Что такое вакуумная система отопления: обзор основных элементов и их особенностей

Попытки усовершенствовать традиционную систему отопления иногда приводят к появлению довольно-таки эффективных методик. Одной из них является использование свойства некоторых жидких веществ переходить из жидкого в газообразное состояние при относительно невысоких температурах. Беря во внимание этот факт, была разработана вакуумная система отопления: батареи, радиаторы, насосы, бачки могут функционировать как по отдельности, так и в комплексе.

Способы повышения эффективности отопления

В чем же заключается предназначение подобных отопительных приборов? Во-первых — они необходимы для повышения КПД и безопасности работы всей системы. Однако каждая вакуумная система отопления или ее отдельные части отличаются конструктивно и принципом работы.

В настоящее время существует несколько видов приборов, в основе функционирования которых лежит использование жидкостей низкотемпературного кипения или разности давления.

• Вакуумные батареи отопления для автономных систем. Представляют собой нагревательные элементы, определенные области в которых заполнены литиево-бромидной жидкостью. Низкое давление в них снижает уровень кипения до +35 град. В результате этого высвобождается большое количество энергии, что приводит к быстрому нагреву помещения;
• Гелиосистемы. С их помощью полезная энергия солнца передается теплоносителю. Для этого устанавливаются вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома. Их принцип работы во многом схож с вакуумными батареями отопления — также применяется специальная жидкость с низким уровнем температуры кипения;
• Альтернативный вакуумный расширитель для отопления. С его помощью можно модернизировать открытую систему нагрева воздуха, обеспечив минимальное испарение воды;
• Вакуумные насосы с высоким показателем КПД. Могут применяться для улучшения циркуляции теплоносителя в трубах системах с большим объемом. Также большую популярность получили для обустройства автономного водоснабжения и канализационных систем.

Каждое из этих устройств при правильном подборе технических параметров может улучшить эксплуатационные характеристики отопления. Но для этого необходимо рассмотреть их принцип работы и особенности конструкции.

Мощный вакуумный насос для отопления можно использовать и для водоснабжения. Для этого необходимо сделать механизм переключения соединительных патрубков.

Вакуумные радиаторы отопления: принцип работы и советы по выбору

Низкотемпературные режимы работы отопления дали толчок развитию новых видов батарей. Одним из них являются вакуумные радиаторы отопления для частного дома. Они внешне схожи с классическими алюминиевыми или биметаллическими моделями. Отличие заключается в расстоянии между секциями (оно значительно больше) и внутренним устройством.

Как уже говорилось выше, принцип работы вакуумных радиаторов отопления заключается в использовании литиево-бромидной жидкости. Рассмотрим специфику конструкции этих приборов. Они состоят из следующих элементов.

• Корпус. Имеет разделение на две секции. В нижней части устанавливается горизонтальный канал для прохождения теплоносителя, который выполняет роль теплообменника между нагретым водой и жидкостью, расположенной в вертикальных секциях;
• Горизонтальный канал с теплоносителем. В зависимости от модели, он может подключаться к автономной системе водяного отопления или иметь ТЭНы. При использовании последних получаются электрические вакуумные радиаторы отопления. У них тепловая энергия от нагревательного элемента передается воде (или масляному заполнителю), в результате чего происходит повышение температуры литиево-бромидной жидкости;
• Вертикальные секции со вторичным теплоносителем. От их количества и объема зависит уровень нагрева воздуха в помещении. Важно, чтобы внутри этих полостей было создано минимальное давление. Чем оно ниже, тем быстрее будет нагреваться жидкость.

Почему не происходит повсеместный переход на вакуумные радиаторы отопления. Отзывы об этих устройствах носят в основном положительный характер. Однако при выборе следует учитывать особенности их эксплуатации. Обеспечить уровень температуры воды в трубах около 40-60 град проблематично для автономных систем. Хотя это является основным принципом работы вакуумных радиаторов отопления. Это может привести к быстрому остыванию теплоносителя на удаленных участках магистрали. Поэтому для вакуумных систем отопления рекомендуется устанавливать пиролизные котлы, нормальный температурный режим которых составляет 60/45 или 70/50 град.

Еще одним способом повысить эффективность является установка единого узла смешивания перед несколькими вакуумными радиаторами отопления для частного дома. В результате этого горячая вода будет смешиваться с охлажденной из обратной трубы до нужного температурного уровня.

Несомненным преимуществом электрических вакуумных радиаторов отопления является возможность регулирования уровня нагрева отдельно для каждого устройства. Однако при этом возрастают затраты на оплату электроэнергии. Такие модели рекомендовано устанавливать в небольших помещениях с хорошим уровнем теплоизоляции. Также следует учитывать их высокую стоимость — четырехсекционная модель мощностью 800 Вт имеет цену от 8 тыс.руб.

Следует приобретать электрические вакуумные радиаторы для отопления только заводского производства. В противном случае велика вероятность разгерметизации вакуумной камеры, что приведет к поломке всего прибора.

Гелиосистемы отопления

Использование солнечной энергии является одним из перспективных направлений в разработке систем отопления. Помимо известных солнечных батарей широкое распространение получили коллекторы, которые используют тепловую энергию солнца. Конструктивно они представляют собой сеть трубопроводов, образующих единое поле. Внутри них находится теплоноситель с низкой температурой кипения. Также как и в вакуумных радиаторах, он заключен в трубки с низким давлением. Эта конструкция располагается на солнечной стороне участка или крыши дома. По мере нагрева теплоноситель начинает циркулировать и поступает в теплообменный бак вакуумного солнечного коллекторы для отопления дома. Там его энергия передается воде, которую можно использовать как для отопления, как и для горячего водоснабжения.

Основным элементом вакуумного солнечного коллектора для отопления дома является рама с вакуумными трубками. В зависимости от ее площади изменяется общая мощность всей системы. Особенности эксплуатации коллекторов подобного рода заключаются в следующем.

• Возможность использования в качестве вспомогательного источника тепловой энергии. В отличие от принципа работы вакуумных радиаторов отопления, на эксплуатацию которых не влияют погодные факторы, солнечные коллекторы нуждаются в постоянном воздействии УФ излучения светила. Поэтому зимой использовать подобную систему не практично;
• Экономия энергоносителя. Летом солнечные коллекторы успешно справляются с задачей горячего водоснабжения и нагрева небольших помещений ранней осенью. В этом случае затраты на энергоносители минимальны и могут быть связаны с работой насоса для обеспечения циркуляции жидкости;
• Относительно высокая стоимость. Средняя цена вакуумного коллектора с рамой составляет 45 тыс. руб. Если же планируется приобрести полноценную систему водоснабжения на 300 литров, то это будет стоить от 150 тыс. руб. Автономные вакуумные солнечные коллекторы, предназначенные для отопления дома и ГВС обойдутся минимум в 310 тыс. руб.

Но, несмотря на высокую стоимость, подобные системы пользуются все большей популярностью. Появление новых, более дешевых и эффективных материалов изготовления дает предпосылки на снижение цены.

Использовать расширительный вакуумный бачок для отопления в подобных системах нельзя, так как жидкость должна находиться под низким давлением.

Расширительный вакуумный бачок для отопления

В большинстве случаев расширительный вакуумный бак изготавливается самостоятельно. Он является модернизацией аналогичной модели для открытой системы отопления. Но в отличие от нее установка происходит не в верхней точке магистрали, а в нижней.

Для этого вакуумный бачок для отопления соединяется с трубопроводом с помощью трубы 1/2. Для работы вакуумный бачок, предназначенный для отопления, нужно заполнить теплоносителем на 1/3. В процессе нагрева воды в трубах происходит ее расширение, в результате чего излишек поступает в бак. Если же количество теплоносителя в трубах уменьшается, под действием создаваемого низкого давления происходит обратное действие — вода из вакуумного бачка для отопления перемещается в трубопровод.

Применение подобной конструкции имеет несколько преимуществ.

• Оптимизация места для установки всех элементов отопления. Расширительный бак можно поставить непосредственно рядом с котлом или в другом помещении дома;
• Уменьшение испарения теплоносителя, что является основной проблемой всех открытых систем;
• Используя расширительный вакуумный бачок для отопления можно визуально контролировать не только уровень жидкости в трубах, но и ее состав. Это способствует своевременной прочистке магистрали от скопившегося мусора и щелочных отложений.

К недостаткам расширительного вакуумного бачка для отопления относят отсутствие заводских моделей. Его можно изготовить только самостоятельно. Для этого используют стальные емкости круглой или цилиндрической формы с рассчитанным объемом. Он должен составлять не менее 10 % от количества теплоносителя.

Итоги

В каких случаях рекомендована установка вакуумной системы для отопления дома? За исключением положительных отзывов о вакуумных радиаторах отопления, монтаж гелиосистемы или расширительного бачка описанного типа являются вспомогательными механизмами для улучшения или оптимизации работы система нагрева.

Мощный вакуумный насос для отопления позволит улучшить циркуляцию воды, но напрямую повлияет на тепловой режим. Теплоноситель попросту не успеет достаточно остыть, что неприемлемо для водяного теплого пола – смешивание потоков не понизит температуру до нужного уровня.

При выборе и установке остальных элементов вакуумного отопления следует учитывать их особенности.

Вакуумные радиаторы

Помимо тепловой мощности соблюдаются правила установки вакуумных радиаторов отопления в частном доме.

Минимальное расстояние от нагревательной поверхности до подоконника должно составлять 8 см. Причем уровень от пола до нижней части батареи также не может быть менее 4 см. Для улучшения теплоотдачи рекомендовано установить теплоотражающие материалы на стену за радиатором.

Солнечные коллекторы

В некоторых моделях вместо специальной жидкости можно использовать простую воду. Однако КПД подобных установок на порядок ниже, чем у вышеописанных. Этот момент нужно обязательно уточнять у продавца.

Также для эффективности работы поверхность вакуумных трубок покрывается специальным материалом, улучшающим поглощательные свойства световой энергии.

Вакуумные расширительные баки

Перед самостоятельным изготовлением конструкций нужно правильно подобрать материал. Лучше всего использовать нержавеющую или оцинкованную сталь. Но следует учитывать, что для ее сварки нужно использовать специальный аппарат, работающий в определенном режиме. Лучший выход из такой ситуации – приобрести подходящую емкость заводского производства и немного модернизировать ее, установив нужные патрубки для подключения к трубопроводу отопления.

Вакуумная система отопления, включающая в себя батареи, радиаторы, насосы и бачки может эффективно дополнять работу основной. Поэтому сначала нужно рассчитать необходимый показатель дополнительной мощности, а затем подбирать соответствующие комплектующие и элементы.

В видеоматериале наглядно показан принцип работы вакуумных радиаторов отопления:

Выбираем вакуумный насос

Специфика вакуумного насоса в том, что он может откачивать не только воду, но и газ, пар и газо-паровые смеси. Разновидностей и моделей существует очень много, поэтому чтобы упростить выбор конкретного изделия, распределим насосы по группам с учетом тех или иных характерных признаков. Классифицируются вакуумные насосы по степени разряжения (уровень давления газа) получаемого вакуума:

• низковакуумные
• средневакуумные
• высоковакуумные

По конструкции механические вакуумные насосы делятся на следующие основные типы:

Поршневые

Перекачка происходит за счет циклического изменения объема цилиндра. Охлаждение цилиндров простого или двойного действия может быть водяным или воздушным. Варианты с золотниковым распределением имеют более низкое предельное давление. Насосы начинают работать от атмосферного давления. Производительность до 4000 л/с. Недостатки поршневых насосов — неравномерность откачки, неуравновешенность, большая масса, потери на трение.

Жидкостно-кольцевые (с жидкостным поршнем)

В цилиндрическом корпусе с эксцентрично расположенным колесом с лопатками под действием центробежных сил рабочая жидкость прижимается к стенкам, образуя кольцо. Благодаря элементам конструкции между лопатками колеса и жидкостным кольцом появляются секторы изменяющегося размера. Попадая в эти секторы, поступающий в насос газ переносится от входного отверстия к выходному, сжимается в уменьшающихся секторах и под давлением выходит наружу.

жидкостно-кольцевые центробежные насосы

В зависимости от перекачиваемого газа рабочая жидкость может быть очень разной. Для примера, чтобы перекачать паро-воздушную смесь в качестве рабочей жидкости используется обыкновенная вода, а для перекачки хлора понадобится концентрированная серная кислота. Эффективность работы жидкостно-кольцевых насосов может достигать 500 л/с.

Ротационные

Пластинчато-роторные

На внутренней поверхности цилиндрического корпуса не жестко закреплены пластины. Эксцентрично вращающийся ротор создает центробежную силу, волнообразно изменяющийся угол наклона пластин меняет объем рабочей камеры, что заставляет газ перемещаться от входного отверстия к выходному. Ротационно-пластинчатые насосы обладают высокой производительностью до 1000 л/с. Для снижение сил трения используются беговые кольца.

С катящимся ротором

Если достаточно небольшой производительности, то существует вариант ротационного насоса с катящимся ротором. Эти модели могут работают в масляной ванне, что снижает трение между деталями и повышает герметичность насоса.

Варианты насосов с катящимся ротором

Существуют различные варианты насосов с катящимся ротором. Например, пластинчато-статорный и золотниковый насосы, работают в масляной ванне. Если масло используется в качестве рабочей жидкости, то должно соблюдаться правило — температура вспышки не ниже 200°С . Золотниковый насос имеет более высокую производительность — до 100 л/с.

пластинчато-роторные центробежные насосы

Наиболее популярный тип вакуумных насосов — ротационные. Для повышения производительности они могут иметь два и более роторов. Большое распространение получили двухроторные конструкции. При этом роторы могут быть как синхронизированные специальной передачей, так и работать с соприкосновением. Из-за конструктивных особенностей при одинаковых габаритах с насосами роторными пластинчатыми и с катящимся ротором, двухроторные насосы обладают более высокой скоростью вращения и, соответственно, более высокой производительностью — до 5000 л в секунду.

При выборе важно учитывать характеристики насоса

• рабочее давление
• максимальное стартовое давление
• максимальное давление на выходе

Другие важные характеристики вакуумных насосов

• объем потребления охлаждающей жидкости
• уровень расхода электроэнергии
• габариты
• масса
• уровень вибрации
• уровень шума
• другие особенности при эксплуатации

В зависимости от поставленных задач каждому насосу конструкторы закладывают определенный диапазон рабочих давлений. Поэтому не все типы вакуумных насосов могут быть запущены с атмосферного давления.

Недостатки жидкостных вакуумных насосов

Рабочая жидкость проникает в откачиваемый газ или газовую смесь, потеря рабочей жидкости через выходное отверстие насоса и др. Для борьбы с этими явлениями используются влагопоглотители, натекатели, фильтры, конденсаторы, уплотнители и т.д. Все ловушки и фильтры для рабочей жидкости при максимальной эффективности не должны создавать помех для прохождения откачиваемого газа. Материалом для жидкостных ловушек могут служить пористые материалы.

фильтры и ловушки для вакуумных насосов

Используется пористое стекло, стекловолокно, пористая нержавеющая сталь, медь и др. Для увеличения эффективности и срока действия ловушки для рабочей жидкости вакуумных насосов охлаждают и дополняют адсорбционными материалами — активный уголь, активная окись алюминия, цеолит и т.п. Существуют ионные ловушки, питающиеся от электрической сети, использующие различные физические эффекты для разрушения масляной пленки и уменьшения давления масляных паров.

Критерии правильного выбора насоса

Вакуумные насосы имеют большое разнообразие различных вариантов перекачки жидкой или газообразной среды, что позволяет выбрать для Ваших задач наиболее подходящую модель. Такой насос пригодится для осушения подвала или бассейна, для орошения теплиц и посадок в Вашем саду. При выборе насоса для бытовых нужд обратите внимание на низкий уровень вибрации, максимальное давление при запуске, надежность конструкции и качество сборки. Изучайте не только техническую документацию производителя, но также отзывы непосредственных пользователей, проверивших оборудование в реальной жизни.