° C в течение 90 мин. Фитильные конструкции были спечены в отправляемой форме (кристаллизаторе) и изготовлены по модели требуемой формы в муфельной печи.

Рис. 13.

Пористые структуры из спеченного фитиля: а — медь, б — никель.

Рисунок 14.

Модель LHP: 1 — компенсационная камера; 2 — резиновое уплотнение; 3 — испаритель; 4 — паропровод; 5 — конденсатор; 6 — заправочный клапан; 7 — жидкостная линия.

4.3. Конструкция петлевой тепловой трубы

Целью экспериментов было определение влияния различных зависимостей, таких как вид конструкции фитиля, тип рабочей жидкости и количество рабочей жидкости на эффективность охлаждения LHP. Поэтому был разработан специальный экспериментальный LHP с алюминиевым блоком, установленным на части испарителя для фиксации биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).Все части LHP (испаритель, компенсационная камера, парожидкостный трубопровод) были изготовлены из медных труб. В качестве рабочего тела использовались дистиллированная вода и ацетон. Внутри испарителя была вставлена ​​фитильная конструкция из спекания металлического порошка. Чтобы избежать потерь тепла (это еще называют утечкой тепла) в компенсационную камеру, между испарителем и компенсационной камерой был вставлен латунный фланец с резиновым уплотнением. На рисунке 15 представлена ​​модель конструкции LHP, а основные параметры конструкции LHP приведены в таблице 6.

Рисунок 15.

Схема измерительного блока: 1 — ПК; 2 — регистратор данных; 3 — IGBT; 4 — электроснабжение; 5 — термопара; 6 — термостат.

Активный (мм) Дистиллированная 4 канавок
Испаритель Компенсационная камера
Общая длина (мм) 130 Наружный / внутренний диаметр (мм) 86 Длина (мм) 110
Внешний / внутренний диаметр (мм) 28/26 Масса заряда
Материал Медь 60%
Седло Паропровод
Размер (длина / высота / ширина) 118/89/40 Длина (мм) 670 670 Материал Глинозем Внешний / внутренний диаметр (мм) 6/4
Спеченный медный порошок L iquid line
Количество канавок для пара 6 Длина (мм) 820
Пористость (%) 52–55 Наружный / внутренний диаметр мм 6/145
Внешний / внутренний диаметр (мм) 26/8 Конденсатор
Спеченный никелевый порошок Длина (мм) 420 40
6 Наружный / внутренний диаметр (мм) 6/4
Пористость (%) 67–70
Наружный / внутренний диаметр (мм) 26/8

Таблица 6.

Основные конструктивные параметры ЛТД.

4.4. Определение эффективности охлаждения тепловой трубы контура

Определение эффективности охлаждения LHP было выполнено на экспериментальном измерительном блоке, который показан на рисунке 15. Фиксированный IGBT на испарителе LHP был нагружен электроэнергией. Тепло, выделяемое IGBT на испарителе LHP, отводилось рабочей жидкостью в конденсатор LHP. Конденсатор ЛТД выполнен в виде трубчатого теплообменника, а охлаждающий контур теплообменника регулировался термостатом при постоянной температуре 20 ° C.Суть определения эффективности охлаждения LHP заключается в измерении температуры IGBT с постепенным увеличением нагруженного тепла IGBT с шагом 50 Вт от 100 Вт до тех пор, пока IGBT не достигнет допустимой температуры 100 ° C. Температура IGBT измерялась термопарой, вставленной под IGBT. Для лучшего отвода тепла на соединение между IGBT и алюминиевым блоком и между алюминиевым блоком и испарителем была нанесена теплопроводная паста.

Сначала были проведены измерения влияния количества рабочей жидкости на эффективность охлаждения ЛТД.Исследованы четыре количества 40, 50, 60, 80% от общего объема LHP в LHP с рабочей жидкостью вода. На рисунке 16 показано влияние количества рабочей жидкости в зависимости от эффективности охлаждения LHP водой с рабочей жидкостью в зависимости от нагруженного тепла. Видно, что LHP с объемом рабочего тела составляет 60%, а наилучшее рабочее LHP находится в диапазоне 150–350 Вт.

Рисунок 16.

Влияние количества рабочего тела на работу LHP.

Далее было выполнено измерение влияния фитильных структур на способность LHP отводить тепло от IGBT.Измерение проводилось на LHP с рабочей жидкостью воды в количестве 60% от общего объема LHP. На рисунке 17 показаны результаты влияния структуры фитиля на эффективность охлаждения LHP в зависимости от нагруженного тепла. Было проведено сравнение двух фитильных структур, изготовленных из порошка Cu с размером зерна 50 мкм и 100 мкм, и двух фитильных структур, изготовленных из порошка Ni с размером зерна 20 мкм и 10 мкм.

Рис. 17.

Влияние структуры фитиля на эффективность охлаждения ЛТД водой с рабочей жидкостью в зависимости от нагруженного тепла.

Сравнивая результаты зависимости температуры от входной мощности IGBT, охлаждаемого LHP, с вариантами структуры спеченного фитиля, LHP со структурой никелевого фитиля не показывает столь хороших свойств отвода тепла, как LHP со структурой медного фитиля. Сравнивая температурные кривые LHP со структурой первого фитиля (изготовленный из порошка Cu 50 мкм) и LHP со структурой второго фитиля (из порошка Cu 100 мкм), видно, что оба LHP имеют почти одинаковые результаты при тепловой нагрузке более до 200 Вт.При более высокой входной мощности, чем 200 Вт, загруженной на IGBT, видно, что LHP с первой структурой не отводил тепло от IGBT, а температура IGBT превышала 100 ° C. LHP со второй структурой фитиля может охлаждать IGBT при температуре 100 ° C до входной мощности IGBT 450 Вт. Сравнение температурных кривых LHP со структурой третьего фитиля (изготовленный из порошка Ni 10 мкм) и LHP со структурой четвертого фитиля (изготовленный из порошка Ni 20 мкм) видно, что температура IGBT, охлаждаемого LHP с третьей структурой, быстро увеличивается уже при входной мощности 150 Вт.LHP с четвертой фитильной структурой может охлаждать IGBT при температуре 100 ° C до входной мощности IGBT 250 Вт.

В-третьих, измерение воздействия рабочей жидкости в LHP с фитильной структурой из порошка Cu 100 мкм и 50 мкм и Выполнено 60% общего объема LHP с возможностью отвода тепла от IGBT. На рисунке 18 показан результат влияния рабочего тела на эффективность охлаждения ЛТД в зависимости от нагруженного тепла. Этот эксперимент показывает, что LHP с рабочей жидкостью ацетон лучше отводит тепло от IGBT при более низкой тепловой нагрузке в диапазоне 100–300 Вт.При более высоких тепловых нагрузках лучше работает ЛТД с рабочей жидкостью вода.

Рис. 18.

Влияние рабочей жидкости на эффективность охлаждения LHP с фитильной структурой из порошка Cu 100 мкм и 50 мкм в зависимости от нагруженного тепла.

5. Эксперименты с тепловыми трубками

Следующие эксперименты проводились в рамках научных исследований пористых фитильных тепловых труб, в которых исследуется способность теплопередачи в зависимости от структуры фитиля и рабочего тела. Популярность тепловых трубок с пористым фитилем и отсутствие экспериментов с ними стали причиной проведения эксперимента, посвященного тепловым трубам со спеченными фитильными конструкциями из медных порошков.В этом разделе описывается процесс производства фитильных тепловых трубок, экспериментальное измерение теплопередающей способности тепловой трубки и математический расчет ограничения теплопередачи тепловых труб.

5.1. Процессы производства тепловых труб

Основными требованиями к производству тепловых трубок являются высокая чистота материала отдельных деталей и рабочего тела, а также их взаимная совместимость.

Основа конструкции тепловой трубы — тело трубы и рабочая жидкость.Производство тепловой трубы в первую очередь заключается в выборе подходящего материала трубы и рабочей жидкости. Рабочая жидкость выбирается в соответствии с температурными условиями, в которых будет использоваться тепловая трубка, поскольку тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, зависит от материала трубы, рабочей жидкости и их взаимной совместимости. Важной частью фитильной тепловой трубы является фитильная структура, которая также оказывает большое влияние на количество передаваемого теплового потока.

Основными компонентами тепловой трубы являются:

  • Тело трубы (контейнер)

  • Рабочая жидкость

  • Фитильная структура

  • Заглушки

  • Напорная труба

    Подводящая труба

    Корпус может иметь любое поперечное сечение, например круглое или квадратное, может включать монтажные фланцы для облегчения сборки и может быть изогнут в различных формах.Структура фитиля может быть образована канавками, выдавленными в теле трубы, или сеткой с мелкими ячейками, пористым материалом и артерией, вставленными в тело тепловой трубы [35]. На рисунке 19 показана схема конструкции фитильной тепловой трубы.

    Рисунок 19.

    Схема конструкции фитильной тепловой трубы.

    Самая распространенная форма тепловой трубы — цилиндрическая, потому что помимо легкодоступного продукта (широкий ассортимент материала и размеры поперечного сечения трубы) она дает определенные преимущества также с точки зрения прочности и термомеханических параметров.Преимущество производства тепловой трубы цилиндрической формы заключается в простоте обращения с цилиндрическим материалом. На практике также используются тепловые трубы с плоским прямоугольным, треугольным или другим сечением. Наиболее распространенные тепловые трубки изготавливаются с внутренним диаметром 8–25 мм и внутренним диаметром 2–5 мм — так называемые микротепловые трубки. Процесс производства тепловой трубы можно разделить на несколько подпроцессов, включающих механическую и химическую обработку материалов.

    Технологический процесс цикла изготовления тепловых труб:

    • Изготовление корпусов и заглушек.

    • Изготовление фитилей.

    • Очистка компонентов.

    • Закрытие торцевых заглушек герметичными соединениями (сварка, пайка).

    • Механическая проверка прочности и герметичности корпуса.

    • Вакуумирование внутреннего пространства и заполнение рабочей жидкостью.

    • Герметизация наливной трубы (сварка, пайка).

    Перед изготовлением тепловых трубок необходимо тщательно очистить все компоненты тепловой трубки, чтобы избежать любого нежелательного воздействия, которое в конечном итоге может повлиять на снижение теплопередающей способности.В процессе очистки сначала вручную удаляются механические загрязнения и ржавчина с корпуса трубы, а затем следует химическая очистка корпуса, фитиля, торцевых крышек и наливной трубы [36].

    5.1.1. Механическая часть производства тепловой трубы

    В механической части производства сначала подготавливаются отдельные компоненты тепловой трубы: корпус, наполняющая труба, конструкция фитиля и торцевые крышки. Затем все компоненты соединяются сваркой или пайкой.В случае изготовления фитильных тепловых труб, фитильная конструкция помещается во внутреннее пространство корпуса перед закрытием тепловой трубки. Замыкание тепловой трубки — это соединение корпуса с торцевыми заглушками. На рисунке 20 показаны стандартные типы закрытия тепловой трубы торцевыми заглушками. Заправочная труба соединяется с одной из торцевых крышек за счет вакуумирования внутреннего пространства. После вакуумирования тепловая трубка заполняется рабочей жидкостью, заливная трубка прижимается, а после отключения от вакуумного насоса наливная трубка запаивается пайкой.

    Рисунок 20.

    Типы закрытия тепловой трубы торцевыми заглушками.

    5.1.2. Химическая часть производства тепловой трубы

    В химической части производства сначала удаляются механические загрязнения и ржавчина с корпуса тепловой трубы. Затем следует влажная очистка компонентов тепловой трубы, включая очистку растворами, кислотами и щелочными кислотами, которые точно определены для каждого типа материала. Ультразвуковая очистка, вакуумирование, дегазация и пассивация — это процессы, которые гарантируют высокую чистоту материала тепловых трубок и, таким образом, способствуют длительной безотказной работе.Как правило, очистка позволяет достичь двух важных целей. Первая цель — обеспечить хорошее смачивание материала тепловой трубки при работе. Вторая цель — удалить все частицы грязи, поскольку наличие примесей в твердой, жидкой или газообразной форме может отрицательно сказаться на способности теплопередачи тепловой трубы. Мелкие частицы могут препятствовать образованию капиллярного давления в структуре фитиля. Смазка для машинной обработки или смазка для рук может снизить смачиваемость фитиля. Оксиды, образующиеся на стенках фитильной конструкции, также могут снижать способность рабочей жидкости смачивать поверхность.Также настоятельно рекомендуется использовать ультразвуковой очиститель для очистки материала тепловых трубок, так как ультразвук разрушает загрязнения, прочно абсорбированные на поверхности металлических частиц, которые невозможно удалить никаким другим способом. Очистка тепловой трубки повторяется непосредственно перед заливкой рабочей жидкостью, после соединения корпуса с торцевыми заглушками и наливной трубкой. После очистки трубка дегазируется путем нагрева до более высокой температуры и вакуумирования салона. В случае фитильной тепловой трубы необходимо удалить оксидные слои с фитильной конструкции путем химической очистки (например,г., растворители).

    5.1.3. Заполнение тепловой трубки рабочей жидкостью

    Рабочая жидкость, добавляемая в тепловую трубку, должна быть полностью чистой, без механических примесей и газов, поскольку их следовые остатки также могут вступать в реакцию с материалом корпуса тепловой трубки и образовывать нежелательные элементы. Чистые вещества без проблем можно приобрести в специальных магазинах химии. Однако даже в чистых жидкостях и твердых телах может присутствовать несжимаемый газ. Эти газы можно удалить, повторяя циклы замораживания и оттаивания.Рабочая жидкость в бутыли может замерзнуть жидким азотом или сухим льдом.

    Процесс заливки каждого типа рабочей жидкости происходит при других условиях. Характеристика процесса розлива зависит от состояния рабочей жидкости при температуре окружающей среды. Если рабочая жидкость находится в газообразном состоянии (криогенном) комнатной температуры, заправка может производиться через газовый баллон высокого качества. Заполнение и закрытие жидкометаллических тепловых труб целесообразно производить в вакуумной камере [37].

    Заполнение низкотемпературных тепловых трубок может производиться при комнатной температуре без использования какой-либо защитной атмосферы. Перед заполнением тепловой трубки рекомендуется отсосать из нее воздух, чтобы обеспечить удаление нежелательных компонентов, содержащихся в материалах, которые позже могут быть показаны как неконденсирующиеся компоненты. Кроме того, под давлением рабочая жидкость естественным образом попадает в тепловую трубу, и таким образом достигается состояние равновесия чистой паровой и жидкой фаз при более низком давлении, чем атмосферное [38].

    5.2. Производство тепловых труб

    Хотя изготовление пористой фитильной структуры наиболее сложно из всех типов фитильных структур, она является одной из трех наиболее часто используемых фитильных структур в тепловой трубке, поскольку она способна создавать большое капиллярное давление, которое позволяет тепловая трубка для передачи высокого теплового потока в антигравитационном положении. Один из методов создания пористой фитильной структуры заключается в спекании медного порошка, равномерно насыпанного вокруг соосно центрированной стальной оправки, расположенной внутри медной трубы, при температуре, близкой к плавлению порошкового материала в высокотемпературной электропечи.Путем спекания медных порошков можно получить фитильную структуру с высокой теплопроводностью, высокой пористостью фитиля, малым радиусом капилляра и высокой проницаемостью фитиля, которые являются основными характеристиками фитильной структуры, обеспечивающей снабжение испарителя конденсированной жидкостью. Высокая теплопроводность меди гарантирует, что фитильная структура не будет иметь высокого теплового сопротивления, что также является одним из ожидаемых свойств фитильной конструкции. Формирование подходящей пористой структуры путем спекания металлического порошка зависит, помимо температуры спекания, как от времени спекания, так и от размера зерен порошка.Для получения пористой структуры спекания используются медные порошки с размером частиц 30–100 мкм или медные волокна длиной 2–3 мм и диаметром 20–100 мкм.

    Самая важная часть тепловой трубы — это фитильная конструкция. Этот эксперимент относится к тепловым трубкам со структурой спеченного фитиля, изготовленным из медного порошка с зернистостью 100, 63 и 35 мкм путем спекания в высокотермической электрической печи с использованием порошковой металлургии. Путем спекания медного порошка на внутренней стенке контейнера с тепловой трубкой: 1.Созданы фитильные конструкции толщиной 5 мм. Процесс спекания фитильной структуры составлял ок. при температуре 1000 ° С и времени 30 мин. Поскольку размер пор фитильной структуры зависит от размера зерен медного порошка, спекание медного порошка с различным размером зерна создает фитильную структуру с различным размером пор. Общая длина тепловых трубок 0,5 м.

    На рисунке 21 показаны медные порошки, а на рисунке 22 — изготовленная пористая фитильная структура.

    Рисунок 21.

    Порошки меди (35, 63 и 100 мкм).

    Рис. 22.

    Спеченные пористые фитильные структуры.

    Другая важная часть конструкции тепловой трубы зависит от факторов, связанных со свойствами рабочей жидкости. Рабочая жидкость должна иметь хорошую термическую стабильность по отношению к определенной рабочей температуре и давлению. Наиболее важными требованиями, которые должна иметь рабочая жидкость, являются следующие: совместимость с капиллярной системой и материалом трубы, высокая термическая стабильность, высокая степень нагрева, высокая теплопроводность, низкая вязкость жидкой и паровой фазы, высокая поверхностное натяжение и допустимая температура замерзания.Для этого эксперимента в качестве рабочей жидкости были выбраны вода и этанол.

    Количество рабочей жидкости в тепловых трубках — это другая алхимия производства тепловых трубок. Есть несколько рекомендаций по количеству рабочей жидкости в тепловой трубке. Недостаток рабочей жидкости может привести к высыханию испарительной части тепловой трубы. Избыток рабочей жидкости может привести к закупорке конденсирующей части тепловой трубы. Одна из рекомендаций относительно количества рабочей жидкости в тепловой трубе состоит в том, что рабочая жидкость должна заполнять не менее 50% испарительной части тепловой трубы.В целом количество рабочего тела определяется в пределах 15–30% от общего объема тепловых трубок [35]. В этом эксперименте тепловые трубы были заполнены рабочей жидкостью на 20% от общего объема тепловых трубок.

    И, наконец, процесс вакуумирования, заполнения и закрытия тепловой трубки — другая важная часть производства тепловых трубок. Есть несколько методов, как выполнить этот процесс. Каждый из этих методов имеет точный план процессов заполнения и вакуумирования. На рисунке 23 показана схема процесса заполнения и вакуумирования, используемого при производстве тепловых трубок.Через соединительную капиллярную трубку шприцем в трубу вводилась рабочая жидкость. Контейнер с тепловой трубкой с рабочим телом был подключен к вакуумной системе и с помощью вакуумного насоса отсасывался воздух из контейнера с тепловой трубой. Перед подключением трубы к вакуумной системе рабочая жидкость охлаждалась путем погружения трубы в охлаждающую среду, так как во время вакуумирования трубы происходит падение давления, которое может вызвать испарение рабочей жидкости. В качестве охлаждающей среды можно использовать сухой лед или жидкий азот.После вакуумирования подсоединенную капиллярную трубку сжимали, отсоединяли от системы вакуумирования и припаивали свободный конец.

    Рисунок 23.

    Схема процесса заполнения и вакуумирования тепловых трубок.

    5.3. Способность теплопередачи тепловой трубы

    Основная цель экспериментов — определение влияния пористой структуры фитиля на величину тепловых характеристик, передаваемых тепловой трубой. Для определения количества тепловых характеристик, передаваемых тепловой трубой, был предложен измерительный блок, состоящий из измерительного прибора (термостат, регистратор данных, ультразвуковой расходомер, источник питания), показанного на рисунке 24.Испарительная секция тепловой трубы электрически нагревалась путем подключения к лабораторному источнику питания. Конденсационная секция тепловой трубы помещается в теплообменник, где переданное тепло от испарителя рассеивается. Тепло, передаваемое тепловой трубкой, оценивается калориметрическим методом, исходя из калориметрического уравнения, где в теплообменнике протекают известные массовый расход, удельная теплоемкость, температура охлаждающей среды на входе и выходе.

    Рисунок 24.

    Схема измерительного блока.

    Q = m..c.ΔtE15

    Δt = t2 − t1E16

    где Δt [° C] — перепад температур, t 1 [° C] — входная температура, t 2 [° C] — температура на выходе, ṁ [Дж · кг −1 K −1 ] — массовый расход жидкости; c [Дж · кг · с −1 ] — удельные теплоемкости жидкости.

    На рисунке 25 показаны результаты экспериментального определения влияния пористой фитильной структуры и рабочей жидкости на теплопередающую способность тепловой трубы при горизонтальном положении и источнике тепла 80 ° C.Видно, что тепловая труба с рабочей жидкостью вода способна передавать самые высокие тепловые характеристики в диапазоне 150–200 Вт. Лучшая рабочая фитильная структура в водяной тепловой трубке — это пористая фитильная структура, изготовленная из порошка меди с размером зерна 63 мкм. С другой стороны, пористая структура фитиля из порошка меди с размером зерна 35 мкм лучше подходит для тепловых трубок с рабочими жидкостями, такими как ацетон и этанол, которые способны передавать тепловые характеристики около 120 Вт. Эксперимент не показал лучших результатов. одна пористая фитильная структура для выбранных рабочих жидкостей, поскольку каждая пористая структура имеет разную пористость и размер пор, которые зависят от производственного процесса, и каждая рабочая жидкость имеет разные физические свойства.Не существовало только одной лучшей тепловой трубки с лучшей фитильной структурой или лучшей рабочей жидкостью, потому что каждая тепловая трубка с различным сочетанием пористой структуры и рабочей жидкости уникальна из-за своих различных свойств.

    Рис. 25.

    Влияние структуры фитиля на способность теплопередачи тепловой трубы у источника тепла 80 ° C.

    На рисунке 26 показано влияние рабочего положения на теплопередающую способность фитильных тепловых трубок с различными пористыми фитильными структурами.Рабочее положение тепловой трубки можно разделить на три зоны. Зона положительного гравитационного воздействия представлена ​​углом наклона от вертикального положения 0–75 °, зона действия невесомости (горизонтальное положение) представлена ​​углом наклона от вертикального положения 90 °, а зона отрицательного гравитационного воздействия представлена ​​углом наклона от вертикального положения. вертикальное положение 105–180 °. Видно, что вся фитильная тепловая трубка имеет хорошую способность теплопередачи во всех зонах. Лучше всего работающая фитильная тепловая трубка в зоне положительного и невесомого воздействия — тепловая трубка с фитильной структурой, изготовленной из порошка меди 63 мкм.Лучшая рабочая тепловая трубка в зоне отрицательного гравитационного воздействия — это фитильная тепловая трубка с фитильной структурой из медного порошка 100 мкм.

    Рисунок 26.

    Зависимость тепловых характеристик от рабочего положения фитильных тепловых трубок с различными фитильными конструкциями.

    5.4. Расчет ограничения теплопередачи тепловой трубы

    Поток тепла, передаваемый через тепловую трубу, в основном зависит от разницы температур и соответствующих тепловых сопротивлений. На реальную передаваемую теплоту влияют гидродинамические и тепловые процессы, происходящие в тепловой трубе при различных условиях эксплуатации.Тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, может достигать предельных значений, которые зависят от этих процессов. Существует пять известных ограничений, которые ограничивают общую теплопередачу в различных частях тепловой трубы в зависимости от рабочей температуры. На рисунке 27 показана идеальная модель всех ограничений теплопередачи, которые определяют область максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубой, в зависимости от рабочей температуры [4].

    Рис. 27.

    Ограничения теплопередачи тепловой трубы с водяным фитилем со структурой из спеченного фитиля (внутренний диаметр тепловой трубы 20 мм, общая длина 2 м, осевая ориентация 90 °, диаметр сферы из медного порошка 0.85 мм, пористость 0,55, ширина фитильной структуры 6 мм).

    Математическая модель состоит из расчета ограничений теплопередачи тепловой трубы. Ограничения теплопередачи тепловой трубы зависят от рабочей жидкости, конструкции фитиля, размеров тепловой трубы и рабочей температуры тепловой трубы. Каждое ограничение теплопередачи выражает часть общего теплового потока тепловой трубы, на которую влияют гидродинамические и тепловые процессы, происходящие в тепловой трубе. Каждое из ограничений существует по отдельности, и вместе они не влияют на себя.Для разработки математической модели для расчета теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, необходимо знать основные и производные параметры тепловой трубы и ее фитильную структуру, а также физические свойства жидкой и паровой фазы рабочего тела.

    5.4.1. Капиллярное ограничение

    Капиллярное ограничение включает ограничение, которое влияет на работу фитильной тепловой трубы, которое возникает из-за капиллярного давления, действующего на конденсированную рабочую жидкость в капиллярной структуре. При контакте жидкости с поверхностью фитильной конструкции создается капиллярное давление.Это заставляет жидкую фазу рабочего тела течь из конденсатора в испаритель. Уменьшение пор в капиллярной структуре увеличивает капиллярное давление, а также гидравлическое сопротивление. Капиллярный предел возникает, когда капиллярные силы на границе раздела жидкой и паровой фаз в секции испарителя и конденсатора тепловой трубы недостаточно велики, чтобы преодолеть потери давления, вызванные трением. Если капиллярное давление в тепловой трубке во время работы оказывается недостаточным для обеспечения необходимого потока конденсата из конденсатора в испаритель, капиллярная структура в испарителе осушается и, таким образом, дальнейшее испарение рабочего вещества прекращается.В общем случае капиллярный предел — это основной предел, который влияет на характеристики тепловой трубы и выражается соотношением [39].

    E17

    где A w — площадь поперечного сечения фитиля (м 2 ), K — проницаемость фитиля (м 2 ), μ l — вязкость жидкости (Н · с / м 2 ), ρ l — плотность жидкости (кг / м 3 ), g — ускорение свободного падения (9,8 м / с 2 ), r eff — радиус капилляра фитиля в испарителе (м), а l t — общая длина трубы (м) [7].

    Кроме того, если тепловая труба работает правильно, максимальное капиллярное давление должно быть больше, чем общая потеря давления в тепловой трубке, и это выражается соотношением

    ΔPcmax≥ΔPtotE18

    Максимальное капиллярное давление ΔP c , разработанная в фитильной структуре тепловой трубы, определяется уравнением Лапласа-Юнга.

    E19

    где r eff — эффективный радиус пор фитильной структуры, а θ — угол смачивания жидкой фазы рабочей жидкости в фитильной структуре, где θ = 0 ° — наилучший краевой угол смачивания [4] .

    5.4.2. Ограничение вязкости

    Когда тепловая трубка работает при низких рабочих температурах, давление насыщенного пара может быть очень небольшим и иметь тот же диапазон, что и требуемый перепад давления, необходимый для прохождения пара от испарителя к конденсатору тепловой трубки. Это приводит к условию, выраженному пределом вязкости относительно баланса давления пара и вязких сил в капиллярной структуре в низкоскоростном потоке пара. Наиболее частые случаи превышения границы вязкостного предела возникают, когда тепловая труба работает при температуре, близкой к температуре застывания рабочего тела.При этом испарения рабочего тела в испарителе и передачи тепла в виде потока пара через адиабатический участок в конденсатор тепловой трубы не происходило. Предполагается, что пар представляет собой изотермический идеальный газ, давление водяного пара на конце конденсатора равно нулю, что обеспечивает абсолютный предел давления в конденсаторе. Предел вязкости называется условием течения паровой фазы при низкой скорости и выражается соотношением

    E20

    , где l v — скрытая теплота парообразования (Дж / кг), r v — это радиус поперечного сечения парового ядра (м), l eff — эффективная длина тепловой трубы (м), μ v — вязкость пара в испарителе (Н · с / м 2 ), P v (Па) — давление пара, а ρ v (кг / м 3 ) — плотность на конце испарителя с тепловой трубкой [4].

    В случаях, когда предел вязкости достигается для многих условий, давление в конденсаторе не может быть нулевым. Тогда применяется следующее выражение:

    E21

    где P v, c — давление пара в конденсаторе [40].

    5.4.3. Звуковое ограничение

    Звуковое ограничение характеризует состояние, в котором скорость потока испаренного пара на выходе из испарителя достигает скорости звука. Как правило, это явление происходит в начале работы тепловой трубы при низком давлении пара рабочего тела.Предполагая, что пар рабочей жидкости является идеальным газом и поток пара со скоростью звука по всему поперечному сечению тепловой трубы является однородным, звуковой предел определяется соотношением (22). Звуковой предел не зависит от ориентации тепловой трубы и типа тепловой трубы, и та же формула применяется для гравитационной и фитильной тепловой трубы. Самым сложным при определении звукового предела является определение величин плотности пара и давления на входе в конденсатор [41].

    E22

    где ρ v (кг / м 3 ) — плотность пара, P v (Па) — давление на конце испарителя с тепловой трубой, а A v — поперечное сечение площадь парового ядра ( 2 м).

    Звуковой предел в основном связан с запуском жидкометаллической тепловой трубы или низкотемпературной работой тепловой трубы из-за очень низкой плотности пара, которая возникает в этих случаях. Для низких или криогенных температур звуковой предел не является типичным фактором, за исключением тепловых труб с очень маленьким диаметром паровых каналов.Звуковое ограничение называется верхним пределом осевой теплопередачи и не обязательно приводит к высыханию фитильной конструкции в испарителе с тепловой трубкой или к полному отказу тепловой трубы [4].

    5.4.4. Ограничение увлечения

    Увеличение теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, также увеличивает скорость потока пара рабочей жидкости, что приводит к более выраженному взаимодействию паровой и жидкой фаз внутри тепловой трубки. Межфазная поверхность становится нестабильной, и сила вязкости на поверхности жидкости преодолевает силы поверхностного натяжения.Сначала на поверхности жидкой фазы создаются волны, с которых постепенно отрываются капли. При определенной скорости потока пара происходит прерывание потока жидкости в испарительную секцию. Конденсаторная секция тепловой трубы переполнена паровой и жидкой фазой, а испаритель перегревается из-за нехватки рабочей жидкости. Предельное значение теплового потока, когда конденсатор тепловой трубы переполнен паром и жидкостью, соответствует пределу взаимодействия [42]. Ограничение уноса фитильной тепловой трубки связано с состоянием, когда пар течет против потока жидкости в фитильной структуре, что может привести к недостаточному потоку жидкости в фитильной конструкции [43].Ограничение уноса фитильной тепловой трубки выражается соотношением:

    E23

    , где r c, ave — средний радиус капилляра фитильной структуры, и во многих случаях он приближается к r eff и σ l — поверхностное натяжение жидкости (Н / м) [4].

    5.4.5. Ограничение кипения

    При нагревании поверхности стенки тепловой трубы слоем жидкости на границе насыщения могут возникнуть три основных режима теплопередачи.При небольшом перепаде температур нагреваемой поверхности и межфазной поверхности жидкости происходит естественная конвекция и испарение с поверхности жидкости. При увеличении перепада температур происходит пузырьковое кипение и постепенный переход в пленочное кипение. В тепловой трубе происходит поверхностное испарение при низких плотностях теплового потока и пузырьковое кипение при более высоких плотностях. Хотя интенсивность теплопередачи является наибольшей при пузырьковом кипении, для большинства типов фитильных тепловых труб пузырьковое кипение нежелательно, поскольку оно препятствует впитыванию жидкости в структуру фитиля.С другой стороны, в тепловой трубе с рифленой капиллярной структурой предпочтительна гравитационная тепловая труба с пузырьковым кипением [44]. Тепловой поток, при котором пузырьковое кипение происходит в фитильных тепловых трубках, а пленочное кипение происходит в гравитационной тепловой трубке, называется пределом кипения. Гравитационная тепловая трубка выражается соотношением [45]:

    Qb = 0,16.Av.lvσl.g.ρv2ρl − ρv4E24

    Определение предела кипения фитильной тепловой трубки проблематично, потому что это зависит от ряд технологических и эксплуатационных режимов.Наиболее надежное определение предела кипения — экспериментальное определение для конкретной конструкции фитиля и рабочего тела. Приблизительное определение ограничения кипения фитильной тепловой трубки выражается соотношением [46]

    E25

    , где λ eff — эффективная теплопроводность фитильной конструкции, которая складывается из теплопроводности фитиля и теплопроводности рабочей жидкости. проводимость (Вт / м · К), T v — температура паронасыщения (K), r v — радиус паровой сердцевины, r i — внутренний радиус контейнера (м), r n — радиус зарождения пузырька в диапазоне от 0.От 1 до 25,0 мкм для обычных металлических контейнеров с тепловыми трубками [4].

    5.4.6. Параметры тепловой трубы

    Для расчета ограничений теплопередачи тепловой трубы необходимо знать теплофизические свойства рабочей жидкости в тепловой трубе, основные параметры тепловой трубы, теплопроводность материала тепловой трубы, рабочую температуру тепловой трубы, осевую ориентацию тепловой трубы. , и другие параметры тепловой трубы, рассчитанные на основе основных параметров тепловой трубы.

    lt = le + lad + lcE26

    leff = 0.5le + lc + ladE27

    Av = πrv2E28

    Aw = πri2 − ri − h3E29

    где l t — общая длина тепловой трубы [м], l e — длина испарения тепловой трубы [м], l ad адиабатическая длина тепловой трубы [м], l c — длина конденсации тепловой трубы [м], l eff — эффективная длина тепловой трубы [м], A v — площадь поперечного сечения паровой сердцевины [м 2 ], A w — площадь поперечного сечения фитиля [м 2 ], r v — радиус поперечного сечения паровой сердцевины [м], r i — внутренний радиус контейнера [м], h — ширина фитильной конструкции [м].

    Другими параметрами, необходимыми для расчета ограничений теплопередачи по тепловым трубам, являются основные параметры структуры спеченного фитиля и другие параметры, рассчитанные на основе основных параметров структуры фитиля.

    reff = 0,21 · dsE30

    K = d2.ε3150.1 − ε2E31

    λeff = λl2.λl + λm − 2,1 − ε.λl − λm2.λl + λm + 1 − ε.λl − λmE32

    где K — проницаемость [м 2 ], d — диаметр сферы [м], ε — пористость [-], r eff — эффективный радиус фитильной структуры [м], λ eff — эффективная теплопроводность, λ l — теплопроводность рабочей жидкости, λ м — теплопроводность материала фитиля [47].

    5.5. Верификация математической модели

    Математическая модель была создана в соответствии с приведенными выше уравнениями ограничений и параметрами входной тепловой трубы. Результатом математической модели являются графические зависимости ограничений теплопередачи от рабочей температуры тепловой трубы. Результаты математической модели ограничений теплопереноса для конкретных типов тепловых труб были сопоставлены с результатами измерения характеристик тепловых труб при температурах 50 ° C и 70 ° C. На рисунке 28 представлены графические результаты сравнения ограничений теплопередачи, определяющих общую производительность тепловой трубы из математической модели, с измеренными характеристиками тепловой трубы с фитилем этанола со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0.Показаны 1 мм. Пунктирная линия обозначает границу производительности тепловой трубки за счет капиллярного ограничения, а пунктирная линия — ограничение кипения. Полная линия представляет собой результаты измерений тепловых характеристик тепловых трубок при температуре 50 ° C и 70 ° C. Рисунок 29 подтверждает верификацию математической модели, где видно, что измеренные значения передаваемого теплового потока тепловой трубкой со структурой спеченного фитиля при температурах 50 ° C и 70 ° C находятся примерно в той же области, что и расчетные значения капиллярное ограничение математической моделью.На рисунках 28 и 29 видно, что пунктирная линия и полная линия находятся примерно в одной и той же области при температурах 50 ° C и 70 ° C.

    Рисунок 28.

    Верификация математической модели путем измерения характеристик тепловой трубы (тепловая трубка с фитилем этанола со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0,1 мм и осевой ориентацией тепловой трубки ψ 180 °).

    Рисунок 29.

    Верификация математической модели путем измерения характеристик тепловой трубы (водяной фитиль, тепловая труба со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0.63 мм осевая ориентация тепловой трубы ψ 180 °).

    5.6. Результаты математической модели

    Результатами расчета тепловой трубы являются некоторые интересные графики максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, в зависимости от параметров конструкции фитиля. Его можно использовать при оптимизации конструкции фитиля тепловой трубы. Кривые представляют область максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, в зависимости от рабочей температуры.

    Следующие графические зависимости рабочих характеристик тепловой трубы созданы на основе математической модели фитильной тепловой трубы для этанола со структурой спеченного фитиля и различной пористостью, диаметром сферы медного порошка и шириной структуры фитиля.На рисунке 30 показано влияние пористости на характеристики тепловой трубы. Пористость фитильной структуры может измениться путем добавления некоторых добавок в спеченную технологию. Отчетливо виден рост производительности тепловых трубок с увеличением пористости фитильной структуры. Тепловая труба с более высокой проницаемостью фитильной конструкции может передавать больший тепловой поток. Но с увеличением проницаемости фитильной конструкции может происходить увлечение потока жидкости в испаритель потоком пара. Это может вызвать высыхание испарительной секции тепловой трубы и снизить общую производительность тепловой трубы.

    Рис. 30.

    Зависимость характеристик тепловой трубы от пористости фитильной структуры спеченной фитильной тепловой трубы.

    На рисунке 31 показано влияние медного порошка диаметром сферы на структуру спеченного фитиля. Использование медного порошка большего диаметра для спекания позволяет создать фитильную структуру с более высокой пористостью. Можно сказать, что увеличение пористости прямо пропорционально размеру сферы медного порошка, и для создания фитильных структур с большей пористостью добавление добавок в спеченную технологию не требуется.В этом случае наблюдается увеличение производительности тепловой трубки при использовании большего размера сферы из медного порошка.

    Рис. 31.

    Зависимость характеристик тепловой трубы от диаметра сферы медного порошка в спеченной фитильной тепловой трубе.

    На Рисунке 32 показано влияние ширины структуры фитиля на характеристики тепловой трубы. Ширина конструкции фитиля является важным фактором, влияющим на характеристики тепловой трубы. Видно, что характеристики тепловой трубы возрастают с увеличением толщины структуры фитиля в диапазоне рабочих температур от -30 до 60 ° C.Капиллярное ограничение является основным ограничением для этой области. С другой стороны, увеличение толщины фитильной структуры снижает производительность тепловой трубы в диапазоне рабочих температур 80–130 ° C. Это может быть вызвано зарождением пузырьков в структуре фитиля, когда возвращающаяся жидкость из секции конденсатора в секцию испарителя тепловой трубы испаряется. В этом случае главное ограничение — ограничение кипения.

    Рис. 32.

    Зависимость характеристик тепловой трубы от ширины фитильной конструкции тепловой трубы из спеченного фитиля.

    6. Заключение

    Эксперименты, проведенные с тепловыми трубками в данной работе, позволяют сделать несколько выводов о влиянии пористых фитильных структур на их способность к теплопередаче, где пористость и размер пор играют основную роль. Экспериментальное влияние технологии изготовления на пористость фитильной структуры показывает, что время спекания и температура металлических порошков не влияют на пористость фитильной структуры. Другой вывод о влиянии технологии производства на пористую структуру фитиля при спекании металлических порошков заключается в том, что основными факторами, влияющими на размер пор структуры фитиля, являются размер зерна, температура спекания и не столько время спекания.

    Эксперименты по влиянию количества рабочего тела, вида фитильной структуры и рабочего тела на теплопередающую способность петлевой тепловой трубы показывают, что оптимальное количество рабочего тела в LHP находится в диапазоне 50-60%. Принимая во внимание влияние фитильной структуры на работу LHP, можно сделать вывод, что пористость и размер пор фитильной структуры влияют на способность теплопередачи, когда LHP с пористой структурой с пористостью 50% лучше влияет на отвод тепла от IGBT, чем 70%, и LHP с пористой структурой с большим размером пор лучше влияет на отвод тепла от IGBT, чем с меньшим размером пор.Как правило, самый маленький размер пор может вызвать низкое капиллярное давление в структурах из спеченного фитиля по сравнению с общим давлением во всей системе LHP. Экспериментальное влияние рабочего тела на теплопередачу ЛТД показывает, что ЛТД с рабочей жидкостью ацетон лучше отводит тепло от БТИЗ при меньшей тепловой нагрузке в диапазоне 100–300 Вт, а НТД с рабочей жидкостью водой лучше работает при более высоких тепловых нагрузках LHP до 450 Вт.

    Эксперименты по влиянию фитильной структуры и рабочего тела на теплопередающую способность тепловой трубы не показали наилучшего сочетания пористой фитильной структуры и рабочего тела.Этот эксперимент показывает, что тепловые трубки с пористой фитильной структурой способны передавать тепло в диапазоне 100–200 Вт в горизонтальном положении. Это зависит от параметров конструкции фитиля и типа рабочей жидкости, потому что каждая тепловая трубка с различным сочетанием этих факторов уникальна благодаря своим различным свойствам.

    Математический расчет ограничений теплопередачи по тепловой трубе показывает, что критическими ограничениями, влияющими на способность теплопередачи фитильной тепловой трубы, являются ограничение уноса, капиллярное ограничение и ограничение кипения.Эти ограничения зависят от теплофизических свойств, параметров фитиля и тепловой трубы. Теплофизические свойства каждого рабочего тела стабильны в температурном диапазоне и не могут изменяться. Изменение размеров фитильной конструкции позволяет оптимизировать общий тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, поскольку капиллярное давление, создаваемое в фитильной конструкции, в основном зависит от проницаемости фитильной конструкции. При проектировании фитильной конструкции необходимо соблюдать осторожность, поскольку увеличение размера пор увеличивает проницаемость, но снижает капиллярное давление, которое управляет циркуляцией рабочей жидкости в тепловой трубе.Следовательно, капиллярное ограничение является основным ограничением теплопередачи в фитильной тепловой трубке.

    Термостатические радиаторные клапаны в системах парового отопления

    Существующий уровень и характер перегрева

    Если существующая средняя температура помещения выше 72 ° F, но не чрезмерно, это уменьшит (но не исключит) возможность модернизации TRV для снижения потребности в обогреве всего здания по сравнению со зданиями, где существующая средняя температура обогрева помещения составляет, например, 80 ° F или выше.

    Если существующее колебание средней температуры по всему зданию невелико, это также предоставит меньше возможностей для ТРВ снизить перегрев по сравнению со зданием, в котором потребность в отоплении сильно варьируется от квартиры к квартире. Например, в здании, где в некоторых квартирах есть большие окна, выходящие на юг (высокая солнечная нагрузка), в здании с крылом, подверженным сильному ветру, или в здании, в котором уровни теплового комфорта жителей сильно различаются, суперинтендант обычно вынуждены поддерживать высокую среднюю температуру помещения, чтобы удовлетворять потребности самых холодных квартир.TRV потенциально могут снизить потребность в этом, ограничивая мощность излучателей тепла в помещениях с меньшим потреблением тепла, в то время как мощность котла продолжает удовлетворять помещения с более высокой потребностью в тепле.

    Рекомендации для радиатора с однотрубным конвектором

    Существует несколько ключевых различий между применением термостатических радиаторных клапанов в однотрубных конвекторных радиаторных системах и в двухтрубных системах и / или чугунных радиаторах. При использовании двухтрубного пара TRV можно разместить на входе в радиатор, где он сможет полностью блокировать попадание пара в радиатор, когда TRV закрыт.При использовании однотрубного пара TRV устанавливаются на вентиляционной стороне радиатора, в основном из-за проблем с засорением мусора и конденсата на входе, а также более высоких затрат на рабочую силу. Однотрубный ТРВ в положении вентиляции может работать двумя способами:

    1. Если температура помещения уже удовлетворяет показания датчика и TRV закрывается до начала парового цикла, это может предотвратить выход всей массы воздуха в радиаторе из корпуса радиатора. Цикл выполняется, и в пространство не добавляется тепло (пока давление пара низкое).
    2. Если TRV открыт в начале парового цикла и закрывается, когда воздух был только частично вытеснен из корпуса радиатора, он эффективно ограничивает объем корпуса радиатора, который может принимать пар в течение оставшегося парового цикла.

    Второй сценарий требует, чтобы после начала парового цикла датчик TRV мог активировать клапан за более короткий промежуток времени, чем тот, в котором воздух вытесняется из радиатора. Для полного заполнения паром большого чугунного радиатора может потребоваться восемь-десять минут, в то время как конвекторы заполнятся за две минуты или меньше.Следовательно, реакция TRV должна произойти менее чем через десять минут с начала парового цикла для чугуна и менее чем через две минуты для конвекторов. Расширение материала сенсора происходит за секунды; ограничивающим фактором является время, необходимое для установления конвекционного тока в помещении, при котором датчик TRV погружается в воздух, температура которого превышает заданное значение. Место, в котором размещается датчик TRV в комнате, является решающим фактором при реагировании на более высокие температуры конвективного тока.Кроме того, на это время отклика может влиять сама уставка температуры TRV относительно желаемой температуры помещения.

    Уставки управления котлом

    Рабочее давление котла и настройки кривой сброса наружного воздуха могут потенциально повлиять как на способность ТРВ управлять тепловой мощностью отдельного радиатора, так и на влияние ТРВ в масштабе всего здания на расход топлива для отопления. Например, паровой котел в типичном здании может быть настроен на работу при давлении на 2-5 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) выше атмосферного.Пренебрегая падением давления в паропроводах и стояках, 5 фунтов на квадратный дюйм на радиаторе сожмут захваченный объем воздуха примерно на 25% и, следовательно, позволят этому радиатору выделять четверть своей максимальной тепловой мощности, даже если TRV успешно закрылся. Если бы рабочее давление можно было снизить максимум до 2 фунтов на квадратный дюйм, это позволило бы заполнить паром только 12% радиатора в том же случае, увеличивая способность TRV ограничивать тепловую мощность радиатора.

    Поведение резидента

    Поведение арендатора сложно предсказать и на него повлиять.Частое открывание окон жильцами может быть устоявшимся средством (читай: привычкой) контролировать перегрев. Обеспечение сбалансированного нагрева пара и постоянной температуры помещения является предварительным условием для установки TRV по другим причинам, упомянутым в этом руководстве, а также для уменьшения потребности и привычки арендаторов регулировать температуру помещения таким образом. Если это поведение сохраняется после установки TRV, возможно, что данный датчик TRV никогда не превысит свою заданную температуру и, следовательно, никогда не приблизится к ограничению выходной мощности радиатора.По этой причине обучение по месту жительства является ключевым моментом.

    Система вентиляции

    Старые здания, которые чаще всего имеют однотрубное паровое отопление, часто не обслуживаются центральной системой механической вентиляции для подачи свежего воздуха в жилые помещения и удаления застоявшегося воздуха и запахов из кухонь и ванных комнат. Скорее открываемые окна, управляемые жильцами дома, являются основным средством вентиляции. Это тот случай, когда конструкция здания по своей сути чувствительна к поведению арендаторов — ожидается, что привычки приготовления пищи и индивидуальные предпочтения будут изменять уровни вентиляции.Оконная вентиляция — это отдельное явление от контроля перегрева, связанного с окном, но она также может способствовать неправильной работе TRV.

    Рекомендации по TRV

    1. Разнообразие марок и моделей TRV: TRV производятся рядом компаний, каждая из которых имеет несколько моделей, конструкция которых со временем может быть изменена. Кроме того, существует два основных типа работы TRV: восковые и сильфонные (сильфоны, в свою очередь, могут быть заполнены жидкостью или паром), что влияет на время отклика.
    2. Регулировка
    3. TRV: в зависимости от целей владельца здания у вас есть возможность установить TRV, которые регулируются жильцами или которые поставляются с фиксированной температурой с завода. Кроме того, размещение шкалы TRV внутри радиаторного шкафа может затруднить регулировку, в то время как для удобства жильцов также доступны настенные варианты.
    4. Уплотнения впускных клапанов радиатора и другие соединения: ТРВ, а также вентиляционные отверстия радиатора функционируют при условии, что они могут контролировать движение воздуха внутри радиатора.При наличии утечек в резьбовых соединениях в радиаторном узле или в уплотнении впускного клапана эта функция может быть нарушена, и / или пар может выходить непосредственно в кондиционируемое пространство.
    5. Размещение датчика
    6. TRV: датчики TRV могут испытывать более низкие или более высокие температуры в результате их размещения в помещении. Например, датчики могут быть размещены снаружи или внутри конвекторных шкафов (в потоке прямого возвратного воздуха), на стене рядом с радиатором, на самом TRV или на внутренней стене.Размещение датчиков в стороне от радиаторных шкафов может защитить их от непреднамеренных ударов и износа, которые могут повредить хрупкие капиллярные трубки; однако он может также подвергнуть их воздействию слишком большого или слишком малого количества тепла и ограничить эффективность TRV.
    7. Номинальное давление закрытия: также важно убедиться, что ТРВ в вашей установке могут правильно закрываться от рабочего давления, создаваемого паровой системой. Некоторые производители TRV сообщают, что их продукция выдерживает давление до 15 фунтов на квадратный дюйм без риска механического повреждения — конечно, 15 фунтов на квадратный дюйм, поскольку рабочий диапазон для паровой системы был бы крайне неприемлемым по причинам, описанным выше, — но обязательно проконсультируйтесь с производителем. .

    Анализ затрат и выгод

    Затраты на установку

    TRV могут широко варьироваться, частично из-за используемого продукта, а частично из-за используемого метода установки — например, своими руками или лицензированными подрядчиками. Также будет различаться степень существующего перегрева в здании и продолжительность отопительного сезона. В результате, в некоторых случаях TRV могут быть рентабельными как решение для всего здания, в то время как в других они могут подходить только для конкретных проблемных зон перегрева.

    Энергетическое моделирование TRV, установленных в типичных каменных зданиях в климатических условиях Нью-Йорка, показывает, что при установленной стоимости 140 долларов установка будет иметь положительную окупаемость только в том случае, если средняя температура в помещении будет снижена на 6 ° F или более для типичных естественных условий. газовые котлы.

    Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления

    Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии.Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие дома на одну семью, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами. Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.

    Один из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, — это использование системы водяного отопления (часто называемой гидравлической).Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основное преимущество этих систем заключается в том, что они обеспечивают постоянный нагрев с относительно нечастыми загрузками. Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.

    Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров в последние годы.Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах. Кроме того, около 60 единиц используется для сушки табака и около 300 — для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них — нет. Проблемы в системе часто возникают из-за того, что не были учтены некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования.

    Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила.Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе. В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчеты конструкции для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.

    В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту использования тепла.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:

    • Топка , камера, в которой сжигается топливо;
    • Водяной бак , в котором тепло поглощается и хранится;
    • А насосно-трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
    • Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
    • Система управления для управления скоростью использования тепла.

    При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:

    1. Горение . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
    2. Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
    3. Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.

    Самой важной частью любой системы горячего водоснабжения является топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения — это плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которые можно решить без изменения конструкции и восстановления топки.

    Как горит древесина

    Чтобы понять необходимость правильно сконструированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) — это процесс, при котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.

    Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным нагревом камеры сгорания.

    Двумя основными компонентами древесины являются целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней — вода, воск и масла — начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения — соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, оксид углерода, диоксид углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитовые кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром составляют дым. Дым, выходящий из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.

    По мере того, как температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко увеличивается. При температуре от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород соединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.

    В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы будут удалены.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.

    Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них максимум тепла.Медленный дымный огонь может растрачивать до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).

    Однако существуют пределы того, насколько быстро можно заставить дерево гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.

    Слишком большое количество воздуха в камере сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате сильного смешения воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может вытеснять большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какие-либо повреждения системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.

    Многие соединения образуются при горении древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания необходима горячая топка.

    В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине эти системы иногда называют водяными плитами.«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплопередаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо утеплить стены и пол топку с огнеупорным кирпичом. огнеупорным кирпичом замедляет движение тепла от огня и тем самым повышает эффективность сгорания.

    Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, работает не хуже, чем белый огнеупорный кирпич для облицовки топки.Хотя красный кирпич не столь эффективно, он стоит около одной пятой столько, сколько белого огнеупорного кирпича.

    Конструкция топки

    На Рисунке 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного устройства. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы не только принимать заряд топлива, но и оставлять место для полного сгорания расширяющихся дымовых газов, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.

    Одна из наиболее распространенных проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка уже не слишком мала, добавив огнеупоры подкладки может помочь, потому что это сделает огнь гореть более горячее. Иногда, однако, единственным выходом является замена топки на более крупную.

    Мощность системы горячего водоснабжения можно описать двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за определенный период времени. Производительность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость, с которой топливо подается в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, когда топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.

    С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В целом, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина достаточна. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.

    Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина обеспечивает большее перемещение пламени и лучшее перемешивание поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и емкостью системы. Размеры не приводятся, поскольку размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.


    Таблица 1. Зависимость производительности системы от объема камеры сгорания.
    Производительность системы (БТЕ / час) Объем камеры сгорания (кубические футы)
    50 000 2
    100 000 5
    200 000 9
    300 000 27
    400 000 40
    500 000 75
    750 000 100
    1 000 000 200
    2 000 000 400
    3 000 000 500

    Выбор вытяжного вентилятора

    Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие схемы и их комбинации:

    • Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
    • Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
    • Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.

    Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостатком является то, что тепло и сажа в штабеле сильно влияют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.

    Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная скорость работы системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.

    2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час

    Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:

    .

    6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час

    Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:

    .

    1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб. Фут / мин)

    Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:

    405 кубических футов в минуту x 1,5 = 608 кубических футов в минуту

    Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов, влажная основа (w.b.), отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.

    Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:

    608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту

    Наконец, объем необходимо отрегулировать в зависимости от температуры. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.

    При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:

    760/510 x 705 куб. Футов в минуту = 1050 куб. Футов в минуту

    Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему из трубы.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Допущение статического давления воды в 1 дюйм будет более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.

    Вышеприведенные расчеты можно применить к системам различного размера. Размеры вентиляторов для различных систем приведены в таблице 2.


    Таблица 2. Размеры стековых вентиляторов для различных систем.
    Производительность системы (БТЕ / час) Размер вентилятора стека (куб. Фут / мин при 1 дюйм.давление воды)
    50 000 40
    100 000 75
    200 000 140
    300 000 180
    400 000 240
    500 000 300
    750 000 425
    1 000 000 550
    2 000 000 1,100
    3 000 000 1,650

    Двери с водяным охлаждением

    Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является деформация дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, в то время как другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на Рисунке 2, была сделана из стали 1 2 дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.

    Опыт показал, что полностью решить эту проблему невозможно, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.

    Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть выхода циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.

    Конструкция решетки

    Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просыпаться, но удерживает большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности необходимо не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200 000 БТЕ / час потребуется:

    200 x 5 = 1000 квадратных дюймов

    Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 1 2 футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.

    Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подходят чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют тенденцию со временем трескаться и выгорать. Пластина из мягкой стали толщиной от 1 2 от дюймов до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если она не будет хорошо поддерживаться снизу. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх ногами, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии 1 2 на расстоянии 1 дюйма друг от друга, будут охватывать 6 футов без поддержки.Рельсы изготовлены из легированной марганцевой стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если их покупать на свалке металлолома.

    Накопление древесного угля во время непрерывного обжига может привести к закупорке решеток и нарушению циркуляции воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.

    Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.

    Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.

    Самая заметная часть системы горячего водоснабжения — это бак для воды. Стандартные резервуары для систем водяного отопления доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.


    Таблица 3. Типоразмеры металлических резервуаров для хранения.
    Объем (галлоны) Диаметр Длина
    500 48 из 64 в
    560 42 из 92 из
    1000 49 1 2 дюймов 10 футов
    2,000 64 в 12 футов
    4,000 64 в 24 фута
    6,000 8 футов 16 футов 1 дюйм
    8,000 8 футов 21 фут 4 дюйма
    10 000 8 футов
    10 1 2 футов
    26 футов 1 дюйм
    15 футов 8 дюймов
    12 000 8 футов
    10 1 2 футов
    31 футов 11 дюймов
    18 футов 7 дюймов
    15 000 8 футов
    10 1 2 футов
    39 футов 11 дюймов
    23 фута 4 дюйма
    20 000 10 1 2 футов 31 фут
    25 000 10 1 2 футов 38 футов 9 дюймов
    30 000 10 1 2 футов 46 футов 6 дюймов

    Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, внимательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и проветрен. Один из методов удаления остатков масла или бензина из большого бака — смешать около 2 фунтов моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.

    Теплоемкость

    Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода — одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток заключается в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных приложений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.

    По определению, одна британская тепловая единица (БТЕ) ​​- это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:

    8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ

    Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.

    Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может сохранять вода без давления. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если в теплице должна содержаться температура 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхним и нижним пределом,

    212 ° F — 65 ° F = 147 ° F

    указывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.

    На самом деле, снижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла к нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, когда температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать более низкую температуру хранения воды по крайней мере на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а

    .

    212 ° F — (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F

    Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.

    Если заданная тепловая нагрузка определена как 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после тушения пожара, количество воды должно быть достаточным для хранения:

    200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ

    Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:

    .

    1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10714 фунтов

    Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.

    На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.

    Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода идет к и от груза.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.

    Это очень хорошая идея — установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения — обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.

    Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки — например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.

    Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.

    Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна как минимум равняться средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения рекомендуется, чтобы горелка была рассчитана на работу в полтора-два раза выше средней тепловой нагрузки.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.

    Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), в системе также можно хранить тепловую энергию в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед уходом на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.

    Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной эксплуатации будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не требуется производить максимальную производительность один час и никакой в ​​последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, подаваемое в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.

    Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость аккумуляторов не была превышена.Превышение емкости приводит к закипанию воды. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое закипание в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирования тепла в системе слишком мала.

    Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение — добавить еще один бак. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть довольно легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду, чтобы тепло распределялось равномерно. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.

    Система горячего водоснабжения не является паровой; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый накопительный бак чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Еще лучше то, что люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но накрыть куском листового металла.

    Изоляция

    Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее класс изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара на 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить примерно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.


    Таблица 4. Эффективность теплоизоляции трех толщин на большом резервуаре для горячей воды.
    Толщина изоляции (дюймы) Значение «R» Тепловые потери (БТЕ / ч) 1 Ежемесячная стоимость потерянной энергии 2 Стоимость изоляции 3
    0.0 0,5 200 000 384,00 $ $ 0
    0,5 4,0 25 000 48,00 500
    1,0 7,5 13 300 25,54 1 000
    2,0 14,5 6900 13.25 2 000
    Примечание. Данные в этой таблице основаны на емкости резервуара 15 000 галлонов и площади поверхности 1 000 квадратных футов.
    1 Предполагается, что разница температур воды и окружающей среды составляет 100 ° F.
    2 При условии, что древесина стоит 40 долларов за шнур.
    3 Предполагается, что прикладная стоимость составляет 1 доллар США за квадратный фут на дюйм толщины.

    Из этой таблицы видно, что затраты на нанесение минимального количества изоляции можно легко оправдать за счет экономии затрат на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более 1 2 дюймов трудно оправдать.

    Один из альтернативных вариантов — разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, может удерживаться на месте проволочной сеткой с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыленной полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.

    Защита от ржавчины

    Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Доступен ряд коммерческих химикатов, предназначенных в основном для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них было бы довольно дорого купить в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения среднего размера.

    Один из методов, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, — это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.

    Пожарные трубы

    Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектировано так, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.

    Очень важно, чтобы количество и размер пожарных трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.

    Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб, а также их фактический внешний диаметр и количество ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.


    Таблица 5. Линейные футы на квадратный фут площади поверхности для обычных стальных труб.
    Номинальный размер трубы (дюймы) Внешний диаметр (дюймы) Линейных футов на квадратный фут внешней площади
    1/2 0,840 4,55
    3/4 1.050 3.64
    1 1,315 2,90
    1 1/4 1,660 2,30
    1 1/2 1.900 2,01
    2 2,375 1,61
    2 1/2 2,875 1,33
    3 3.500 1,09
    3 1/2 4.000 0,95
    4 4.500 0,85
    4 1/2 5.000 0,76
    5 5,563 0,67
    6 6,625 0,58

    Правильный размер трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящая топка с таким объемом должна быть 1 1 2 футов в длину, 2 фута в ширину и 3 фута в высоту. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.

    Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выбрали 1 1 2 -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:

    73 футов x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 футов

    Около 147 погонных футов 1 1 2 -дюймовой трубы требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:

    73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут

    Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения затрат, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 1 2 дюймов и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако сваривать большую трубу намного проще. Кроме того, необходимо время от времени очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить более короткую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.

    Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогих методов — разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы выходят из пожарных трубок и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на дымовые трубы нанесено покрытие.

    Стратификация

    Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части бака, температура воды, забираемой из бака для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, в которых вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется стратификацией и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, при этом самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.

    Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду необходимо поддерживать в движении. Один из способов — подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может возникнуть расслоение.

    Лучшее решение — установить непрерывно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перемещения воды из самой холодной части резервуара в самую горячую. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса 1 6 от до 1 2 лошадиных сил.

    Рис. 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранения.

    Трубопровод

    Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса — довольно сложный вопрос, поскольку он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального перепада температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.


    Таблица 6. Минимальные размеры труб для нагрузок на расстоянии 100 и 300 футов от резервуара.
    Нагрузка (БТЕ / ч) Расход (галлон / мин) Диаметр стальной трубы (дюймы) 1
    100 футов 300 футов
    100 000 8 1 1/4 1 1/2
    200 000 16 1 1/2 2
    300 000 24 2 2 1/2
    400 000 32 2 1/2 2 1/2
    500 000 40 2 1/2 3
    750 000 60 3 3
    1 000 000 80 3 4
    1,500,000 120 4 4
    2 000 000 160 4 4
    1 Для трубы из ХПВХ подходит следующий меньший размер

    За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или помещений для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой загрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.

    Насосы

    обычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они обеспечивают при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление представляет собой сумму сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя оно также может быть выражено в фунтах на квадратный дюйм. Напор — это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.

    По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.

    Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недорогие и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб — ХПВХ и полибутилен — предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ — это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах больше 1 дюйма.

    Изоляция труб

    Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы как к нагрузке, так и от нее были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно на отрезке трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.

    Если трубы будут прокладываться над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает при защите от солнечных лучей.

    Гораздо труднее изолировать трубу, когда она проложена под землей. просто закапывать трубы в землю без изоляции — очень плохая практика, поскольку влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, таких как изоляционные материалы с разъемными трубками, изготавливаются из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитывается водой и, следовательно, сохраняет свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.

    Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, также может использоваться для изоляции подземных труб, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы поддерживаются на расстоянии 2 или 3 дюймов от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, полностью окружая и покрывая трубы. После схватывания изоляции траншея засыпается землей.

    Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.

    Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.

    Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые соединения для подключения к распределительной системе.

    Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в магазинах запчастей.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы, как правило, не подходят для воды с давлением выше 15-20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если размер насоса и распределительных труб правильный. Однако автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.

    Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются расход и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение пластин, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, при типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.

    Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор 1 1 2 футов шириной и высотой 2 фута имеет площадь 3 квадратных фута. Следовательно, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.

    Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.

    Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, для обеспечения надлежащего сгорания.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать и может быть отключен вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходуется, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубам, а также наоборот.Одним из решений является установка термостата в дымовой трубе, чтобы останавливать вентилятор, когда температура падает примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.

    Древесина — отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.

    Хотя это хорошее топливо, у дерева есть недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.

    Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называют зеленой древесиной .После того, как древесина высохнет в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, ее называют выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное значение определяется долгосрочным средним значением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.

    Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается как:

    118-84 = 34 унции воды

    34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента

    Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).

    Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, будь то зеленый или сухой. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 представлена ​​чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.


    Таблица 7. Энергетическая ценность древесины при различной влажности.
    Влагосодержание во влажном состоянии (в процентах) Теплотворная способность (БТЕ на фунт) Вес (фунтов на шнур)
    0 8,600 2,960
    5 8,120 3,116
    10 7,640 3 289
    15 (правильно приправленный) 7,160 3,482
    20 6,680 3,700
    25 6 200 3947
    30 5,720 4,229
    40 4,760 4 933
    50 (зеленый) 3,800 5,920

    Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем сырое дерево.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта при выдержке. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.

    Плотность

    Опыт показал, что дуб лучше для отопления, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут сушеного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут сушеного на воздухе сосны лоблолли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины — и, следовательно, больше тепловой энергии — в веревке из более плотной древесины.

    Другие виды топлива

    Очень широко распространено мнение, что некоторые хвойные породы, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем лиственные породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном сжигании древесины смола не образуется.

    Помимо более традиционных видов древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы. Это могут быть древесные отходы мебельных заводов или обрезки пиломатериалов со стройплощадок или сносов. Все эти породы дерева подходят для использования. Однако следует помнить одну очень важную вещь: ни в коем случае нельзя сжигать обработанную древесину.Древесина, обработанная креозотом из каменноугольной смолы, например, железнодорожные шпалы или опоры, сильно горит и выделяет густой черный токсичный дым. Древесина, обработанная такими соединениями, как хромированный арсенат меди (CCA), обычно имеет зеленовато-желтый или коричневый цвет и при горении выделяет очень токсичный дым. Обработка или вдыхание золы пиломатериалов, обработанных CCA, может вызвать острое отравление. Даже относительно небольшое количество обработанной древесины, смешанной с необработанной древесиной, может вызвать серьезные проблемы. Будьте осторожны и знайте, какой вид топлива вы используете.

    Сравнение стоимости топлива

    Сравнение древесины и мазута № 2 показывает, что энергосодержание различных видов топлива, обычно называемое удельной энергией, может широко варьироваться. Например, мазут номер 2 содержит около 19 000 БТЕ на фунт, тогда как сухая древесина содержит около 8 600 БТЕ на фунт. В пересчете на фунт за фунт мазут имеет более чем в два раза больше энергии, чем древесина. Однако сравнение удельной энергии древесины и мазута говорит только об этом.

    При цене 1 доллар за галлон фунт мазута стоит около 13 центов. При цене 40 долларов за шнур фунт древесины белого дуба стоит менее одного цента. Таблица 7 показывает, что фунт правильно выдержанной древесины содержит около 7 160 БТЕ.

    Следующие расчеты сравнивают эти виды топлива на основе стоимости на миллион БТЕ:

    Мазут: 0,13 доллара за фунт ÷ 9000 БТЕ / фунт x 1000000 = 6,84 доллара за миллион БТЕ

    Древесина: 0,008 долл. США / фунт ÷ 7 160 БТЕ / фунт x 1000000 = 1,12 долл. США за миллион БТЕ

    Эти расчеты показывают, что стоимость мазута более чем в шесть раз превышает стоимость древесины, необходимой для производства того же количества тепла.Таким образом, древесина имеет большое преимущество по стоимости перед большинством других видов топлива.

    Возражения против использования древесины в качестве источника энергии обычно связаны с удобством. В очень холодную погоду большинство систем горячего водоснабжения, работающих на древесном топливе, необходимо топить хотя бы один раз за ночь. Конечно, есть недостатки в том, чтобы вставать в 2 часа ночи для запуска системы. С другой стороны, использование дерева определенно дает преимущество в стоимости.

    При рассмотрении системы горячего водоснабжения, работающей на древесном топливе, не следует упускать из виду два других важных сравнения.Один — это системные затраты, а другой — эффективность. Стоимость установки системы правильного размера зависит от индивидуальных потребностей. Например, большинство нефтегазовых систем рассчитаны на индивидуальные теплицы и устанавливаются в них, тогда как одна большая система горячего водоснабжения может вместить множество теплиц или несколько помещений для сушки табака вместе с другими зданиями и жилым помещением.

    Второй аспект, который следует учитывать, — это эффективность системы. Эффективность, которая обычно выражается в процентах, является мерой того, насколько хорошо система преобразует и доставляет химическую энергию, хранящуюся в топливе, в полезную тепловую энергию.Процентное соотношение описывает долю потребляемой энергии, которая фактически преобразуется и используется в качестве полезного тепла. Важно понимать, что общая эффективность также зависит от того, насколько хорошо система отводит тепло. Другими словами, недостаточно, чтобы система эффективно сжигала топливо, но тепло также должно доставляться с минимальными потерями к месту, где оно должно использоваться. В следующем примере показано, как рассчитывается общая эффективность:

    Система водяного отопления на древесном топливе, как известно, сжигает 200 фунтов высушенной на воздухе древесины в час, за это время 2300 галлонов нагретой воды проходит через теплообменники теплицы с понижением температуры на 45 ° F.Температура воды в накопительном баке остается постоянной.

    Энергетическая ценность высушенной на воздухе древесины составляет 7 160 БТЕ на фунт. Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 200 фунтов в час, составляет:

    7160 БТЕ / фунт x 200 фунтов / час = 1432000 БТЕ / час

    По определению 1 БТЕ — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Один галлон воды весит 8,3 фунта; следовательно, тепловая энергия, отданная системой, составляет:

    2300 галлонов / час x 8.3 фунта / галлон x 45 ° = 859 050 БТЕ / час

    Эффективность системы — это отношение выходной энергии к вложенной энергии:

    Общий КПД, E = выход энергии системы ÷ вход энергии в систему

    E = 859 050 / 1,432 000

    E = 0,60 или 60%

    Эти расчеты предполагают, что температура воды в резервуаре для хранения остается постоянной и что падение температуры на 45 ° F включает потери в трубопроводах, по которым вода идет в теплицу и из нее.

    Без некоторых довольно сложных тестов очень сложно определить точную эффективность нагревательного устройства. Однако таблица 8 показывает, что типичная эффективность обычных систем отопления сильно различается.

    При исследовании общей стоимости отопления с использованием различных видов топлива очень важно сравнивать эффективность системы, особенно если разница в стоимости на миллион БТЕ между двумя альтернативными видами топлива очень мала. Эффективность системы в меньшей степени влияет на выбор наилучшего, поскольку разница в стоимости топлива увеличивается.В настоящее время существует значительная разница в стоимости между древесным топливом и другими широко используемыми видами топлива, чтобы сделать древесные системы рентабельными даже при довольно низкой эффективности. Очевидно, что при правильном проектировании для обеспечения максимальной эффективности использование деревянных систем обходится дешевле.


    Таблица 8. КПД различных типов систем отопления.
    Тип системы КПД (в процентах)
    Электрический резистивный нагреватель 98
    Обогреватель сжиженного или природного газа 75
    Масляная печь 65
    Система горячего водоснабжения на древесном топливе 60

    Значения в Таблице 9 основаны на эффективности, показанной в Таблице 8, и на предположениях, что корд из выдержанной древесины весит 3492 фунта и содержит 7,160 БТЕ на фунт, мазут содержит 138000 БТЕ на галлон и что LP газ содержит 86 000 БТЕ на галлон.Стоимость владения и эксплуатации различных систем не включена.


    Таблица 9. Сравнение безубыточной стоимости древесного топлива по сравнению с мазутом и сжиженным газом с учетом относительной эффективности системы.
    Расходы на топливо
    Дерево (на шнур) Мазут (на галлон) Сжиженный газ (на галлон)
    $ 10 0 руб.06 0,043 $
    20 0,12 0,086
    30 0,18 0,129
    40 0,24 0,172
    50 0,30 0,215
    60 0,36 0,258
    70 0.42 0,301
    80 0,48 0,344
    100 0.60 0,430
    140 0,84 0.602
    180 1,08 0,774
    200 1,20 0,860
    250 1.50 1,075
    300 1,80 1,290
    400 2,40 1,720
    500 3,00 2,150

    Мы надеемся, что эта публикация помогла вам лучше понять, как работает правильно спроектированная система горячего водоснабжения, и определить, можете ли вы получить выгоду от ее установки.Если вы решите создать свою собственную систему, как это сделали многие, применение рекомендаций и процедур, приведенных в этой публикации, должно помочь вам построить высокоэффективную систему. Если вместо этого вы решите приобрести одно из имеющихся в продаже устройств, эта информация должна помочь вам выбрать лучшую систему для вашего приложения и эффективно управлять ею.

    Для получения дополнительной информации о применении энергии на базе древесины см. Дополнительную публикацию AG-363, Руководство по энергии на базе древесины для сельского хозяйства и малых коммерческих предприятий .Кроме того, вам могут быть полезны следующие публикации:

    Информационное руководство по энергии древесины. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1982 г.

    Энергия древесины для малой энергетики в Северной Каролине. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1978 год.

    Руководство для лиц, принимающих решения по древесному топливу для малых промышленных потребителей энергии. Голден, Колорадо: Исследовательский институт солнечной энергии, 1980.

    Древесина как энергия, Обзор вопросов сельского хозяйства № 5.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Министерство сельского хозяйства США, 1984.

    Водонагреватель на дровах — 1 000 000 БТЕ в час.

    Водонагреватель на дровах — 2 000 000 БТЕ в час.

    Майк Бойет
    Филип Моррис Профессор
    Биологическая и сельскохозяйственная инженерия
    р.В. Уоткинс
    Профессор
    Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

    Часто задаваемые вопросы | Uponor

    Что такое PEX?

    PEX — это аббревиатура полиэтилена (PE) с поперечными связями (X).Это очень гибкая, прочная и нетоксичная труба для использования в водопроводных системах, системах поверхностного отопления и охлаждения, водяных системах отопления и охлаждения, а также в системах пожаротушения.

    Как давно существует PEX?

    В 1968 году немецкий изобретатель доктор Томас Энгель разработал метод химического сшивания полиэтилена, а в 1972 году компания Wirsbo (ныне Uponor) представила на европейском рынке метод Энгеля PEX (называемый PEX-a). В 1984 году PEX-a был завезен в Северную Америку сначала для систем водяного отопления, а затем для сантехнических систем.Сегодня во всем мире установлено более 17 миллиардов футов PEX для систем отопления, охлаждения, водоснабжения и пожарной безопасности.

    Как давно Uponor PEX используется в водопроводных системах?

    Сантехнические системы Uponor PEX под торговой маркой Uponor AquaPEX® находятся в эксплуатации с 1993 года.

    Что такое сантехническая система Uponor PEX?

    В сантехнических системах Uponor PEX используются гибкие трубы PEX и инновационные расширительные фитинги ProPEX®, чтобы создать решение, которое минимизирует количество соединений, устойчиво к коррозии, питтингу и образованию накипи, обеспечивает большую устойчивость в условиях замерзания и продлевает срок службы конструкции.

    Что такое соединение ProPEX?
    В уникальном методе соединения

    Uponor ASTM F1960 ProPEX используется память формы PEX-a. В соединениях ProPEX используется один простой инструмент для создания быстрых, прочных и прочных соединений, которые надежно выдерживают испытания на прочность с усилием до 1000 фунтов. Соединения ProPEX исключают необходимость в горелках, клеях, растворителях или манометрах, и они не могут быть установлены всухую, поэтому никогда не возникает вопроса, произведен ли фитинг. Соединения ProPEX доступны как из бессвинцовой (LF) латуни, так и из технического полимера (EP).

    Что такое технический полимер (EP)?

    Конструированный полимер (EP), разработанный для того, чтобы превзойти по характеристикам изделия из металлической сантехники, представляет собой высокоэффективный термопластический материал, который обладает превосходными механическими, химическими и термическими свойствами, которые обеспечивают стабильность размеров в сложных условиях, включая области с высокими нагрузками, нагревом и влажностью.

    Как установить соединение ProPEX?

    Выполнить соединение ProPEX просто: просто поместите расширительное кольцо на конец трубы и используйте расширительный инструмент, чтобы расширить трубу и кольцо.После расширения вставьте фитинг большего диаметра. Поскольку труба и кольцо снова сжимаются, образуется прочное и прочное соединение. Фактически, соединения ProPEX — единственный метод соединения PEX, который со временем становится сильнее.

    Существуют ли разные типы PEX?

    Да, существует три различных способа производства PEX, сшитого в разной степени. PEX-a использует метод Энгеля, при котором трубопроводы сшиты на 80% или более. PEX-b использует силановый метод для труб, которые на 65-70% сшиты.PEX-c использует радиационный метод для создания трубы с поперечными связями от 70 до 75%. Чем выше степень сшивки, тем гибче и прочнее трубопровод.

    Почему сшивание имеет значение в трубе PEX?

    Сшивание относится к молекулярной связи внутри трубы. Более высокая и более равномерная сшивка в трубе Uponor PEX-a означает более прочную, гибкую и устойчивую к повреждениям трубу с более быстрыми и прочными соединениями расширения, которые держатся плотно.

    Труба Uponor PEX-a лучше, чем труба PEX-b?

    Благодаря производственному процессу, который приводит к более высокому сшиванию, труба PEX-a превосходит трубу PEX-b по нескольким параметрам, включая:

    · Возможность ремонта перегиба
    · Максимальный радиус изгиба
    · Превосходная стойкость к коррозии под напряжением
    · Отсутствие микротрещин при расширении
    · Золотая печать Ассоциации качества воды (WQA) для устойчивости к циклам замораживания-оттаивания

    Является ли Uponor PEX лучше, чем CPVC?

    Uponor PEX имеет много преимуществ по сравнению с ХПВХ, в том числе:

    · Гибкость для меньшего количества соединений
    · Малый радиус изгиба
    · Отсутствие соединительных клеев, растворителей или химикатов
    · Визуальные соединения, которые не могут быть установлены всухую
    · Могут быть испытаны воздухом

    Uponor PEX лучше меди?

    Благодаря своей гибкости, Uponor PEX может изгибаться при каждом изменении направления, уменьшая количество необходимых фитингов для более быстрой установки и повышения производительности системы.Uponor PEX не подвержен коррозии, образованию ямок или образованию накипи, а его способность расширяться и сжиматься обеспечивает большую долговечность в условиях замерзания. Кроме того, поскольку вам необходимо сначала расширить трубу и расширительное кольцо, чтобы выполнить соединение ProPEX, невозможно выполнить сухую установку этого типа соединения. Кроме того, поскольку Uponor PEX не является предметом торговли, он обеспечивает стабильные цены (и помогает избежать краж на рабочем месте, что часто случается с медью).

    Какие размеры труб и фитингов доступны для сантехнических систем Uponor PEX?

    Трубы Uponor AquaPEX и фитинги ProPEX доступны в размерах до 3 дюймов.

    Покрывается ли гарантия на водопроводную систему Uponor PEX?

    Да, на трубопроводы Uponor AquaPEX и фитинги ProPEX распространяется 25-летняя ограниченная гарантия с возможностью передачи. Для получения полной информации посетите нашу страницу гарантий.

    Каковы номинальные значения температуры и давления для Uponor PEX?

    Uponor PEX рассчитан на следующие температуры и давления:

    · 200 ° F (93,3 ° C) при 80 фунтах на кв. Дюйм (5,5 бар)
    · 180 ° F (82,2 ° C) при 100 фунтах на кв. Дюйм (6,9 бар)
    · 120 ° F (49 ° C) при 130 фунтах на кв. Дюйм (9 бар) (только белая труба Uponor AquaPEX® от ½ «до 2»)
    · 73.4 ° F (23 ° C) при 160 фунтов на кв. Дюйм (11 бар)

    Какое давление разрыва трубы Uponor PEX?

    В соответствии со стандартом ASTM F876 минимальное гидростатическое давление разрыва для трубы PEX при 73,4 ° F (23 ° C) составляет 480 фунтов на квадратный дюйм для трубы ½ дюйма и 475 фунтов на квадратный дюйм для трубы дюйма и более. Трубы Uponor PEX-a ежедневно проходят всесторонние проверки качества, чтобы гарантировать, что они превышают отраслевые стандарты ASTM F876 по давлению разрыва, и постоянно проходят испытания, чтобы почти вдвое превышать требуемое давление разрыва.

    Какова скорость линейного расширения Uponor PEX?

    Труба Uponor PEX-a расширяется со скоростью 1.1 дюйм (27,94 мм) на 100 футов (30,48 м) трубы при изменении температуры на 10 ° F (5,56 ° C). Использование опоры трубы PEX-a со стойками, распорными зажимами, скобами или петлевыми подвесками поможет контролировать расширение / усадка трубы до уровня, аналогичного уровню медной трубы.

    Прошла ли Uponor PEX обширное тестирование?

    Да, Uponor PEX прошел десятилетия строгих испытаний. В 1973 г. компания Uponor (Wirsbo) представила образцы труб из полиэтиленгликоля в независимую лабораторию. В течение трех десятилетий эти образцы подвергались непрерывным гидростатическим испытаниям при экстремальных температурах и давлениях — до 203 ° F (95 ° C) и 239 фунтов на квадратный дюйм (16 бар).По завершении испытаний ни одна из частей Uponor PEX не вышла из строя.

    Изготовлен и установлен ли Uponor PEX в соответствии с конкретными строительными нормами, стандартами и списками?

    Да, пожалуйста, обратитесь к нашей странице кодов, стандартов и списков.

    Используются ли в сантехнических системах и системах водяного отопления одни и те же трубы PEX?

    В сантехнических системах используется труба Uponor AquaPEX, в то время как в системах излучающего теплого пола обычно используется труба Wirsbo hePEX ™, которая имеет кислородный барьерный слой для защиты металлических компонентов в излучающей системе.

    Каков радиус изгиба Uponor PEX?

    Радиус изгиба Uponor PEX в шесть раз превышает внешний диаметр трубы.

    Можно ли отремонтировать перегиб трубы Uponor PEX?

    Да, благодаря тепловой памяти трубы вы можете устранить излом с помощью теплового удара из тепловой пушки. Учтите, что это возможно только с трубой PEX-a. Перегибы трубы PEX-b или PEX-c устранить нельзя.

    Стойка ли Uponor PEX к хлору?

    Все производители PEX обязаны проверять устойчивость своих труб к горячей хлорированной воде и указывать обозначение PEX на печатном потоке трубы.Труба Uponor PEX-a соответствует высочайшим требованиям к устойчивости к хлору в условиях конечного использования в 100% случаев при 140 ° F (60 ° C).

    Какова стойкость труб Uponor PEX к ультрафиолету (УФ)?

    Белая труба Uponor AquaPEX имеет стойкость к ультрафиолетовому излучению в течение одного месяца. Красные и синие трубы Uponor AquaPEX обладают шестимесячной стойкостью к ультрафиолету.

    Какие области применения подходят для сантехнических систем Uponor AquaPEX?

    Трубы Uponor AquaPEX и фитинги ProPEX идеально подходят для использования в различных сантехнических системах, в том числе в перекрытиях, под землей, в стояках, магистралях, внутри помещений и в системах очистки сточных вод.

    Какие существуют типы труб Uponor AquaPEX?

    · Uponor AquaPEX белый для горячего и холодного водопровода
    · Uponor AquaPEX красный для горячего питьевого водопровода
    · Uponor AquaPEX синий для питьевого водопровода холодной воды
    · Uponor AquaPEX с предварительно нанесенными рукавами для внутреннего водопровода
    · Предварительно изолированный Uponor AquaPEX соответствует требованиям энергетического кодекса
    · Труба очищенной воды Uponor AquaPEX для систем сточных вод (очищенная вода)

    Что такое сантехника Uponor Logic?

    Uponor Logic — это конструкция и компоновка сантехники, которая максимизирует гибкость труб PEX для уменьшения количества соединений, в то же время включающие многопортовые тройники, расположенные рядом с группами приспособлений, чтобы ограничить количество необходимых труб и соединений и повысить эффективность установки.Этот метод установки использует значительно меньше труб, чем домашняя компоновка, всего с несколькими дополнительными соединениями, и он требует значительно меньшего количества соединений по сравнению с установкой по схеме «магистраль и ответвление».

    Как работает макет Uponor Logic?

    В конструкции Uponor Logic используется основная линия, идущая к многопортовому тройнику, а распределительные линии выходят из тройника. Эти отдельные линии, идущие от единственного многопортового тройника, обеспечивают водой все приспособления в одной или смежных группах.

    Что такое тройник многопортовый?

    Многопортовый тройник — это длинный тройник из инженерного полимера с несколькими выходами. Однако они не классифицируются как коллекторы, поэтому доступ за стеной не требуется. Многопортовые тройники значительно уменьшают количество точек подключения благодаря своей оригинальной конструкции. Например, для шести обычных тройников требуется 18 соединений, а для проточного многопортового тройника с шестью выходами требуется только восемь соединений (шесть соединений для портов, основной проточный вход и основной проточный выход).Кроме того, многопортовые тройники требуют гораздо меньше места для установки.

    Предлагает ли Uponor подключения для счетчиков воды?

    Да, Uponor имеет фитинги и клапаны для счетчиков воды ProPEX для прямого подключения к счетчикам воды размером от ⅝ «до 1».

    Есть ли в Uponor переходные фитинги и клапаны из латуни, не содержащей свинца (LF)?

    Да, Uponor предлагает обширную линейку латунных пресс-фитингов, не содержащих свинца (LF), фитингов для пота, резьбовых фитингов, заглушек, клапанов и стеновых коробок, которые соответствуют критериям уровня свинца не ниже 0.На 25% по составу и превышает Закон США о безопасной питьевой воде.

    Содержат ли свинец трубные изделия Uponor PEX или EP-фитинги?

    Нет, трубы Uponor PEX и фитинги EP не содержат свинца.

    Каковы требования к изоляционным соединениям при установке предварительно изолированной трубы Uponor AquaPEX?

    Чтобы изолировать соединения при установке трубы Uponor AquaPEX, просто натяните изоляцию на кольцо ProPEX, оставив неизолированным только корпус фитинга.Если необходима установка изоляции, в промышленности доступны изоляционные комплекты.

    Каковы требования при установке Uponor PEX рядом с осветительными приборами?

    При установке Uponor PEX рядом с осветительными приборами соблюдайте следующие правила:

    • 12 дюймов (0,3 м) от стандартных встраиваемых осветительных приборов *
    • 2 дюйма (51 мм) от светильников с номинальным изоляционным контактом (IC) *
    • 5 футов (1,5 м) от люминесцентных ламп *

    * Если не изолирована подходящей изоляцией

    Каковы требования к расстоянию между опорами по горизонтали для неизолированной трубы PEX?

    Опора PEX с помощью трубодержателей или опор того же размера с медной трубкой (CTS), что и для металлических труб.Для PEX размером 1 дюйм и меньше расстояние между опорами по горизонтали составляет 32 дюйма; для PEX размером 1¼ дюйма и более — 48 дюймов. (Обратите внимание, что некоторые нормы, а также Национальные правила водоснабжения Канады допускают расстояние между опорами по горизонтали только 32 дюйма независимо от размера трубы, поэтому обязательно проверьте местные нормы для проверки.)

    Каковы требования к горизонтальной опоре при использовании опоры для труб Uponor PEX-a?

    Максимальное расстояние между опорами составляет 8 футов (2,4 м) для труб всех размеров. Опорные фитинги размером 1½ дюйма и менее в пределах 12 дюймов (0.3м). Зажмите трубу на максимальном расстоянии 32 фута (9,7 м).

    Каковы требования к расстоянию между вертикальными опорами для Uponor PEX?

    Для труб любого размера поддерживайте трубу Uponor PEX через каждые 5 футов (1,5 м) в вертикальном положении.

    Каковы требования к стоякам PEX?

    Для стояков холодной воды используйте зажим CTS в основании каждого этажа, а также зажим в верхней части каждого четвертого этажа. Для стояков для горячей воды для бытового потребления закрепляйте зажимы в основании каждого этажа и в верхней части каждого второго этажа.

    Каковы требования к PEX в огнестойком строительстве?

    Труба Uponor PEX-a одобрена для установки в пленум и имеет трехчасовую огнестойкость. Обратитесь к производителю противопожарной защиты для получения информации об одобренных применениях сквозного проникновения с трубами PEX.

    Допущена ли труба Uponor PEX для непосредственного захоронения?

    Труба Uponor PEX одобрена для непосредственного закапывания в грунт или бетон. Для более быстрой и легкой установки используйте трубу Uponor AquaPEX с предварительно нанесенной муфтой.Гофрированная оплетка обеспечивает дополнительную защиту при установке в бетонных плитах или грунте.

    Можно ли закопать предварительно изолированные трубы Uponor AquaPEX?

    Да, предварительно изолированный Uponor AquaPEX можно закопать при условии, что труба не контактирует с грунтовыми водами. Хотя вода не нарушит целостность трубы или изоляции, она отрицательно скажется на изоляционных свойствах изоляции.

    Допущены ли фитинги ProPEX для непосредственного захоронения?

    Фитинги Uponor ProPEX EP одобрены для непосредственного захоронения.Если используются латунные фитинги, закройте их полиэтиленовой пленкой толщиной не менее 6 мил.

    Каковы требования к испытаниям под давлением?

    Для жилых помещений: Используйте смесь воды и воздуха (или воздуха, если это разрешено местными правилами) и создайте давление на 25 фунтов на кв. Дюйм (1,7 бар) выше рабочего давления или 100 фунтов на кв. Дюйм (6,9 бар).

    Для крупных коммерческих предприятий: Заполните систему питьевой водой, воздухом или их комбинацией. Затем кондиционируйте трубу до 1,5-кратного испытательного давления или 120 фунтов на квадратный дюйм (8.2 бар) в течение 30 минут. Через 30 минут сбросьте избыточное давление, пока не достигнете желаемого испытательного давления [рекомендуется 80 фунтов на квадратный дюйм (5,5 бар)].

    Как работает технология тепловых труб и ее применение

    • Дом
    • О компании
      • Новости
      • События
      • О нас
      • Объект
      • Качество
      • Наша команда
      • Отзывы клиентов
      • Туристическая информация
      • ACT Социальная ответственность
    • Карьера
    • Связаться
      • Связаться с ACT
      • Найди своего представителя
    • Звоните: 717.295.6061

    • Звоните: 717.295.6061
    Связаться с инженером Advanced
    Охлаждение
    Технологии
    • Дом
    • О компании
      • Назад
      • Новости
      • События
      • Около
      • Объект
      • Качество
      • Наша команда
      • Отзывы клиентов
      • Корпоративная социальная ответственность
      • Карьера: мы нанимаем!
    • Связаться
      • Назад
      • Найти представителя
    • Рынки
      • Назад
      • Авиация
      • Охлаждение электроники
      • Охлаждение корпуса
        • Назад
        • Заказать онлайн
        • Инструмент выбора
      • Рекуперация энергии HVAC
      • Обработка материалов
      • Медицинский
      • Военный
        • Назад
        • Оружие направленной энергии
        • Решения для встроенных вычислений
      • Фотоника
      • Силовая электроника
      • Солнечная
      • Тепловой контроль космического корабля
      • Калибровка и контроль температуры
      • Транспорт
    • Продукты
      • Назад
      • Тепловые трубки для управления температурным режимом
        • Назад
        • Узлы тепловых труб
        • Пластины HiK ™
        • Узлы паровой камеры
      • Решения для двухфазного охлаждения с насосом
      • Радиаторы PCM
      • Изделия для контроля температуры космических аппаратов
        • Назад
        • Тепловые трубки постоянной проводимости
        • Тепловые трубки с переменной проводимостью
        • Контурные тепловые трубки
        • Медные / водяные тепловые трубки
        • Аккумулятор для гидравлических систем
      • Охладители герметичных корпусов
        • Назад
        • Охладители радиатора ACT-HSC
        • Охладители с тепловыми трубками ACT-HPC
        • ACT-LNC Охладители с низким уровнем шума
        • Термоэлектрические кондиционеры ACT-TEC
        • Заказать онлайн
        • Инструмент выбора
      • Теплообменники HVAC
        • Задняя
        • Теплообменник с воздушно-воздушной трубкой
        • Теплообменник с тепловыми трубками с улучшенным осушением и обертыванием
        • Пассивно-раздельный теплообменник
        • Вентилятор с пассивной тепловой трубкой (HRV)
        • Тепловой пассивный клапан ACT
      • Петлевой термос
    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *