Sistema de aquecimento de água por circulação forçada: diagramas, opções de implementação, detalhes técnicos

Muitas soluções modernas para aquecimento de água residencial requerem o uso de um grupo de bombas.A concepção e instalação de um sistema de aquecimento com circulação forçada deve ser efectuada tendo em consideração as questões técnicas que surgem devido ao rápido movimento do refrigerante.

A alta pressão no circuito de aquecimento permite a implementação de muitos esquemas de fiação. Concordo, esta é uma vantagem importante de um sistema de aquecimento com circulação forçada. No entanto, a organização de tal esquema requer um projeto competente.

Diremos quais características são selecionadas os principais componentes operacionais do sistema e também descreveremos detalhadamente as opções possíveis para a fiação da linha principal e os métodos de organização do circuito de aquecimento.

Características técnicas dos principais componentes do sistema

O esquema forçado difere do natural pela adição de uma ou mais bombas de circulação. Devido ao aumento da pressão e da velocidade de movimento do refrigerante, as regras para a formação dos nós e a localização dos elementos do circuito mudam.

Este facto deve ser tido em consideração para garantir um aquecimento de elevada qualidade com circulação forçada.

Requisitos gerais para o grupo de bombas

As bombas de circulação são selecionadas com base nos requisitos de volume de água destilada (metro cúbico por hora) e pressão (metro). O cálculo de ambos os parâmetros depende da capacidade cúbica da caixa aquecida e do método de aquecimento, bem como do comprimento do circuito de água e do diâmetro das suas tubagens.

A bomba deve ser selecionada de forma que seus parâmetros não correspondam aos requisitos do sistema.Isso permitirá adicionar elementos ao circuito, se necessário, sem substituir a bomba.

Basicamente, as bombas são projetadas para tensão de 220 Volts, mas também existem aquelas com suporte para 12 Volts. Em caso de picos de tensão, é necessário instalar um estabilizador para evitar falhas no dispositivo.

Em caso de quedas de energia frequentes, é preciso cuidar da disponibilidade Fonte de energia ininterrupta. Não há necessidade de usar um no-break potente - dispositivos com consumo superior a 150 Watts por hora raramente são usados ​​​​para aquecer residências particulares.

Convencionalmente, as bombas de circulação podem ser divididas em dois tipos de acordo com a posição do motor. Dispositivos com rotor seco apresentam maior eficiência, mas apresentam maior nível de ruído e vida útil reduzida do que aqueles com rotor úmido.

Se a fiação do sistema permitir o movimento natural do refrigerante ao longo do circuito, a bomba deverá ser instalada através de um bypass. Neste caso, em caso de avaria ou queda de energia, é possível passar o aquecimento para o modo de circulação gravitacional.

A água também pode passar por uma bomba que não funciona, mas criará forte resistência ao seu movimento.

A escolha de um modelo de bomba em relação a um sistema de aquecimento específico é feita através da determinação do ponto de funcionamento e da sua conformidade com os valores de fluxo de refrigerante exigidos (+)

O problema de parar a bomba é especialmente premente quando se utiliza aquecimento por fogão ou lareira. Neste caso, o forno continuará a aquecer o permutador de calor e a água nele contida poderá ferver e todo o sistema poderá falhar por muito tempo.

É melhor fazer instalação de bomba no tubo de retorno, pois a temperatura mais baixa da água prolongará sua vida útil.Caso não seja possível instalar a bomba num local diferente da tubagem de saída da caldeira, deverá ser utilizada uma bomba com vedações cerâmicas.

Embora possam suportar temperaturas de até 110°C, se o sistema ferver, podem ter problemas de funcionamento.

Ao instalar a bomba no circuito através de um bypass, você pode obter não apenas condições normais de operação com base no princípio da circulação natural, mas também a capacidade de remover a bomba sem drenar a água

Informações úteis sobre a escolha de bombas de circulação para um sistema de aquecimento são fornecidas nos artigos:

1. Seleção de bomba de circulação: dispositivo, tipos e regras para escolha de bomba de aquecimento
2. Bomba de circulação para aquecimento: dez melhores modelos e dicas para compradores

Sutilezas na escolha de caldeiras e fornos

A utilização de caldeiras elétricas e a gás e fornos de longa queima como geradores de calor é atrativa do ponto de vista da facilidade de controle do fluxo de calor através do trocador de calor.

Aplicativo fogões de combustível sólido, especialmente projetos caseiros, estão repletos de geração de calor insuficiente ou excessiva. No entanto, a sua utilização é muitas vezes justificada do ponto de vista do baixo custo e da disponibilidade do combustível.

Existem muitos modelos de elétricos e caldeiras a gás com bomba integrada. Por um lado, o sistema de circulação incorporado é adaptado à potência da caldeira e permite evitar a compra e instalação de uma bomba separada. Por outro lado, se a bomba embutida quebrar, não será tão fácil repará-la ou substituí-la como uma bomba separada.

Uma caldeira elétrica com bomba integrada é uma solução pronta e compacta para inclusão em circuito de circulação forçada

Os requisitos para a caldeira ao utilizar circulação forçada são os mesmos que ao utilizar circulação natural:

• Cálculo da potência da caldeira - o indicador deve satisfazer as necessidades de aquecimento da casa nas condições mais severas para uma determinada área. É aconselhável ter uma pequena reserva de energia (10-20%) devido a possíveis casos de força maior que possam surgir no sistema de aquecimento.
• Aviso de ebulição do líquido refrigerante no trocador de calor. Este requisito é mais fácil de cumprir quando se utiliza uma combinação “fornalha-bomba” do que quando se utiliza um modelo gravitacional de movimento de fluido.

Para evitar que a água ferva no trocador de calor da caldeira, basta ajustar a potência em função da temperatura do líquido de saída. Este método funciona para qualquer tipo de circulação.

A unidade de controle do modo de funcionamento da caldeira a combustível sólido inclui a função de acionar a bomba quando são atingidas temperaturas críticas na saída do trocador de calor

Para fogões com circulação natural, não há como evitar a ebulição do líquido refrigerante em caso de quantidade excessiva de combustível carregado. A única opção na presença de bomba é aumentar o volume de líquido conduzido pelo trocador de calor.

Além disso, esse sistema de emergência pode ser automatizado usando um termostato e uma unidade de controle de velocidade da bomba.

Instalação e teste do circuito de água

Com um esquema de aquecimento com circulação forçada, haverá velocidades de água mais elevadas do que no modelo gravitacional. Portanto, é possível usar um diâmetro de tubo menor com os mesmos parâmetros de aquecimento do edifício. Isso reduz o custo do aquecimento de água em termos de custos com tubos, conexões e acessórios.

Além disso, elementos de contorno de menor diâmetro são mais fáceis de esconder em nichos tecnológicos ou de caber no interior das instalações.

Em comparação com a circulação natural, o aumento da pressão hidrodinâmica do fluxo será adicionado à pressão hidrostática da coluna líquida. Portanto, para evitar a formação de vazamentos ou, principalmente, um rompimento do sistema, é necessário seguir algumas regras.

No caso de transição da circulação gravitacional para a circulação forçada, é necessário eliminar todos os vazamentos, mesmo os menores, do circuito. À medida que a pressão aumenta, a vazão aumentará, o que, além do problema no ambiente, causará uma diminuição na quantidade de refrigerante e sua aeração excessiva (saturação de ar).

Antes do início da estação de aquecimento, é necessário realizar testes hidráulicos de resistência do circuito com a pressão máxima utilizada ou mesmo ligeiramente superior. Isso permitirá identificar problemas e eliminá-los antes do início do tempo frio, quando um longo desligamento do aquecimento para reparos é indesejável.

Vazamentos no radiador de aquecimento podem ocorrer nos locais mais inesperados e a solução do problema levará muito tempo, por isso é melhor verificar a integridade do sistema com antecedência

Como a velocidade de movimento do refrigerante será superior a 0,25 m/s, de acordo com SNiP 41-01-2003 não há necessidade de manter uma inclinação constante dos tubos para retirar o ar do circuito. Portanto, com circulação forçada, a instalação de tubos e radiadores é um pouco mais simples do que com circuito gravitacional.

Opções de aquecimento com circulação forçada

A utilização da circulação forçada permite-nos afastar-nos do princípio de concepção da cablagem com a consideração obrigatória da diferença de pressão hidrostática, necessária ao funcionamento em circuito gravitacional.

Isto adiciona variabilidade ao modelar a geometria do circuito de água e oferece a oportunidade de usar soluções como aquecimento de coletores ou piso radiante de grandes áreas.

Aplicação de fiação superior e inferior

Qualquer esquema de aquecimento pode ser classificado condicionalmente como fiação superior ou inferior. Com a fiação aérea, a água quente sobe acima dos aparelhos de aquecimento e, em seguida, fluindo para baixo, aquece os radiadores. Do fundo - a água quente é fornecida por baixo. Cada opção tem seus lados positivos.

A fiação superior também é usada para circulação natural. Portanto, circuitos de aquecimento deste tipo permitem a utilização de ambos os tipos de circulação. Isto, em primeiro lugar, oferece uma oportunidade de escolha e, em segundo lugar, aumenta a confiabilidade do sistema.

Em caso de corte de energia ou avaria da bomba, o movimento da água ao longo do circuito continuará, embora a uma velocidade inferior.

Uma boa pressão permite escolher entre a fiação superior e inferior, levando em consideração a conveniência dos tubos que fornecem refrigerante aos radiadores (+)

Ao usar a fiação inferior, o comprimento total dos tubos é menor, o que reduz o custo de criação do sistema. Além disso, não há necessidade de colocar degraus no andar superior, o que é bom do ponto de vista do design do ambiente. O tubo inferior de abastecimento de água quente é colocado na cave ou ao nível do primeiro andar.

Variedades de diagramas de conexão de tubo único

O esquema de tubo único utiliza o mesmo tubo para fornecer água quente aos radiadores e descarregar água fria para a caldeira de aquecimento. Com este layout, o comprimento dos tubos utilizados é reduzido quase pela metade e o número de conexões e válvulas de corte é reduzido.

Porém, os radiadores são aquecidos sequencialmente, portanto, no cálculo do número de seções, é necessário levar em consideração a diminuição gradativa da temperatura do refrigerante fornecido.

A conexão em série de radiadores usando um tubo para fornecer refrigerante é frequentemente usada em residências modernas para minimizar custos de material e simplificar o trabalho de instalação

Os circuitos monotubo podem ser implementados nas versões horizontal e vertical. Com a circulação forçada, se forem utilizados risers verticais, a água quente pode ser fornecida não só por cima, mas também por baixo.

A viabilidade de usar uma ou outra opção depende não apenas da conveniência da instalação do tubo, mas também do número máximo permitido de radiadores em um riser de um circuito monotubo.

Existem duas maneiras de conectar radiadores de aquecimento:

• Conexão serial — o líquido refrigerante flui através de todos os radiadores.Neste caso, é necessário um número mínimo de tubos, mas caso seja necessário desligar um dos radiadores, todo o ramal do sistema deverá ser parado.
• Ignorar conexão — o líquido refrigerante pode fluir desviando do radiador através do ramal instalado. Usando um sistema de torneira, você pode redirecionar o fluxo através do radiador, o que permitirá que ele seja reparado ou desmontado sem parar o aquecimento.

Um circuito de tubo único é frequentemente usado para aquecimento, mas se houver um grande número de radiadores, outra opção é usada para aquecê-los uniformemente.

Os esquemas de tubo único têm muitas opções de implementação para circulação forçada, portanto, escolher a solução adequada para uma geometria específica da sala é bastante fácil (+)

Métodos de uso da versão de dois tubos

Um diagrama de circuito de aquecimento usando um segundo tubo para drenar a água resfriada para a caldeira é chamado sistema de dois tubos. A metragem da tubulação aumenta, assim como o número de conexões e dispositivos.

No entanto, o sistema tem uma vantagem importante - o refrigerante com a mesma temperatura é fornecido a cada radiador. Isso torna a opção de dois tubos muito atraente.

Para aquecimento de água com circulação forçada, utiliza-se fiação horizontal e vertical. Além disso, com a versão vertical é possível utilizar o abastecimento de água quente superior e inferior.

O circuito de abastecimento e drenagem de água de dois tubos, combinado com a conexão diagonal do radiador, proporciona máxima transferência de calor para o ambiente

Como a temperatura da água fornecida a todos os radiadores é a mesma, a geometria dos circuitos depende apenas dos seguintes fatores:

• economia de materiais — minimizar o comprimento dos tubos e o número de conexões;
• facilidade de desenho de contorno aquecimento através de paredes e tetos;
• apelo estético - a capacidade de instalar elementos de aquecimento no interior das instalações.

Dependendo do movimento da água quente e gelada, os circuitos de dois tubos são divididos em dois tipos:

1. Relacionado. O movimento em ambos os tubos ocorre na mesma direção. O ciclo do líquido refrigerante tem a mesma duração para todos os radiadores nesta parte do sistema, portanto a taxa de aquecimento é a mesma.
2. Fim da linha. Num esquema paralelo, os radiadores localizados mais próximos da caldeira aquecem mais rapidamente. Porém, para sistemas com circulação forçada isto não é muito importante devido à significativa velocidade da água no circuito.

Ao escolher entre as opções associadas e sem saída, eles são guiados pela condição de conveniência de instalação do tubo de retorno. Nos esquemas verticais, com a fiação inferior obtém-se um sistema sem saída, e com a fiação superior obtém-se um sistema de passagem.

Usando um coletor de distribuição de aquecimento

Outra forma popular de organizar o aquecimento agora é criando um circuito coletor. Até certo ponto, este esquema pode ser chamado de subtipo de dois tubos, embora também seja usado na organização de circuitos de aquecimento de tubo único.

Apenas a distribuição do refrigerante quente e a coleta do refrigerante resfriado ocorrem não no riser principal, mas em dispositivos especiais do nó de distribuição - coletores. Tal sistema funciona de forma estável apenas com circulação forçada.

A fiação radial, em comparação com a fiação de dois tubos, requer um coletor, um comprimento total de tubos maior, o número de conexões e válvulas de corte

A unidade de distribuição para um sistema de dois tubos é uma combinação complexa de coletores de alimentação e retorno, com a ajuda da qual o fornecimento de refrigerante é equilibrado em temperatura e pressão.

Cada ramo do dispositivo alimenta um elemento de aquecimento ou um pequeno grupo deles.As filiais geralmente estão localizadas sob o piso, cada andar de um edifício de vários andares é servido por um coletor instalado centralmente.

Apesar das vantagens óbvias deste tipo de arranjo de aquecimento, o sistema coletor tem duas desvantagens significativas:

• comprimento mais longo do pipeline, portanto, esta opção de organização de um circuito de água exige um investimento financeiro considerável;
• dificuldade em mudar o contorno — os tubos com esta opção geralmente estão localizados sob o piso ou nas paredes, portanto, se você adicionar dispositivos de aquecimento, será muito difícil fazer qualquer ajuste.

Todos os coletores são normalmente montados em um gabinete especial, pois ali estão localizadas as válvulas de corte e é necessário acesso. Colocar as torneiras em um só lugar é muito conveniente.

Caso haja necessidade de ligar ou desligar os radiadores ou ocorra uma emergência, basta ter acesso ao armário e não há necessidade de visitar todos os quartos.

Os coletores de distribuição podem ter uma estrutura simples composta por dois pentes e um mínimo de válvulas de corte.Componentes complexos também podem incluir termostatos automáticos, válvulas eletrônicas, misturadores, saídas de ar automáticas, sensores e unidades de controle, uma válvula de drenagem de água e uma bomba de circulação separada.

Esses sistemas podem regular com mais precisão a temperatura da sua casa, mas exigem um bom conhecimento dos fundamentos e nuances do aquecimento hidrônico.

Aquecimento com piso radiante

Um dos métodos de aquecimento mais confortáveis ​​​​é considerado organização de pisos aquecidos. De referir que a instalação desta opção de aquecimento em salas, duches, cozinhas e outras divisões é bastante complicada.

Pisos aquecidos a água em uma grande área só são possíveis com circulação forçada, pois é necessário criar pressão em um longo sistema de tubos estreitos.

A pressão é necessária para superar a resistência de tubos estreitos com muitas curvas. Além disso, é necessário atingir uma pressão que permita a retirada do ar dos tubos do piso radiante, que se encontram na horizontal.

Há um grande número de combinações de colocação de tubos:

• para quartos pequenos utilizar circuitos com uma entrada para água quente e uma saída para água gelada;
• para salas grandes organize sistemas de aquecimento de piso mais complexos usando um coletor de distribuição.

Freqüentemente, bombas de circulação separadas são instaladas para partes do circuito com piso aquecido.

A utilização de coletor justifica-se para grandes áreas de piso aquecido, quando os cálculos mostram que um tubo pode não suportar o aquecimento

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Uma descrição detalhada de um esquema de aquecimento de dois tubos e bastante complexo para uma casa de dois andares:

Sistema fechado para casa de três andares baseado em caldeira a gás:

A utilização de bombas para aquecimento de água de instalações simplifica muito o projeto do circuito, possibilitando opções que não estão disponíveis para o modelo gravitacional. A seleção correta dos equipamentos resolverá o problema de aquecimento da sua casa, tornando este processo cómodo e simples.

Tem algo a acrescentar ou tem dúvidas sobre a organização de um sistema de aquecimento com circulação forçada? Por favor, deixe comentários na postagem e participe das discussões. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.