Перемещение и удаление воздуха

В системах центрального отопления, особенно в водяных, скопления воздуха нарушают циркуляцию теплоносителя и вызывают коррозию стали. Борьба с воздушными скоплениями — весьма важная задача, которую необходимо разрешать при проектировании и эксплуатации систем. Для проведения необходимых мероприятий следует выяснить сущность процессов растворения и перехода воздуха в свободное состояние, укрупнения и движения воздушных скоплений в трубах.

Воздух в системы отопления попадает двумя путями: частично остается в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем или вносится водой в процессе заполнения и эксплуатации в растворенном (точнее, поглощенном, абсорбированном) виде.

Количество свободного воздуха, остающегося в трубах и приборах при их заполнении, не поддается учету, но этот воздух в правильно сконструированных системах устраняется в течение нескольких дней эксплуатации.

Количество растворенного воздуха, вводимого в системы при периодических добавках воды в процессе эксплуатации, определяется в зависимости от содержания воздуха в подпиточной воде. Подпиточная водопроводная вода содержит свыше 30 г воздуха в 1 т воды, подпиточная вода из теплофикационной сети, специально деаэрированная (лишенная воздуха), — 4 Па или 760 мм рт. ст.) зависит от температуры воды:

Температура воды, ˚C	5	30	50	70	90	95
Растворимость воздуха Ра, г/т	33	20	15	11	5	3

Как видно, при повышении температуры воды значительно снижается содержание в ней растворенного воздуха. Следовательно, в тех местах систем отопления, где горячая вода находится под атмосферным давлением, в свободное состояние переходит наибольшее количество воздуха.

При повышении давления задерживается переход абсорбированного воздуха в свободное состояние. Зависимость растворимости воздуха в воде от давления с достаточной точностью выражается законом Генри — абсорбируемое количество газа пропорционально его давлению (при данной температуре).

Влияние гидростатического давления на растворимость воздуха видно из следующего примера. В системе отопления высотой 23 м наибольшая растворимость воздуха в воде при температуре 95°С составит.

где 8,46*10 4 Па (655 мм рт. ст.) — упругость водяных паров при температуре 95°С;

23,9 10 4 и 1,35 10 4 Па (1855 и 105 мм рт. ст.) — парциальное давление воздуха соответственно при абсолютном гидростатическом давлении 32,37 10 4 и 9,81 10 4 Па (3,3 и 1 кгс/см 2 ).

В такой системе отопления растворенный воздух, вводимый с водой, не сможет перейти в свободное состояние в нижней ее части. Это произойдет лишь при достаточном понижении гидростатического давления.

Воздух в свободном состоянии занимает в системах отопления значительный объем. Например, в системе емкостью 7 м3 воздух, выделяющийся при нагревании воды от 5 до 95°С, имеет объем:

Такой объем воздуха может образовать «пробку» в трубе dy=50 мм протяженностью около 100 м. Этот пример подтверждает необходимость удаления свободного воздуха из систем отопления.

Следует, кроме того, отметить, что растворенный воздух содержит около 33% кислорода, т. е. в коррозионном отношении для стальных труб более опасен «водяной» воздух, чем атмосферный, в котором содержится кислорода около 21 % (по объему).

Форма воздушных скоплений в воде в свободном состоянии различна. Лишь пузырьки с диаметром сечения не более 1 мм имеют форму шара. С увеличением объема пузырьки сплющиваются, принимая эллипсоидную и грибовидную формы.

В вертикальных водяных трубах пузырьки воздуха могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии и, наконец, увлекаться потоком воды вниз.

В горизонтальных и наклонных водяных трубах пузырьки воздуха занимают верхнее положение. Мельчайшие пузырьки задерживаются в нишах шероховатой поверхности труб. Более крупные пузырьки (объемом 0,1 см3 и более) в зависимости от уклона труб и скорости движения воды как бы катятся вдоль «потолочной» поверхности труб в виде прерывистой ленты. С увеличением скорости движения воды до 0,6 м/с начинается дробление воздушных скоплений; пузырьки воздуха в верхней части труб, отрываясь от их поверхности, двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб — возникает водовоздушная эмульсия.

В паропроводах пар вытесняет воздух в нижние части систем к конденсатным трубам.

В горизонтальных и наклонных самотечных конденсатных трубах воздух перемещается над уровнем конденсата, в напорных конденсатных трубах — в виде пузырьков и водовоздушной эмульсии.

Скорость движения пузырьков свободного воздуха в воде зависит от подъемной архимедовой силы и сил сопротивления движению воды и воздуха.

Рассмотрим состояние идеального воздушного пузырька-шарика диаметром d в потоке воды, движущемся сверху вниз. Подъемная сила, действующая на пузырек, направлена вверх:

где V — объем пузырька;

ρвд и ρв3 — плотность соответственно воды и воздуха.

При движении со скоростью v в потоке воды, обладающем скоростью w, пузырек испытывает силу сопротивления всплыванию.

где с_х — коэффициент сопротивления.

При P=R, v=0 и пузырек находится в потоке во взвешенном состоянии. Скорость w свободного потока, не ограниченного стенками трубы, при которой пузырек воздуха «витает» в воде, называется скоростью витания или критической скоростью движения воды.

При P>R пузырек воздуха «всплывает» против течения воды и в системе водяного отопления перемещается в верхние ее части.

При P 3 (0,92 кгс/м 3 ) к 5,7 Н/м 3 (0,58 кгс/м 3 ), чем объясняется скопление воздуха в низких местах систем над поверхностью конденсата. Так как растворимость воздуха в конденсате незначительная из-за высокой температуры конденсата, воздух остается в свободном состоянии.

В паровых системах низкого давления воздушные скопления удаляют в атмосферу через «сухие» конденсатные трубы или специальные воздушные трубы при «мокрых» конденсатных трубах.

В паровых системах высокого давления воздух захватывается конденсатом, движущимся с большой скоростью. Водовоздушная эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак, где воздух отделяется от конденсата и периодически отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.

Воздушное отопление дома. Опыт форумчан.

Так быть или не быть этой системе — иенно так можно поставить вопрос, когда обсуждается воздушное отопление частного дома. И если водяная система отопления применительно к нашим климатическим условиям уже стала классикой жанра, то о заокеанской системе обогрева дома ходит множество слухов и легенд. Настало время прояснить ситуацию, а помогут нам в этом пользователи FORUMHOUSE! Но для начала посмотрим на опыт наших соотечественников, проживающих в США — применим ли он в Москве и других наших городах, хотя бы частичный.

– Я постоянно общаюсь с родственниками, проживающими в американском городке Джейнсвил, недалеко от Чикаго. Климат там похож на наш. И во всех домах собранных по каркасной технологии установлены системы воздушного обогрева и кондиционирования воздуха.

Воздушная система отопления дома работает по следующему принципу: обогреватель, электрический, либо работающий на твёрдом топливе или природном газе, находится в подвале дома. Воздух забирается с улицы и, подогретый зимой и охлаждённый летом, распределяется воздуховодами по всем помещениям дома.

Читайте о том, как выбрать свой вариант системы отопления для дома и дачного домика.

А в каждом помещении под окнами, в стенах, в полу находятся выходы, закрытые регулируемыми решётками. На стенах на уровне 1.5 метра установлены термостаты с ручной или автоматической регулировкой температуры воздуха.

Давайте посмотрим, можем ли мы использовать такую систему применительно к нашим климатическим условиям

Пользователь форума с ником Traks.

– На нашем форуме уже не раз обсуждали, воздушное отопление дома, и не только каркасного. Но вот реализованных проектов, очень мало. Мне кажется, что эта система, у нас пока ещё не оправдано дорога, как само оборудование, так его установка, и эксплуатация.

А вот традиционные, для нас россиян, виды отопления – газовые и твердотопливные котлы, горячая вода в радиаторах, печи, камины, тёплые полы, теплогенераторы, эксплуатируемые не один год — живут и процветают.

Так стоит ли экспериментировать, ведь обычно всё новое нуждается в обкатке и поначалу воспринимается с известной долей скепсиса.

Но наша форумчанка с ником Anchous, собирается оснастить свой каркасный дом площадью в 150 м2 именно воздушной системой отопления.

– Я хочу разделить отопление и вентиляцию на две зоны — общественную и спальную, чтобы зря не нагревать то, что в данный момент не используется. Ещё планирую предусмотреть вытяжную вентиляцию кабинета, чтоб курить там можно было с чистой совестью.

Рассмотрим подробнее принцип работы такой системы.

Anchous:

– Планируется общий циркуляционный обогрев и отдельно подача свежего воздуха в каждую зону, вытяжка соответственно тоже у каждого своя и отдельная приточка, и вытяжка в кабинете.

Режимы работы будет такой:

• Циркуляция с приточкой – это, основной режим, когда кто-то находится дома;
• Циркуляция без приточки — поддержание минимально необходимой температуры, когда дома никого нет;
• Циркуляция без приточки (быстрый прогрев) — после СМСки «Еду домой»;
• Вытесняющая вентиляция — быстрое проветривание, перекрываются заслонки рециркуляции.

Статья про систему вентиляции доступна по этой ссылке .

Но у такой системы есть и свои подводные камни.

viktor50:

– Вентиляционное отопление дома является сложной системой. Необходимо посчитать, сколько у вас будет клапанов, и других регулирующих устройств, т.к. все это может выйти из строя, а наладка может растянуться на неопределённое время, и стоить немалых денег.

Воздушная система отопления – это сложная инженерная конструкция. И разрабатывать её необходимо ещё на стадии проектирования дома!

Также при воздушной системе отопления необходимо учитывать, что:

• Необходима система фильтрации;

Без неё система воздушного отопления дома это фикция, так как воздух перед печью надо обязательно чистить. Иначе печь будет сжигать отходы жизнедеятельности с поступлением продуктов сгорания непосредственно в помещение.

• Механический фильтр надо чистить каждый месяц, электростатический — раз в квартал, угольный раз в полгода;

Если чистить реже, то увеличивается поступление пыли в теплообменник где она начинает выгорать.

• Необходима установка антибактериального фильтра, т.к. по воздуховодам идёт тёплый и влажный воздух.

Но, несмотря на ряд сложны технических моментов, на которые необходимо обратить внимание, использование правильно рассчитанной и смонтированной системы воздушного отопления, по мнению нашего пользователя с ником ТГСВ имеет позволяет получить следующие преимущества:

– В системе отопления отсутствует жидкий теплоноситель , что обуславливает значительно меньшую тепловую инерцию и гораздо более быстрый прогрев окружающего пространства, чем в случае применения водяных радиаторов.

Низкая инерционность обеспечивает возможность для гибкого управления работой воздушного отопления. Температура в обогреваемом помещении контролируется при помощи встроенной автоматики и выносного термостата.

При достижении нужной температуры воздухонагреватель отключается, а при её падении на 0,5-2гр. (в зависимости от настроек) снова активируется. Работу установки можно программировать по часам и по дням. При правильном расчёте системы, чтобы обеспечить температуру 20гр. установка будет включаться на 15-20мин в час. А в период, когда никого в доме нет и нет необходимости держать 20гр. то на 5-10мин в час.

ТГСВ:

– Воздушная установка способна приносить пользу и в летний период. Она как нельзя лучше подходит для совмещения с системами очистки, кондиционирования и увлажнения воздуха.

Таким образом, в дополнение к централизованному обогреву и вентиляции пользователь приобретает ещё и центральный кондиционер. Т.е. по совокупности, это монтаж полноценного климат-контроля на базе одной системы воздуховодов, с возможностью зонального распределения воздуха по дому.

В качестве дополнений, в эту схему интегрируются многоступенчатые воздушные фильтры от механических до электростатических, ультрафиолетовые лампы для бактериологической очистки, автоматические увлажнители воздуха. Работа всего комплекса контролируется с единой панели управления, в том числе с использованием технологий удалённого доступа через интернет.

Интересен опыт эксплуатации воздушной системы отопления нашей форумчанкой с ником Надежда_Киев:

– У меня каркасный дом площадью в 300 м.кв, плюс цокольный монолитный полуэтаж 70 м.кв. Отапливаемая площадь 250 м.кв. Отопление газовое, кондиционирование электрическое. За 2010 год на отопление ушло 2500 кубов газа плюс расходы на электроэнергию –вентилятор для отопления дома гоняет воздух по трубопроводам в отопительный сезон 20 у.е. за 6 месяцев. Кондиционирование стоит примерно 1 у.е. в день.

Своими руками

Как уже было сказано выше, воздушная система отопления как нельзя лучше подходит для оснащения ей каркасных домов. Но необходимо учитывать, что теплопотери такого дома должны быть сведены к минимуму и ещё на стадии проектирования между стен необходимо оставить место для прокладки труб и вентиляционных каналов.

ТГСВ:

– Большие магистральные воздуховоды, обычно прячутся во встроенные шкафы, под лестницы, в коридорах, чердаках, техподпольях. По комнатам разводятся воздуховоды сечением 250х80. если нет возможности пропустить их под полом или по чердаку, то подвесной потолок съест не более 100мм. Сейчас есть более современные высоконапорные системы, там используются гибкие вентиляционные каналы диаметром в 70мм.

Воздушная система отопления лучше всего работает в комбинации с газовым котлом, но показателен опыт нашего форумчанина Андрея, решившего самостоятельно изготовить такую систему отопления, на базе твердотопливного котла.

Андрей.:

– У меня каркасный дом 8х8. Утепление – пенопласт в 15 см — пол, потолок и стены. Отопление ТТ печь Профессор Бутаков установленная в пристроенном гараже. От печи идёт четыре воздуховода в углы дома под полом. Воздух гонится вентилятором через печь. Выход горячего воздуха в полу в виде обычной железной вентиляционной решётки. Забор воздуха частично – из дома, частично с улицы через воздуховоды.

Таким образом, одновременно осуществляется отопление и вентиляция частного дома.

Андрей.:

– Зимой, ночью на улице было -38 гр. днём 31 гр., дома всегда +25+27. Холодный воздух (30-70%) с улицы смешивается с тёплым (70-30%) из дома и через фильтр (100 рублей) — вентилятор — печь подаётся в дом. Создаётся избыточное давление и если где то в доме есть щели, то в них не дует холодный воздух с улицы, а наоборот выдувает из дома.

Сама же печь со слов форумчанина топится круглые сутки, без перерывов. И тепловой энергии от одной закладки дров хватает на 8 часов, если топить сосной и 12 часов, если топить лиственницей.

Выходные патрубки на печи были объединены жестяным коробом в один воздуховод. Сверху выходит горячий воздух, снизу входит холодный. От печи отходят два утеплённых воздуховода влево и вправо. А под полом дома воздуховоды по комнатам разведены тройником.

Иногда можно услышать мнение, что воздушная система отопления слишком шумно работает.

Надежда_Киев:

– У меня тёплый воздух поступает из пола возле окон, создаёт тепловую завесу возле окна, поднимается вверх и забирается решёткой, которая расположена в холле возле лестницы намного выше нашей головы, поэтому, принудительного потока мы не ощущаем.

Андрей.:

– Движение воздуха я не ощущаю, только если встать возле решётки, то видно, что шторка едва заметно колышется. Сухости тоже нет. Воздуховод диаметром в 100 мм. с горячим воздухом, утеплённый изовером с фольгой заходит в дом под полом. Далее идёт между лаг. И выходит в четырёх углах дома из-под пола.

Посчитаем стоимость самодельной системы, было потрачено:

• Котёл — 25т.р;
• Труба, сэндвич (6 метров) — 12т. р.;
• Воздуховоды — 2т. р.;
• Вентилятор — 3т. р.;
• Фильтр — 100р.;
• Корпус фильтра — 500р.;
• Шумоглушители (2шт.) — 2т.р.;
• Герметик печной — 200р;
• Саморезы — 100р.

Андрей.:

– А перед этим я про водяное отопление в фирме узнавал. Котёл+трубы+радиаторы+работа – мне насчитали на 320т.р.

Пользовтаели FORUMHOUSE могут узнать о том, чем лучше топить каркасный частный дом и как самостоятельно смонтировать воздушную систему отопления, поучаствовать в горячем обсуждении воздушного отопления и темы «может ли отопление электричеством быть дешёвым». Смотите наше видео про секреты воздушного отопления загородного дома.