Distribuição ideal de aquecimento em casa particular: comparação de todos os esquemas típicos

Ao resolver a tarefa de aquecimento de uma residência, existem muitas combinações de construção do sistema de fornecimento e retorno do fluido térmico. Cada distribuição de aquecimento em uma casa particular pode ser classificada por várias características.

Propomos que você compreenda os detalhes da instalação e funcionamento das opções possíveis. Compreender os princípios de projeto, vantagens e desvantagens de cada tipo de distribuição ajudará a planejar a geometria do sistema e sua configuração, levando em consideração as características individuais do ambiente.

Modelagem da geometria ideal do circuito

Para uma única casa particular, podem ser projetados vários circuitos de água fechados que aquecerão diferentes ambientes. Eles podem diferir significativamente entre si pelo tipo de distribuição.

Ao projetar, em primeiro lugar, parte-se da funcionalidade do sistema, bem como da geometria ideal do ponto de vista da minimização de custos, simplicidade de instalação e possibilidade de integrar os elementos de aquecimento ao design dos ambientes.

Circulação natural e forçada da água

O aquecimento do fluido térmico para aquecimento da casa ocorre em um ou mais dispositivos localizados dentro do ambiente. Podem ser fogões, lareiras, bem como caldeiras a gás, elétricas ou de combustível sólido.

A pressão da água no circuito é garantida pelo uso de bombas de circulação ou pela configuração da geometria do sistema, criando condições para a circulação natural.

Além disso, a fonte de água quente pode ser um sistema de aquecimento centralizado para várias casas. Em caso de baixa pressão, é possível conectar bombas de circulação para criar pressão adicional e aumentar a velocidade de deslocamento do líquido pelos tubos.

A instalação de uma bomba de circulação cria pressão suficiente no sistema, possibilitando o uso de opções de distribuição que não podem ser aplicadas com circulação natural.

Ao escolher a opção com circulação natural do fluido térmico ou baixa pressão nos tubos no aquecimento centralizado, é necessário considerar atentamente a possibilidade de maximizar o uso das leis físicas que permitem iniciar e manter o movimento do líquido.

Um elemento obrigatório da distribuição neste caso é o coletor de aceleração. Consiste em um tubo vertical pelo qual a água quente sobe, depois se distribui pelos aparelhos de aquecimento e, perdendo a temperatura inicial, desce.

Devido à diferença de densidade, ocorre uma diferença de pressão hidrostática entre a coluna de líquido quente e fria, que é a força motriz para a circulação da água.

Distribuição vertical e horizontal

O fornecimento de água quente aos radiadores pode ser realizado de diferentes maneiras. A distribuição é condicionalmente dividida em vertical e horizontal, de acordo com a posição dos tubos (colunas) que fornecem água diretamente aos radiadores de aquecimento.

Nas casas modernas, utiliza-se mais frequentemente a distribuição horizontal de aquecimento do que a vertical. A razão é que os esquemas de posicionamento dos radiadores nos diferentes andares raramente coincidem.

Esquemas verticais com alimentação superior de água quente utilizam ao máximo a diferença de pressão hidrostática entre os segmentos quente e frio do circuito, por isso são praticamente sempre aplicados em circulação natural, bem como em baixa pressão no sistema.

Além disso, tais esquemas são funcionais durante o desligamento de emergência da bomba, que pode ocorrer devido à sua quebra ou falta de energia elétrica.

A distribuição com alimentação inferior praticamente não é aplicada em aquecimento com circulação natural. No caso de boa pressão no sistema, seu uso é justificado, pois tal esquema tem duas vantagens significativas em relação à alternativa.

Vantagens do esquema:

• menor comprimento total dos tubos utilizados;
• não há necessidade de passar tubos pelo sótão ou nichos técnicos sob o teto do segundo andar.

O esquema horizontal de distribuição de aquecimento é utilizado para casas particulares de um andar. Se o edifício tiver dois ou mais andares, é frequentemente utilizado quando, do ponto de vista do design, as colunas verticais são indesejáveis.

Os tubos horizontais que fornecem e retornam a água podem ser integrados organicamente ao interior dos ambientes, bem como escondidos sob o piso ou em nichos localizados ao nível do chão.

Escolha da opção de um ou dois tubos

O fornecimento de água quente e a saída de água resfriada para o sistema de aquecimento de uma casa particular podem ser feitos usando um ou dois tubos. Cada variante tem lados positivos e negativos, além de características de uso dependendo do tipo de distribuição.

Do ponto de vista do design de interiores, a presença do segundo tubo não afeta a aparência do sistema de aquecimento devido à opção de conexão inferior do sistema aos radiadores e à possibilidade de reduzir os diâmetros dos tubos.

Uso do esquema de conexão de um tubo

O esquema de aquecimento a água de uma casa particular usando um tubo para fornecer água quente e remover água resfriada é chamado de sistema de um tubo. A principal vantagem desse sistema é a minimização do comprimento dos tubos.

Principais vantagens da variante:

• menores custos na aquisição de elementos do sistema de aquecimento;
• instalação mais simples e rápida;
• menor risco de acidente.

A principal desvantagem do aquecimento de um tubo é a diminuição gradual da temperatura da água, que passa sequencialmente por todos os radiadores do circuito.

Portanto, é necessário usar uma área de superfície um pouco maior nos últimos radiadores (maior número de seções), o que muitas vezes anula o benefício de custo da minimização do comprimento dos tubos.

Além disso, devido a essa desvantagem, existem limitações para um circuito quanto ao número de radiadores conectados. Se houver muitos, os últimos no percurso do fluido de aquecimento praticamente não irradiarão calor.

Além disso, surge um problema no cálculo da transferência de calor. Aqui, é necessário considerar que o desligamento dos primeiros radiadores do sistema de aquecimento leva a um aumento na temperatura da água de entrada para os dispositivos subsequentes.

Aplicar esquemas de tubo único com distribuição vertical inferior é inútil, pois o comprimento dos tubos será o mesmo que o da opção de dois tubos, o que nivela todas as vantagens, mas mantém as desvantagens.

Se o retorno do fluido de aquecimento ocorrer pela mesma rota que a alimentação, o comprimento total dos tubos em ambas as opções é praticamente o mesmo

A conexão do dispositivo de aquecimento geralmente é feita através de bypass, para poder desligar qualquer um deles sem interromper a circulação de água pelo circuito.

Para economizar nas válvulas, pode-se não fazer o desvio da água pelo ramal, mas então será necessário parar o funcionamento desta parte do sistema e drenar a água ao precisar substituir ou reparar o radiador.

A opção mais econômica é usar um único tubo de aço com diâmetro de 1,5-2 polegadas sem radiadores de aquecimento. A ausência de válvulas e conexões torna esse sistema também o mais prático, devido à minimização do risco de vazamentos ou rompimentos de água.

Leia mais sobre o cálculo do sistema de aquecimento de tubo único neste artigo.

Aplicação da opção de aquecimento de dois tubos

O esquema do circuito de aquecimento, onde um tubo é usado para fornecer água quente aos dispositivos de aquecimento e o segundo para retornar a água resfriada, é chamado de dois tubos.

Suas principais vantagens:

• a temperatura da água fornecida a todos os radiadores é igual;
• o desligamento de um ou vários radiadores não afeta a temperatura da água fornecida aos demais dispositivos de aquecimento;
• as limitações quanto ao número de radiadores para um circuito de aquecimento dependem apenas do volume de passagem dos tubos.

A principal desvantagem dessa distribuição é um certo aumento na metragem dos tubos.

Isto leva a algumas desvantagens adicionais:

• aumentam os custos de aquisição e instalação dos elementos do sistema de aquecimento;
• complica-se a integração no interior da casa particular.

A quantidade de conexões e válvulas no sistema de dois tubos é quase a mesma que no sistema de tubo único.

Para o esquema de fluxo paralelo do fluido térmico, o comprimento total dos tubos ao usar um sistema bitubo aumenta pela distância entre o primeiro e o último radiador. Às vezes, isso é insignificante em comparação com toda a extensão do circuito.

Dependendo do movimento relativo da água quente e fria, os esquemas de distribuição bitubo são divididos em dois tipos:

• paralelo;
• sem saída.

Esquema paralelo. Ambos os fluxos se movem na mesma direção e, assim, o comprimento do ciclo de circulação do fluido térmico é o mesmo para cada radiador. Nesse caso, o aquecimento deles ocorre na mesma velocidade ao ligar o sistema de aquecimento.

Variante sem saída. A direção do movimento da água quente e fria é contrária. O aquecimento dos radiadores mais próximos da caldeira ocorre mais rapidamente.

Quanto menor a velocidade da água, mais perceptível é esse efeito, portanto, na circulação natural, o aquecimento de alguns ambientes será significativamente mais lento do que o de outros.

Se for utilizada uma bomba de circulação ou se a distância entre o primeiro e o último radiador no circuito for insignificante, o efeito de aquecimento desigual na distribuição bitubo sem saída é imperceptível. Então, a escolha por uma ou outra variante é determinada exclusivamente por considerações de conveniência na passagem do tubo de retorno.

Inclusão do coletor de distribuição no sistema

Um método popular recentemente para organizar o aquecimento de água é o chamado “esquema radial” com o uso de um coletor de distribuição.

Esse método de distribuição funciona de forma confiável apenas com boa pressão de água no sistema, por isso não é utilizado na circulação natural.

A distribuição radial prevê a conexão de cada aquecedor (ou um pequeno grupo deles) diretamente ao coletor de distribuição, que distribui água quente e coleta água resfriada.

Sistema de conexão radial de radiadores

A divisão mais uniforme e controlável do fluxo do fluido de aquecimento pelos aparelhos pode ser realizada com um coletor de distribuição.

O dispositivo inclui dois pentes, em um dos quais a água quente entra a partir da caldeira e é distribuída pelos radiadores, e no outro a água resfriada retorna e é direcionada de volta à caldeira.

A conexão dos radiadores através do coletor de distribuição ocorre em paralelo, portanto, com essa distribuição, alcança-se a mínima diferença de temperatura do fluido de aquecimento fornecido aos aparelhos.

Isso facilita significativamente o cálculo dos parâmetros dos radiadores na fase de projeto e também permite ajustar facilmente a potência de cada aparelho durante a operação.

Outra vantagem significativa dessa distribuição é a possibilidade de controlar os parâmetros de fornecimento do fluido de aquecimento para todos os aparelhos a partir de um único local. O coletor é colocado em um armário especial com acesso a indicadores e elementos de controle: válvulas, torneiras e bombas.

Isso é conveniente do ponto de vista da regulação do microclima da casa e permite integrar mais facilmente os radiadores à decoração do ambiente.

Entre as desvantagens dos sistemas com esquema de distribuição por coletor, deve-se considerar o comprimento máximo dos tubos de alimentação e retorno de água aos radiadores. Esta opção é a mais cara em relação ao custo dos elementos do circuito e a mais complexa na instalação, exigindo também uma certa qualificação.

O uso do coletor para conectar dispositivos de aquecimento de diferentes tipos exige um bom entendimento do tema do aquecimento a água, e às vezes a realização de cálculos hidráulicos para o funcionamento normal de tais sistemas.

Geralmente, os tubos na distribuição radial de aquecimento são instalados na contrapiso. Isso significa que projetar e instalar tal sistema é necessário durante a construção ou reforma geral de uma casa particular.

Implementar a opção de coletor para conectar radiadores ou alterar a geometria dos circuitos em ambientes com reforma interna já realizada é bastante difícil. Esta é a segunda desvantagem significativa desse tipo de distribuição.

Regras para uso do piso aquecido

Uma maneira confortável e muito popular de aquecer ambientes residenciais – a instalação de piso aquecido. Se a área aquecida for pequena, pode-se usar um único tubo embutido na contrapiso.

A conexão do piso aquecido ao sistema de aquecimento através de um coletor de distribuição é a única opção possível para aquecer grandes áreas dessa forma.

Para grandes áreas, o uso de um único tubo é impossível pelos seguintes motivos:

• a quantidade de calor fornecido não será suficiente para aquecer todo o ambiente, além disso, esse aquecimento será desigual;
• com um grande comprimento, surge uma forte resistência hidrodinâmica ao fluxo do fluido, o que leva a custos excessivos de energia elétrica para criar pressão e aumenta o risco de ruptura de água nos pontos de conexão.

Portanto, em uma área significativa de piso aquecido, o uso de vários tubos não é um desejo, mas uma necessidade.

Nesse caso, a conexão é feita através de um coletor de distribuição.

Frequentemente, o coletor é equipado com uma unidade de mistura para regular a temperatura da água fornecida aos tubos do piso aquecido. Isso porque, para radiadores de aquecimento, geralmente se utiliza líquido na faixa de temperatura de 70-80°C, enquanto para piso aquecido é necessário cerca de 40°C.

A regulação da temperatura através do misturador é confiável, o que é muito importante, pois o excesso de temperatura pode causar deformação significativa no revestimento do piso: linóleo, laminado ou parquete.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Representação esquemática da distribuição de aquecimento em uma casa de dois andares de grande área. Sistema bitubular de fluxo paralelo e sem saída, e piso aquecido, conectados através de coletores. Exclusão de conflito das bombas de circulação por meio da seta hidráulica:

Esquema radial para aquecimento de um edifício de dois andares. Como o acabamento final ainda não foi realizado, toda a distribuição é bem visível. Nuances da colocação dos tubos no piso sob a contrapiso de concreto:

Opinião de um mestre prático em instalação de sistemas de aquecimento sobre os diferentes esquemas utilizados em casas particulares. Visão geral dos prós e contras da circulação natural, sistemas monotubular, bitubular de fluxo paralelo e sem saída, bem como distribuição por coletores:

As distribuições de aquecimento apresentadas para casas são padrão e podem ser modificadas considerando a geometria dos ambientes, valores de temperatura necessários ou outros fatores. Ao modificar os esquemas, é necessário respeitar as leis e os princípios básicos da física, hidráulica, ciência dos materiais e outras disciplinas.

No caso de resolver problemas complexos ou não padronizados, é melhor consultar especialistas, pois a reforma dos sistemas de aquecimento pode sair ainda mais cara do que a modelagem e instalação.

Se surgirem dúvidas ou houver vontade de compartilhar a experiência pessoal sobre a distribuição de aquecimento em sua casa, por favor, deixe comentários neste artigo. Você pode complementar seu feedback com uma foto – o formulário de contato está localizado abaixo.