Sistema de aquecimento fechado: diagramas e características de instalação de um sistema fechado

A principal característica pela qual um sistema de aquecimento fechado difere de um aberto é o seu isolamento da influência do ambiente.Este esquema inclui uma bomba de circulação que estimula o movimento do refrigerante. O esquema é desprovido de muitas das desvantagens inerentes a um circuito de aquecimento aberto.

Você aprenderá tudo sobre os prós e os contras dos esquemas de aquecimento fechados lendo o artigo que propomos. Examina minuciosamente as opções de dispositivos, as especificidades da montagem e operação de sistemas do tipo fechado. Um exemplo de cálculo hidráulico é dado para artesãos independentes.

As informações apresentadas para revisão baseiam-se nos regulamentos de construção. Para otimizar a percepção de um tema difícil, o texto é complementado com diagramas úteis, coleções de fotos e tutoriais em vídeo.

Princípio de funcionamento de um sistema fechado

As expansões de temperatura em um sistema fechado são compensadas pelo uso de um tanque de expansão de membrana, cheio de água durante o aquecimento. Ao resfriar, a água do tanque retorna ao sistema, mantendo assim uma pressão constante no circuito.

A pressão criada no circuito de aquecimento fechado durante a instalação é transmitida a todo o sistema. A circulação do refrigerante é forçada, portanto este sistema depende de energia. Sem Bomba de circulação não haverá movimento de água aquecida pelas tubulações até os aparelhos e de volta ao gerador de calor.

Elementos básicos de um circuito fechado:

• caldeira;
• válvula de liberação de ar;
• válvula termostática;
• radiadores;
• tubos;
• tanque de expansão sem contato com a atmosfera;
• válvula de balanceamento;
• válvula de esfera;
• bomba, filtro;
• válvula de segurança;
• Medidor de pressão;
• acessórios, fixadores.

Se o fornecimento de energia para a casa for ininterrupto, o sistema fechado funciona de forma eficiente. Muitas vezes o design é complementado com “pisos quentes”, que aumentam sua eficiência e transferência de calor.

Este arranjo permite não aderir a um determinado diâmetro da tubulação, reduzir o custo de aquisição de materiais e não colocar a tubulação em declive, o que simplifica a instalação. A bomba deve receber líquido em baixa temperatura, caso contrário seu funcionamento será impossível.

O circuito de aquecimento do tipo fechado inclui algumas peças que também são utilizadas em outros tipos de sistemas

Esta opção também tem uma nuance negativa - enquanto com uma inclinação constante o aquecimento funciona mesmo na ausência de energia, então com uma posição estritamente horizontal da tubulação o sistema fechado não funciona. Esta desvantagem é compensada pela elevada eficiência e por uma série de aspectos positivos em comparação com outros tipos de sistemas de aquecimento.

A instalação é relativamente simples e possível em salas de qualquer tamanho. Não há necessidade de isolar a tubulação, o aquecimento ocorre muito rapidamente, se houver termostato no circuito o regime de temperatura pode ser ajustado. Se o sistema for projetado corretamente, não haverá perda de líquido refrigerante e, portanto, não haverá razão para reabastecê-lo.

A vantagem indiscutível de um sistema de aquecimento fechado é que a diferença de temperatura entre a alimentação e o retorno permite aumentar a vida útil da caldeira. A tubulação em circuito fechado é menos suscetível à corrosão. É possível fazer upload para o circuito anticongelante em vez de águaquando o aquecimento tiver que ser desligado no inverno por um longo período.

Os sistemas fechados mais utilizados são os de água, embora a função de refrigerante também possa ser desempenhada por líquidos não congelantes, vapor, gases que possuam as características necessárias

Protegendo o sistema do ar

Teoricamente, o ar não deveria entrar em um sistema de aquecimento fechado, mas na verdade ainda está presente nele. Seu acúmulo é observado quando tubulações e baterias são abastecidas com água. A segunda razão pode ser a despressurização das articulações.

Como resultado do aparecimento de bolsas de ar, a transferência de calor do sistema diminui. Para combater este fenómeno, o sistema inclui válvulas especiais e válvulas de purga de ar.

Se o ar não se acumular no sistema, a bóia do respiradouro bloqueia a válvula de escape. Quando um bloqueio de ar se acumula na câmara da bóia, a bóia para de segurar a válvula de saída, fazendo com que o ar escape para fora do dispositivo

Para minimizar a probabilidade de bolsas de ar, certas regras devem ser seguidas ao encher um sistema fechado:

1. Forneça água de baixo para cima. Para isso, coloque os canos de forma que a água e o ar liberado se movam na mesma direção.
2. Deixe as válvulas de ventilação de ar abertas e as válvulas de drenagem de água fechadas. Assim, com um aumento gradual do líquido refrigerante, o ar escapará pelas aberturas de ventilação.
3. Feche a válvula de ventilação assim que a água começar a fluir através dela. Continue o processo suavemente até que o circuito esteja completamente cheio de líquido refrigerante.
4. Ligue a bomba.

Se no circuito de aquecimento radiadores de alumínio, então são necessárias saídas de ar em cada um.O alumínio, em contato com o refrigerante, provoca uma reação química acompanhada pela liberação de oxigênio. Em radiadores parcialmente bimetálicos o problema é o mesmo, mas é produzido muito menos ar.

Uma ventilação automática é instalada no ponto superior. Essa exigência é explicada pelo fato de que as bolhas de ar nas substâncias líquidas sempre sobem pela tubulação, onde são coletadas por um dispositivo de retirada de ar

Em radiadores 100% bimetálicos, o refrigerante não entra em contato com o alumínio, mas os profissionais insistem na presença de saída de ar também neste caso. O projeto específico dos radiadores de painel de aço já vem equipado com válvulas de purga de ar durante o processo de produção.

Em radiadores antigos de ferro fundido, o ar é removido por meio de uma válvula de esfera; outros dispositivos são ineficazes aqui.

Os pontos críticos do circuito de aquecimento são as curvas dos tubos e os pontos mais altos do sistema, por isso são instalados dispositivos de exaustão de ar nesses locais. Em circuito fechado é usado Guindastes Mayevsky ou válvulas flutuantes automáticas que permitem a ventilação do ar sem intervenção humana.

O corpo deste dispositivo contém uma bóia de polipropileno conectada através de um balancim a um carretel. À medida que a câmara da bóia se enche de ar, a bóia desce e, ao atingir a posição inferior, abre a válvula por onde o ar escapa.

A água entra no volume livre de gás, a bóia sobe e fecha o carretel. Para evitar que detritos entrem neste último, ele é coberto por uma tampa protetora.

O corpo das saídas de ar manuais e automáticas é feito de material de alta qualidade e não suscetível à corrosão.Para remover a trava de ar, gire o cone no sentido anti-horário e libere o ar até que o chiado pare.

Existem modificações onde esse processo ocorre de forma diferente, mas o princípio é o mesmo: a bóia fica na posição inferior - o gás é liberado; a bóia sobe - a válvula fecha, o ar se acumula. O ciclo se repete automaticamente e não requer presença humana.

Leia o artigo: 22 melhores saídas de ar automáticas e manuais: revisão, qualidade, preço.

Cálculo hidráulico para um sistema fechado

Para não se enganar na seleção dos tubos de acordo com o diâmetro e a potência da bomba, é necessário um cálculo hidráulico do sistema.

A operação eficaz de todo o sistema é impossível sem levar em consideração os 4 pontos principais:

1. Determinar a quantidade de refrigerante que deve ser fornecida aos dispositivos de aquecimento para garantir um determinado equilíbrio térmico na casa, independentemente da temperatura exterior.
2. Redução máxima nos custos operacionais.
3. Reduzindo ao mínimo os investimentos financeiros, dependendo do diâmetro do duto selecionado.
4. Operação estável e silenciosa do sistema.

Os cálculos hidráulicos ajudarão a resolver esses problemas, permitindo que você selecione os diâmetros ideais dos tubos levando em consideração as vazões do refrigerante economicamente justificadas, determine as perdas de pressão hidráulica em seções individuais, conecte e equilibre os ramais do sistema. Esta é uma etapa de design complexa e demorada, mas necessária.

Regras para calcular o fluxo do refrigerante

Os cálculos são possíveis se um cálculo de engenharia térmica estiver disponível e após a seleção dos radiadores por potência. Os cálculos de engenharia térmica devem conter dados razoáveis ​​​​sobre o volume de energia térmica, cargas e perdas de calor.Se esses dados não estiverem disponíveis, a potência do radiador será medida com base na área da sala, mas os resultados do cálculo serão menos precisos.

O diagrama tridimensional é fácil de usar. Todos os elementos nele recebem designações, que incluem marcações e números em ordem

Eles começam com um diagrama. É melhor realizá-lo em uma projeção axonométrica e traçar todos os parâmetros conhecidos. O fluxo do refrigerante é determinado pela fórmula:

G =860q/∆t kg/h,

onde q é a potência do radiador kW, ∆t é a diferença de temperatura entre as linhas de retorno e alimentação. Tendo determinado este valor, a seção transversal dos tubos é determinada usando as tabelas de Shevelev.

Para utilizar essas tabelas, o resultado do cálculo deve ser convertido em litros por segundo através da fórmula: GV = G /3600ρ. Aqui GV denota a vazão do refrigerante em l/s, ρ é a densidade da água igual a 0,983 kg/l a uma temperatura de 60 graus C. Nas tabelas você pode simplesmente selecionar a seção transversal do tubo sem realizar um cálculo completo.

As tabelas de Shevelev simplificam bastante o cálculo. Aqui estão os diâmetros dos tubos de plástico e aço, que podem ser determinados conhecendo a velocidade do refrigerante e sua vazão

A sequência de cálculo é mais fácil de compreender através de um diagrama simples que inclui uma caldeira e 10 radiadores. O diagrama deve ser dividido em seções onde a seção transversal dos tubos e a vazão do refrigerante são valores constantes.

A primeira seção é a linha que vai da caldeira ao primeiro radiador. A segunda é a seção entre o primeiro e o segundo radiadores. A terceira seção e as subseqüentes são distinguidas da mesma maneira.

A temperatura do primeiro ao último dispositivo diminui gradualmente. Se na primeira seção a energia térmica for de 10 kW, então quando o primeiro radiador passa, o refrigerante fornece uma certa quantidade de calor e o calor perdido diminui em 1 kW, etc.

O fluxo do refrigerante pode ser calculado usando a fórmula:

Q=(3,6xQuch)/(сх(tr-to))

Aqui Qch é a carga térmica da área, c é a capacidade térmica específica da água, que tem um valor constante de 4,2 kJ/kg x s, tr é a temperatura do refrigerante quente na entrada, to é a temperatura do refrigerante refrigerante na saída.

A velocidade ideal de movimento do refrigerante quente através da tubulação é de 0,2 a 0,7 m/s. Se o valor for inferior, aparecerão bolsas de ar no sistema. Este parâmetro é afetado pelo material do produto e pela rugosidade dentro do tubo.

Tanto nos circuitos de aquecimento abertos como fechados são utilizados tubos de aço preto e inoxidável, cobre, polipropileno, polietileno de diversas modificações, polibutileno, etc.

Quando a velocidade do refrigerante estiver dentro dos limites recomendados, 0,2-0,7 m/s, serão observadas perdas de pressão de 45 a 280 Pa/m na tubulação de polímero, e de 48 a 480 Pa/m em tubos de aço.

O diâmetro interno dos tubos na seção (din) é determinado com base na magnitude do fluxo de calor e na diferença de temperatura na entrada e saída (∆tco = 20 graus C para um esquema de aquecimento de 2 tubos) ou no fluxo do refrigerante. Existe uma tabela especial para isso:

Utilizando esta tabela, conhecendo a diferença de temperatura entre a entrada e a saída, bem como a vazão, é fácil determinar o diâmetro interno do tubo

Para selecionar um circuito, você deve considerar circuitos de um e dois tubos separadamente. No primeiro caso calcula-se o riser com maior quantidade de equipamentos e no segundo caso calcula-se o circuito carregado. O comprimento do local é obtido a partir de uma planta desenhada em escala.

A realização de cálculos hidráulicos precisos só pode ser feita por um especialista do perfil adequado.Existem programas especiais que permitem realizar todos os cálculos relativos às características térmicas e hidráulicas que podem ser utilizadas quando projeto de sistema de aquecimento para sua casa.

Seleção de bomba de circulação

O objetivo do cálculo é obter a pressão que a bomba deve desenvolver para movimentar a água pelo sistema. Para fazer isso, use a fórmula:

P = Rl + Z

Em que:

• P é a perda de pressão na tubulação em Pa;
• R – resistência ao atrito específico em Pa/m;
• l é o comprimento do tubo na seção de projeto em m;
• Z – perda de pressão em seções “estreitas” em Pa.

Esses cálculos são simplificados pelas mesmas tabelas de Shevelev, nas quais você pode encontrar o valor da resistência ao atrito, apenas 1000i terá que ser recalculado para um comprimento específico de tubo. Portanto, se o diâmetro interno do tubo for 15 mm, o comprimento da seção for 5 m e 1000i = 28,8, então Rl = 28,8 x 5/1000 = 0,144 Bar. Encontrados os valores de Rl para cada seção, eles são resumidos.

O valor da perda de pressão Z tanto para a caldeira quanto para os radiadores está no passaporte. Para outras resistências, os especialistas aconselham tomar 20% de Rl, seguido da soma dos resultados das seções individuais e multiplicação por um fator de 1,3. O resultado será a pressão desejada da bomba. Para sistemas de tubo único e de 2 tubos o cálculo é o mesmo.

A bomba é instalada de forma que seu eixo fique na posição horizontal, caso contrário a formação de bolsas de ar não pode ser evitada. Eles montam nos americanos para que, se necessário, possa ser facilmente removido

Em caso a bomba está selecionada para uma caldeira existente, use a fórmula: Q=N/(t2-t1), onde N é a potência da unidade de aquecimento em W, t2 e t1 são a temperatura do refrigerante na saída da caldeira e no retorno, respectivamente.

Como calcular um tanque de expansão?

O cálculo se resume a determinar quanto o volume do refrigerante aumentará durante seu aquecimento, desde a temperatura ambiente média de + 20 graus C até a temperatura de operação - de 50 a 80 graus. Esses cálculos não são fáceis, mas existe outra maneira de resolver o problema: os profissionais aconselham a escolha de um tanque com volume igual a 1/10 da quantidade total de líquido do sistema.

O tanque de expansão é um elemento muito importante do sistema. O excesso de refrigerante que ele absorve durante a expansão deste último evita que a linha e as torneiras estourem

Você pode conhecer esses dados nos passaportes dos equipamentos, que indicam a capacidade da camisa de água da caldeira e de 1 seção do radiador. Em seguida, a área da seção transversal de tubos de diferentes diâmetros é calculada e multiplicada pelo comprimento correspondente.

Os resultados são somados, os dados dos passaportes são somados e 10% são retirados do total. Se todo o sistema comporta 200 litros de refrigerante, é necessário um tanque de expansão com volume de 20 litros.

Critérios de seleção de tanques

Fabricação tanques de expansão de aço. No interior existe uma membrana que divide o recipiente em 2 compartimentos. O primeiro é abastecido com gás e o segundo com refrigerante. Quando a temperatura sobe e a água corre do sistema para o tanque, o gás é comprimido sob sua pressão. O refrigerante não pode ocupar todo o volume devido à presença de gás no tanque.

A capacidade dos tanques de expansão varia. Este parâmetro é selecionado para que quando a pressão no sistema atingir o pico, a água não ultrapasse o nível definido. Para proteger o tanque contra transbordamento, uma válvula de segurança está incluída no projeto. O enchimento normal do tanque é de 60 a 30%.

A solução ideal é instalar o tanque de expansão em um local onde haja menos curvas no sistema. O melhor local para isso é uma seção reta na frente da bomba.

Escolhendo o esquema ideal

Ao instalar o aquecimento numa casa privada, são utilizados dois tipos de esquemas: um tubo e 2 tubos. Se os compararmos, o último é mais eficaz. Sua principal diferença está nos métodos de conexão dos radiadores às tubulações. Num sistema de dois tubos, um elemento obrigatório do circuito de aquecimento é um riser individual, através do qual o refrigerante resfriado retorna à caldeira.

A instalação de um sistema de tubo único é mais simples e menos dispendiosa financeiramente. O circuito fechado deste sistema combina os dutos de abastecimento e de retorno.

Sistema de aquecimento de tubo único

Em casas de um e dois andares com uma área pequena, o esquema de um circuito de aquecimento monotubo tipo fechado tem se mostrado bem, que consiste em uma fiação de 1 tubo e vários radiadores conectados a ele em série.

Às vezes ela é popularmente chamada de “Leningradka”. O refrigerante, liberando calor para o radiador, retorna ao tubo de alimentação e passa pela próxima bateria. Os últimos radiadores recebem menos calor.

Ao instalar um sistema de tubo único, você pode fazer 2 opções para o movimento do refrigerante - associado e sem saída. No primeiro caso o sistema pode ser equilibrado, mas no segundo não pode

A vantagem deste esquema é a instalação econômica - leva menos material e tempo do que um sistema de 2 tubos. Se um radiador falhar, os demais funcionarão normalmente ao usar um bypass.

As capacidades de um circuito de tubo único são limitadas - ele não pode ser iniciado em etapas, os radiadores aquecem de forma desigual, portanto, seções devem ser adicionadas ao último da cadeia. Para evitar que o refrigerante esfrie tão rapidamente, é necessário aumentar o diâmetro dos tubos. Recomenda-se conectar no máximo 5 radiadores por andar.

Existem 2 tipos de sistemas: horizontais e verticais. Num edifício térreo, o sistema de aquecimento horizontal é instalado acima e abaixo do piso. Recomenda-se instalar as baterias no mesmo nível e a tubulação de alimentação horizontal com ligeira inclinação na direção do fluxo do refrigerante.

Com a distribuição vertical, a água da caldeira sobe pelo riser central, entra na tubulação, é distribuída por risers separados e deles - por meio de radiadores. Resfriando, o líquido desce pelo mesmo riser, passando por todos os dispositivos ali existentes, indo parar na tubulação de retorno, e de lá a bomba o bombeia de volta para a caldeira.

Um sistema vertical de tubo único inclui um riser principal e vários outros separados, um tanque de expansão, uma tubulação de abastecimento, baterias, um coletor de ar, uma tubulação de retorno e uma bomba.Mais frequentemente, é utilizado um sistema com seções deslocadas, onde são utilizadas válvulas de 3 vias para regular o aquecimento dos radiadores

Tendo escolhido um tipo fechado de sistema de aquecimento, a instalação é realizada na seguinte sequência:

1. Instale a caldeira. Na maioria das vezes, é alocado um lugar para ele no térreo ou no primeiro andar da casa.
2. Os tubos são conectados aos tubos de entrada e saída da caldeira e distribuídos ao redor do perímetro de todas as salas. As conexões são selecionadas dependendo do material dos tubos principais.
3. Instale o tanque de expansão, colocando-o no ponto mais alto. Ao mesmo tempo, é instalado um grupo de segurança, conectando-o à linha principal através de um T. Fixe o riser principal vertical e conecte-o ao tanque.
4. Estão instalando radiadores com instalação de torneiras Mayevsky. A melhor opção: bypass e 2 válvulas de corte - uma na entrada e outra na saída.
5. Instalar a bomba na zona de entrada do refrigerante arrefecido na caldeira, tendo previamente instalado um filtro na frente do seu local de instalação. O rotor está posicionado estritamente horizontalmente.

Alguns artesãos instalam uma bomba com bypass para não drenar a água do sistema em caso de reparo ou substituição do equipamento.

Após instalar todos os elementos, abra a válvula, encha a linha com líquido refrigerante e retire o ar. Verifique se o ar foi completamente removido desaparafusando o parafuso localizado na tampa do corpo da bomba. Se sair líquido por baixo, significa que o equipamento pode ser acionado apertando primeiro o parafuso central previamente desaparafusado.

Com esquemas testados na prática sistemas de aquecimento de tubo único e opções de dispositivos você encontra em outro artigo em nosso site.

Sistema de aquecimento de dois tubos

Como no caso de um sistema de tubo único, há fiação horizontal e vertical, mas aqui há uma linha de alimentação e uma linha de retorno. Todos os radiadores aquecem igualmente. Um tipo difere do outro porque no primeiro caso existe um único riser e todos os dispositivos de aquecimento estão conectados a ele.

Os esquemas de dois tubos são mais frequentemente encontrados em construções de vários andares, quando uma caldeira é necessária para aquecer efetivamente todo o edifício

O esquema vertical envolve conectar radiadores a um riser localizado verticalmente. Sua vantagem é que em um edifício de vários andares, cada andar é conectado individualmente ao espelho.

Uma característica especial do esquema de dois tubos é a presença de tubos conectados a cada bateria: um de fluxo direto e outro de retorno. Existem 2 diagramas para conectar dispositivos de aquecimento. Um deles é do tipo coletor, quando 2 tubos vão dos coletores até a bateria.

O esquema é caracterizado por instalação complexa e alto consumo de material, mas a temperatura de cada ambiente pode ser ajustada.

O segundo é um circuito paralelo mais simples. Os risers são instalados ao redor do perímetro da casa e radiadores são conectados a eles. Há uma espreguiçadeira ao longo de todo o andar e degraus estão conectados a ela.

Os componentes de tal sistema são:

• caldeira;
• válvula de segurança;
• Medidor de pressão;
• ventilação automática;
• válvula termostática;
• baterias;
• bombear;
• filtro;
• dispositivo de balanceamento;
• tanque;
• válvula.

Antes de prosseguir com a instalação, a questão do tipo de portador de energia deve ser resolvida. A seguir, instale a caldeira numa sala de caldeiras separada ou na cave.O principal é que ali haja uma boa ventilação. Instalar coletor, se previsto em projeto, e bomba. Equipamentos de ajuste e medição são instalados próximos à caldeira.

Uma linha é conectada a cada futuro radiador e, em seguida, as próprias baterias são instaladas. Os dispositivos de aquecimento são pendurados em suportes especiais de forma que restem 10 a 12 centímetros do chão e 2 a 5 cm das paredes.As aberturas dos dispositivos na entrada e na saída são equipadas com desligamento e controle dispositivos.

O processo de instalação de um sistema de dois tubos consiste em várias etapas. A primeira delas é a instalação de uma caldeira. Os tubos são primeiro conectados aos locais de instalação das baterias e só então os próprios radiadores são instalados.

Após a instalação de todos os componentes do sistema, este é pressurizado. Isso deve ser feito por profissionais, pois somente eles podem emitir o documento adequado.

Detalhes do projeto de um sistema de aquecimento de dois tubos descrito aqui, o artigo apresenta diversos esquemas e suas análises.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este material de vídeo apresenta um exemplo de cálculo hidráulico detalhado de um sistema de aquecimento fechado de 2 tubos para uma casa de 2 andares no programa VALTEC.PRG:

Aqui está uma descrição detalhada do projeto de um sistema de aquecimento de tubo único:

É possível instalar você mesmo uma versão fechada do sistema de aquecimento, mas não pode fazê-lo sem consultar especialistas. A chave do sucesso é um projeto devidamente concluído e materiais de qualidade.

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