Sistema de aquecimento aberto: esquemas conceituais e características de instalação

Devido à simplicidade de instalação, baixo custo e eficiência suficiente, o sistema de aquecimento aberto continua sendo procurado. Compreendendo o princípio de funcionamento, a composição e as regras de montagem, você poderá organizar o fornecimento de calor da casa por conta própria.

Diremos como elaborar um esquema de aquecimento de tipo aberto funcional. Sugeriremos como construir o sistema, seguindo rigorosamente os requisitos tecnológicos e as normas na seleção e conexão dos elementos. Com base em nossas recomendações, você construirá um circuito eficaz que funciona sem falhas.

Aos artesãos independentes, oferecemos a oportunidade de conhecer opções de montagem testadas na prática. As informações apresentadas são complementadas com diagramas úteis, coleções de fotos e instruções em vídeo.

Composição e princípio de funcionamento do sistema

No sistema de aquecimento a água, o intermediário na transferência de energia térmica da caldeira para os radiadores é o líquido. A circulação do fluido térmico pode ser realizada em longas distâncias, garantindo o aquecimento de casas e ambientes de diferentes áreas. Isso explica a adoção generalizada do sistema de aquecimento a água.

O funcionamento de um sistema de aquecimento de tipo aberto é possível sem o uso de bomba. A circulação do fluido térmico baseia-se nos princípios da termodinâmica. O movimento da água pelos tubos ocorre devido à diferença de densidade entre o líquido quente e frio, bem como devido à inclinação dos tubos instalados.

Um elemento indispensável do sistema é o tanque de expansão aberto, onde o excesso de refrigerante aquecido é coletado. Graças ao reservatório, ocorre a estabilização automática da pressão do líquido. O tanque é instalado acima de todos os componentes do sistema.

Todo o processo de funcionamento do 'aquecimento aberto' é convencionalmente dividido em duas etapas:

1. Fornecimento. O refrigerante aquecido se move da caldeira para os radiadores.
2. Retorno. O excesso de água quente entra no tanque de expansão, esfria e retorna à caldeira.

Em sistemas de tubo único, a função de fornecimento e retorno é realizada por uma tubulação principal; em sistemas de dois tubos, as tubulações de fornecimento e retorno são independentes uma da outra.

A densidade da água quente é menor que a da água fria, portanto, forma-se uma pressão hidrostática no sistema. Sob pressão, a água quente se move em direção aos radiadores.

O sistema mais simples e acessível para instalação própria é considerado o sistema de tubo único. A construção do sistema é elementar.

A configuração básica do aquecimento de tubo único inclui:

• caldeira de aquecimento;
• radiadores;
• vaso de expansão;
• tubos.

Alguns optam por não instalar radiadores e colocam um tubo de 8-10 cm de diâmetro ao redor do perímetro da casa. No entanto, os especialistas observam que a eficiência do sistema e a facilidade de operação diminuem com essa solução.

O esquema de sistema gravitacional de tubo único do tipo aberto é independente de energia. Os custos de aquisição de tubos, conexões e equipamentos são relativamente baixos. É possível trabalhar com caldeiras de diferentes tipos.

Mais complexo na construção e mais caro na execução do sistema de aquecimento de dois tubos. No entanto, os custos e a complexidade da construção são totalmente compensados pela eliminação das desvantagens padrão dos sistemas monotubo.

O fluido térmico com temperatura uniforme é fornecido praticamente ao mesmo tempo para todos os dispositivos; a água resfriada é coletada pela tubulação de retorno, e não flui para a próxima bateria.

Para atender cada dispositivo no circuito de aquecimento de dois tubos, são instaladas tubulações de alimentação e retorno, graças às quais o sistema fornece fluido térmico de temperatura uniforme a todos os pontos, e a água resfriada é coletada e direcionada para a caldeira pelo retorno – uma tubulação independente da alimentação.

Requisitos para instalação e operação

Ao instalar o sistema de aquecimento residencial, é importante considerar várias características do sistema de aquecimento aberto:

1. Para garantir a circulação normal, a caldeira é instalada no ponto mais baixo da tubulação, e o tanque de expansão, no ponto mais alto.
2. O local ideal para o tanque de expansão é o sótão. Durante o período frio, o tanque e a tubulação ascendente no sótão não aquecido devem ser isolados.
3. A instalação da tubulação é feita com o mínimo de curvas, conexões e peças moldadas.
4. No sistema de aquecimento por gravidade, a água circula lentamente (0,1-0,3 m/s), portanto o aquecimento deve ocorrer gradualmente. Não se deve permitir a ebulição – isso acelera o desgaste dos radiadores e tubos.
5. Se o sistema de aquecimento não for usado no inverno, o líquido deve ser drenado – essa medida preserva a integridade dos tubos, radiadores e caldeira.
6. O nível do fluido térmico no tanque de expansão deve ser monitorado e reabastecido periodicamente. Caso contrário, podem surgir bolsas de ar na tubulação, reduzindo a eficiência dos radiadores.
7. A água é o fluido térmico ideal. O anticongelante é tóxico e não é recomendado para uso em sistemas que tenham contato livre com a atmosfera. Seu uso é justificável se não for possível drenar o fluido térmico durante o período sem aquecimento.

Atenção especial é dada ao cálculo da seção transversal e inclinação da tubulação. As normas de projeto são regulamentadas pelo SNiP número 2.04.01-85.

Em circuitos com movimento gravitacional do fluido térmico, o diâmetro da tubulação é maior do que em sistemas com bomba, mas o comprimento total da tubulação é quase metade. A inclinação dos trechos horizontais do sistema, igual a 2 – 3 mm por metro linear, é feita apenas na instalação de sistemas de aquecimento com movimento natural do fluido térmico.

O não cumprimento da inclinação na instalação de sistemas com circulação natural do fluido térmico leva ao acúmulo de ar nas tubulações e ao aquecimento insuficiente dos radiadores distantes da caldeira. Como resultado, a eficiência térmica diminui.

Tipos de esquemas de fornecimento de calor aberto

No esquema aberto do sistema de aquecimento, o movimento do fluido térmico é realizado de duas maneiras diferentes. A primeira opção é a circulação natural ou gravitacional, a segunda é o impulso forçado ou artificial da bomba.

A escolha do esquema depende do número de andares e da área da construção, bem como do regime térmico previsto.

Circulação natural no aquecimento

No sistema gravitacional, não há nenhum mecanismo para garantir o movimento do fluido térmico. O processo ocorre exclusivamente devido à expansão da água quente. Para a funcionalidade do esquema, é previsto um riser de aceleração, cuja altura é de no mínimo 3,5 m.

Se negligenciarmos a instalação do riser de trânsito vertical, há uma alta probabilidade de que o fluido térmico proveniente da caldeira não desenvolva velocidade suficiente.

O sistema de fornecimento de calor do tipo circulação natural é ideal para construções com área de até 60 m². O comprimento máximo do circuito capaz de fornecer calor é considerado uma linha de 30 m. Um fator importante é a altura da edificação e o número de andares da casa, que permitem a instalação de um riser de aceleração.

O esquema de circulação natural não é adequado para aplicação em regime de baixa temperatura. A expansão insuficiente do fluido térmico não criará a pressão adequada no sistema.

Possibilidades do esquema por gravidade:

1. Conexão a pisos aquecidos. Um circulador é instalado no circuito de água que leva ao piso. O restante do sistema funciona no modo normal. Em caso de falta de energia, a casa continuará a ser aquecida.
2. Trabalho com boiler. O aparelho de aquecimento é instalado na parte superior do sistema – ligeiramente abaixo do tanque de expansão.

Para garantir o funcionamento ininterrupto, pode-se instalar uma bomba no boiler. Assim, o esquema de fornecimento de calor e produção de água quente sanitária (AQS) passa automaticamente para a categoria de opções forçadas. Adicionalmente, é instalada uma válvula de retenção, evitando a recirculação do fluido térmico.

Sistema forçado com bomba

Com o objetivo de aumentar a velocidade do fluido térmico e reduzir o tempo de aquecimento do ambiente, é instalada uma bomba. O movimento do fluxo de água aumenta para 0,3-0,7 m/s. A intensidade da transferência de calor aumenta e os ramos da tubulação aquecem de forma uniforme.

Os sistemas de bombeamento são construídos tanto do tipo aberto quanto fechado. Nos circuitos abertos, o tanque de expansão é instalado no ponto mais alto do sistema. A presença da bomba permite aumentar a tubulação entre a caldeira de aquecimento e os radiadores, tanto em altura quanto em comprimento.

Pontos importantes da organização do sistema forçado:

1. O esquema com bomba integrada depende de energia elétrica. Para que o aquecimento do ambiente não pare durante uma queda de energia, o equipamento da bomba é colocado em um bypass.
2. A bomba é instalada antes da entrada da caldeira no tubo de retorno. A distância até a caldeira é de 1,5 m.
3. Ao instalar a bomba, considera-se a direção do fluxo da água.

No retorno, são instaladas duas válvulas de corte e um joelho de bypass com a bomba de circulação. Quando há corrente na rede, as válvulas são fechadas – o movimento do fluido térmico ocorre através da bomba. Se não houver tensão, as válvulas devem ser abertas – o sistema se reorganiza para circulação natural.

No tubo de alimentação, deve-se instalar uma válvula de retenção. O elemento é colocado logo após a caldeira e evita a recirculação do fluido térmico durante o funcionamento da bomba.

Opções de distribuição da tubulação no sistema

A eficiência, economia e estética do sistema de fornecimento de calor dependem do esquema de disposição dos dispositivos de aquecimento e dos tubos de conexão. A escolha da distribuição é determinada com base nas características estruturais e na área da casa.

Especificidade dos esquemas de um tubo e dois tubos

A água aquecida chega aos radiadores e retorna à caldeira de diferentes maneiras. Em um sistema de circuito único, o fluido térmico é fornecido através de uma tubulação principal de grande diâmetro. A tubulação passa por todos os radiadores.

Vantagens do sistema de tubo único com circulação natural:

• mínimo consumo de materiais;
• facilidade de instalação;
• quantidade limitada de tubos dentro da residência.

A principal desvantagem do esquema com um único tubo, que desempenha as funções de alimentação e retorno, é o aquecimento desigual dos radiadores de aquecimento. A intensidade de aquecimento e a transferência de calor das baterias diminuem à medida que se afastam da caldeira.

Com uma longa cadeia de distribuição e um grande número de radiadores, a última bateria pode se tornar completamente ineficaz. Recomenda-se instalar dispositivos de aquecimento 'quentes' em cômodos do lado norte, quartos infantis e dormitórios.

O esquema de aquecimento de dois tubos está firmemente conquistando posições. Os radiadores conectam o tubo de retorno e o de alimentação. Formam-se anéis locais entre as baterias e a fonte de calor.

Principais vantagens do sistema:

• todos os dispositivos de aquecimento aquecem uniformemente;
• possibilidade de ajustar o aquecimento de cada radiador separadamente;
• confiabilidade de operação do esquema.

O sistema de dois circuitos exige maiores investimentos e custos de mão de obra. Realizar a instalação de dois ramos de comunicações nas estruturas de construção será mais difícil.

O sistema de dois tubos é facilmente balanceado, garantindo o fornecimento de fluido térmico à mesma temperatura para todos os dispositivos de aquecimento. Os cômodos aquecem de maneira uniforme

Alimentação superior e inferior do fluido térmico

Dependendo da localização da tubulação principal que fornece o fluido térmico quente, distinguem-se a alimentação superior e inferior.

Em sistemas de aquecimento abertos com distribuição superior, não é necessário usar dispositivos para remoção de ar. O excesso é eliminado através da superfície do tanque de expansão, que se comunica com a atmosfera

Com a distribuição superior, a água quente sobe pelo tubo ascendente principal e é distribuída pelos tubos de alimentação aos radiadores. A instalação desse sistema de aquecimento é adequada em chalés de um ou dois andares e casas particulares.

O sistema de fornecimento de calor com distribuição inferior é bastante prático. O tubo de alimentação é colocado na parte inferior, próximo ao retorno. O movimento do fluido térmico é de baixo para cima. A água, após passar pelos radiadores, retorna pelo tubo de retorno à caldeira de aquecimento. As baterias são equipadas com válvulas Maevsky para remover o ar da tubulação.

Em sistemas de aquecimento com distribuição inferior, torna-se necessário usar dispositivos para remoção de ar, sendo o mais simples a válvula Maevsky

Colunas verticais e horizontais

De acordo com o tipo de posição dos tubos ascendentes principais, distinguem-se os métodos de distribuição vertical e horizontal da tubulação. Na primeira opção, os radiadores de todos os andares são conectados a tubos ascendentes dispostos verticalmente.

A distribuição vertical é usada na construção de casas de dois, três ou mais andares com sótão, onde é possível instalar e isolar a tubulação

Características dos sistemas «verticais»:

• ausência de bloqueios de ar;
• adequado para fornecimento de calor em edifícios altos;
• conexão por andar ao tubo ascendente;
• dificuldades na instalação de medidores de calor individuais em edifícios de vários andares.

A distribuição horizontal prevê a conexão dos radiadores de um andar a um único tubo ascendente. A vantagem do esquema é que são utilizados menos tubos para a instalação, e o custo de instalação é menor.

Os tirantes horizontais geralmente são usados em edifícios de um ou dois andares. A disposição do sistema é relevante em casas de painéis de concreto e edifícios residenciais sem paredes divisórias.

Instalação do tipo gravitacional de aquecimento

É melhor confiar o desenvolvimento do projeto de um sistema por gravidade a especialistas em aquecimento.  O documento especifica o tipo de aquecimento, o método de conexão dos radiadores e a circulação do fluido de aquecimento, os parâmetros recomendados do equipamento, o número de radiadores e a metragem da tubulação.

Cálculo do sistema de fornecimento de calor

É necessário determinar as características hidráulicas do sistema, que posteriormente ajudarão a selecionar corretamente o diâmetro ideal da tubulação.

Em um sistema de aquecimento natural, recomenda-se instalar a caldeira no porão ou no subsolo. Isso permite aumentar o comprimento do tirante de trânsito.

Para calcular o valor da pressão de circulação (Rts), são necessários os seguintes dados:

1. A distância do centro da caldeira de aquecimento ao centro do radiador (h). Quanto maior a distância entre esses dispositivos, mais estável é a circulação.
2. Pressão da água resfriada (Ro) e aquecida (Pr).

A pressão de circulação depende apenas da diferença de temperatura do fluido de aquecimento. Os valores exatos podem ser obtidos a partir de dados tabulados.

Quanto maior a diferença de temperatura do fluido de aquecimento, maior a pressão na tubulação. Por isso, é importante cuidar da temperatura de 'entrada' do líquido.

A largura da seção da tubulação é influenciada pelo tipo de material. O diâmetro do tubo de aço deve ser de no mínimo 50 mm. Após a ramificação, a seção da tubulação principal se reduz em um tamanho. O retorno, por outro lado, é composto com expansão subsequente.

Atenção especial é dada ao volume do tanque de expansão. O tamanho do reservatório não deve ser inferior a 5% do volume total do fluido de aquecimento no sistema. O não cumprimento do requisito resultará no descarte de água do sistema ou no rompimento dos tubos.

Seleção dos principais componentes

Para um sistema aberto, é melhor selecionar uma caldeira que funcione com combustível sólido ou óleo combustível. A instalação de caldeiras elétricas e equipamentos a gás é proibida. Às vezes, formam-se bolsas de ar na tubulação – isso pode levar a uma situação de emergência.

A potência do aquecedor é determinada com base no cálculo – 1 kW de energia térmica para cada 10 m² de casa. Dependendo da qualidade do isolamento do ambiente, adiciona-se 10-30% ao valor obtido.

A caldeira é colocada em uma sala separada equipada com circulação forçada de ar. O equipamento é instalado sobre material resistente ao fogo ou piso concretado.

O tanque de expansão para sistema de aquecimento por gravidade deve ser de aço. É extremamente desaconselhável usar materiais poliméricos. Para aquecimento de uma pequena casa térrea, um reservatório de 8-15 litros é adequado.

Para a construção da tubulação, são utilizados tubos dos seguintes materiais:

1. Aço. Caracterizam-se pela alta condutividade térmica e resistência a alta pressão. Desvantagem: complexidade de instalação e necessidade de uso de equipamento de soldagem.
2. Polipropileno. Principais vantagens: resistência a variações de temperatura, robustez, estanqueidade e facilidade de instalação. Vida útil: 25 anos.
3. Metal-plástico. O material não sofre corrosão, evita o entupimento do circuito. Desvantagens da tubulação: vida útil limitada (até 15 anos) e alto custo.
4. Cobre. Tubos com máxima transferência de calor e resistência a altas temperaturas – até +500°C. A principal desvantagem é o alto custo do material.

No circuito aberto de aquecimento, são instalados radiadores feitos de metais de alta resistência.

Os modelos de aço são os mais comuns. Eles têm uma relação ideal entre os parâmetros principais: aparência, preço e potência térmica.

Os radiadores de aço, devido às suas paredes finas, baixo peso e alto grau de transferência de calor, são comparados aos convectores. O equipamento aquece rapidamente os ambientes devido ao movimento acelerado do ar.

Etapas de instalação do sistema aberto

Todo o processo de organização de um sistema de aquecimento por gravidade pode ser dividido em várias etapas:

1. Instalação da caldeira. O equipamento é fixado no chão ou pendurado na parede. A escolha do método depende das dimensões da caldeira.
2. Distribuição da tubulação de acordo com o esquema escolhido e o projeto desenvolvido. É importante respeitar o ângulo de inclinação recomendado do circuito de tubulação.
3. Instalação dos radiadores de aquecimento e sua conexão ao sistema.
4. Instalação do tanque de expansão e seu isolamento.
5. Conexão de todos os elementos, verificação da estanqueidade das juntas e partida inicial do sistema.

Após a caldeira, no tubo de alimentação, é recomendável instalar um sensor de temperatura para controlar a eficiência do sistema de aquecimento.

A instalação do sistema de aquecimento deve ser realizada na estação quente. A montagem da tubulação e a colocação em funcionamento levarão cerca de uma semana.

Particularidades da montagem do esquema forçado

Para que o sistema de circulação forçada cumpra seu propósito e funcione corretamente, é necessário selecionar adequadamente a bomba de circulação e instalá-la corretamente na tubulação de aquecimento.

Escolha da bomba de circulação

Os principais parâmetros para escolher o equipamento da bomba: potência do aparelho e pressão. Essas características são determinadas com base na área do ambiente aquecido.

Indicadores aproximados:

• para casas de 250 m², uma bomba com potência de 3,5 m³/h e pressão de 0,4 atm é adequada;
• em ambientes de 250-350 m², instala-se um aparelho de 4,5 m³/h com pressão de 0,6 atm;
• se a área da casa for de 350-800 m², é aconselhável adquirir uma bomba com potência de 11 m³/h, cuja pressão seja de pelo menos 0,8 atm.

Em uma seleção mais criteriosa, os especialistas consideram o comprimento do sistema de aquecimento, o tipo e a quantidade de radiadores, o material e o diâmetro dos tubos, bem como o tipo de caldeira.

Instalação da bomba na tubulação principal

A colocação da bomba é feita no retorno, para que o fluido térmico que passa pelo aparelho não esteja muito quente. Na tubulação de alimentação, é possível instalar modelos modernos feitos de materiais resistentes a altas temperaturas.

Ao instalar a bomba, a circulação da água não deve ser interrompida. É importante que, em qualquer ponto da tubulação, durante o funcionamento do conjunto da bomba, a pressão hidrostática permaneça excessiva.

Quatro esquemas permitidos de sistemas de aquecimento com circulação por bomba e tanque de expansão do tipo aberto. A pressão hidrostática é mantida no nível necessário.

Opção 1. Elevação do reservatório de expansão. Uma forma simples de converter um sistema de circulação natural para forçada. Para implementar o projeto, será necessário um sótão alto.

Opção 2. Movimentação do tanque para o tubo de subida distante. Um processo trabalhoso de reconstrução de um sistema antigo, e para um novo sistema não é justificado. Existem formas mais simples e bem-sucedidas.

Opção 3. Tubo do tanque de expansão próximo ao bocal da bomba. Para alterar o tipo de circulação, é necessário desconectar o reservatório da tubulação de alimentação e, em seguida, conectá-lo ao retorno – após a bomba de circulação.

Opção 4. A bomba é incluída na tubulação de alimentação. A forma mais simples de reconstruir o sistema. Desvantagem do método – condições desfavoráveis de operação da bomba. Nem todo aparelho suporta altas temperaturas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Recomendações para a montagem do sistema de aquecimento com circulação natural:

Vídeo #2. Procedimento de instalação da bomba de circulação:

Aspectos importantes para a instalação de um sistema de aquecimento eficiente incluem a escolha de um esquema funcional, o cálculo dos parâmetros da tubulação, a seleção de componentes e o cumprimento da tecnologia de montagem. A instalação manual é possível se você tiver habilidades de encanamento, mas o desenvolvimento de um projeto detalhado é melhor deixar para profissionais.

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